CN104951243A - 虚拟化存储系统中的存储扩展方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了在虚拟化存储系统中的存储扩展方法和装置。该方法可以包括响应于至少一个新虚拟存储控制设备被添加，将至少一个已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟逻辑单元号的至少一部分配置到至少一个新虚拟存储控制设备中；以及响应于配置的执行，更新该虚拟逻辑单元号的该至少一部分的访问路径，该访问路径指示配置有该虚拟逻辑单元号的该至少一部分的所有虚拟存储控制设备。至少一个虚拟存储控制设备的负载可以被分布到更多虚拟存储控制设备上，使得可以通过更多的虚拟存储控制设备来对数据进行访问，从而避免了单个虚拟存储控制设备成为系统性能的瓶颈。

Description

虚拟化存储系统中的存储扩展方法和装置

技术领域

本发明的实施例涉及数据存储技术领域，并且更具体地，涉及虚拟化存储系统中的存储扩展。

背景技术

现今是信息爆炸的时代，人们需要和产生的数据量与过去相比显著增加。与之相应，数据存储技术也从最初将一个单硬盘集成在一个系统中，发展到直接将存储设备连接到服务器或客户端扩展接口上，再到通过可扩展的网络拓扑结构将存储系统与服务器和客户端相连。

存储区域网络(SAN)是一种通过可扩展的网络拓扑结构将存储系统与服务器或客户端连接的网络存储架构。SAN可以将数据的存储和管理集中在与服务器相对独立的网络中，并且因而具有较高的扩展性和可用性。

在诸如SAN的网络存储架构中，可以使用虚拟存储控制设备来执行存储的虚拟化管理。在这种存储架构中，一种典型的网络拓扑结构是一个虚拟存储控制设备连接多个存储设备，并且同时为多个服务器提供服务。该虚拟存储控制设备可以将底层的存储设备虚拟化为虚拟逻辑单元号(LUN)，从而服务器可以像操作本地存储设备一样操作通过网络连接的存储设备。与传统方式相比，这种虚拟化方式使得可以更灵活地提供一些的操作，比如动态扩展LUN的容量等。

随着业务需求的不断增加，需要对存储系统不断扩展，以应对数据存储在容量、带宽、计算能力、甚或信息技术(IT)投入回报率等方面的挑战。扩展能力已经成为衡量存储系统的一个重要指标。

一种典型的存储扩展方式是通过增加诸如控制器缓存和硬盘等物理存储设备的数目来扩展存储系统。在如上所述包括虚拟存储控制设备的虚拟存储环境中，随着存储系统逐渐变大，虚拟存储控制设备需要控制的数据存储相关操作大大增加，因为与虚拟存储控制设备相连的存储设备中存储的所有数据都要经过虚拟存储控制设备来访问。这样，无论从计算能力还是带宽方面，虚拟存储控制设备都有可能成为整个存储系统的性能瓶颈。例如，整个存储系统的最大每秒输入输出(IOPS)受限于虚拟存储控制设备的IOPS。具体而言，即使针对附接到存储系统的存储设备的预计IOPS大于虚拟存储控制设备的IOPS，整个存储系统所能达到的最大IOPS也不能超过虚拟存储控制设备的IOPS。

因此，需要一种解决方案以应对上述虚拟存储控制设备可能成为存储系统和性能的瓶颈的情况。

发明内容

为了解决上述以及其他潜在问题，本发明的实施例提供了一种在虚拟化存储系统中的存储扩展方法装置，以避免虚拟存储控制设备成为存储系统和性能的瓶颈。

根据本发明的第一方面，提供了一种在虚拟化存储系统中的存储扩展方法，其中虚拟化存储系统包括至少一个虚拟存储控制设备和至少一个存储设备，该至少一个虚拟存储控制设备被配置为对该至少一个存储设备进行虚拟化管理。该方法包括：响应于至少一个新虚拟存储控制设备被添加，将至少一个已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟逻辑单元号的至少一部分配置到该至少一个新虚拟存储控制设备中；以及响应于配置的执行，更新该虚拟逻辑单元号的该至少一部分的访问路径，其中该访问路径指示配置有该虚拟逻辑单元号的该至少一部分的所有虚拟存储控制设备。

