CN1358287A - 智能存储区域网络 - Google Patents

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马克·A·贝克
爱德华·J·费奥瑞
阿洛克·古哈
瓦尔特·H·亨顿
贝雷德瑞·斯拓马斯
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Abstract

一个智能存储区域网络,允许多个主机系统访问通过至少一个互连网络连接的多个存储设备。连接到该网络的呈现器以该主机指定的数据格式向主机系统呈现数据。连接到该网络的一个数据管理器接收一个存储访问请求,检查这些存储设备,基于该检查确定一个对所述请求的响应,并转发该响应。

Description

智能存储区域网络
技术领域
本发明涉及将主机和存储设备互连的存储区域网络。
背景技术
随着存储设备的位平均成本的降低，对存储设备需要的增加已经大大地增加了在一个计算机系统内可访问存储设备的数量。在不断增加的存储容量下难以实现在存储设备直接连接到主机的传统计算机系统中那样充足的性能。大量的主机资源被耗费在管理存储设备以及安装通过该主机访问的存储设备上。人力资源也被消耗在管理存储设备分配、配置等类似事情上。当主机是互连的，如通过一个LAN互连，其中每个主机可以接收来自通过其它主机连接的客户的存储访问请求时，存储设备管理问题可能变得更糟。这些客户可能在不同的协议或操作系统，诸如MicrosoftWindows NT或UNIX下进行操作，有可能遇到各种格式的数据，可能遇到特殊性能规格的存储设备，或者可能会被连接到一个特殊型号的存储设备。当一台主机发生故障，已连接的存储设备从计算机系统的其余部分脱离时，就会出现额外的问题。
对这些问题一个建议的解决方案是存储区域网络(SAN)。一个SAN将具有多个存储设备的一个或多个主机互连。取决于其配置，SAN可以减少在LAN上的通信量，可以减轻数据兼容性要求，而且可以为如果发生一个主机故障时的故障弱化作准备。SAN可以使用高速连接，如每秒100兆字节的一个光纤信道回路来实现。
在一个SAN设计中的一个难题是建立和卸除存储连接、仲裁存储设备访问、以及管理存储设备所需要的控制操作的位置和配置。在一种设计中，SAN管理单元存在于一个或多个主机中。一个管理主机控制对连接到该SAN的存储设备的一个子集的访问。这个技术的问题包括用于管理该SAN的资源负担、以及如果发生一个主机故障时的可靠性。另一种控制设计选择是在连接到该SAN的存储设备中置入智能。每个存储设备负责裁定对存储在该存储设备内的数据访问。这个设计的问题包括在异构计算机系统中支持多个协议的需要，在选择适当的存储设备来处理初始存储请求中的困难，以及在查找用于期望服务的适当供应者中的困难。
需要的是一种能够管理从具有不同协议的异构主机到分布式异构存储设备的访问请求的一种SAN系统。管理任务应当不会为主机处理器或存储设备管理器带来一个显著的负担。数据应该使用一种最适于每个存储设备的格式保留在存储设备中，而且根据一个访问请求以一种最适于每个主机的格式呈现给该主机。
发明内容
本发明的一个目的是在SAN内放置存储设备管理。
本发明的另一个目的是管理分布式异构存储设备。
本发明的另一个目的是支持来自于具有多个协议的主机的访问请求。
本发明还有另一个目的是以一种可接受的格式向每个主机呈现数据。
本发明还有另一个目的是减少用于存储设备访问及管理的主机资源需求。
本发明的一个更深入的目的是检查存储设备以确定用于满足存储访问请求的适当配置。
本发明还有一个更深入的目的是提供对管理服务的集中访问。
在实现本发明的上述目的及其它目的和特征中，提供了一种存储区域网络。该SAN包含至少一个互连网络。存储设备和主机系统连接到至少一个网络。每个主机都能够以一种主机指定的数据格式访问在一个或多个存储设备上的数据。至少一个呈现器被连接到至少一个网络。每个呈现器都以主机指定的数据格式向一个主机系统呈现数据。至少一个管理器被连接到这些网络中的至少一个。每个管理器都处理一个存储访问请求。访问请求处理可以包含接收一个存储访问请求、基于对一个或多个存储设备的检查确定对该请求的响应、以及发送该响应。
在本发明的一个实施例中，管理器解决在请求访问同一个存储设备的主机之间的冲突。该管理器还可以响应于接收的存储访问请求在一个或多个存储设备上分配物理空间。
在本发明的另一个实施例中，该存储区域网络包含连接到一个或多个网络的至少一个移动器。每个移动器从一个或多个存储设备读取数据，并且把该数据写入到一个或多个存储设备中。
该管理器接收一个移动数据的请求，检查这些存储设备，并且确定一个或多个移动器以执行该数据移动请求。在一个改进方案中，至少一个存储设备通过一个移动器连接到至少一个网络。
在本发明的另一个实施例中，该管理器从一个通过一个呈现器连接的主机中接收一个修改存储设备分配的请求。该管理器检查一个或多个存储设备，并且确定在满足所接收的请求的存储设备上的物理空间分配。该管理器向通过其连接主机的呈现器通知已经确定的分配。
