CN1292338C - 一种绑定计算资源和存储资源的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可动态绑定计算资源和存储资源的装置，该装置连接于主机和存储设备池之间。该装置包括：与主机连接的磁盘模拟接口、与存储设备池连接的主机模拟接口和带有程序存储器的微处理器。其中，该带有程序存储器的微处理器包括格式转换模块和动态绑定模块。进一步，该动态绑定模块又包括连接解除单元和连接建立单元。本发明的可动态绑定计算资源和存储资源的装置整体上由硬件结合其内置的软件模块来实现，对命令和/或数据的格式转换，保证其工作时独立于用户软件环境和操作系统。通过本发明的装置，用户主机和存储资源的连接关系可以根据用户的需求随时建立、解除和变更，实现计算资源和存储资源的动态绑定。

Description

一种绑定计算资源和存储资源的装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，更具体地说，涉及一种在存储资源和计算资源分离时绑定计算资源和网络存储资源的装置。

背景技术

在一台计算机中，我们把存储数据的磁盘作为存储资源，而把CPU+内存+芯片组等其余部分合起来称作计算资源。在传统的计算机工作模式中，计算资源和存储资源是通过局部总线绑定在一起的。计算资源和存储资源的使用也是紧密结合在一起的。用户要使用某一台计算机，就必须使用它内部的磁盘作为程序和数据的载体；反之，如果用户需要若干磁盘存储资源，就必须访问磁盘所属的计算机。这样的模式有其自身的缺陷。在实际应用中，不同用户对计算资源和存储资源的需求是不同的。但是，由于计算资源和存储资源紧紧绑定在一起，两者在性能、功能、成本和管理等方面相互牵制。用户对其中一方面资源提出更高的要求时，往往也必须对另一方面的资源增加投资，这样，就增加了不必要的系统总体成本，在使用中也缺乏灵活性。

存储和计算系统的分离成为解决以上矛盾的重要途径之一。如果系统中计算资源和存储资源可以拆分和动态重构，用户就可以根据自身应用需求的特点，对计算资源和存储资源动态组合。高速网络连接技术的产生，使计算机可以通过网络远程访问存储设备，同时存储设备之间也可以用网络连接，并行工作，建立高速度、大容量的存储网络环境，为所有的计算机提供存储服务。这样，就为计算和存储分离的工作模式提供了物理上的保证。

无盘工作站就是存储和计算系统的分离的一种应用方式。它的工作模式是：把用户的存储设备集中到远程服务器上，用户使用本地计算资源(cpu、内存等)进行计算，当需要访问磁盘时，通过网络向服务器申请，和服务器上的存储设备建立连接，获得所需要的信息。这种工作方式采用集中存储，为用户存储资源的管理提供了很大的方便，而计算功能在本地实现，对服务器的负载增加比较少，因此得到广泛的应用。但是，无盘工作站也有其自身的弱点：

1)采用网卡驱动软件模拟磁盘的方式向客户机提供远程存储服务，使存储服务严重依赖于操作系统。实际上，无盘工作站要正常工作，必须获得相关操作系统的开放或技术支持。对于不开放的操作系统(如windows2000)，无盘工作站的应用就受到限制。

2)客户机的全部信息，包括启动信息是由服务器设定的，客户机与服务器之间是一种静态绑定的关系，在安装完成后，客户机无法选择启动过程和计算环境，在用户使用过程中，存储资源也是固定的。如果改变用户的计算环境或存储资源，就必须关机，重新配置存储资源，这就限制了用户对存储资源访问的灵活性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种绑定计算资源和存储资源的装置，该装置对计算资源和存储资源的绑定不依赖于操作系统的支持；本发明的目的之二在于提供一种绑定计算资源和存储资源的装置，该装置可对计算资源和存储资源进行动态绑定；本发明的目的之三在于提供一种绑定计算资源和存储资源的装置，该装置可实现对特定存储资源的查找与定位。

为了实现上述目的，本发明提供一种可动态绑定计算资源和存储资源的装置，该装置连接于主机和存储设备池之间，所述存储设备池包括至少一个存储设备。该装置包括：

磁盘模拟接口，与所述主机连接并在硬件级别模拟一磁盘接口；

主机模拟接口，与所述存储设备池连接并在硬件级别模拟一主机接口；

带有程序存储器的微处理器，该处理器分别与所述磁盘模拟接口和所述主机模拟接口连接。

其中，所述的带有程序存储器的微处理器包括：

格式转换模块，用于将在磁盘模拟接口和主机模拟接口之间传输的命令和/或数据的格式相应转换为主机或存储设备可识别的格式；

动态绑定模块，用于实现所述主机和所述存储设备池中的存储设备之间的动态映射。

其中，该动态绑定模块包括：

连接解除单元，用于解除所述主机和所述存储设备池中的一存储设备之间的映射关系；

连接建立单元，用于在所述主机和所述存储设备池中的一存储设备之间建立映射关系。

所述磁盘模拟接口与所述主机之间通过标准磁盘访问协议通信。所述格式转换模块将主机模拟接口接收到的来自于存储设备的命令和/或数据转换为符合标准磁盘访问协议的格式。

所述存储设备为标准的网络存储设备，所述主机模拟接口为标准网络接口，所述主机模拟接口与所述存储设备之间通过标准网络存储协议通信。所述格式转换模块将磁盘模拟接口接收到的来自于主机的命令和/或数据转换为符合标准网络存储协议的格式。