根据本发明的第二方面，提供了一种在虚拟化存储系统中的存储扩展装置，其中该虚拟化存储系统包括至少一个虚拟存储控制设备和至少一个存储设备，该至少一个虚拟存储控制设备被配置为对该至少一个存储设备进行虚拟化管理。该装置包括：配置单元，被配置为响应于至少一个新虚拟存储控制设备被添加，将至少一个已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟逻辑单元号的至少一部分配置到该至少一个新虚拟存储控制设备中；以及更新单元，被配置为响应于该配置单元执行的配置，更新该虚拟逻辑单元号的该至少一部分的访问路径，该访问路径指示配置有该虚拟逻辑单元号的该至少一部分的所有虚拟存储控制设备。

根据本发明的第三方面，提供了一种非瞬态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储于其中的计算机程序指令。该计算机程序指令在被执行时使机器执行根据本发明的第一方面的方法。

通过下文描述将会理解，根据本发明的实施例，至少一个虚拟存储控制设备的负载可以被分布到更多虚拟存储控制设备上，使得可以通过更多的虚拟存储控制设备来对数据进行访问，从而避免了单个虚拟存储控制设备成为系统性能的瓶颈。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是根据本发明的实施例可以实施于其中的虚拟化存储环境的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的在虚拟化存储系统中的存储扩展方法的流程图；以及

图3示出了根据本发明的一个实施例的在虚拟化存储系统中的存储扩展装置的框图。

具体实施例

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

通常而言，本文中使用的所有术语除非另外明确定义，否则应该按照其在本领域中的通常含义来理解。所有提到的“一/一个/该/所述元件、设备、部件、装置、单元、步骤等”应该被解释为上述元件、设备、部件、装置、单元、步骤等的至少一个实例，除非另外明确说明，否则不排除包括多个这种元件、设备、部件、装置、单元、步骤等。

下面结合附图以示例的方式详细描述本发明的各实施例。

首先参考图1，其示出了根据本发明的实施例可以实施于其中的虚拟化存储环境100的示意图。

如图1所示，在虚拟化存储环境100中可以包括存储系统101。该存储系统101可以包括一个或多个存储设备。存储设备可以包括例如固态盘(SSD)、光纤通道(FC)盘、串行高级技术附件(SATA)盘、串行连接小型计算机系统接口(SCSI)(SAS)盘或者磁带库等。

在虚拟化存储环境100中，可以包括至少一个虚拟存储控制设备102。虚拟存储控制设备102被配置为对存储设备进行虚拟化管理。例如，在本发明的实施例中，虚拟存储控制设备102可以将其连接的存储设备虚拟化为虚拟LUN，从而服务器或客户端可以像操作本地存储设备一样操作通过虚拟存储控制设备102连接的存储设备。虚拟存储控制设备102在对其连接的存储设备进行虚拟化以生成虚拟LUN时，一个虚拟LUN可以对应于一个或多个存储设备，或者备选地一个虚拟LUN可以对应于一个存储设备的一部分或者多个存储设备的多个部分。但是，如本领域技术人员可以理解的，虚拟存储控制设备可以采用任何其他方式对存储设备进行虚拟化管理，本发明的范围在此方面不受限制。

如前所述，由于与虚拟存储控制设备相连的存储设备中存储的所有数据都要经过虚拟存储控制设备来访问，所以虚拟存储控制设备有可能成为整个存储系统的性能瓶颈。例如，存储系统的带宽、计算能力等性能将受限于虚拟存储控制设备的性能。根据本发明的一个实施例，当某个虚拟存储控制设备因为负载过高而成为系统性能的瓶颈时，可以添加新的虚拟存储控制设备用来分担成为系统性能的瓶颈的虚拟存储控制设备的负载。

