專利名稱：生成校驗(yàn)值的raid存儲(chǔ)適配器、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及在此類系統(tǒng)中管理校驗(yàn)生成。
背景技術(shù)：
在RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中生成校驗(yàn)值要占用大量處理器和帶寬。例如，大型RAID系統(tǒng)可以包括冗余的RAID適配器或控制器對(duì)、多對(duì)冗余的盤(pán)陣列交換機(jī)、相等數(shù)量的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)組和相等數(shù)量的子處理器。這些組件通過(guò)“結(jié)構(gòu)(fabric)”互連適配器與第一對(duì)交換機(jī)互連，該第一對(duì)交換機(jī)與第二對(duì)互連，以菊花鏈的方式繼續(xù)。每個(gè)子處理器連接到一對(duì)交換機(jī)，并且每組HDD同樣連接到一對(duì)交換機(jī)。為了使指令從適配器傳輸?shù)浇粨Q機(jī)，指令必須通過(guò)任何上行結(jié)構(gòu)和交換機(jī)。同樣，數(shù)據(jù)必須上行通過(guò)任何交換機(jī)以到達(dá)適配器。
傳統(tǒng)的生成校驗(yàn)值的過(guò)程需要大量使用適配器資源和結(jié)構(gòu)帶寬。RAID適配器對(duì)一組HDD上的數(shù)據(jù)塊執(zhí)行異或(XOR)以生成校驗(yàn)塊Ap＝A1+A2+...+An，其中Ap是校驗(yàn)塊并且“+”代表“異或”運(yùn)算。例如，在典型的RAID級(jí)別5陣列中，要為包括六個(gè)包含數(shù)據(jù)的HDD加上校驗(yàn)HDD的組生成數(shù)據(jù)塊校驗(yàn)，適配器必須執(zhí)行六次讀取操作，生成校驗(yàn)值，并執(zhí)行一次寫(xiě)入操作以將所述校驗(yàn)存儲(chǔ)到第七個(gè)HDD上。此外，當(dāng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)沒(méi)有跨組中的所有驅(qū)動(dòng)器時(shí)，必須讀取驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)塊或需要先前的數(shù)據(jù)和先前的校驗(yàn)來(lái)生成新的校驗(yàn)塊。所有這些操作都會(huì)消耗適配器資源并在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生通信量。在重建出現(xiàn)故障的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，資源消耗甚至更大。再次地，適配器從其他驅(qū)動(dòng)器讀取數(shù)據(jù)塊和校驗(yàn)塊，將校驗(yàn)塊應(yīng)用于數(shù)據(jù)塊并重建丟失的數(shù)據(jù)塊。雖然較短的重建時(shí)間對(duì)將存儲(chǔ)系統(tǒng)返回到要求的冗余級(jí)別很重要，但是代價(jià)是降低了系統(tǒng)性能，因?yàn)檫m配器執(zhí)行其他功能的能力將下降。
因此，需要一種要求更少適配器資源和更少結(jié)構(gòu)帶寬的高效校驗(yàn)生成和驅(qū)動(dòng)器重建操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于在RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中生成校驗(yàn)值的方法。所述存儲(chǔ)系統(tǒng)包括RAID適配器、多個(gè)管理相應(yīng)RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器組的盤(pán)陣列處理器，以及連接結(jié)構(gòu)。所述方法包括通過(guò)所述RAID適配器啟動(dòng)校驗(yàn)生成操作，分派并行指令以便所述陣列處理器中的每個(gè)處理器從在相應(yīng)受管理RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)塊生成部分校驗(yàn)值，在所述RAID適配器中從每個(gè)陣列處理器接收所述部分校驗(yàn)值，以及在所述RAID適配器中組合所述部分校驗(yàn)值以生成完整的校驗(yàn)值。所述校驗(yàn)值可以是要存儲(chǔ)在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上的實(shí)際校驗(yàn)塊，也可以是在驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)重建的數(shù)據(jù)塊。
本發(fā)明還提供了RAID存儲(chǔ)適配器和包括RAID存儲(chǔ)適配器的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)。所述適配器包括連接到多個(gè)盤(pán)陣列交換機(jī)的結(jié)構(gòu)接口，每個(gè)盤(pán)陣列交換機(jī)控制一組相應(yīng)的RAID盤(pán)并連接到關(guān)聯(lián)的陣列處理器；用于啟動(dòng)校驗(yàn)生成功能的裝置；用于將指令通過(guò)所述交換機(jī)分派到關(guān)聯(lián)的陣列處理器以引導(dǎo)每個(gè)陣列處理器從相應(yīng)的盤(pán)組中的盤(pán)上的數(shù)據(jù)塊來(lái)生成部分校驗(yàn)值的裝置；用于從所述陣列處理器接收所述生成的部分校驗(yàn)值的裝置；以及配置為將所述接收的部分校驗(yàn)值組合成完整的校驗(yàn)值的校驗(yàn)生成器。