所述带有程序存储器的微处理器还包括一查找定位模块，用于根据主机对存储设备的要求在存储设备池中查找并定位符合要求的存储设备。其中，该查找定位模块包括：存储资源状态单元，用于收集并储存存储设备池中各个存储设备的状态信息；和搜索单元，用于接收主机命令并在存储资源状态单元中查找符合主机要求的存储设备。

所述装置最好成形为一可插接在主机上的接口卡。

本发明的该可动态绑定计算资源和存储资源的装置可称为nHD.

本发明的优点在于：

1)本发明的nHD整体上由硬件结合其内置的软件模块来实现，对命令和/或数据的格式转换，保证了本发明的nHD在工作时独立于用户软件环境和操作系统；

2)通过本发明的nHD，用户主机可以在其任何运行阶段动态连接和使用存储资源，并且用户主机和存储资源的连接关系可以根据用户的需求随时建立、解除和变更，使计算资源和存储资源可以灵活地整合和重构；

3)本发明的nHD具有存储资源的查找和定位能力，可以根据用户的需求在存储网络中寻找适合的存储资源，满足用户的需要；并且为主机启动阶段从不同的存储设备动态获取启动信息、建立计算环境，提供了重要的技术保障。

附图说明

图1是本发明的绑定计算资源和存储资源的装置-nHD。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参见图1，本发明的绑定计算资源和存储资源的装置(nHD)10连接于主机20和存储设备池30之间，存储设备池中30包含至少一个或多个存储设备。在一个实施例中，nHD10可成形为接口卡的形式，通过插在主机20的相应接口上进行工作。

nHD10包括一个磁盘模拟接口11，在工作时与主机20连接。该磁盘模拟接口11用于面向主机20在硬件级别上模拟一个磁盘接口，实现磁盘接口的功能，包括和主机20之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换。nHD10通过该磁盘模拟接口11与主机20进行数据和命令的通信。在具体应用时，该磁盘模拟接口11可用FPGA芯片来实现。

nHD10还包括一个主机模拟接口12，在工作时与存储设备池30连接。该主机模拟接口12用于面向存储设备在硬件级别上模拟一个主机接口，实现主机接口的功能，包括和存储设备池30之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换。nHD10通过主机模拟接口12与存储设备池30中的存储设备进行数据和命令的通信。在一个实施例中，存储设备池30为至少一个标准的网络存储设备或多个标准网络存储设备的集合，主机模拟接口12为一个标准的网络接口。

nHD10还包括一个带有程序存储器的微处理器13，该程序存储器中存储有实现本发明的专用程序。该微处理器13分别与磁盘模拟接口11和主机模拟接口12连接，以便处理来自于磁盘模拟接口11和主机模拟接口12的数据和/或命令。

该带有专用程序的微处理器13至少包括一个格式转换模块131，以保证主机20和存储设备池30之间最基本的双向通信。格式转换模块131用于对磁盘模拟接口11和主机模拟接口12接收到的命令和/或数据进行格式转换，并将转换后命令和/或数据相应发送至主机模拟接口12和磁盘模拟接口11。具体的说，该格式转换模块131包括如下两个功能：

1)将主机20发出的磁盘接口命令和数据转化为对存储设备池30的访问命令和数据，以便存储设备池30中的存储设备识别；在一个实施中，当存储设备池30为标准的网络存储设备时，格式转换模块131将主机20发出的磁盘接口命令和数据转化成符合标准网络存储协议的数据格式；

2)将存储设备池30中存储设备返回的命令和数据转化为对主机20的访问命令和数据，以便主机20识别；通常，格式转换模块131将存储设备返回的命令和数据转化为符合标准磁盘协议的数据格式。

该带有专用程序的微处理器13还包括一个动态绑定模块132，用于实现主机20和存储设备池30中的存储设备之间的动态映射或者说动态连接，包括在主机20和存储设备之间实现建立连接、解除连接和变更连接等功能。动态绑定模块132接收来自于主机20的命令(或者接收来自于查找定位模块133的信息，这在下文中将会详细描述)，在主机20和存储设备池30中的存储设备之间进行动态映射。相应地，该动态绑定模块132一般包括：

连接解除单元，用于解除主机20和存储设备池30中的某一存储设备之间的连接关系或者说映射关系；

连接建立单元，用于在主机20和存储设备池30中的某一存储设备之间建立连接关系或者说映射关系。

通过这两个单元就能实现主机和存储设备之间连接的建立和解除，进一步通过这两个单元的联合作用，还能实现主机和存储设备之间连接的变更。

该带有专用程序的微处理器13最好还包括一个查找定位模块133，用于根据主机对存储资源的要求在存储设备池30中查找并定位符合要求的存储设备或者说存储资源。该查找定位模块133一般包括：