如图1所示，在虚拟化存储环境100中，还可以包括智能控制设备103。根据本发明的一个实施例，智能控制设备103可以帮助实现虚拟存储控制设备之间的负载均衡。根据本发明的一个实施例，智能控制设备103可以实施于虚拟存储控制设备102中。备选地，智能控制设备103也可以实现为与虚拟存储控制设备102分离的单独装置。本发明的范围在此方面不受限制。

在虚拟化存储环境100中，可以包括一个或多个主机104。主机104可以包括例如处理单元、存储器、网络适配器等(未示出)。主机104可以通过虚拟存储控制设备102创建的虚拟LUN对存储系统中存储的数据进行访问。

此外，在如图1所示的虚拟化存储环境100中，还可以包括多路径选择设备105。多路径选择设备105被配置为在对于虚拟存储控制器创建的虚拟LUN的访问存在多条路径时，从该多条路径中选择一条路径以用于访问。根据本发明的一个实施例，多路径选择设备105可以实施于主机104中。备选地，多路径选择设备105也可以实现为与主机104分离的单独装置。本发明的范围在此方面不受限制。

在下文某些描述中，将在图1所示的虚拟化存储环境100中讨论本发明的若干实施例。但是，需要注意的是，如本领域技术人员可以理解，这仅仅是出于清楚说明之目的，并非意在以任何方式限制本发明的范围。相反，本发明的实施例可以应用于先前已经存在和今后将要开发的虚拟化存储环境中。

下面参考图2，其示出了根据本发明的一个实施例的在虚拟化存储系统中的存储扩展方法200的流程图。在本发明的一个实施例中，该虚拟化存储系统可以处于如图1所示的虚拟化存储环境中。具体地，该虚拟化存储系统可以包括存储系统101和一个或多个虚拟存储控制设备102。存储系统101可以包括一个或多个存储设备，并且虚拟存储控制设备102可以对这些存储设备进行虚拟化管理。

如图2所示，方法200开始之后，在步骤S201响应于至少一个新虚拟存储控制设备被添加，将至少一个已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的至少一部分配置到该至少一个新虚拟存储控制设备中。

如上所述，虚拟存储控制设备102可以对其连接的存储设备进行虚拟化以生成虚拟LUN，从而所有对虚拟LUN的访问都要通过虚拟存储控制设备102来进行。如果对该虚拟LUN的访问过于频繁，例如IOPS大于虚拟存储控制设备102所能提供的IOPS，则虚拟存储控制设备102会成为整个系统的瓶颈。智能控制设备103可以将至少一个已有虚拟存储控制设备上的负载分布到添加的新虚拟存储控制设备上，从而可以避免某个虚拟存储控制设备成为系统性能的瓶颈。

接下来，方法200前进到步骤S202，其中响应于配置的执行，更新该虚拟LUN的该至少一部分的访问路径，其中该访问路径指示配置有该虚拟LUN的该至少一部分的所有虚拟存储控制设备。

在本发明的一个实施例中，当有主机104例如因为执行数据读写而正在访问虚拟LUN的一部分时，智能控制设备103可以实时地执行对该虚拟LUN的该部分的访问路径进行更新，从而主机104可以获得访问路径的实时信息。备选地，在本发明的另一实施例中，智能控制设备103可以响应于主机104的访问请求而发起该更新。如本领域技术人员可以理解的，智能控制设备103的更新操作的触发时机可以根据需要灵活设置，本发明的范围在此方面不受限制。

根据本发明的实施例，至少一个虚拟存储控制设备的负载可以被分布到更多虚拟存储控制设备上，使得主机针对某些数据的读写可以通过更多的虚拟存储控制设备来进行，从而避免了单个虚拟存储控制设备成为系统性能的瓶颈。

