CN1350295A - 对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的方法和设备。盘驱动器用作更新控制器的介质。驱动器的RDA经格式化用来指示将由控制器执行的更新。此驱动器然后插入可由控制器访问的通道。控制器扫描盘通道并寻找驱动器。驱动器的RDA被处理并且控制器执行指示的更新。更新可以包括诊断、配置更新或新的固件图像。

Description

对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的方法和设备
                   技术领域
本发明总的涉及海量存储系统，并且更具体地说，本发明涉及一种对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的方法和设备。
                   背景技术
现代的海量存储子系统为了满足来自主计算机系统应用的用户需求继续提供渐增的存储容量。而且，计算机存储系统可靠地运行也十分重要。例如，一些实时计算机存储系统用于控制复杂的并且有时是危险的生产过程。这类存储系统内的失效即会对正在生产的产品也会对周围环境的健康和安全产生负面的后果。作为另一实例，计算机存储系统经常用作任务关键的角色。这类存储系统内的失效又可能产生及其严重的后果。当然，即使在计算机系统的失效不危险的情况下，失效依然会是不方便的和/或昂贵的。
各种存储装置的配置和几何结构通常应用于满足对更高存储容量同时又保持或增强海量存储子系统的可靠性的需求。对这些增加的容量和可靠性的需求的常规解决方案是使用按几何结构配置的多个更小的存储模块(module)，为了确保在各种失效的情况下数据的完整性，这些存储模块允许存储的数据的冗余。在许多这类冗余子系统中，由于使用了数据冗余、错误代码和所谓的“热备份(hot spares)”(额外的存储模块，它可以被激活以替换已失效的、先前有效的存储模块)，在存储子系统内能够自动完成许多公共失效的恢复。这些子系统特别地指廉价(或独立)盘的冗余阵列(或者更普遍地用字母缩写RAID来表示)。由加州大学伯克利分校的David A.Patterson等人所著的名为“廉价盘冗余阵列的情况”的1987年的出版物回顾了RAID技术的基本概念。
在Patterson的出版物中定义了五个“等级”的标准几何结构。最简单的阵列，RAID等级1系统，包括一个或多个用于存储数据的盘和相同数量的用于存储写入数据盘的信息的备份的附加“镜像”盘。其余的RAID等级，确定为RAID等级2、3、4和5系统，将数据分割成用于贯穿几个数据盘存储的部分。一个或多个附加盘用于存储差错校验或者奇偶信息。还存在着许多其它种类的RAID等级，其中许多是具有知识产权的。然而，其目的是对存储系统的失效提供保护的总体方面。
RAID存储系统典型地应用了对用户或主机系统屏蔽管理冗余阵列的细节的阵列控制器。控制器使子系统对于主计算机表现为一个(或多个)、高度可靠的、高容量的盘驱动器。实际上，RAID可以将主计算机提供的数据连同冗余和差错校验信息分配在多个小而独立的驱动器中，从而提高了子系统的可靠性。为了进一步提高RAID子系统的性能，RAID子系统经常提供大的高速缓存存储器(cache memory)结构。高速缓存存储器与控制模块结合，从而在盘阵列上的存储块映射到高速缓存存储器中的块上。这种映射对主机系统而言也是透明的。主机系统简单地要求读取或写入数据块并且RAID控制器按要求控制盘阵列和高速缓存存储器。
根据性能或可靠性的需求，这些配置(几何结构或RAID等级)中的每一种在具体应用中可能优先于其它种类的配置。对于RAID存储子系统的正确的运行，维护配置信息是至关重要的。至于各种接口和控制总线，盘阵列的每个盘驱动器必须处于可知的地址和/或物理位置上。在其各个分组(grouping)中各种盘驱动器的顺序对于RAID子系统的正确的运行而言是重要的。而且，许多RAID存储子系统允许在子系统内可同时运行的盘驱动器的多个分组。为了满足具体应用的需要，每个分组可以在不同的RAID几何结构下运行。
RAID最初的实现是以必须添加到主计算机系统的软件装置驱动器的形式实现的。包含在RAID管理中的开销很大并且使计算机的运行变得更慢的情况很快变得明显。因为存储需求严重地影响了处理器，所以执行盘系统上的所有读取和写入操作导致了大量的I/O(输入/输出)中断。如果这些操作由主机CPU来处理，则主机将只做很少的其它操作。为了减轻这种负担，存储器供应商和主板设计者已经在考虑处理I/O的选择方法。
一种基于主机的I/O控制的选择方法是在存储控制器上直接实现I/O处理器以对其连接的驱动器处理大部分的I/O。这是所谓的基于控制器的RAID。在基于主机的I/O控制中，所有RAID功能直接由主机操作系统的文件系统和装置驱动器来处理。但是，利用RAID控制器，大部分的RAID功能转移到RAID控制器上去管理。在主机CPU和控制器之间仍然有I/O，但是通过基于控制器的系统可以减少相当一部分I/O。这种硬件RAID控制器的概念提供了更高的性能同时又保持了RAID技术的所有好处。因此，RAID控制器将盘驱动器组织成RAID配置并控制各个的盘驱动器之间的交互。