在本发明的一个更进一步的实施例中，该至少一个网络包含一个或多个数据网络用于在主机和存储设备之问传输数据，以及一个或多个通信网络用于把存储访问请求传送给该管理器。在一个改进方案中，一个用户接口通过该通信网络和该管理器进行通信。
在本发明另一个更进一步的实施例中，该管理器为主机提供了多个服务。这些服务中的一个是用于允许一个主机查找剩余服务的定位服务。
还提供了一个包含至少一个用于定义至少一个数据网络的交换机的存储区域网络。该存储区域网络还包含一个通信网络。存储设备和主机通过至少一个数据网络互连。每个主机还都连接到该通信网络。至少一个呈现器被连接到至少一个数据网络以及该通信网络。一个管理器被连接到该通信网络。该管理器接收源自一个主机的一个存储访问请求。该管理器检查该存储设备，并确定对该请求的一个响应。该响应被发送给该发源主机。
通过以下结合附图对实现本发明最佳方式的详细描述，本发明的上述目的及其它目的、特征、和优点将立即变得明显。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的一个通用智能SAN的示意图；
图2是根据本发明一个实施例、使用一个纵横制交换机实现的一个智能SAN的示意图；
图3是根据本发明一个实施例、使用一个具有相关处理器的纵横制集线器实现的一个智能SAN的示意图；以及
图4是根据本发明一个实施例、使用一个光纤信道交换式集线器实现的一个智能SAN的示意图。
具体实施方式
参考图1，显示了根据本发明一个实施例的一个通用智能SAN的示意图。一个智能SAN，一般地用20表示，包含一个或多个互连网络22。多个存储设备，每个都用24表示，被连接到这些互连网络22中的至少一个。存储设备24包含磁盘、磁带、光盘、固态存储设备等。多个主机系统，每个用26表示，也被连接到一个或多个互连网络22。互连网络22允许每个主机26以一个主机指定的数据格式在至少一个存储设备24上访问数据。主机26可以通过不是任一互连网络22的一部分的互连网络28、诸如一个LAN互连。
智能SAN 20还包含至少一个连接到一个或多个互连网络22上的呈现器30。每个呈现器都以主机指定的数据格式向至少一个主机26呈现数据。这样，主机26通过呈现器30访问数据，就不需要知道或者关心用于每个存储设备24的数据结构。主机26可以通过呈现器30连接到互连网络22，或者可以通过到互连网络22的一个直接连接访问呈现器30。主机26还可以包含呈现器30。
智能SAN 20进一步包含至少一个连接到一个或多个互连网络22上的管理器32。每个管理器32接收一个存储访问请求，检查至少一个存储设备24，基于该检查确定一个响应，并发送该响应。通常，访问请求来自于主机26，而且随后的响应被发送给请求主机26。然后主机26可以直接访问存储设备24。管理器32可以是互连网络22的一部分，可以被集成到主机26中，或者可以与互连网络22和主机26分离。
在本发明的一个实施例中，管理器32解决在请求访问同一个存储设备的主机26之间的冲突。例如，通常一次只有一个主机26能够访问一个磁带存储设备24。如果多个主机请求同一磁带存储设备24的话，则管理器32确定哪个主机26将被允许访问。
在本发明的一个实施例中，管理器响应于接收的存储访问请求在一个或多个存储设备24上分配物理空间。该请求可以包含某些参数，这些参数包括要求的存储设备数量、访问时间、数据传送率、每兆位的成本、相对可靠性等。管理器32试图查找一个或多个最满足这些指定参数的存储设备24。在Mark A.Bakke等人于1999年1月15日申请的、申请号为09/232,431、名为“Intelligent Storage Data Manager”的美国专利申请中，公开了一种用于分配存储设备24的适当方法，此处包含在内作为参考。如果主机26通过呈现器30连接，则呈现器30被通知在存储设备24上确定的分配。
在本发明一个实施例中，智能SAN 20包含至少一个移动器34。每个移动器34都从至少一个存储设备24中读出数据，并且把该数据写入到至少一个存储设备24中。管理器32接收一个移动数据的请求，检查至少一个存储设备24，并且确定至少一个移动器34来执行该数据移动请求。移动器34使主机26从执行数据传送请求诸如磁带备份、碎片整理等中解除出来。一个或多个存储设备24可以通过移动器34连接到互连网络22。移动器还可以访问直接连接到互连网络22的存储设备24。