根据本发明的实施例，可选地，在步骤S201中，智能控制设备103可以监测已有虚拟存储控制设备的负载，并且基于监测的负载来确定执行该配置所针对的已有虚拟存储控制设备和该已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的该至少一部分。

在本发明的一个实施例中，可以将负载过高例如超过预定阈值的虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的一部分或全部配置到新添加的一个或多个虚拟存储控制设备中。备选地，可以将虚拟存储控制设备的负载情况进行排名，并且将负载高的前几个的虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的一部分配置到新添加的一个或多个虚拟存储控制设备中。如本领域技术人员可以理解的，具体配置方式可以根据需要灵活设置，本发明的范围在此方面不受限制。

在本发明的一个实施例中，负载可以是访问频率，例如IOPS，或者备选地，负载可以是访问的数据流量。以此方式，可以将负载已经很高的虚拟存储控制设备的负载分布到新添加的虚拟存储控制设备上，从而避免了负载已经很高的虚拟存储控制设备成为系统性能的瓶颈。

在本发明的一个实施例中，可选地，在步骤S201中，至少一个新虚拟存储控制设备可以是基于至少一个已有虚拟存储控制设备的负载而添加的。在本发明的一个实施例中，可以基于已有虚拟存储控制设备的负载与预定阈值的比较来确定是否要添加新虚拟存储控制设备，并且在确定添加的情况下时确定要添加的新虚拟存储控制设备的数目。

在本发明的一个实施例中，可选地，方法200还可以包括如下步骤：智能控制设备103可以监测虚拟化存储系统中的至少一个虚拟存储控制设备的负载，并且基于监测的负载而将至少一个虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的至少一部分配置到至少一个其他虚拟存储控制设备中。以此方式，可以实现虚拟存储控制设备之间的负载均衡。可以与上面针对将已有虚拟存储控制设备的负载分布到新添加的虚拟存储控制设备上所述的过程类似地执行这里的负载均衡操作。处于简明的目的，具体细节不再赘述。

在本发明的一个实施例中，可选地，方法200还可以包括如下步骤：在虚拟LUN的一部分要被访问时，可以由多路径选择设备105根据更新的访问路径选择用于访问该虚拟LUN的该部分的路径。

如上所述，根据本发明的实施例，可以将一个虚拟存储控制设备中配置的虚拟LUN分散地配置到多个虚拟存储控制设备中，这样针对该虚拟LUN的访问路径被扩展为多条。在这种情况下，当主机104要访问该虚拟LUN时，需要选择一条路径来执行访问。

在本发明的一个实施例中，可以由多路径选择设备105根据虚拟存储控制设备的负载来进行路径选择。例如，多路径选择设备105可以选择负载较轻的虚拟存储控制设备来提供服务。在本发明的另一实施例中，多路径选择设备105也可以按照轮流的方式依次尝试经过不同的虚拟存储控制设备来进行访问。在本发明的又一实施例中，多路径选择设备105可以选择延迟较小的路径。如本领域技术人员可以理解的，具体选择方式可以根据需要灵活设置，本发明的范围在此方面不受限制。

在本发明的一个实施例中，可选地，方法200还可以包括如下步骤：在虚拟LUN的一部分被访问时，在配置有该虚拟LUN的该部分的所有虚拟存储控制设备之间执行同步以对访问进行协调。以此方式，可以使得在一个时刻只有一个虚拟存储控制设备来提供数据访问服务，从而避免对该虚拟LUN的该部分的访问出现冲突。

在本发明的一个实施例中，可以在虚拟存储控制设备102中维护高速缓存，用于对被访问的数据以及相关配置信息进行缓存。该同步操作可以例如通过将各虚拟存储控制设备中维护的高速缓存进行同步来执行。但是，如本领域技术人员可以理解的，可以根据需要采用任意合适的虚拟存储控制设备的同步方式来对数据访问进行协调，本发明的范围在此方面不受限制。

