CN105786590B - 虚拟环境中逻辑卷的管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了虚拟环境中逻辑卷的管理方法，包括：将整个存储池作为逻辑卷并映射至客户端，接收注册指令并获得预留秘钥。接收永久性预留指令，网络协议解析层调用逻辑卷的快照接口，将指令中携带的预留密钥作为对应逻辑卷的标识。解析并提取出ATS指令中的预留密钥，通过预留密钥和快照接口找到相应的逻辑卷并将ATS指令转发至存储池中。在存储池中，将读取的逻辑卷标识与指令中包含的预留密钥进行比对；若比对一致时，则处理客户端的读写请求；否则，返回特定的标记码。本发明还公开了虚拟环境中逻辑卷的管理系统。所述虚拟环境中逻辑卷的管理方法及系统不仅减少了存储设备管理逻辑卷的数量，而且提高了虚拟机互斥访问逻辑卷的效率。

Description

虚拟环境中逻辑卷的管理方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机通讯技术领域，特别是指一种虚拟环境中逻辑卷的管理方法及系统。
背景技术
在虚拟环境下，多个虚拟机实例有序的并发访问同一个逻辑卷(lun)时，往往会通过小型计算机系统接口(SCSI)标准中的SCSI2-PR指令(把指定文件写到标准输出)或者SCSI3-COMPARE_AND_WRITE(ATS，Atomic Test&Set)指令实现互斥访问。其中，SCSI指一组标准集，定义了与存储相关的通信所需的接口和协议。
具体地，当虚拟机并发访问时，永久性预留(PR，Persistent Reservation)指令在访问逻辑卷之前，客户端首先向逻辑卷注册一个预留密钥(reservation key)，注册成功后，客户端可以尝试进行永久预留，也即，对逻辑卷进行加锁或者打上标签，永久预留成功后就可以获得逻辑卷的操作权限。预留密钥是一串16进制的ASCII码，协议定义初始长度最长为8个字节。其中，永久预留一共有6种类型，包括，两种操作类型：写排它和所有访问排他；三种客户类型：所有客户端、已注册客户端和所属客户端。基于逻辑卷的粗粒度锁，某一时刻只能有一个客户端进行读写(IO)访问，在虚拟环境下，大大降低了海量虚拟机对于逻辑卷的使用效率。而且，当大量虚拟机创建需要访问不同的逻辑卷时，存储设备则需要管理大量的逻辑卷，这样不仅会给存储设备的管理带来严重的负担，而且降低了逻辑卷的管理效率。
针对上述逻辑卷的管理问题，SCSI-3协议增加了ATS指令，优化了对逻辑卷的管理和并发访问。其中，ATS指令使得锁定的块存储设备具有比PR指令更细的粒度，也即，PR指令的加锁粒度是整个磁盘设备，而ATS指令的加锁粒度可以是组成磁盘设备的部分扇区。ATS指令包括一个校验实例和一个写实例，其实现读写访问的步骤如下：1、指令经过SCSI网络协议解析层、通用块层、磁盘驱动模块读取指定起始逻辑块数据；2、在SCSI网络协议解析层，将从本地块设备驱动模块中读取的数据与校验实例中包括的数据块内容进行比对；3、比对一致时，将写实例指定的起始数据块的数据写到磁盘中；4、比对不一致时，则会返回给客户端主机协议一个特定的标记码，表示该逻辑卷不能被访问。
由此可知，PR指令实现在卷级别的互斥访问，ATS指令实现在块级别的互斥访问，两者的实现都是在内核的网络协议栈层中。虽然，通过ATS指令能够实现在磁盘设备的部分扇区中的逻辑卷管理，但是基于ATS指令的对比是位于网络协议解析层，因此，ATS指令在网络协议栈处理时需要读取磁盘数据进行比较，根据比较的结果再写入数据，导致数据需要两次穿越磁盘驱动、通用块层、网络协议栈层，最终使得客户端读写访问的效率十分低下。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种虚拟环境中逻辑卷的管理方法及系统，能够提高存储设备中逻辑卷的管理和访问的效率。
基于上述目的本发明提供的一种虚拟环境中逻辑卷的管理方法，包括：
将系统的整个存储池作为逻辑卷，并通过网络协议映射至客户端，进而获得逻辑卷的快照接口，其中，初始时逻辑卷中未存储任何数据；
