CN103135938A - 主动式raid的单关连性sata驱动器的控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制系统及其方法，其系包括：第一控制设备集合根据设备异动要求遍历第一SAS扩展器所连接的本地存取路径，判断本地存取路径是否可连接SATA设备；若本地存取路径发生毁损时，第一控制设备集合连接至第二分散式锁定模块；根据分时机制决定由第一分散式锁定模块或第二分散式锁定模块取得对SATA设备的存取权限；当第一分散式锁定模块取得对SATA设备的存取权限，则第一控制设备集合的一第一RAID控制器连接至第二控制设备集合，并由第二控制设备集合中多个第二分散式锁定模块连接所形成的远端存取路径对SATA设备进行存取。

Description

主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种硬盘驱动器的控制系统及其方法，特别涉及一种主动式RAID(Active-Active Redundant Array of Independent Disks)磁盘冗余阵列的单关连性SATA(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)驱动器的控制系统及其方法。
背景技术
随着网络的兴起，也使得存储设备由单机的方式进展到网络存储。网络存储可以通过序列式小型计算机系统接口(Serial Attached SCSI，SAS)、网络型小型计算机系统接口(iSCSI)、光纤存储区域网络(Fibre Storage AreaNetwork(SAN))或网络存储设备(Network Attached Storage，NAS)等方式实现。而上述的网络存储还可以于其他存储方式相结合，例如在SAS上实现RAID的存储操作。
请参考图1所示，其是为现有技术的主动式RAID系统于SATA的架构示意图。在现有技术中主机端111、112会向主动式RAID(active-active RAID)控制设备120发出对SATA设备140的文件存取要求。而控制设备120是由第一RAID控制器121与第二RAID控制器122所组成。第一RAID控制器121与第二RAID控制器122各自处理向SATA设备140进行文件存取的处理。
在RAID控制器访问SATA设备140时，RAID控制器会通过所属的扩展器(expander)连接至SATA设备140。如图1中所示，第一RAID控制器121会通过第一扩展器131与第二扩展器132连接至SATA设备140。根据STP协议(Serial ATA Tunneling Protocol)，主机端到SATA设备140间可以通过三种关连性传输进行数据的传输，三种关连性分别为无关连性(Noaffiliations)、多重关连性(multiple affiliations)与单关连性(Single affiliation)。
当SATA设备140在运作时，SATA设备140可能会有异动(例如：新增SAS磁盘、拔除SAS磁盘、扩展器间的交互链路(interlink)中断等)，使得RAID控制器需要重新调整对SATA设备140的存取路径的拓朴结构(Topology)。换言之，RAID控制器需要重新更新对SATA设备140的存取路径。
若是使用无关连传输性的扩展器，则第一RAID控制器121将无法通过第二RAID控制器122的扩展器进行连接，反之亦然。若是具有多关连传输功能的扩展器，第一RAID控制器121可以通过第一扩展器131连接于第三扩展器133与第四扩展器134，并连接于SATA设备140。换言之，第一RAID控制器121可以同时通过两种不同的存取路径向SATA设备140进行数据的存取。而单关连的扩展器仅能从上述的两个存取路径中选取其中之一进行。
由于具有多重关连传输的扩展器的制造成本远高于其他种类的扩展器。因此并非所有的主动式RAID系统均会配置多重关连传输的扩展器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动式RAID的单关连性串行进阶式附件(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)驱动器的控制系统，是应用在SAS架构中具有单一关连性(signal affiliation)的SATA设备的传输。使得不同的RAID控制器根据SATA设备的设备异动要求调整对SATA设备的存取路径的拓朴结构。
本发明所揭露的主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制系统包括：主机端、第一控制设备集合、第二控制设备集合与SATA设备。主机端向第一控制设备集合或第二控制设备集合发送文件存取要求，用以向SATA设备取得相应的数据文件。第一控制设备集合还包括第一RAID控制器(RAIDcontroller)、第一分散式锁定模块(Distributed Lock)与多个第一SAS扩展器(SAS Expander)。第二控制设备集合还包括第二RAID控制器、第二分散式锁定模块与多个第二SAS扩展器。
