CN114968673A - 一种双连接口双端口的NVMe储存装置及储存方法 - Google Patents

一种双连接口双端口的NVMe储存装置及储存方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双连接口双端口的NVMe储存装置及储存方法，该装置包括主机端、第一储存控制器、第二储存控制器、第一交换机、第二交换机及若干NVMe储存模块，NVMe储存模块上分别设置有第一连接口及第二连接口；主机端分别与第一储存控制器及第二储存控制器通讯连接，第一储存控制器和第二储存控制器均分别与第一交换机及第二交换机通讯连接。通过利用一个NVMe储存装置提供两个真实的连接口来达成完整的双端口功能，以完整的双连接口双端口功能架构一套完整严谨的冗余储存系统，从而可以有效地避免任何单一故障或单边系统损坏导致严重损失，能够有效地提升冗余系统的可靠性和安全性。

Description

一种双连接口双端口的NVMe储存装置及储存方法
技术领域
本发明涉及NVMe储存装置技术领域，具体来说，涉及一种双连接口双端口的NVMe储存装置及储存方法。
背景技术
目前，在业界架构一个冗余系统会用二张控制卡和二组电源供应器，多个储存装置，所构成系统要求在任何单一故障或单边系统损坏均无碍系统数据的存取。这样的冗余系统要求严谨，不允许任何单一事件影响系统的运作，如金融和飞机环境。而传统的冗余系统一般包括以下两种：
1）NVMe冗余系统一，如图8所示的，从主机端（Host）到交换机（PCI Switch）都有冗余备援（redundancy）的保护，任一通路出问题均可从另一通路写读资料。从交换机（PCISwitch）到 NVMe 储存装置，只有单端口（port）联机，如该端口（port）或该端口连接口（connector）故障，则无法达到冗余保护。即该系统存在以下缺点：NVMe 储存装置仅使用一个端口（port），建构的冗余系统存在隐忧，无法达到全冗余保护；
2）NVMe冗余系统二，如图9所示，从主机端（Host）到储存机箱背板（ChassisBackplane）都有冗余备援（redundancy）的连接，任一通路出问题即可从另一通路写读数据。从储存机箱背板（Chassis Backplane）到NVMe储存装置，虽然使用双端口（dual port）但实际上只有单一连接口（connector），依旧存在隐患，当连接口（connector）出问题时，无法达到冗余保护。即该系统存在以下缺点：NVMe储存装置仅有一个连接口（connector），无法建构完整严谨冗余系统。
目前，双端口在一般个人计算机用处较小，双端口的目的就是为了冗余系统，作为眼下最热门的储存接口NVMe也提供双端口，储存装置提供二个端口（two port），但缺点也是如同SAS储存裝置规格一样只有一个真实的连接口，用来建构冗余系统是有缺陷的，无法提供全冗余作用。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种双连接口双端口的NVMe储存装置及储存方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种双连接口双端口的NVMe储存装置，包括主机端、第一储存控制器、第二储存控制器、第一交换机、第二交换机及若干NVMe储存模块，NVMe储存模块上分别设置有第一连接口及第二连接口；
主机端分别与第一储存控制器及第二储存控制器通讯连接，第一储存控制器和第二储存控制器均分别与第一交换机及第二交换机通讯连接；
第一交换机分别与若干NVMe储存模块上的第一连接口通讯连接，第二交换机分别与若干NVMe储存模块上的第二连接口通讯连接。
进一步的，主机端用于数据的储存及处理。
进一步的，第一储存控制器和第二储存控制器用于数据储存过程中的控制处理。
进一步的，第一交换机及第二交换机用于为第一储存控制器及第二储存控制器与若干NVMe储存模块的连接提供连接端口。
进一步的，NVMe储存模块用于使第一储存控制器及第二储存控制器器通过NVMeover TCP协议访问远端的NVMe设备，并进行数据的存取操作。
进一步的，第一连接口的端口及第二连接口的端口均包括2通道、4通道、8通道或16通道中的一种。
根据本发明的另一个方面，提供了一种双连接口双端口的NVMe储存方法，该储存方法包括以下步骤：
S1、利用NVMe储存模块上的第一连接口/第二连接口获取待储存数据；
S2、第一连接口/第二连接口将待储存数据发送至第一交换机/第二交换机；
S3、第一交换机/第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器；
S4、第一储存控制器/第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存。
进一步的，第一连接口/第二连接口将待储存数据发送至第一交换机/第二交换机还包括以下步骤：
当第一连接口故障时，则利用第二连接口将待储存数据发送至第二交换机；
当第二连接口故障时，则利用第一连接口将待储存数据发送至第一交换机。