接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留秘钥；
接收客户端发送的永久性预留指令，网络协议解析层调用初始逻辑卷的一个快照接口，将永久性预留指令中携带的预留密钥作为该快照接口对应逻辑卷的标识；
接收客户端发送的ATS指令，所述ATS指令中包含有预留秘钥，网络协议解析层解析并提取出ATS指令中的预留密钥，通过所述预留密钥和快照接口找到存储池中相应的逻辑卷，将ATS指令通过通用块层转发至存储池中；
在存储池中，接收到ATS指令后，将从磁盘驱动模块中读取的逻辑卷的标识与ATS指令中包含的预留密钥进行比对；
若比对一致时，则处理客户端的读写请求；否则，返回给客户端主机协议特定的标记码。
进一步，所述接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留秘钥的步骤还包括：通过修改协议定义，将预留密钥由原先的8字节扩展为16字节。
进一步，所述处理客户端的读写请求的步骤中采用写时复制技术处理读写请求。
本发明还提供了一种虚拟环境中逻辑卷的管理系统，包括：
映射模块，用于将系统的整个存储池作为逻辑卷，并通过网络协议映射至客户端，进而获得逻辑卷的快照接口，其中，初始时逻辑卷中未存储任何数据；
注册模块，用于接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留秘钥；
PR指令模块，用于接收客户端发送的永久性预留指令，网络协议解析层调用初始逻辑卷的一个快照接口，将永久性预留指令中携带的预留密钥作为该快照接口对应逻辑卷的标识；
ATS指令模块，用于接收客户端发送的ATS指令，所述ATS指令中包含有预留秘钥，网络协议解析层解析并提取出ATS指令中的预留密钥，通过所述预留密钥和快照接口找到存储池中相应的逻辑卷，将ATS指令通过通用块层转发至存储池中；
比对模块，用于在存储池中，接收到ATS指令后，将从磁盘驱动模块中读取的逻辑卷的标识与ATS指令中包含的预留密钥进行比对；
读写处理模块，用于判断比对结果并处理读写请求；若比对一致时，则处理客户端的读写请求；否则，返回给客户端主机协议特定的标记码。
进一步，所述注册模块还用于通过修改协议定义，将预留密钥由原先的8字节扩展为16字节。
进一步，所述读写处理模块还用于采用写时复制技术处理读写请求。
从上面所述可以看出，本发明提供的虚拟环境中逻辑卷的管理方法及系统通过将整个存储池作为逻辑卷并映射到客户端中，使得客户端获得逻辑卷的快照接口，进而在实现ATS指令的比对过程时，能够快速找到逻辑卷并将ATS指令发送到存储池中，最终实现在存储池中的比对过程。这样，不仅大大减少了存储设备管理逻辑卷的数量，而且极大地提高了多个虚拟机互斥访问逻辑卷的效率。
附图说明
图1为本发明提供的虚拟环境中逻辑卷的管理方法的流程图；
图2为本发明提供的虚拟环境中逻辑卷的管理系统的结构示意图；
图3为本发明提供的虚拟环境中逻辑卷的管理系统中的存储设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
参照图1所示，为本发明提供的虚拟环境中逻辑卷的管理方法的实施例的流程图。所述虚拟环境中逻辑卷的管理方法用于处理虚拟环境中多个虚拟机对逻辑卷的并发访问以及逻辑卷管理的问题，具体的，所述的方法包括：
步骤101，将系统的整个存储池作为逻辑卷，并通过网络协议映射至客户端，进而获得逻辑卷的快照接口，其中，初始时逻辑卷中未存储任何数据
其中，所述存储池是Data Protection Manager(DPM)服务器在其中存储副本、卷影副本和传输日志的一组磁盘，系统必须向存储池添加至少一个磁盘才可开始保护数据，且添加到存储池的磁盘应是空的。所述逻辑卷(Logical Volume)是由逻辑磁盘形成的虚拟盘，也可称为磁盘分区。这里的将系统的整个存储池作为逻辑卷是指将存储池的整个磁盘作为一个逻辑卷进行管理。利用快照技术将该逻辑卷的快照接口映射到客户端中，也即映射到不同的虚拟机中。通过快照接口，客户端能够通过快照接口快速找到对应的逻辑卷。
步骤102，接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留秘钥。