上面参考图2说明了根据本发明的实施例的在虚拟化存储系统中的存储扩展方法，现在参考图3说明能够执行上述方法200的装置。

图3示出了根据本发明的一个实施例的在虚拟化存储系统中的存储扩展装置300的框图。

如图3所示的装置300包括配置单元301和更新单元302。在本发明的一个实施例中，配置单元301可以响应于至少一个新虚拟存储控制设备被添加，将至少一个已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的至少一部分配置到至少一个新虚拟存储控制设备中。更新单元302可以响应于配置单元301执行的配置，更新该虚拟LUN的该至少一部分的访问路径，该访问路径指示配置有该虚拟LUN的该至少一部分的所有虚拟存储控制设备。

在本发明的一个实施例中，装置300还可以包括监测单元303和确定单元304。在本发明的一个实施例中，监测单元303可以监测已有虚拟存储控制设备的负载。确定单元304可以基于监测的负载来确定执行该配置所针对的已有虚拟存储控制设备和该已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的该至少一部分。

在本发明的一个实施例中，监测单元303还可以监测虚拟化存储系统中的至少一个虚拟存储控制设备的负载。配置单元304还可以基于监测的负载而将至少一个虚拟存储控制设备中所配置的虚拟LUN的至少一部分配置到至少一个其他虚拟存储控制设备中。

在本发明的一个实施例中，装置300还可以包括路径选择单元305。路径选择单元305可以在虚拟LUN的一部分要被访问时，根据更新的访问路径选择用于访问该虚拟LUN的该部分的路径。

在本发明的一个实施例中，装置300还可以包括同步单元306。同步单元306可以在虚拟LUN的一部分被访问时，在配置有该虚拟LUN的该部分的所有虚拟存储控制设备之间执行元数据同步以对访问进行协调。

根据本发明的实施例，如图3所示的装置300可以分散地实施于如图1所示的虚拟存储控制设备102、智能控制设备103以及多路径选择设备105中。备选地，装置300也可以集中地实现在虚拟存储控制设备102或者实现为与虚拟存储控制设备102分离的单独装置。本发明的范围在此方面不受限制。

应当理解，装置300中记载的每个单元分别与参考图2描述的方法200中的每个步骤相对应。因此，上文结合图2描述的操作和特征同样适用于装置300及其中包含的单元，并且具有同样的效果，具体细节不再赘述。

上面参考方法和装置的流程图和框图描述了本发明的示例性实施例。应当理解流程图和框图中的每个方框所代表的功能和/或装置可以借助于硬件来实现，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、通用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等等。

备选地或附加地，也可以通过计算机程序指令来实现本发明的部分或者全部功能。例如，本发明的实施例包括非瞬态计算机可读存储介质，具有存储于其中的计算机程序指令，该计算机程序指令在被执行时使机器执行上文描述的方法200的步骤。这样的计算机可读存储介质可以包括诸如硬盘驱动器、软盘、磁带等的磁性存储介质、诸如光盘等的光存储介质以及诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、固件、可编程逻辑等的易失性或非易失性存储器件。该计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置中，以使得该指令在被该计算机或其他可编程数据处理装置执行时可以产生用于执行流程图的方框中所指定的功能的装置。该计算机程序指令可以通过一种或多种程序设计语言或其组合来编写。

尽管附图中以特定顺序描绘了操作，但是不应该被理解为，为了获得想要的结果，需要以所示的特定顺序或顺序地执行这些操作或者需要执行全部操作。在某些情况下，多任务或并行的处理可能是有益的。