进一步的，第一交换机/第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器还包括以下步骤：
当第一交换机故障时，则利用第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器；
当第二交换机故障时，则利用第一交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器。
进一步的，第一储存控制器/第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存还包括以下步骤：
当第一储存控制器故障时，则利用第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存；
当第二储存控制器故障时，则利用第一储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存。
本发明的有益效果为：通过利用一个NVMe储存装置提供两个真实的连接口来达成完整的双端口功能，以完整的双连接口双端口功能架构一套完整严谨的冗余储存系统，从而可以有效地避免任何单一故障或单边系统损坏导致严重损失，能够有效地提升冗余系统的可靠性和安全性。
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附图。
图1是根据本发明实施例的一种双连接口双端口的NVMe储存装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种双连接口双端口的NVMe储存方法中第一储存控制器故障时的储存原理示意图；
图3是根据本发明实施例的一种双连接口双端口的NVMe储存方法中第一交换机故障时的储存原理示意图；
图4是根据本发明实施例的一种双连接口双端口的NVMe储存方法中连接接口故障时的储存原理示意图；
图5是根据本发明实施例的一种双连接口双端口的NVMe储存方法中NVMe储存模块的原理示意图；
图6是根据本发明实施例的一种双连接口双端口的NVMe储存方法中储存机箱的原理示意图；
图7是根据本发明实施例的一种双连接口双端口的NVMe储存方法中全冗余系统的原理示意图；
图8是现有技术中NVMe冗余系统的结构示意图之一；
图9是现有技术中NVMe冗余系统的结构示意图之二。
图中：
1、主机端；2、第一储存控制器；3、第二储存控制器；4、第一交换机；5、第二交换机；6、NVMe储存模块；7、第一连接口；8、第二连接口。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种双连接口双端口的NVMe储存装置及储存方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-7所示，根据本发明的一个方面，提供了一种双连接口双端口的NVMe储存装置，包括主机端1（Host）、第一储存控制器2（Controller 0）、第二储存控制器3（Controller 1）、第一交换机4（PCI Switch 0）、第二交换机5（PCI Switch 1）及若干NVMe储存模块6（NVMe 0、NVMe 1、…、NVMe 23），所述NVMe储存模块6上分别设置有第一连接口7（P0）及第二连接口8（P1）；
所述主机端1分别与所述第一储存控制器2及所述第二储存控制器3通讯连接，所述第一储存控制器2和所述第二储存控制器3均分别与所述第一交换机4及所述第二交换机5通讯连接；
所述第一交换机4分别与若干所述NVMe储存模块6上的所述第一连接口7通讯连接，所述第二交换机5分别与若干所述NVMe储存模块6上的所述第二连接口8通讯连接。
具体的，所述主机端1用于数据的储存及处理。
所述第一储存控制器2和所述第二储存控制器3用于数据储存过程中的控制处理。
所述第一交换机4及所述第二交换机5用于为所述第一储存控制器2及所述第二储存控制器3与若干所述NVMe储存模块6的连接提供连接端口。
所述NVMe储存模块6用于使第一储存控制器2及所述第二储存控制器3器通过NVMeover TCP协议访问远端的NVMe设备，并进行数据的存取操作。
本发明的NVMe 储存装置可提供二个连接口，每个连接口为一个端口，每个端口可提供2（lane）通道、4 通道、8 通道或16 通道，使其具有双连接口双端口功能，双连接口双端口可互为备援，当然也可各自独立使用。
从主机端（Host）到NVMe储存装置过程的每个点均有冗余备援（redundancy）的连接，任一接点的失效或故障均无碍系统的运作。优点：NVMe储存装置不仅有双端口机制且有双连接口，可以建构完整严谨冗余系统。
所有储存路径均有备援，所有NVMe连接口（NVMe储存模块）NVMe 0端口P0数据均走交换机0（PCI Switch 0），再走第一交换机（Controller 0）到主机端（Host），同样的，所有NVMe连接口NVMe 1端口P1数据均走第二交换机1（PCI Switch 1），再走第一储存控制器（Controller 1）到主机端（Host），如果0通路有故障，则转移到1通路，反之则反，以下详细说明。