客户端在访问逻辑卷之前，会首先向逻辑卷注册一个预留秘钥，用于实现对逻辑卷的互斥访问。所述预留秘钥初始时在协议中定义的长度为8个字节，是一串16进制的ASCII码。客户端通过所述预留秘钥能够对逻辑卷进行加锁并实现准确的访问。
步骤103，接收客户端发送的永久性预留指令，网络协议解析层调用初始逻辑卷的一个快照接口，将永久性预留指令中携带的预留密钥作为该快照接口对应逻辑卷的标识。
其中，在虚拟环境中，参照图3所示，系统的存储设备由上到下依次分为网络协议解析层、通用块层、存储池以及位于底部的磁盘驱动设备模块。客户端访问逻辑卷时，首先接触的是网络协议解析层，当接收到客户端发送的永久性预留指令时，网络协议解析层会通过逻辑卷的快照接口，将永久性预留指令中携带的预留密钥作为该快照接口对应逻辑卷的标识，也即实现了逻辑卷的永久性预留。当其他设备想要访问该逻辑卷时，需要与该逻辑卷的标识进行比对。若比对一致才能进行读写访问，否则无法访问该逻辑卷。
步骤104，接收客户端发送的ATS指令，所述ATS指令中包含有预留秘钥，网络协议解析层解析并提取出ATS指令中的预留密钥，通过所述预留密钥和快照接口找到存储池中相应的逻辑卷，将ATS指令通过通用块层转发至存储池中。
同一客户端发送的ATS指令中包含有与PR指令中注册的相同的预留密钥，网络协议解析层通过所述预留密钥以及逻辑卷的快照接口能够快速找到存储池中的逻辑卷，进一步，所述网络协议解析层还将ATS指令利用快照接口通过通用块层转发至存储池中。
步骤105，在存储池中，接收到ATS指令后，将从磁盘驱动模块中读取的逻辑卷的标识与ATS指令中包含的预留密钥进行比对；
这样，实现了ATS指令在存储池中的数据比对，也即数据获取时只是从磁盘驱动模块到存储池中，而不需要穿过通用块层，进入网络协议解析层中，极大地减少了数据的传输过程。
步骤106，若比对一致时，则处理客户端的读写请求；否则，返回给客户端主机协议特定的标记码。
其中，所述标记码代表当前访问的逻辑卷已经被加锁，本客户端不能访问该逻辑卷。
由上述实施例可知，本发明所述的虚拟环境中逻辑卷的管理方法通过将整个存储池作为逻辑卷使得逻辑卷的数量大大减少，也即提高了逻辑卷的管理效率和准确性。又通过快照技术使得ATS指令的比对过程位于存储池中，进一步降低了数据的传输路径，最终提高了客户端的读写访问的效率。
作为本发明一个较佳的实施例，所述接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留秘钥的步骤102还包括：通过修改协议定义，将预留密钥由原先的8字节扩展为16字节。这样，通过将预留秘钥的字节扩展为16字节，能够使得预留秘钥的存储空间更大，进而能够存储和处理更多的预留秘钥，最终提高了逻辑卷的管理效率以及处理预留秘钥的速度。
在本发明另一个优选的实施例中，所述处理客户端的读写请求的步骤106中采用写时复制技术处理读写请求。其中，所述写时复制技术是一种处理读写请求的方法，具体为：在数据第一次写入到某个存储位置时，首先将原有的内容读取出来，写到另一位置处，然后再将数据写入到存储设备中。这样能够在处理客户端的读写请求时，大大减少读的操作，也即进一步提高了客户端读写访问逻辑卷的效率。
参照图2所示，为本发明提供的虚拟环境中逻辑卷的管理系统的实施例的结构示意图。所述虚拟环境中逻辑卷的管理系统包括：
映射模块201，用于将系统的整个存储池作为逻辑卷，并通过网络协议映射至客户端，进而获得逻辑卷的快照接口，其中，初始时逻辑卷中未存储任何数据；
注册模块202，用于接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，获得预留秘钥；
PR指令模块203，用于接收客户端发送的永久性预留指令，网络协议解析层调用初始逻辑卷的一个快照接口，将永久性预留指令中携带的预留密钥作为该快照接口对应逻辑卷的标识；
ATS指令模块204，用于接收客户端发送的ATS指令，所述ATS指令中包含有预留秘钥，网络协议解析层解析并提取出ATS指令中的预留密钥，通过所述预留密钥和快照接口找到存储池中相应的逻辑卷，将ATS指令通过通用块层转发至存储池中；