已经出于示例的目的描述了本发明的各个实施例，但是本发明并不意图限于所公开的这些实施例。在不脱离本发明实质的前提下，所有修改和变型均落入由权利要求所限定的本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种在虚拟化存储系统中的存储扩展方法，所述虚拟化存储系统包括至少一个虚拟存储控制设备和至少一个存储设备，所述至少一个虚拟存储控制设备被配置为对所述至少一个存储设备进行虚拟化管理，所述方法包括：

响应于至少一个新虚拟存储控制设备被添加，将至少一个已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟逻辑单元号的至少一部分配置到所述至少一个新虚拟存储控制设备中；以及

响应于所述配置的执行，更新所述虚拟逻辑单元号的所述至少一部分的访问路径，所述访问路径指示配置有所述虚拟逻辑单元号的所述至少一部分的所有虚拟存储控制设备。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

监测已有虚拟存储控制设备的负载；以及

基于监测的负载来确定执行所述配置所针对的所述已有虚拟存储控制设备和所述虚拟逻辑单元号的所述至少一部分。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个新虚拟存储控制设备是基于所述至少一个已有虚拟存储控制设备的负载而被添加的。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

监测所述虚拟化存储系统中的所述至少一个虚拟存储控制设备的负载；

基于监测的负载而将至少一个虚拟存储控制设备中所配置的虚拟逻辑单元号的至少一部分配置到至少一个其他虚拟存储控制设备中。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的方法，还包括：

在虚拟逻辑单元号的一部分要被访问时，根据更新的访问路径选择用于访问所述虚拟逻辑单元号的所述部分的路径。

6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的方法，还包括：

在虚拟逻辑单元号的一部分被访问时，在配置有所述虚拟逻辑单元号的所述部分的所有虚拟存储控制设备之间执行元数据同步以对访问进行协调。

7.一种在虚拟化存储系统中的存储扩展装置，所述虚拟化存储系统包括至少一个虚拟存储控制设备和至少一个存储设备，所述至少一个虚拟存储控制设备被配置为对所述至少一个存储设备进行虚拟化管理，所述装置包括：

配置单元，被配置为响应于至少一个新虚拟存储控制设备被添加，将至少一个已有虚拟存储控制设备中所配置的虚拟逻辑单元号的至少一部分配置到所述至少一个新虚拟存储控制设备中；以及

更新单元，被配置为响应于所述配置单元执行的所述配置，更新所述虚拟逻辑单元号的所述至少一部分的访问路径，所述访问路径指示配置有所述虚拟逻辑单元号的所述至少一部分的所有虚拟存储控制设备。

8.根据权利要求7所述的装置，还包括：

监测单元，被配置为监测已有虚拟存储控制设备的负载；以及

确定单元，被配置为基于监测的负载来确定执行所述配置所针对的所述已有虚拟存储控制设备和所述虚拟逻辑单元号的所述至少一部分。

9.根据权利要求7所述的装置，其中所述至少一个新虚拟存储控制设备是基于所述至少一个已有虚拟存储控制设备的负载而被添加的。

10.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述监测单元还被配置为监测所述虚拟化存储系统中的所述至少一个虚拟存储控制设备的负载；并且

所述配置单元还被配置为基于监测的负载而将至少一个虚拟存储控制设备中所配置的虚拟逻辑单元号的至少一部分配置到至少一个其他虚拟存储控制设备中。

11.根据权利要求7至10中的任意一项所述的装置，还包括：

路径选择单元，被配置为在虚拟逻辑单元号的一部分要被访问时，根据更新的访问路径选择用于访问所述虚拟逻辑单元号的所述部分的路径。

12.根据权利要求7至10中的任意一项所述的装置，还包括：

同步单元，被配置为在虚拟逻辑单元号的一部分被访问时，在配置有所述虚拟逻辑单元号的所述部分的所有虚拟存储控制设备之间执行元数据同步以对访问进行协调。

13.一种非瞬态计算机可读存储介质，具有存储于其中的计算机程序指令，所述计算机程序指令在被执行时使机器执行根据权利要求1-6中的任一项所述的方法。