使用阵列控制器的另一个问题来自于测试和监视盘驱动器系统的动态运行的困难。彻底的测试通常是作为最终装配质量控制的部分来执行的。阵列制造的产出量受到这类测试的长短及复杂性和专门的测试站的可利用性的限制。另外，这类测试通常最好是能够监视盘驱动器阵列系统的实际运行并能够评估尚未成形的失效的原因。
传统的控制器环境要求一些种类的主机工具应当用于执行控制器诊断和/或更新控制器的配置或固件。这个步骤向主机操作系统要求要被写入的工具。只要控制器保持在这个区域中，工具就会导致额外的维护费用。先前的方法还要求一些种类对主机实用程序(utility)的带内(in-band)和带外(out-of-band)连接以用在与控制器的通讯中。在控制器或主机不能够与控制器通信的情况下，实际上执行控制器更新。
由此可见，存在着一种对执行盘阵列控制器(DAC)进行更新的简单而非常有效的方法的需求。
                   发明内容
为了克服上述现有技术中的局限性，并为了克服其它在阅读和理解本发明的说明书时会变得明显的局限性，本发明公开了一种对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的方法和设备。
本发明通过提供简单而非常有效的方法来解决上述问题，该方法在任何内部或外部封装的配置中执行盘阵列控制器(DAC)的诊断并更新盘阵列控制器(DAC)的固件或配置。
依照本发明的原理的方法包括利用对盘驱动器阵列的盘阵列控制器的更新格式化在更新盘驱动器中的保留的数据区域，从盘驱动器阵列的间格(bay)中去除备用的盘驱动器，在间格中插入更新盘驱动器，检测插入的更新盘驱动器和在保留的数据区域中的更新，和根据在插入的更新盘驱动器上提供的更新更新盘驱动器控制器。
参照本发明的原理的方法的另一个实施例可以包括两者选一的或任选的附加方面。本发明的一个这类方面是更新包括诊断。
本发明的又一方面是格式化还包括在保留的数据区域的头部中存储用于执行诊断的盘阵列控制器的指示符。
本发明的又一方面是更新还包括对盘阵列执行诊断。
本发明的又一方面是更新还包括在保留的数据区域的数据部分中存储诊断结果。
本发明的又一方面是该方法还包括去除更新盘驱动器并处理在保留的数据区域的数据部分中的诊断结果。
本发明的又一方面是处理结果还包括显示结果。
本发明的又一方面是更新包括由配置更新和固件图像更新组成的组(group)中的一个。
本发明的又一方面是当更新包括配置更新时，格式化还包括在保留的数据区域的头部中存储表示将要执行配置更新的指示符并在保留的数据区域的数据部分中存储用于盘阵列控制器的配置。
本发明的又一方面是更新还包括执行对盘阵列控制器的配置更新。
本发明的又一方面是更新还包括更新保留的数据区域并将排列在保留的数据区域的数据部分中的完成的操作标记为已完成。
本发明的又一方面是本方法还包括去除更新盘驱动器。
本发明的又一方面是当更新包括固件图像更新时，格式化还包括在保留的数据区域的头部中存储表示将要执行配置更新的指示符并在保留的数据区域的数据部分中存储用于盘阵列控制器的新的固件图像和标志(flag)。
本发明的又一方面是更新还包括执行对盘阵列控制器的固件图像更新。
本发明的又一方面是更新还包括更新保留的数据区域并将排列在保留的数据区域的数据部分中的完成的操作标记为已完成。
本发明的又一方面是本方法还包括去除更新盘驱动器。
在本发明的另一实施例中，提供了盘驱动器。盘驱动器包括数据存储区域和保留的数据区域，其中保留的数据区域还包括用于盘阵列控制器的更新指令和信息。
本发明的又一方面是更新还包括在保留的数据区域的头部中用于命令盘阵列控制器去执行诊断的指示符。
本发明的又一方面是保留的数据区域还包括用于存储诊断结果的数据部分。
本发明的又一方面是更新还包括在保留的数据区域的头部中用于命令盘阵列控制器去执行配置更新或固件图像更新的指示符。
本发明的又一方面是当更新包括配置更新时，更新还包括在保留的数据区域的数据部分中对盘阵列控制器的配置。
本发明的又一方面是保留的数据区域被更新并且排列在保留的数据区域的数据部分中的操作被标记为已完成。
本发明的又一方面是当更新包括固件图像更新时，更新还包括在保留的数据区域的数据部分中用于盘阵列控制器的新的固件图像和标志。
本发明的又一方面是保留的数据区域被更新并且排列在保留的数据区域的数据部分中的操作被标记为已完成。
在本发明的另一实施例中，提供了用于对盘阵列中盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的系统。该系统包括多个并行排列的提供盘驱动器的冗余阵列的盘驱动器、用于与盘驱动器的冗余阵列进行通信的盘阵列控制器和将盘阵列控制器与盘驱动器的冗余阵列连接的数据总线，其中盘驱动器的冗余阵列中的一个包括备用盘驱动器，该备用盘驱动器包括数据存储区域和保留的数据区域，经格式化后包括用于更新盘阵列控制器的更新。