比对模块205，用于在存储池中，接收到ATS指令后，将从磁盘驱动模块中读取的逻辑卷的标识与ATS指令中包含的预留密钥进行比对；
读写处理模块206，用于判断比对结果并处理读写请求；若比对一致时，则处理客户端的读写请求；否则，返回给客户端主机协议特定的标记码。
由上述实施例可知，本发明所述的虚拟环境中逻辑卷的管理系统通过所述映射模块201将系统的整个存储池作为逻辑卷并映射到客户端中，然后通过所述ATS指令模块204将ATS指令通过快照接口转发到存储池中。这样，不仅大大减少了所述虚拟环境中逻辑卷的管理系统中逻辑卷的数量，提高了管理效率，而且通过在存储池中实现数据的比对过程，使得数据不需要反复穿越通用块层和网络协议解析层，进而提高了系统中逻辑卷的读写访问效率。
在本发明一些优选的实施例中，所述注册模块202还用于通过修改协议定义，将预留密钥由原先的8字节扩展为16字节。
在本发明另一些优选的实施例中，所述读写处理模块206还用于采用写时复制技术处理读写请求。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种虚拟环境中逻辑卷的管理方法，其特征在于，包括：
将系统的整个存储池作为逻辑卷，并通过网络协议映射至客户端，进而获得逻辑卷的快照接口，其中，初始时逻辑卷中未存储任何数据；
接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留密钥；
接收客户端发送的永久性预留指令，网络协议解析层调用初始逻辑卷的一个快照接口，将永久性预留指令中携带的预留密钥作为该快照接口对应逻辑卷的标识；
接收客户端发送的ATS指令，所述ATS指令中包含有预留密钥，网络协议解析层解析并提取出ATS指令中的预留密钥，通过所述预留密钥和快照接口找到存储池中相应的逻辑卷，将ATS指令通过通用块层转发至存储池中；
在存储池中，接收到ATS指令后，将从磁盘驱动模块中读取的逻辑卷的标识与ATS指令中包含的预留密钥进行比对；
若比对一致时，则处理客户端的读写请求；否则，返回给客户端主机协议特定的标记码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留密钥的步骤还包括：通过修改协议定义，将预留密钥由8字节扩展为16字节。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理客户端的读写请求的步骤中采用写时复制技术处理读写请求。
4.一种虚拟环境中逻辑卷的管理系统，其特征在于，包括：
映射模块，用于将系统的整个存储池作为逻辑卷，并通过网络协议映射至客户端，进而获得逻辑卷的快照接口，其中，初始时逻辑卷中未存储任何数据；
注册模块，用于接收客户端向逻辑卷发送的注册指令，并且注册获得预留密钥；
PR指令模块，用于接收客户端发送的永久性预留指令，网络协议解析层调用初始逻辑卷的一个快照接口，将永久性预留指令中携带的预留密钥作为该快照接口对应逻辑卷的标识；
ATS指令模块，用于接收客户端发送的ATS指令，所述ATS指令中包含有预留密钥，网络协议解析层解析并提取出ATS指令中的预留密钥，通过所述预留密钥和快照接口找到存储池中相应的逻辑卷，将ATS指令通过通用块层转发至存储池中；
比对模块，用于在存储池中，接收到ATS指令后，将从磁盘驱动模块中读取的逻辑卷的标识与ATS指令中包含的预留密钥进行比对；
读写处理模块，用于判断比对结果并处理读写请求；若比对一致时，则处理客户端的读写请求；否则，返回给客户端主机协议特定的标记码。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述注册模块还用于通过修改协议定义，将预留密钥由原先的8字节扩展为16字节。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述读写处理模块还用于采用写时复制技术处理读写请求。
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