存储资源状态单元，用于收集并储存存储设备池30中各个存储设备的状态信息，最好还能将这些状态信息发送给主机20；这里所说的状态信息一般包括存储设备的容量、性能等信息，也可包括其他用户所需要的信息；

搜索单元，用于接收主机命令并在存储资源状态单元中查找符合主机要求的存储设备，并将查找结果返回给主机20，或者直接发送给动态绑定模块132并由动态绑定模块132建立主机20和查找到的存储设备之间的连接。

为了进一步理解本发明，下面将具体描述本发明的几个典型工作流程实例，在下面的实例中，存储设备池30为标准的网络存储设备。

一)数据访问流程

11)主机20向nHD10发出标准磁盘接口命令；

12)nHD10上的磁盘模拟接口11接收主机的命令，并把命令转发给格式转换模块131；

13)格式转换模块131对命令进行解释，并根据命令内容，把命令格式转换为符合标准网络存储协议的格式传递给主机模拟接口12；

14)主机模拟接口12接收指令，发送到网络存储设备30，实现主机20对网络存储设备13的数据访问请求；

15)网络存储设备30返回的命令和数据通过主机模拟接口12传递到格式转换模块131；

16)格式转换模块131把命令和数据转换成面向主机磁盘协议格式的命令和数据，并传递给磁盘模拟接口11；

17)磁盘模拟接口11将格式转换后的命令的和数据返回主机20，数据访问结束。

在整个数据访问过程中，主机20通过nHD10访问远程网络存储设备30的过程和访问本地磁盘完全一致，不需要额外的软件支持。从主机20的角度看，nHD10是一块普通功能的磁盘。

二)管理配置流程

当主机20需要访问存储设备池30中不同存储设备上的资源时，主机20通过nHD10上的磁盘模拟接口11发送连接变更请求命令至动态绑定模块132。动态绑定模块132根据主机20的请求，由动态绑定模块132中的连接解除单元解除主机20与当前连接的存储设备之间的绑定关系，并由动态绑定模块132中的连接建立单元在主机20与新的存储设备之间建立绑定关系。变更结束后，主机20可以看到磁盘内容发生变化。

当主机20不了解存储设备池30中存储设备的状态和具体位置时，可以向nHD10中的查找定位模块133发送命令，把需要使用的存储设备特征信息(如容量，性能等)告知查找定位模块133，由查找定位模块133中的搜索单元在存储资源状态单元中查找相关存储资源。查找结束后，可将查找结果返回给主机20，或者直接发送给动态绑定模块132并由动态绑定模块132建立主机20和查找到的存储设备之间的连接。

Claims (6)

1、一种可动态绑定计算资源和存储资源的装置，该装置连接于主机和存储设备池之间，所述存储设备池包括至少一个存储设备；其特征在于，该装置包括：

磁盘模拟接口，与所述主机连接并在硬件级别模拟一磁盘接口；

主机模拟接口，与所述存储设备池连接并在硬件级别模拟一主机接口；

带有程序存储器的微处理器，该处理器分别与所述磁盘模拟接口和所述主机模拟接口连接；其中，所述的带有程序存储器的微处理器包括：

格式转换模块，用于将在磁盘模拟接口和主机模拟接口之间传输的命令和/或数据的格式相应转换为主机或存储设备可识别的格式；

动态绑定模块，用于实现所述主机和所述存储设备池中的存储设备之间的动态映射；其中，该动态绑定模块包括：

连接解除单元，用于解除所述主机和所述存储设备池中的一存储设备之间的映射关系；

连接建立单元，用于在所述主机和所述存储设备池中的一存储设备之间建立映射关系；

查找定位模块，用于根据主机对存储设备的要求在存储设备池中查找并定位符合要求的存储设备；其中，该查找定位模块包括：

存储资源状态单元，用于收集并储存存储设备池中各个存储设备的状态信息；

搜索单元，用于接收主机命令并在存储资源状态单元中查找符合主机要求的存储设备。

2、根据权利要求1所述的可动态绑定计算资源和存储资源的装置，其特征在于，所述磁盘模拟接口与所述主机之间通过标准磁盘访问协议通信。

3、根据权利要求2所述的可动态绑定计算资源和存储资源的装置，其特征在于，所述格式转换模块将主机模拟接口接收到的来自于存储设备的命令和/或数据转换为符合标准磁盘访问协议的格式。

4、根据权利要求1所述的可动态绑定计算资源和存储资源的装置，其特征在于，所述存储设备为标准的网络存储设备，所述主机模拟接口为标准网络接口，所述主机模拟接口与所述存储设备之间通过标准网络存储协议通信。

5、根据权利要求4所述的可动态绑定计算资源和存储资源的装置，其特征在于，所述格式转换模块将磁盘模拟接口接收到的来自于主机的命令和/或数据转换为符合标准网络存储协议的格式。

6、根据权利要求1所述的可动态绑定计算资源和存储资源的装置，其特征在于，所述装置成形为一可插接在主机上的接口卡。

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