这些和各种发明所特有的创新的其它优点和特点将在所附的 详细列举并形成一部分。但是，为了更好地理解发明、其优点和通过应用而得到的目的，可参考形成另一部分的附图以及所附的描述性内容，其中说明和描述了依照本发明的设备的具体实例。
                   附图说明
现在参照附图，其中同样的参考序号始终代表相应的部件：
图1说明了执行盘阵列更新的传统方法；
图2说明了根据本发明用于对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的操作环境；
图3说明了盘驱动器的放大图，该图描述了根据本发明的用于存储更新信息的保留的盘区域；
图4说明了根据本发明的特别格式化的保留的盘区域(RDA)的框图；
图5说明了第一实施例的流程图，其中控制器的诊断是在不需要主机工具或外部连接的条件下执行的；和
图6说明了第二实施例的流程图，其中控制器的固件是在不需要主机工具或外部连接的条件下更新的。
                   具体实施方式
在随后的示意性实施例的描述将参照附图进行，并且其中附图按发明可以实施的具体实施例的说明方式来表示。应当理解在不脱离本发明的范围的条件下可以对其它实施例进行结构修改。
图1说明了执行盘阵列更新100的传统方法。传统的控制器环境要求一些种类的主机110与盘阵列控制器120进行通信以执行控制器更新130，从而执行诊断或者更新控制器120的配置或固件。此步骤需要对许多主机操作系统110被写入的工具。因此，这些工具是与平台和操作系统相关的。而且，只要控制器120还在现场(field)保留，则这些工具就会导致额外的维护费用。这些基于主机的方法还要求某种对主机实用程序110的带内和带外连接以便在与控制器120的通信中使用。控制器120必须处理协议并与主机110进行通信。在主机110和控制器120不能进行通信的情况下，则实际上无法更新控制器120。
图2说明了根据本发明用于对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的操作环境200。在图1中，盘阵列控制器210为了与盘驱动器阵列220-228进行通信与总线212连接。在图1中表示了五个盘驱动器220-228的阵列。根据通常实现的处理过程，备用驱动器228可以被“热交换”或去除。根据本发明，去除的驱动器由包含更新的驱动器228替代。但是，本技术领域的人员应当了解本发明不局限于任何具体数量的驱动器。
在图2中，对照传统方法，盘驱动器228用于更新阵列控制器210。盘驱动器228可以被编程以便存储升级。例如，配置数据、新的固件图像或者控制器诊断可以被存储在盘驱动器228上。而且，盘驱动器228经配置可以指示出将要执行更新。因为盘阵列控制器210总是与盘驱动器220-228进行通信，所以控制器210和盘驱动器228之间的通信路径将一直得到支持。
图3说明了盘驱动器300的放大图，该图示出根据本发明的用于存储更新信息的保留的盘区域。盘驱动器通常包括用于存储对用户可用的数据310的空间和保存在保留区域(reserve)320中的固定数量的空间，该空间用于存储对用户不可用的数据。在盘驱动器中写入盘的伺服系统(servo)提供了用于寻找特定轨迹或轨迹组的位置信息。重要信息可以存储在保留区域320中。重要信息典型地用于操作盘驱动器300并由在驱动器300的操作中的操作系统或硬件使用。控制器确定了保留的盘区域320。因此，保留区域320得到保护并提供了适于存储重要系统数据的区域。但是，根据本发明，保留的盘区域320用来提供更新信息。保留的盘区域320向控制器告知希望进行诊断、需要对配置进行更新或者将要安装新的固件图像(image)。相同的RDA区域320用作配置和其它控制器数据的存储而不用作用户数据的存储。
因此本发明为控制器更新提供了大量的非常明显的优点。例如，基于驱动器的更新提供了对控制器更新一直可用的已知路径。这种方法为执行控制器更新提供了非常简单的步骤。一个特殊格式化的盘300能够反复使用以便执行控制器更新，例如配置和/或固件的更新或者诊断。而且，不需要主机或操作特殊工具来执行控制器更新。
图4说明了根据本发明的特别格式化的保留的盘区域(RDA)400的框图。RDA经更新具有了带有众多字段(field)420-430的头部(header)400。字段420的一个用于指示RDA的目的。此目的字段420在格式化用于执行控制器更新的驱动器上的RDA400的期间被设定。目的字段420经格式化来指示RDA被格式化以便用于更新，例如配置和/或固件的更新或者诊断。RDA400经配置还包括包含可变数量的数据部分450-458的数据区域440。这些数据部分450-458用于存储配置数据、新的固件图像或诊断信息。RDA400位于自盘的末尾的固定偏移上。例如，RDA的起始总是等于盘的大小。