本發(fā)明還包括可與可編程計(jì)算機(jī)一起使用的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中具有用于在RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中生成校驗(yàn)值的計(jì)算機(jī)可讀代碼，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)具有RAID適配器、多個(gè)管理相應(yīng)RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器組的盤(pán)陣列處理器，以及連接結(jié)構(gòu)。所述計(jì)算機(jī)可讀代碼包括用于執(zhí)行以下操作的指令通過(guò)所述RAID適配器啟動(dòng)校驗(yàn)生成操作，分派并行指令以便所述陣列處理器中的每個(gè)處理器從在相應(yīng)受管理RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)塊生成部分校驗(yàn)值，在所述RAID適配器中從每個(gè)陣列處理器接收所述部分校驗(yàn)值，以及在所述RAID適配器中組合所述部分校驗(yàn)值以生成完整的校驗(yàn)值。


圖1是其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)的方塊圖；圖2是本發(fā)明的方法的流程圖；以及圖3是示出從出現(xiàn)故障的驅(qū)動(dòng)器重建數(shù)據(jù)的過(guò)程的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)的方塊圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)100的方塊圖。系統(tǒng)100包括一對(duì)冗余的RAID適配器或控制器110A、110B(統(tǒng)稱為110)，它們連接到一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器。系統(tǒng)100還包括多對(duì)冗余的盤(pán)陣列交換機(jī)120，圖中示出了其中三對(duì)，它們是122A和122B、124A和124B以及126A和126B。系統(tǒng)100還包括多組硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)130A、130B、130C(統(tǒng)稱為130)，每個(gè)組都與一對(duì)交換機(jī)關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)100還包括與每對(duì)交換機(jī)120關(guān)聯(lián)的服務(wù)處理器140A、140B、140C(統(tǒng)稱為140)。通常，交換機(jī)對(duì)120、HDD組130和服務(wù)處理器140容納在機(jī)殼(未示出)內(nèi)。在所示的系統(tǒng)100中，服務(wù)處理器140是管理交換機(jī)功能和機(jī)殼環(huán)境的SCSI附件(enclosure)服務(wù)(SES)處理器。
RAID適配器110A和110B分別通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)或結(jié)構(gòu)150連接到第一組交換機(jī)122A和122B的冗余端口。第一組交換機(jī)122A和122B又通過(guò)結(jié)構(gòu)150連接到第二組交換機(jī)124A和124B的冗余端口。并且第二組交換機(jī)124A和124B又通過(guò)結(jié)構(gòu)150連接到第三組交換機(jī)126A和126B的冗余端口。因此，第三機(jī)殼中的適配器110與交換機(jī)或HDD之間的任何通信都將通過(guò)第一和第二組交換機(jī)。
參考圖2的流程圖，在生成校驗(yàn)時(shí)，RAID適配器110將命令分派(步驟200)到服務(wù)處理器140，以對(duì)指定的數(shù)據(jù)塊執(zhí)行“異或”運(yùn)算并將結(jié)果返回適配器110。服務(wù)處理器140從關(guān)聯(lián)的HDD 130讀取指定的數(shù)據(jù)塊(步驟202)，隨后每個(gè)處理器執(zhí)行“異或”運(yùn)算(步驟204)以生成指定數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)值(步驟206)。將校驗(yàn)值(對(duì)于整個(gè)組來(lái)說(shuō)，每個(gè)校驗(yàn)值是部分校驗(yàn)值)傳輸回適配器110(步驟208)。適配器110通過(guò)執(zhí)行“異或”運(yùn)算來(lái)組合部分校驗(yàn)值(步驟210)以生成完整的校驗(yàn)塊(步驟212)。然后將完整的校驗(yàn)塊傳輸?shù)街付ǖ慕粨Q機(jī)(步驟214)以便存儲(chǔ)在指定的HDD130中(步驟216)。因此，適配器110不是執(zhí)行六次單獨(dú)的讀取操作和一次寫(xiě)入操作，而是只需執(zhí)行兩次讀取(從服務(wù)處理器140接收部分校驗(yàn)值)和一次寫(xiě)入的等價(jià)操作，這顯著節(jié)省了適配器資源和結(jié)構(gòu)帶寬。