在本发明的一个最佳实施例中，互连网络22被分成一个或多个通信网络36用于向管理器32传送存储访问请求，以及一个或多个数据网络38用于在主机26和存储设备24之间传送数据。每个数据网络38都是一个诸如光纤信道(Fibre Channel)、小型计算机系统接口(SCSI)、智能外围设备接口(IPI)、高性能并行接口(HPPI)、帧同步协议、网际协议(IP)、用于计算机数据的ATM适应层(AAL5)、链路封装(FC LE)、单字节指令码集映射(SBCCSM)、IEEE 802.2等之类的高速网络。每个通信网络36一般都具有一个比数据网络38低的带宽，而且可以是例如以太网实现的TCP/IP协议。如果使用了不只一个的通信网络36，则每个网络具有至少一个管理器32。在分离的通信网络36上的管理器32是互相连接的，以允许在管理器32之间进行通信。不只一个的管理器32可以放置在每个通信网络36上，以提供冗余或者提供不同的服务。
在本发明的一个实施例中，用户接口40被连接到至少一个通信网络36。用户接口40允许一个SAN管理员能够监视与控制至少一个管理器32。
在本发明的不同实施例中，管理器32执行各种服务。管理器32控制数据网络38建立和断开连接以构成在互连网络22内的子网、以及通过互连网络22的连接。管理器32提供了冲突解决、存储空间分配、数据传送调度，并监控互连网络22的运行情况。
管理器32可以提供一种集中的定位服务，通过该服务主机26能够访问其它由管理器32、呈现器30、移动器34、及存储设备24提供的服务。因此，主机26不需要保持和更新一系列服务和服务位置。
现在参考图2，它显示了根据本发明一个实施例、使用一个纵横制交换机实现的一个智能SAN的示意图。数据网络38是使用至少一个纵横制交换机60实现的。纵横制交换机60可以使用一种光纤信道交换机、诸如例如来自San Jose，California(加里福尼亚州，圣何塞)的BrocadeCommunication Systems公司的SILKWORM SWITCH来实现。
现在参考图3，它显示了根据本发明一个实施例、使用一个具有相关处理器的交叉器实现的一个智能SAN的示意图。交叉器80包含纵横制交换机82，其以类似于纵横制交换机60的方式运行，以互连任何两个或更多的处理器84。每个处理器84通过一个诸如光纤信道、SCSI等的高速信道被连接到一个或多个主机26，或者通过一个诸如光纤信道、SCSI、企业系统连接(ESCON)等的高速信道连接一个或多个存储设备24。每个处理器84处理实时发送、转换、以及在主机26和存储设备24之间流过的数据的变换。此外每个处理器84可以进行程序控制以起到呈现器30、移动器34、或两者的作用。
在一个最佳实施例中，交叉器80包含通过内部通信网络86连接到每个处理器84的管理器32，其中该内部通信网络86通常被实现为一个实现TCP/IP协议的以太网。管理器32还可以通过也使用以太网实现的外部通信网络88连接到主机26和存储设备24。
现在参考图4，它显示了根据本发明一个实施例、使用一个光纤信道交换式集线器实现的一个智能SAN的示意图。存储设备24、主机26，呈现器30、以及移动器34通过光纤信道端口连接到交换式集线器100。管理器32响应于来自主机26的访问请求形成一个或多个子回路102。
尽管已经对本发明的实施例进行了说明和描述，但是并不打算用这些实施例说明和描述本发明的全部可能形式。更确切地说，在本说明书中使用的词是用于描述的词而不是用于限制，而且应当明白可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种变化。

Claims (23)

1.一个存储区域网络，其特征在于，所述的存储区域网络包含：
至少一个互连网络；
多个存储设备，其中每个存储设备都连接到该至少一个网络的至少一个上；
多个主机系统，其中每个主机都连接到该至少一个网络的至少一个上，每个主机都可操作用于以一种指定的数据格式在至少一个存储设备上访问数据；
至少一个呈现器，连接到该至少一个网络的至少一个上，其中每个呈现器都可操作用于以主机指定的数据格式向至少一个主机系统呈现数据；以及
至少一个管理器，连接到该至少一个网络的至少一个上，其中每个管理器都可操作用于处理一个存储访问请求。
2.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，由该至少一个管理器处理存储访问请求，且该管理器可操作用于：
接收一个存储访问请求；
检查多个存储设备中的至少一个；
基于该检查确定对该请求的一个响应；以及
发送该响应。
3.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，该至少一个管理器可以进一步操作用来解决在请求访问同一个存储设备的多个主机之间的冲突。
4.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，该至少一个管理器可以进一步操作用于：响应于接到的存储访问请求在至少一个存储设备上分配物理空间。
5.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，所述的存储区域网络进一步包含至少一个移动器，连接到该至少一个网络的至少一个上，其中每个移动器都可以操作用于从至少一个存储设备中读取数据并且把该读取的数据写入到至少一个存储设备中，该至少一个管理器可进一步操作用于：
