CN1532707A - 虚拟化共享式存储设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种虚拟化共享式存储设备及方法，包括：虚拟存储设备块，为外部提供访问接口；设备块映射表，为虚拟存储设备块和物理存储设备块之间建立映射关系；物理存储设备块，用于存储数据；物理存储设备块使用情况表，用于记录物理存储设备块是否空闲、被多少虚拟存储设备使用、被哪些虚拟存储设备使用等信息。在集中式的存储设备上通过虚拟化技术，本发明方法的系统可以利用统一的物理存储设备对外提供多个虚拟存储设备，可以快速的为各虚拟存储设备建立快照、扩大/缩小容量，实现虚拟存储设备之间的写时复制；同时，各虚拟存储设备上相同信息可以共享存储在物理存储设备上，提高物理存储设备的利用率和缓存的命中率，进而提高访问效率。

Description

虚拟化共享式存储设备及方法
技术领域
本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种虚拟化共享式存储设备及方法。
背景技术
随着磁盘容量的增加，单台计算机单独带一个或者多个磁盘的使用方式(DAS)对硬盘的利用率将会越来越低。针对这种情况，集中式存储模式出现了：普通用户的计算机不带硬盘，所有硬盘集中组成磁盘阵列，从磁盘阵列上为每个用户提供工作环境的存储空间，还可以为用户提供私有存储空间。这种模式下，磁盘不再分离使用，而是集中起来供多台计算机使用，从而提高磁盘的利用率。
集中式存储模式的磁盘阵列对外提供存储设备接口，其存储设备的使用模式如图1所示：物理存储设备1分割成为多个子设备2、3、4...，各子设备独立对外提供访问接口。这种使用模式有如下不足：各子设备完全分割了物理存储空间，在设备一级不支持数据和存储空间的共享。特别的，对不同的子设备上保存大量相同信息的应用环境，这些信息要占用大量不同的物理存储空间。另外，对子设备的复制操作将花费较多的复制时间，造成I/O带宽、特别是存储空间和缓存空间的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对存储空间进行虚拟化管理、使得虚拟存储设备尽可能共享存储空间的设备及方法。
为实现上述目的，一种虚拟化共享式存储设备，包括：
虚拟存储设备，为外部提供访问接口；
设备块映射表，描述虚拟存储设备和物理存储设备之间的块映射关系；
物理存储设备，存储资源，用于存储数据；
物理存储设备块使用情况表，描述物理存储设备块是否空闲、被多少虚拟存储设备使用、被哪些虚拟存储设备使用等信息。
在集中式的物理存储设备上通过虚拟化技术，让应用尽可能多地共享存储空间。这样，可以有效的利用物理存储空间和缓存空间。本发明方法的系统可以利用统一的物理存储设备对外提供多个虚拟存储设备的访问接口，可以快速的为各虚拟存储设备建立快照、扩大/缩小容量，实现虚拟存储设备之间的COW(Copy on Write)；同时，各虚拟存储设备上相同信息可以共享存储在物理存储设备上，提高物理存储设备的利用率和缓存的命中率，进而提高访问效率。
附图说明
图1是传统存储设备的使用模式示意图；
图2是本发明的虚拟化共享式存储设备结构和映射关系示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明对外提供虚拟存储设备(对外接口)1，对虚拟存储设备接口1的访问通过设备块映射表2映射为对物理存储设备4的访问。
物理存储设备4提供物理存储空间，经过本方法的虚拟化处理，能够向外提供多个虚拟存储设备1，这些虚拟存储设备彼此独立，不存在主从关系。
每个虚拟存储设备1都有相对应的一个设备块映射表2，该表记录了虚拟存储设备的块和物理存储设备的块之间的映射关系，该表还保存有相关的访问权限。如图2中所示，一个虚拟存储设备VDev1的设备块映射表中记录了这样的映射关系：虚拟存储设备VDev1的块a和物理存储设备的块A对应、虚拟存储设备VDev1的块b和物理存储设备的块B对应；另外一个虚拟存储设备VDev2的设备块映射表中记录了这样的映射关系：虚拟存储设备VDev2的块m和物理存储设备的块A对应(共享，因此这两个虚拟存储设备的读操作可以共享缓存)、虚拟存储设备VDev2的块n和物理存储设备的块D对应。
此外，所有虚拟存储设备共享物理存储设备块使用情况表3。物理存储设备块使用情况表3中主要记录着每一个存储块的使用情况，包括使用者的数量及具体的使用者。例如，图2中，该表记录了这样的信息：物理存储设备4的块A有两个虚拟存储设备(VDev1和VDev2)使用，块B和块D分别有一个虚拟存储设备在使用(分别为VDev1和VDev2)，而块C是空闲块。
以上所描述的表信息的保存方式是：当应用本方法的系统没有运行时，每个虚拟存储设备对应的设备块映射表以及物理存储设备块使用情况表保存在物理存储设备上(专门划分出所需要的的存储容量)；当系统启动运行时，所有这些表都读入到内存中，对它们的操作都在内存中进行；当系统空闲或者准备关闭时，所有保存在内存中的这些表都写入到物理存储设备上。
下面描述虚拟化共享式存储设备方法的相关操作：
1.创建虚拟存储设备：该方法为要新创建的虚拟存储设备建立一个设备块映射表，并修改物理存储设备块使用情况表：把分配给该虚拟存储设备的物理存储设备块的使用计数加一并登记本虚拟存储设备是使用者(之一)；然后就可以对外提供该虚拟存储设备了。
2.删除虚拟存储设备：关闭该虚拟存储设备的对外访问接口；删除该虚拟存储设备对应的设备块映射表，在物理存储设备块使用情况表中修改相应物理存储设备块的使用计数(减一)、撤销该虚拟存储设备相应的物理存储设备块的使用登记，这样就回收了该虚拟存储设备使用的物理资源。
3.读写虚拟存储设备：当外部对虚拟存储设备进行读写请求时，本方法通过该虚拟存储设备的设备块映射表把对虚拟存储设备块的读写请求翻译到相应的物理存储设备块的读写请求；根据需要可以检查访问权限。
4.快照虚拟存储设备：对某个虚拟存储设备(这叫做源设备)创建快照时，只需要新建一个虚拟存储设备，其对应的设备块映射表从源设备对应的设备块映射表复制得到即可，然后修改物理存储设备块使用情况表：把分配给该虚拟存储设备的物理存储设备块的使用计数加一并登记本虚拟存储设备是使用者(之一)；对源设备的读写请求都迁移到新建的虚拟存储设备，而源设备就是快照。
5.复制：可以按照快照的方式先创建一个虚拟存储设备，当以后向该虚拟存储设备进行写操作时，本方法从物理存储设备申请物理存储设备块，把写操作转移到该物理存储设备块，从而实现COW操作；这要修改物理设备块使用情况表：把新申请到的物理存储设备块的使用计数加一并登记使用者；另外，该虚拟存储设备的设备块映射表要修改：虚拟存储设备的块映射到新申请的物理存储设备块。
6.扩展虚拟存储设备的容量：扩展操作只需将设备块映射表中加入一些新的虚拟设备块和物理存储设备块(存储资源)映射关系表项，所有新加入的存储资源都是虚拟的，而未作相应物理分配，当写操作发生的时候完成物理存储资源的分配，此时修改物理存储设备块使用情况表。
7.缩小虚拟存储设备的容量：缩小操作通过把设备块映射表中满足要缩减容量的未使用的表项删除来实现虚拟存储设备容量的缩小。如该表项已分配了物理存储资源，则在物理存储设备块使用情况表中修改相应物理存储设备块的使用计数(减一)、撤销该虚拟存储设备相应的物理存储设备块的使用登记，这样就回收了相应的存储资源。
上述各项操作除3以外，都在内存中进行，因此瞬时完成，之后系统对外就可以提供相应的服务。这样就大大缩短了各种操作进行的时间，提高了效率。
对于操作1、2、4、5来说，源虚拟存储设备和从它经过创建/复制/快照等操作所得到的虚拟存储设备的读操作都基于相同的物理存储设备存储块，这样就实现了物理存储设备级别的存储空间共享，大大提高了存储设备的利用率；同时，由于存储空间共享，来自不同虚拟存储设备对这些共享空间内容的读请求都可以共享缓存，这样就提高了缓存的命中率，从而提高访问效率。