從出現(xiàn)故障的驅(qū)動(dòng)器重建數(shù)據(jù)是一個(gè)類似的過(guò)程。圖3的方塊圖假設(shè)第三機(jī)殼中的HDD A1、A2和A5(由第三服務(wù)處理器104C和交換機(jī)126A、126B管理)，第二機(jī)殼中的HDD A3和A4(由第二服務(wù)處理器104B和交換機(jī)124A、124B管理)，第一機(jī)殼中的HDD A6(由第一服務(wù)處理器104A和交換機(jī)122A、122B管理)，以及也在第二機(jī)殼中的校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器Ap構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)器組。如果驅(qū)動(dòng)器A6發(fā)生故障，則必須重建和恢復(fù)其數(shù)據(jù)。RAID適配器110將命令分派給第二和第三機(jī)殼中的第二和第三服務(wù)處理器140B、140C以使每個(gè)處理器生成部分校驗(yàn)值。第二服務(wù)處理器140B從HDD A3、A4和Ap讀取數(shù)據(jù)和校驗(yàn)塊并執(zhí)行“異或”運(yùn)算A34p＝A3+A4+Ap。類似地，第三服務(wù)處理器140C從HDD A1、A2和A5讀取數(shù)據(jù)和校驗(yàn)塊并執(zhí)行“異或”運(yùn)算A152＝A1+A5+A2。然后，將這兩個(gè)部分校驗(yàn)值傳輸?shù)絉AID適配器110，RAID適配器110將它們相組合并生成丟失的數(shù)據(jù)塊A6A6＝A34p+A152。然后，將丟失的塊A6傳輸?shù)降谝粰C(jī)殼中的盤(pán)陣列交換機(jī)122以將其寫(xiě)入其中一個(gè)HDD來(lái)替換發(fā)生故障的HDD。再次地，所述適配器只需執(zhí)行兩次讀取(從服務(wù)處理器140接收部分校驗(yàn)值)和一次寫(xiě)入的等價(jià)操作，這顯著節(jié)省了適配器資源和結(jié)構(gòu)帶寬。
此外，由于適配器110和交換機(jī)120以非阻塞的模式運(yùn)行，在部分校驗(yàn)運(yùn)算期間的大量數(shù)據(jù)移動(dòng)每次對(duì)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)器局限于一個(gè)交換機(jī)域。這樣，當(dāng)服務(wù)處理器140對(duì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行部分“異或”運(yùn)算時(shí)，到所有其他驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)端口和相鄰機(jī)殼之間的端口仍可供適配器110和交換機(jī)120執(zhí)行其他任務(wù)。
重要的是注意到，雖然在完整功能的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的上下文中描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的過(guò)程能夠以指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的形式和各種形式來(lái)發(fā)布，并且本發(fā)明均可適用而與實(shí)際用于執(zhí)行所述發(fā)布的信號(hào)承載介質(zhì)的特定類型無(wú)關(guān)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)例包括可記錄型介質(zhì)，諸如軟盤(pán)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、RAM、CD ROM，以及傳輸型介質(zhì)，諸如數(shù)字和模擬通信鏈路。
出于示例和說(shuō)明目的給出了對(duì)本發(fā)明的描述，并且所述描述并非旨在是窮舉的或是將本發(fā)明限于所公開(kāi)的形式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多修改和變化都將是顯而易見(jiàn)的。實(shí)施例的選擇和描述是為了最佳地解釋本發(fā)明的原理、實(shí)際應(yīng)用，并且當(dāng)適合于所構(gòu)想的特定使用時(shí)，使得本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的具有各種修改的各種實(shí)施例。此外，雖然根據(jù)方法和系統(tǒng)進(jìn)行了以上描述，但是還可以使用包含用于在RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中生成校驗(yàn)值的指令的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)滿足本領(lǐng)域的需求。
權(quán)利要求
1.一種用于在RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中生成校驗(yàn)值的方法，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)具有RAID適配器、多個(gè)管理相應(yīng)RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器組的盤(pán)陣列處理器，以及連接結(jié)構(gòu)，所述方法包括通過(guò)所述RAID適配器啟動(dòng)校驗(yàn)生成操作；分派并行指令以便所述陣列處理器中的每個(gè)處理器從在相應(yīng)受管理RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)塊生成部分校驗(yàn)值；在所述RAID適配器中從每個(gè)陣列處理器接收所述部分校驗(yàn)值；以及在所述RAID適配器中組合所述部分校驗(yàn)值以生成完整的校驗(yàn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將所述完整的校驗(yàn)值從所述RAID適配器傳輸?shù)奖P(pán)陣列處理器以便寫(xiě)入存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括從所述完整的校驗(yàn)值來(lái)重建盤(pán)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括由所述陣列處理器以非阻塞的方式執(zhí)行所述指令，由此其他操作可以在所述存儲(chǔ)系統(tǒng)中繼續(xù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述盤(pán)陣列處理器是SCSI附件服務(wù)處理器。
