CN110691094A - 一种基于iscsi协议传输数据的方法、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ISCSI协议传输数据的方法，包括以下步骤：解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；对SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；以及基于映射对封装后的ISCSI协议数据进行传输。本发明还公开了一种计算机设备和可读存储介质。本发明提出的基于ISCSI协议传输数据的方法、设备及介质通过在用户空间以零拷贝的方式实现网络数据包高速收发，并在用户空间实现ISCSI协议，由于在用户空间进行，具备容易调试、不影响系统稳定运行等优点。

Description

一种基于ISCSI协议传输数据的方法、设备及介质
技术领域
本发明涉及ISCSI协议领域，更具体地，特别是指一种基于ISCSI协议传输数据的方法、设备及可读介质。
背景技术
ISCSI协议是IP存储网络协议之一，它将广泛应用的两种工业标准SCSI和TCP/IP结合起来，为存储设备提供面向数据块级的连接服务。传统的ISCSI协议实现方法大都采用在操作系统内核态收发网络数据包的模式，然后交给内核协议栈进行协议实现。这种处理方式由于在内核空间进行，存在效率差、容易导致系统崩溃、不便于调试等一系列问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种基于ISCSI协议传输数据的方法、设备及介质，通过在用户空间以零拷贝的方式实现网络数据包高速收发，并在用户空间实现ISCSI协议，由于在用户空间进行，具备容易调试、不影响系统稳定运行等优点。
基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种基于ISCSI协议传输数据的方法，包括如下步骤：解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；对SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；以及基于映射对封装后的ISCSI协议数据进行传输。
在一些实施方式中，还包括：对数据的流量进行控制以及对发送数据的时长进行监控。
在一些实施方式中，对数据的流量进行控制包括：在数据发送的过程中，使接收方根据资源的使用情况调整接收流量值，并使发送方的发送流量值与接收流量值相适应。
在一些实施方式中，对发送数据的时长进行监控包括：响应于在阈值时间内未收到数据的确收信息，重新发送数据。
在一些实施方式中，对发送数据的时长进行监控还包括：响应于在阈值时间内收到数据的确收信息，基于数据发送的第一时间及收到数据的确收信息的第二时间的多组差值重新调整阈值时间。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行以实现如下步骤：解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；对SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；以及基于映射对封装后的ISCSI协议数据进行传输。
在一些实施方式中，步骤还包括：对数据的流量进行控制以及对发送数据的时长进行监控。
在一些实施方式中，对数据的流量进行控制包括：在数据发送的过程中，使接收方根据资源的使用情况调整接收流量值，并使发送方的发送流量值与接收流量值相适应。
在一些实施方式中，对发送数据的时长进行监控包括：响应于在阈值时间内未收到数据的确收信息，重新发送数据。
本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时实现如上方法步骤的计算机程序。
本发明具有以下有益技术效果：在用户空间以零拷贝的方式实现网络数据包高速收发，并在用户空间实现ISCSI协议，由于在用户空间进行，具备容易调试、不影响系统稳定运行等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明提供的基于ISCSI协议传输数据的方法的实施例的示意图；
图2为本发明提供的基于ISCSI协议传输数据的方法的实施例的流程图。
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，对本发明实施例进一步详细说明。
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。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种基于ISCSI协议传输数据的方法的实施例。图1示出的是本发明提供的基于ISCSI协议传输数据的方法的实施例的示意图。如图1所示，本发明实施例包括如下步骤：
S1、解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；
S2、对SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；以及
S3、基于映射对封装后的ISCSI协议数据进行传输。
NXP推出的一系列PowerPC多核网络处理器，由于采用数据通道加速架构技术(Datapath Acceleration Architecture，DPAA)技术，能够极大的提高网络数据包发送、处理速度，并且利用用户空间DPAA(USDPAA)技术，可以实现在用户空间以零拷贝的方式实现网络数据包高速收发，并在用户空间实现ISCSI(因特网小型计算机系统接口)协议。
在操作系统用户空间进行网络数据包高速收发。对操作系统进行配置，使PowerPC的数据通道加速架构DPAA(Datapath Acceleration Architecture)能够正常工作。DPAA主要包括BMan、QMan、FMan、RMan四个模块，BMan提供了内存缓存池功能，可以减轻软件对内核管理的负载；QMan为网络接口硬件加速模块，为CPU内核之间提供了数据队列的功能；FMan用于解析、分类和分发书包；RMan用于网络数据包的RapidIO接口高速传输。要使这四个模块能够正常工作，需要进行以下操作：在内核编译选项选中对以上模块的支持；在dts文件中加入对以上模块的支持；在文件系统中加入对fmc等DPAA配置工具以及usdpaa_policy_hash_ipv4.xml等DPAA配置文件的支持；重新编译内核和文件系统，并将其烧写到PowerPC主板中；系统启动后，运行fmc配置工具，对DPAA进行配置，使DPAA可以正常工作。申请一大块物理地址连续的内存用于用户空间DPAA(USDPAA)收发网络数据包，并且通过mmap(文件内存映射，map files or device into memory)映射到用户空间，实现零拷贝，保证在用户空间快速高效收发网络数据包。
使用UIO(Userspace I/O)技术，能够映射DPAA寄存器到用户空间，从而使接口层的FMan、QMan、RMan接口直接与驱动层的FMan、QMan、RMan驱动进行通信，避免采用之前的ioctl接口频繁从用户空间到内核空间的这种低效率调用方式，从而保证在应用程序层能够快速高效的收发网络数据包。
在用户空间实现ISCSI协议。解析存储应用程序发过来的SCSI数据包，交由协议封装模块进行处理，协议封装模块对SCSI CDB(命令描述块)进行ISCSI协议封装，以便能够在基于TCP/IP协议的网络上进行传输，完成SCSI到TCP/IP的协议映射；协议封装模块将封装后iSCSI协议数据，交由用户空间网络数据收发模块，实现iSCSI协议数据的快速发送。
方法还包括：对数据的流量进行控制以及对发送数据的时长进行监控。
对数据的流量进行控制包括：在数据发送的过程中，使接收方根据资源的使用情况调整接收流量值，并使发送方的发送流量值与所述接收流量值相适应。在一个实施例中，可以使发送方的发送流量值与接收流量值相等。采用TCP/IP协议的端到端的流量控制机制，以可变发送窗口的方式进行流量控制。发送窗口在连接建立时由双方设定，但在通信过程中，接收方可根据自己的资源使用情况，随时动态地调整接收窗口，然后告诉发送方，使发送方的发送窗口和接收方的接收窗口一致。