Claims (10)

1.一种虚拟化共享式存储设备，包括：
虚拟存储设备，为外部提供访问接口；
设备块映射表，描述了虚拟存储设备和物理存储设备之间的块映射关系；
物理存储设备，存储资源，用于存储数据；
物理存储设备块使用情况表，描述物理存储设备块是否空闲、被多少虚拟存储设备使用、被哪些虚拟存储设备使用等信息。
2.按权利要求1所述的虚拟化共享式存储设备，其特征在于所述的虚拟存储设备至少为一个。
3.按权利要求1所述的虚拟化共享式存储设备，其特征在于所述的虚拟存储设备彼此独立对外提供访问接口。
4.按权利要求1所述的虚拟化共享式存储设备，其特征在于所述的设备块映射表中包含有虚拟存储设备的相应的访问权限。
5.一种实现虚拟化共享式存储设备的方法，包括以下各种操作：
创建虚拟存储设备；
删除虚拟存储设备；
读写虚拟存储设备；
快照虚拟存储设备；
复制虚拟存储设备。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于还包括扩展虚拟存储设备容量的方法，所述方法包括：
将设备块映射表中加入一些新的虚拟存储设备块和物理存储设备块(存储资源)映射关系表项。
7.按权利要求5所述的方法，其特征在于还包括缩小虚拟存储设备容量的方法，所述方法包括：
把设备块映射表中满足要缩减容量的未使用的表项删除。
8.按权利要求5所述的方法，其特征在于所述的快照虚拟存储设备包括步骤：
创建一个虚拟存储设备，该设备块映射表从源设备对应的设备块映射表复制得到；
把分配给该虚拟存储设备的物理存储设备块的使用计数加一并登记本虚拟存储设备是使用者之一；
对源设备的读写请求都迁移到新建的虚拟存储设备。
9.按权利要求5所述的方法，其特征在于所述的复制包括方法：
从物理存储设备申请物理块，把写操作移到物理块。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于所述的把写操作移到物理块使用写时复制方法。
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