6.一種RAID存儲(chǔ)適配器，所述適配器包括連接到多個(gè)盤(pán)陣列交換機(jī)的結(jié)構(gòu)接口，每個(gè)盤(pán)陣列交換機(jī)控制一組相應(yīng)的RAID盤(pán)并連接到關(guān)聯(lián)的陣列處理器；用于啟動(dòng)校驗(yàn)生成功能的裝置；用于將指令通過(guò)所述交換機(jī)分派到關(guān)聯(lián)的陣列處理器以引導(dǎo)每個(gè)陣列處理器從相應(yīng)的盤(pán)組中的盤(pán)上的數(shù)據(jù)塊來(lái)生成部分校驗(yàn)值的裝置；用于從所述陣列處理器接收所述生成的部分校驗(yàn)值的裝置；以及配置為將所述接收的部分校驗(yàn)值組合成完整的校驗(yàn)值的校驗(yàn)生成器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的RAID適配器，其中所述盤(pán)陣列處理器是SCSI附件服務(wù)處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的RAID適配器，還包括用于將指令分派給選定盤(pán)陣列處理器以將所述完整的校驗(yàn)值存儲(chǔ)到盤(pán)的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的RAID適配器，還包括用于從所述完整的校驗(yàn)值來(lái)重建盤(pán)數(shù)據(jù)的裝置。
10.一種RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括RAID適配器；多個(gè)連接到所述RAID適配器的盤(pán)陣列交換機(jī)；多個(gè)存儲(chǔ)盤(pán)組，每個(gè)存儲(chǔ)盤(pán)組都連接到所述盤(pán)陣列交換機(jī)中的一個(gè)相應(yīng)盤(pán)陣列交換機(jī)；多個(gè)服務(wù)處理器，每個(gè)服務(wù)處理器都連接到盤(pán)陣列交換機(jī)；與每個(gè)服務(wù)處理器關(guān)聯(lián)的部分校驗(yàn)生成器，所述生成器配置為應(yīng)所述RAID適配器的請(qǐng)求而從選定數(shù)據(jù)塊生成部分校驗(yàn)值并將所述生成的部分校驗(yàn)值發(fā)送到所述RAID適配器；以及與所述RAID適配器關(guān)聯(lián)的最終校驗(yàn)生成器，所述生成器配置為組合所述生成的部分校驗(yàn)值并生成完整的校驗(yàn)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中所述服務(wù)處理器是SCSI附件服務(wù)處理器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)，還包括與所述RAID適配器關(guān)聯(lián)的用于將指令分派給選定盤(pán)陣列處理器以將所述完整的校驗(yàn)值存儲(chǔ)到盤(pán)的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)，還包括用于從所述完整的校驗(yàn)值來(lái)重建盤(pán)數(shù)據(jù)的裝置。
全文摘要
在RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中生成校驗(yàn)值。所述存儲(chǔ)系統(tǒng)包括RAID適配器、多個(gè)管理相應(yīng)RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器組的盤(pán)陣列處理器，以及連接結(jié)構(gòu)。所述RAID適配器啟動(dòng)校驗(yàn)生成操作，分派并行指令以便所述陣列處理器中的每個(gè)處理器從在相應(yīng)受管理RAID存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)塊生成部分校驗(yàn)值，在所述RAID適配器中從每個(gè)陣列處理器接收所述部分校驗(yàn)值，以及在所述RAID適配器中組合所述部分校驗(yàn)值以生成完整的校驗(yàn)值。所述校驗(yàn)值可以是要存儲(chǔ)在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上的實(shí)際校驗(yàn)塊，也可以是在驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)重建的數(shù)據(jù)塊。
文檔編號(hào)G06F3/06GK101042633SQ200710135958
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者J·C·埃利奧特, G·S·盧卡斯, R·A·庫(kù)博 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司