1）第一储存控制器故障（Controller 0 fail） 故障备援（Fail Over故障转移）
如图2所示，当第一储存控制器故障（Controller 0 fail），原先经由第一储存控制器传输数据的工作全部故障转移（fail over）到第二储存控制器（Controller 1）上。
当换上新的第一储存控制器，原工作将回复回来（fail back）。反之，第二储存控制器（Controller 1）故障及恢复也是同样的原理。
2）第一交换机（PCI Switch 0） 故障备援（Fail Over）
如图3所示，当第一交换机故障（PCI Switch 0 fail），原先经由第一交换机传输数据的工作全部故障转移（fail over）到第二交换机（PCI Switch 1）上。
当换上新的第一交换机，原工作将回复回来（fail back）。反之，第二交换机（PCISwitch 1）故障及恢复也是同样的原理。这个在只使用单端口 （port）的架构是做不到的。
3）NVMe储存模块到交换机背板的接口（Connector）故障备援（Fail Over）
如图4所示，当NVMe 0储存装置第一连接口（端口P0）的接口故障，第一交换机故障，原先经由NVMe 0 P0连接口到第一交换机传输数据的工作全部故障转移（fail over）NVMe 0第二连接口（端口P1）到第二交换机上。
当NVMe 1~23储存装置端口P1的接口故障，第二交换机故障，原先经由NVMe 1~23P1端口接口到第二交换机传输数据的工作全部故障转移（fail over）NVMe 1~23 P0端口接口到第一交换机上。
在这种场景下，多个点故障能持续工作已是大幸，故障回复只能在系统停工停电再做相关修复更新。这些场景在NVMe储存装置仅使用单端口是做不到的。
NVMe规格在提供企业级SSD 和个人级SSD 规范。本发明则在补足做为冗余系统的NVMe SSD规格上的不足，目的是用在架构完整严谨的冗余系统（redundant system）。
双端口（dual port）的最大用处就是建构冗余系统（redundant system），而建构冗余系统的储存装置本身也该具备冗余架构，仅仅只有双端口（dual port）是不够的，存在连接口（connector）故障的风险，如图5所示，本发明的所提的双连接口是二个连接口（connector），每个连接口（connector）的端口（port）各自可以提供16通道（lane）、8信道、4信道或2信道，二个接口彼此互为备援（redundancy），且每个端口最多可以有16通道。
1、用目前市场上最新的NVMe SSD 的整装 (form factor) 标准
E3.S thin 76mm x 112.75mm x 7.5mm
E3.S thick 76mm x 112.75mm x 16.8mm（厚度二倍）
或
E3.L thin 76mm x 142.2mm x 7.5mm（稍长一点点）
E3.L thick 76mm x 142.2mm x 16.8mm（厚度二倍）
2、如图6所示，一英尺高的储存机箱（2U Chassis），背板需要二颗 PCI 交换器（PCI Switch），每个PCI交换器可接16~24颗SSD，整个储存机箱可以装E3.S/E3.L thin 46个插槽。
用NVMe SSD E3.S/E3.L thick（厚的）插入2U储存机箱的二个 E3.S/E3.L thin（瘦的）插槽，共可以插23个NVMe SSD E3.S/E3.L thick双连接口储存装置。
如图7所示，除了本发明的NVMe双接口双端口，其他都可以在当下的市场取得，主要在NVMe SSD E3.S/S3.L thick（厚的）适当转换插进二个E3.S/E3.L thin（瘦的）的插槽，即可建构此一完整严谨的冗余系统。
根据本发明的另一个方面，提供了一种双连接口双端口的NVMe储存方法，该储存方法包括以下步骤：
S1、利用NVMe储存模块上的第一连接口/第二连接口获取待储存数据；
S2、第一连接口/第二连接口将待储存数据发送至第一交换机/第二交换机；
其中，所述第一连接口/第二连接口将待储存数据发送至第一交换机/第二交换机还包括以下步骤：
当第一连接口故障时，则利用第二连接口将待储存数据发送至第二交换机；
当第二连接口故障时，则利用第一连接口将待储存数据发送至第一交换机。
S3、第一交换机/第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器；
其中，所述第一交换机/第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器还包括以下步骤：
当第一交换机故障时，则利用第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器；
当第二交换机故障时，则利用第一交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器。