第一RAID控制器中还包括第一分散式锁定模块。将多个第一SAS扩展器相互串联，并形成一存取路径。存取路径的两端分别连接于第一RAID控制器与SATA设备。第二RAID控制器中还包括第二分散式锁定模块。将多个第二SAS扩展器相互串联，并形成另一存取路径。存取路径的两端分别连接于第二RAID控制器与SATA设备。第一分散式锁定模块以内部链路的方式连接于第二分散式锁定模块。而第一扩展器通过互连链路(inter-expander SAS link)连接于第二扩展器。
当第一控制设备集合判断本地存取路径无法连接至SATA设备时，第一控制设备集合发出设备异动要求。第一控制设备集合通过第一分散式锁定模块连接至第二控制设备集合的第二分散式锁定模块。第一分散式锁定模块与第二分散式锁定模块根据分时机制，决定取得对SATA设备的存取权限的顺序。在第一RAID控制器取得对SATA设备的存取权限后，第一RAID控制器通过第二扩展器的远端存取路径连接至SATA设备。
本发明还提出一种主动式RAID的SATA驱动器的控制方法包括以下步骤：由第一控制设备集合遍历多个第一SAS扩展器所连接的本地存取路径，用以判断本地存取路径是否可以连接SATA设备；若本地存取路径发生毁损时，则第一控制设备集合发出设备异动要求，并第一控制设备集合通过第一分散式锁定模块连接至第二控制设备集合的第二分散式锁定模块；根据分时机制决定由第一分散式锁定模块或第二分散式锁定模块取得对SATA设备的存取权限；当第一分散式锁定模块取得对SATA设备的存取权限，则第一控制设备集合的第一RAID控制器通过第一SAS扩展器与互连链路连接至第二控制设备集合，并由第二控制设备集合中多个第二分散式锁定模块连接所形成的远端存取路径对SATA设备进行存取。
本发明提供一种主动式RAID的SATA驱动器的控制系统及其方法，其是根据设备异动要求调整连接至SATA设备的拓朴结构。本发明不需通过多重关连(multiple affiliations)传输的SATA设备也可以使得第一RAID控制器或第二RAID控制器动态的调整对SATA设备的存取路径。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有技术的主动式RAID系统于SATA的架构示意图；
图2为本发明的架构示意图；
图3为本发明的运作流程示意图；
图4A为本发明的主要运作流程图；
图4B为本发明的细部运作流程图；
图4C为本发明的另一细部运作流程图；
图4D系为本发明的本地存取路径示意图；
图4E为本发明的远端存取路径示意图。
其中，附图标记
主机端111、112
控制设备120
第一RAID控制器121
第二RAID控制器122
第一扩展器131
第二扩展器132
第三扩展器133
第四扩展器134
SATA设备140
主机端211、212
第一控制设备集合220
第一RAID控制器221
第一分散式锁定模块222
第一SAS扩展器223
第二控制设备集合230
第二RAID控制器231
第二分散式锁定模块232
第二SAS扩展器233
SATA设备240
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
本发明应用在单一关连性的主动式RAID系统之中，请参考图2所示，其为本发明的架构示意图。本发明的控制装置包括主机端211、212(host)、第一控制设备集合220、第二控制设备集合230与SATA设备240。
第一控制设备集合220与第二控制设备集合230分别连接各自的主机端211、212。主机端211、212对前述的控制设备集合220、230发送文件存取要求，用以向SATA设备240取得相应的数据文件。第一控制设备集合220还包括第一RAID控制器221、第一分散式锁定模块222(Distributed Lock)与多个第一SAS扩展器223。第二控制设备集合230还包括第二RAID控制器231、第二分散式锁定模块232与多个第二SAS扩展器233。
第一RAID控制器221连接于第一分散式锁定模块222。第一SAS扩展器223是相互串接，形成一串联型态的路径。并将所串接的第一SAS扩展器223的两端分别连接于第一RAID控制器221与SATA设备240。而扩展器之间是通过STP协议(SATA Tunnel Protocol)所规范的互连链路(inter link)所实现。就STP协议而言，第一RAID控制器221与第一SAS扩展器223是通过各自的连接端口(port)进行物理数据的传输。而扩展器与SATA设备240也是通过各自的连接端口进行数据的传输。
同理，对于第二控制设备集合230而言，第二控制设备集合230的第二SAS扩展器233也通过内部链路进行串联。并且所串接的第二SAS扩展器233的两端分别连接于第二RAID控制器231与SATA设备240。在本发明中的SATA设备240的数量并无一定限制，在图2中仅以单一SATA设备作为表示，并非仅局限于此。
为能区别各控制设备集合的存取路径，因此本发明中还进一步定义两种存取路径：本地存取路径与远端存取路径。本地存取路径指的是由RAID控制器经过其所属的SAS扩展器进一步的连接至SATA设备240所经过的通道。而远端存取路径指的是RAID控制器连接至另一控制设备集合的SAS扩展器后，在通过其他SAS扩展器连接至SATA设备240所经过的通道。