现在同时参照图2和图4，控制器210经配置来处理RDA头部410和RDA数据部分450-458。RDA头部410将在控制器处理盘驱动器期间被处理。即，RDA区域400将按非常类似于盘上的配置目前如何被处理的方式来进行处理。当插入新的驱动器时，控制器210执行通道扫描并寻找新的盘驱动器228。RDA头部410从驱动器228中读取。RDA头部410将随后被处理并且控制器210将按照RDA头部410中的目的字段420的指示执行更新。控制器210还适当地更新RDA数据部分450-458。例如，如果执行诊断，则控制器利用诊断的结果更新RDA数据部分450-458。此外，在配置或固件更新的情况下，RDA数据区域440可以被更新，并且在数据部分450-458中可能指示的某种操作被标记为已完成。这样防止了已完成的操作被多次执行。一旦完成了更新，则能够去除特殊的驱动器228。
任何驱动器能够经格式化成某种特殊的RDA头部410来执行希望的操作。这种驱动器然后能够使用多次来执行相同的操作，或者被重新格式化以便执行新的操作。一个实用程序能够用于格式化盘驱动器228，并且该实用程序能够被移植到适当的操作系统和/或用于解释结果。
图5说明了第一实施例的流程图500，其中控制器的诊断是在不需要主机工具或外部连接的条件下执行的。首先，驱动器的RDA经格式化用来指示将要执行控制器诊断510。该驱动器然后插入可由控制器访问的通道512。控制器扫描盘通道并寻找驱动器514。驱动器的RDA被处理516，并且控制器执行诊断518。诊断的结果存储在一个RDA数据部分中的盘驱动器上520。驱动器然后可以被去除并引入到另一个结果处理系统，从而RDA头部和数据部分可以被处理522。诊断结果接着可以显示以用于分析524。
图6说明了第二实施例的流程图600，其中控制器的固件是在不需要主机工具或外部连接的条件下更新的。在该实例中，更新了在10个驱动器的封装(enclosure)内操作的控制器。而且，在该实例中，控制器经配置具有带有逻辑8+1 RAID5卷和一个热备份的配置。第一步是更新第11个驱动器的RDA区域610。RDA区域的头部被格式化为固件升级RDA并包括特殊的标志和新的固件图像612。下一步是拉出现有封装的热备份614。第11个驱动器然后被插入616。固件识别出插入了新的驱动器并读取其RDA头部618。RDA指示出这是固件升级RDA并且控制器进至更新其固件图像620。特殊的标志然后指示出控制器应当立即通过任何其需要采取的手段来使用新的图像622，例如，通过重新引导。
因此，本发明提供了用于对盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的方法和设备。本发明提供了一种简单而非常有效的方法，该方法在任何内部或者外部封装的配置中执行盘阵列控制器(DAC)的诊断并更新盘阵列控制器(DAC)的固件或配置。盘驱动器用作更新控制器的介质。
为了阐明和说明，前面已经对发明的示意性实施例进行了描述。该描述不意味着穷举或者将发明局限于所公开的准确形式。在上述的指导下可以进行各种修改和调整。这意味着发明的范围不局限于此详细描述，而由所附的权利要求来界定。

Claims (32)

1.一种更新盘驱动器阵列的盘阵列控制器的方法，包括：
利用对盘驱动器阵列的盘阵列控制器的更新在更新盘驱动器中格式化保留的数据区域；
从盘驱动器阵列的间格中去除备用的盘驱动器；
在间格中插入更新盘驱动器；
检测插入的更新盘驱动器和在保留的数据区域中的更新；和
根据在插入的更新盘驱动器上提供的更新来更新盘驱动器控制器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于更新包括诊断。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于格式化还包括在保留的数据区域的头部中存储用于执行诊断的盘阵列控制器的指示符。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于更新还包括对盘阵列执行诊断。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于更新还包括在保留的数据区域的数据部分中存储诊断结果。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括去除更新盘驱动器并处理在保留的数据区域的数据部分中的诊断结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于处理所述结果还包括显示所述结果。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于更新包括由配置更新和固件图像更新组成的组中的一个。