对发送数据的时长进行监控包括：响应于在阈值时间内未收到数据的确收信息，重新发送该数据。对发送数据的时长进行监控还包括：响应于在阈值时间内收到数据的确收信息，基于数据发送的第一时间及收到所述数据的确收信息的第二时间的多组差值重新调整所述阈值时间。采用类似TCP协议的自适应超时重发算法，可根据网络的情况动态调整阈值时间。这种算法记录每一个报文段发出的第一时间以及收到相应的确认报文段的第二时间，第一时间和第二时间之间的差就是报文段的往返时延RTT，当发送—个数据段时，启动相应的定时器，如果定时器超时确认报文段还没有到达，就触发数据重发机制。如果超时之前得到确认，就记录新的往返时延，将各个报文段的往返时延样本进行加权平均得到新的报文段的平均往返时延RTT，基于新的平均往返时延设置新的阈值时间，显然定时器设置的阈值时间应大于平均的往返时延RTT。通过实现流量控制和超时重发功能，保证ISCSI协议数据的稳定、可靠传输。
图2示出的是本发明提供的基于ISCSI协议传输数据的方法的实施例的流程图。如图2所示，从框101开始，接着前进到框102，解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；接着前进到框103，对SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；接着前进到框104，基于映射对封装后的ISCSI协议数据进行发送；接着前进到框105，判断在阈值时间内是否收到数据的确认信息，如果是，可以直接前进到框108结束，也可以前进到框106，重新调整阈值时间后再结束，如果否，前进到框107，重新发送该数据，然后返回框105。
需要特别指出的是，上述基于ISCSI协议传输数据的方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于基于ISCSI协议传输数据的方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行以实现如下步骤：S1、解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；S2、对SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；以及S3、基于映射对封装后的ISCSI协议数据进行传输。
在一些实施方式中，还包括：对数据的流量进行控制以及对发送数据的时长进行监控。
在一些实施方式中，对数据的流量进行控制包括：在数据发送的过程中，使接收方根据资源的使用情况调整接收流量值，并使发送方的发送流量值与接收流量值相适应。
在一些实施方式中，对发送数据的时长进行监控包括：响应于在阈值时间内未收到数据的确收信息，重新发送该数据。
在一些实施方式中，对发送数据的时长进行监控还包括：响应于在阈值时间内收到数据的确收信息，基于数据发送的第一时间及收到数据的确收信息的第二时间的多组差值重新调整阈值时间。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时执行如上方法的计算机程序。
最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，基于ISCSI协议传输数据的方法的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由处理器执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被处理器执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
此外，上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
此外，应该明白的是，本文的计算机可读存储介质(例如，存储器)可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者。作为例子而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)或快闪存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)，该RAM可以充当外部高速缓存存储器。作为例子而非限制性的，RAM可以以多种形式获得，比如同步RAM(DRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)、增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)、以及直接Rambus RAM(DRRAM)。所公开的方面的存储设备意在包括但不限于这些和其它合适类型的存储器。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用被设计成用于执行这里功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。
结合这里的公开所描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质被耦合到处理器，使得处理器能够从该存储介质中读取信息或向该存储介质写入信息。在一个替换方案中，存储介质可以与处理器集成在一起。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在一个替换方案中，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性设计中，功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，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，并存在如上的本发明实施例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，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于ISCSI协议传输数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：
解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；
对所述SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；以及
基于所述映射对封装后的ISCSI协议数据进行传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
对数据的流量进行控制以及对发送数据的时长进行监控。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对数据的流量进行控制包括：
在数据发送的过程中，使接收方根据资源的使用情况调整接收流量值，并使发送方的发送流量值与所述接收流量值相适应。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对发送数据的时长进行监控包括：
响应于在阈值时间内未收到数据的确收信息，重新发送所述数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对发送数据的时长进行监控还包括：
响应于在阈值时间内收到数据的确收信息，基于数据发送的第一时间及收到所述数据的确收信息的第二时间的多组差值重新调整所述阈值时间。
6.一种计算机设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述指令由所述处理器执行时实现以下步骤：
解析存储应用程序发送的SCSI数据包，以得到SCSI命令描述块；
对所述SCSI命令描述块进行ISCSI协议封装，以完成SCSI协议到TCP/IP协议的映射；以及
基于所述映射对封装后的ISCSI协议数据进行传输。
7.根据权利要求6所述的计算机设备，其特征在于，步骤还包括：
对数据的流量进行控制以及对发送数据的时长进行监控。
8.根据权利要求7所述的计算机设备，其特征在于，所述对数据的流量进行控制包括：
在数据发送的过程中，使接收方根据资源的使用情况调整接收流量值，并使发送方的发送流量值与所述接收流量值相适应。
9.根据权利要求7所述的计算机设备，其特征在于，所述对发送数据的时长进行监控包括：
响应于在阈值时间内未收到数据的确收信息，重新发送所述数据。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任意一项所述方法的步骤。
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