S4、第一储存控制器/第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存。
其中，所述第一储存控制器/第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存还包括以下步骤：
当第一储存控制器故障时，则利用第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存；
当第二储存控制器故障时，则利用第一储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过利用一个NVMe储存装置提供两个真实的连接口来达成完整的双端口功能，以完整的双连接口双端口功能架构一套完整严谨的冗余储存系统，从而可以有效地避免任何单一故障或单边系统损坏导致严重损失，能够有效地提升冗余系统的可靠性和安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双连接口双端口的NVMe储存装置，其特征在于，包括主机端（1）、第一储存控制器（2）、第二储存控制器（3）、第一交换机（4）、第二交换机（5）及若干NVMe储存模块（6），所述NVMe储存模块（6）上分别设置有第一连接口（7）及第二连接口（8）；
所述主机端（1）分别与所述第一储存控制器（2）及所述第二储存控制器（3）通讯连接，所述第一储存控制器（2）和所述第二储存控制器（3）均分别与所述第一交换机（4）及所述第二交换机（5）通讯连接；
所述第一交换机（4）分别与若干所述NVMe储存模块（6）上的所述第一连接口（7）通讯连接，所述第二交换机（5）分别与若干所述NVMe储存模块（6）上的所述第二连接口（8）通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种双连接口双端口的NVMe储存装置，其特征在于，所述主机端（1）用于数据的储存及处理。
3.根据权利要求1所述的一种双连接口双端口的NVMe储存装置，其特征在于，所述第一储存控制器（2）和所述第二储存控制器（3）用于数据储存过程中的控制处理。
4.根据权利要求1所述的一种双连接口双端口的NVMe储存装置，其特征在于，所述第一交换机（4）及所述第二交换机（5）用于为所述第一储存控制器（2）及所述第二储存控制器（3）与若干所述NVMe储存模块（6）的连接提供连接端口。
5.根据权利要求1所述的一种双连接口双端口的NVMe储存装置，其特征在于，所述NVMe储存模块（6）用于使第一储存控制器（2）及所述第二储存控制器（3）器通过NVMe over TCP协议访问远端的NVMe设备，并进行数据的存取操作。
6.根据权利要求1所述的一种双连接口双端口的NVMe储存装置，其特征在于，所述第一连接口（7）的端口及所述第二连接口（8）的端口均包括2通道、4通道、8通道或16通道中的一种。
7.一种双连接口双端口的NVMe储存方法，基于权利要求1-6中任意一项所述的双连接口双端口的NVMe储存装置来实现，其特征在于，该储存方法包括以下步骤：
S1、利用NVMe储存模块上的第一连接口/第二连接口获取待储存数据；
S2、第一连接口/第二连接口将待储存数据发送至第一交换机/第二交换机；
S3、第一交换机/第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器；
S4、第一储存控制器/第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存。
8.根据权利要求7所述的一种双连接口双端口的NVMe储存方法，其特征在于，所述第一连接口/第二连接口将待储存数据发送至第一交换机/第二交换机还包括以下步骤：
当第一连接口故障时，则利用第二连接口将待储存数据发送至第二交换机；
当第二连接口故障时，则利用第一连接口将待储存数据发送至第一交换机。
9.根据权利要求7所述的一种双连接口双端口的NVMe储存方法，其特征在于，所述第一交换机/第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器还包括以下步骤：
当第一交换机故障时，则利用第二交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器；
当第二交换机故障时，则利用第一交换机接收待储存数据，并发送至第一储存控制器/第二储存控制器。
10.根据权利要求7所述的一种双连接口双端口的NVMe储存方法，其特征在于，所述第一储存控制器/第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存还包括以下步骤：
当第一储存控制器故障时，则利用第二储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存；
当第二储存控制器故障时，则利用第一储存控制器接收待储存数据并发送至主机端进行保存。
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