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于当更新包括配置更新时，格式化还包括在保留的数据区域的头部中存储表示将要执行的配置更新的指示符并在保留的数据区域的数据部分中存储用于盘阵列控制器的配置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于更新还包括执行对盘阵列控制器的配置更新。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于更新还包括更新保留的数据区域并将排列在保留的数据区域的数据部分中的完成的操作标记为已完成。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括去除更新盘驱动器。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于当更新包括固件图像更新时，格式化还包括在保留的数据区域的头部中存储表示将要执行的配置更新的指示符并在保留的数据区域的数据部分中存储用于盘阵列控制器的新的固件图像和标志。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于更新还包括对盘阵列控制器执行固件图像更新。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于更新还包括更新保留的数据区域并且将排列在保留的数据区域的数据部分中的完成的操作标记为已完成
16.根据权利要求15所述的方法，还包括去除更新盘驱动器。
17.一种用于对盘阵列中的盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的盘驱动器，包括：
数据存储区域；和
保留的数据区域，其特征在于保留的数据区域还包括用于盘阵列控制器的更新指令和信息。
18.根据权利要求17所述的盘驱动器，其特征在于更新还包括在保留的数据区域的头部中用于命令盘阵列控制器去执行诊断的指示符。
19.根据权利要求18所述的盘驱动器，其特征在于保留的数据区域还包括用于存储诊断结果的数据部分。
20.根据权利要求17所述的盘驱动器，其特征在于更新还包括在保留的数据区域的头部中用于命令盘阵列控制器去执行配置更新或固件图像更新的指示符。
21.根据权利要求20所述的盘驱动器，其特征在于当更新包括配置更新时，更新还包括在保留的数据区域的数据部分中用于盘阵列控制器的配置。
22.根据权利要求21所述的盘驱动器，其特征在于保留的数据区域被更新并且排列在保留的数据区域的数据部分中的操作被标记为已完成。
23.根据权利要求20所述的盘驱动器，其特征在于当更新包括固件图像更新时，更新还包括在保留的数据区域的数据部分中用于盘阵列控制器的新的固件图像和标志。
24.根据权利要求21所述的盘驱动器，其特征在于保留的数据区域被更新并且排列在保留的数据区域的数据部分中的操作被标记为已完成。
25.一种用于对盘阵列中的盘阵列控制器执行基于驱动器的更新的系统，包括：
多个并行排列的提供盘驱动器的冗余阵列的盘驱动器；
用于与盘驱动器的冗余阵列进行通信的盘阵列控制器；和
将盘阵列控制器与盘驱动器的冗余阵列进行连接的数据总线，
其特征在于盘驱动器的冗余阵列中的一个包括备用盘驱动器，所述备用盘驱动器包括数据存储区域和保留的数据区域，经格式化后包括用于更新盘阵列控制器的更新。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于更新还包括在保留的数据区域的头部中用于命令盘阵列控制器去执行诊断的指示符。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于保留的数据区域还包括用于存储诊断结果的数据部分。
28.根据权利要求26所述的系统，其特征在于更新还包括在保留的数据区域的头部中用于命令盘阵列控制器去执行配置更新或固件图像更新的指示符。
29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于当更新包括配置更新时，更新还包括在保留的数据区域的数据部分中对盘阵列控制器的配置。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于保留的数据区域被更新并且排列在保留的数据区域的数据部分中的操作被标记为已完成。
31.根据权利要求28所述的系统，其特征在于当更新包括固件图像更新时，更新还包括在保留的数据区域的数据部分中对盘阵列控制器的新的固件图像和标志。
32.根据权利要求29所述的系统，其特征在于保留的数据区域被更新并且排列在保留的数据区域的数据部分中的操作被标记为已完成。
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