接收一个移动数据的请求；
检查该多个存储设备中的至少一个；以及
确定至少一个移动器以执行该数据移动请求。
6.如权利要求5所述的存储区域网络，其特征在于，至少一个存储设备通过至少一个移动器连接到至少一个网络上。
7.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，至少一个存储设备通过至少一个呈现器连接到至少一个网络上。
8.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，至少一个主机通过至少一个呈现器连接到至少一个网络上。
9.如权利要求8所述的存储区域网络，其特征在于，该管理器可以进一步操作用于：
从通过至少一个呈现器连接的该至少一个主机中接收一个修改存储设备分配的请求；
检查这些存储设备中的至少一个；
在满足接收的修改存储设备分配请求的至少一个检查过的存储设备上确定物理空间的分配；以及
向通过其连接请求主机的该至少一个呈现器通知已经确定的分配。
10.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，该至少一个网络包含：
至少一个数据网络，操作用于在该主机和该存储设备之间传送数据；以及
至少一个通信网络，操作用于向该管理器传送该存储访问请求。
11.如权利要求10所述的存储区域网络，进一步包含一个用户接口，它通过该至少一个通信网络与该至少一个管理器进行通信。
12.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，该至少一个管理器可操作用于向至少一个主机提供多个服务，其中的一个服务是一个用于允许该至少一个主机查找剩余服务的定位服务。
13.如权利要求1所述的存储区域网络，其特征在于，该存储访问请求是从这些主机中的一个接收的，而且该响应被发送到请求访问的主机。
14.一个存储区域网络，包含：
至少一个用于定义至少一个数据网络的交换机；
一个通信网络；
多个存储设备，其中每个存储设备以一种存储格式储存数据；
多个主机，其中每个主机都通过该至少一个数据网络中的至少一个连接到至少一个存储设备上，每个主机都连接到该通信网络，而且每个主机都以一种主机格式访问数据；
至少一个呈现器，连接到该至少一个数据网络中的至少一个和该通信网络上，其中每个呈现器可操作用于在至少一个存储格式和至少一个主机格式之间转换数据；以及
至少一个管理器，连接到该通信网络上，其中每个管理器都操作用于处理一个存储访问请求。
15.如权利要求14所述的存储区域网络，其特征在于，由该至少一个管理器处理存储访问请求，且该管理器可操作用于：
接收一个存储访问请求；
检查该多个存储设备的至少一个；
基于该检查确定对该请求的一个响应；以及
发送该响应。
16.如权利要求14所述的存储区域网络，其特征在于，该至少一个管理器可以进一步操作用于解决在请求访问同一个存储设备的多个主机之间的冲突。
17.如权利要求14所述的存储区域网络，其特征在于，该至少一个管理器可以进一步操作用于：响应于接收的存储访问请求在至少一个存储设备上分配物理空间。
18.如权利要求14所述的存储区域网络，进一步包含至少一个移动器，连接到该至少一个网络中的至少一个和该通信网络上，其中每个移动器可操作用于从至少一个存储设备中读取数据、并且把所读取的数据写入到至少一个存储设备中，该至少一个管理器可进一步操作用于：
从一个主机接收一个移动数据的请求；
检查该多个存储设备中的至少一个；以及
确定至少一个移动器以执行该数据移动请求。
设备通过至少一个移动器连接到至少一个网络上。
20.如权利要求14所述的存储区域网络，其特征在于，至少一个存储设备通过至少一个呈现器连接到至少一个网络上。
21.如权利要求14所述的存储区域网络，其特征在于，至少一个主机通过至少一个呈现器连接到至少一个网络上。
22.如权利要求20所述的存储区域网络，其特征在于，该管理器可以进一步操作用于：
从通过至少一个呈现器连接的该至少一个主机中接收一个修改存储设备分配的请求；
检查该存储设备中的至少一个；
在满足接收的修改存储设备分配请求的该至少一个检查过的存储设备上确定物理空间的分配；以及
向通过其连接该至少一个请求主机的该至少一个呈现器通知已经确定的分配。
23.如权利要求14所述的存储区域网络，其特征在于，该至少一个管理器可操作用于向至少一个主机提供多个服务，其中的一个服务是一个用于允许该至少一个主机查找剩余服务的定位服务。
24.如权利要求14所述的存储区域网络，其特征在于，所述的存储区域网络进一步包含一个用户接口，它通过该至少一个通信网络与该至少一个管理器进行通信。
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