为清楚说明本发明的整体运作方式，还请参考图3所示，其为本发明的运作主要流程示意图。本发明的控制方法包括以下步骤：
步骤S310：由第一控制设备集合遍历多个第一SAS扩展器所连接的本地存取路径，用以判断本地存取路径是否可以连接SATA设备；
步骤S320：若本地存取路径正常时，第一RAID控制器取得第一分散式锁定模块，并通过第一SAS扩展器连接至SATA设备；
步骤S330：若本地存取路径发生毁损时，则第一控制设备集合发出设备异动要求，并第一控制设备集合通过第一分散式锁定模块连接至第二控制设备集合的第二分散式锁定模块；
步骤S340：根据分时机制决定由第一分散式锁定模块或第二分散式锁定模块取得对SATA设备的存取权限；以及
步骤S350：当第一分散式锁定模块取得对SATA设备的存取权限，则第一控制设备集合的第一RAID控制器通过第一SAS扩展器与互连链路连接至第二控制设备集合，并由第二控制设备集合中多个第二分散式锁定模块连接所形成的远端存取路径对SATA设备进行存取。
为能进一步说明本发明的整体运作过程，在此是以第一RAID控制器221为例，且第一RAID控制器221对第一控制设备集合220的存取路径是为本地存取路径，第一RAID控制器221对第二RAID控制设备集合的存取路径是为远端存取路径。请同时配合图4A、图4B、图4C、图4D与图4E所示。
第一RAID控制器221首先会遍历第一控制设备集合220中所有的第一SAS扩展器223，并确认所有第一SAS扩展器223是否毁损(对应步骤S310与图4A的S400)。当所有串联的第一SAS扩展器223均为正常时，第一RAID控制器221取得第一分散式锁定模块222(对应步骤S320与S411)，第一RAID控制器221将建立对第一分散式锁定模块222的关连性(affiliation)(对应步骤S320与S414)，用以禁止其他RAID控制器对第一SAS扩展器223进行存取的处理(对应步骤S320与对应S418)。第一RAID控制器221通过该些第一SAS扩展器223连接至SATA设备240(对应S416)。若本地存取路径正常，则第一RAID控制器221通过第一SAS扩展器223并连接至SATA设备240，图4D中是以黑色虚线作为本地存取路径的表示。当第一RAID控制器221访问SATA设备240完成后，第一RAID控制器221会释放第一分散式锁定模块222，使得其他RAID控制器可以访问SATA设备240(对应步骤S350与对应S422)。
若是第一SAS扩展器223中有任一毁损时，则第一RAID控制器221在遍历过程中将会接收到相应的回应。与此同时，第一RAID控制器221会通过第一分散式锁定模块222连接至第二分散式锁定模块232。而第一分散式锁定模块222通过所属的互连链路连接至第二分散式锁定模块232。第一分散式锁定模块222的互连链路与前述SAS扩展器的互连链路分属不同传输路径，因此两者传输时并不会相互干涉。接着，第一RAID控制器221取得第二分散式锁定模块232(对应步骤S330与图4C)。
假设第一RAID控制器221已经取得对第二SAS扩展器233的控制，则第一RAID控制器221可以通过第二SAS扩展器233连接至SATA设备240。对于第一RAID控制器221而言，经由第二控制设备集合230的存取路径是为远端存取路径，如图4E中黑色虚线所示。
本发明的RAID控制器在取得分散式锁定模块时，还会根据分时机制分派RAID控制器的存取权限。而分时机制是由各RAID控制器进行计时的动作。这是为了避免RAID控制器对SATA设备240访问后，仍维持其存取权限，使得其他RAID控制器无法进一步的对SATA设备240存取的安全处理。
请参考图4B所示，在第一RAID控制器221取得第一分散式锁定模块222后，随之第一RAID控制器221会进行一间隔时间的倒数(对应步骤S340与对应S413)。当间隔时间到期后，第一RAID控制器221会检测是否有其他RAID控制器对第一分散式锁定模块222发出申请的请求(对应步骤S340与对应S415)。当间隔时间到期且接收到其他RAID控制器对第一分散式锁定模块222的申请要求时，则第一RAID控制器221将释放对第一分散式锁定模块222的关连性，并同时释放对SATA设备240的存取权限(对应步骤S340与对应S417)。若第一RAID控制器221在经过间隔时间后，仍继续对SATA设备240进行存取时，第一RAID控制器221则保持对SATA设备240的存取权限。否则，第一RAID控制器221将清除间隔时间(对应步骤S340与对应S421)。
上述是对于本地存取路径，对于远端存取路径而言也是相同的。第一RAID控制器221取得第二分散式锁定模块232后，第一RAID控制器221将建立对第二分散式锁定模块232的关连性。第一RAID控制器221在经过间隔时间后，若无其他RAID控制器发出申请的要求，则第一RAID控制器221将视其对SATA设备240的存取状况决定是否释放存取权限。
以上说明并非仅局限于第一RAID控制器221，对于第二RAID控制器231而言，第二RAID控制器231所经过的第二SAS扩展器233至SATA设备240是为其所属的本地存取路径。而第二RAID控制器231通过第一控制设备集合220的存取路径是为远端存取路径，其运作请参考图4C的步骤S431～S442。
本发明提供一种主动式RAID的SATA驱动器的控制系统及其方法，其是根据设备异动要求调整连接至SATA设备240的拓朴结构。本发明不需通过多重关连(multiple affiliation)的SATA设备240也可以使得第一RAID控制器221或第二RAID控制器231动态的调整对SATA设备240的存取路径。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制系统，根据一设备异动要求调整连接至一SATA设备的拓朴结构，其特征在于，该控制系统包括：
一第一控制设备集合，连接于该SATA设备，该第一控制设备要求接收该设备异动要求，该第一控制设备集合还包括：
一第一RAID控制器，该第一RAID控制器决定由一本地存取路径或一远端存取路径对该SATA设备进行存取；
一第一分散式锁定模块，连接于该第一RAID控制器；以及
至少一第一SAS扩展器，由其中一该第一SAS扩展器连接于该第一RAID控制器，而另一该第一SAS扩展器连接于该SATA设备，并将该些第一SAS扩展器依序串接；以及
一第二控制设备集合，连接于该SATA设备，该第二控制设备集合接收该设备异动要求，该第二控制设备集合还包括：
一第二RAID控制器，该第二RAID控制器决定由该本地存取路径或该远端存取路径对该SATA设备进行存取；
一第二分散式锁定模块，连接于该第二RAID控制器与该第一分散式锁定模块；以及
至少一第二SAS扩展器，由其中一该第二SAS扩展器连接于该第二RAID控制器，而另一该第二SAS扩展器连接于该SATA设备，并将该些第二SAS扩展器依序串接，每一该第一SAS扩展器通过所属的一互连链路连接于相应的该第二SAS扩展器；
其中，该第一分散式锁定模块与该第二分散式锁定模块根据一分时机制取得对该SATA设备的存取权限，并决定对该SATA设备的该本地存取路径或该远端存取路径。
2.根据权利要求1所述的主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制系统，其特征在于，该第一控制设备集合的该本地存取路径是由该第一RAID控制器与该些第一SAS扩展器连接至该SATA设备，而该第一控制设备集合的该远端存取路径是由该第一RAID控制器与该些第二SAS扩展器连接至该SATA设备。
3.根据权利要求1所述的主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制系统，其特征在于，该第二控制设备集合的该本地存取路径是由该第二RAID控制器与该些第二SAS扩展器连接至该SATA设备，而该第二控制设备集合的该远端存取路径是由该第二RAID控制器与该些第一SAS扩展器连接至该SATA设备。
4.根据权利要求1所述的主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制系统，其特征在于，该分时机制是由该第一RAID控制器或该第二RAID控制器在一间隔时间中取得对该SATA设备的存取权限。
5.一种主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制方法，根据一设备异动要求调整连接至一SATA设备的拓朴结构，其特征在于，该控制方法包括：
由一第一控制设备集合遍历多个第一SAS扩展器所连接的一本地存取路径，用以判断该本地存取路径是否可以连接该SATA设备；
若该本地存取路径发生毁损时，则该第一控制设备集合发出该设备异动要求，并该第一控制设备集合通过一第一分散式锁定模块连接至一第二控制设备集合的一第二分散式锁定模块；
根据一分时机制决定由该第一分散式锁定模块或该第二分散式锁定模块取得对该SATA设备的存取权限；以及
当该第一分散式锁定模块取得对该SATA设备的存取权限，则该第一控制设备集合的一第一RAID控制器通过该第一SAS扩展器与一互连链路连接至该第二控制设备集合，并由该第二控制设备集合中多个第二分散式锁定模块连接所形成的一远端存取路径对该SATA设备进行存取。
6.根据权利要求5所述的主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制控制方法，其特征在于，若该本地存取路径无毁损时，则该第一控制设备集合通过该本地存取路径连结至该SATA设备，并对该SATA设备进行存取。
7.根据权利要求5所述的主动式RAID的单关连性SATA驱动器的控制方法，其特征在于，该分时机制还包括：
当该第一分散式锁定模块在取得存取权限时，在经过一间隔时间后确认是否有该第二分散式锁定模块是否发出对该SATA设备的存取权限的索取要求；
若该第二分散式锁定模块向该第一分散式锁定模块索取存取权限，则该第一分散式锁定模块将该SATA设备的存取权限转移至该第二分散式锁定模块；以及
若该第二分散式锁定模块未向该第一分散式锁定模块索取存取权限，则该第一分散式锁定模块根据该间隔时间重新计数。
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