浅谈scsi冗余路径软件的研究与实现

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1、浅谈SCSI冗余路径软件的研究与实现摘要：在主机系统和存储系统之间增加冗余SCSI路径，并在主机上运行SCSI路径管理软件，从而在SCSI路径之间实现负载均衡和故障切换。在多主机共享存储系统时，利用路径管理软件的屏蔽功能，可将逻辑单元唯一地分配给某一主机。讨论了在)。其主要功能为：故障路径切换(PathFailover)，负载均衡(LoadBalance)，逻辑单元屏蔽(LUNMasking)。3.1故障路径切换SPM通过消除存储I/O路径上所有部件（如主机的HBA即主机总线适配器，控制器，HUB，电缆等）的单点故障，提高系统的可用性。主机通过多条I/O路径访问存储系统，一旦一条I/

2、O路径出现故障，SPM会立即检测到相应故障，并将之后的I/O操作重新路由至其它正常路径上。重新路由I/O的过程仅需要几秒，对应用程序是透明的，应用程序不会受到路径故障的影响而终止运行。SPM对发生故障的路径持续监控，一旦发现其恢复正常，SPM会恢复该路径的I/O任务。3.2负载平衡并增加带宽在主机与存储系统之间存在多条I/O路径时，为了避免某一存储路径成为系统的性能瓶颈，SPM将主机上的对该存储系统的所有I/O操作均衡地分配至这些路径上去，提供负载平衡能力。通过同时利用多条并行数据路径，SPM能够有效地提高系统的数据传输带宽。在多台主机共享存储系统的配置中，可以加快I/O访问的操作，

3、减小数据路径的瓶颈，从而增加整个系统的可用带宽。3.3逻辑单元屏蔽在多台主机同时连接到一台存储系统时，SPM的逻辑单元屏蔽(LUNMasking)功能可以使得每台主机在存储系统上拥有其专属的部分，其他主机不能存储属于该主机的存储区域。因此，这些主机可以运行不同的操作系统，在其存储区域上使用不同的文件系统，而不受其他主机的影响。图3表示多台主机共享连接存储系统的一个配置。图中NT主机使用的区域为LG0；Solaris主机使用LG1；Linux主机使用LG2。从操作系统角度，每台主机都可以看到所有的逻辑盘或逻辑卷。在物理连接上，每一个主机都可以访问到LG0,LG1和LG2。通过SPM软件

4、的逻辑单元屏蔽功能,NT主机只能访问LG0，而不能访问到LG1和LG2；同样，Solaris主机只能访问LG1，而不能访问到LG0和LG2；Linux主机只能访问LG2，而不能访问到LG0和LG1。这种功能允许IT管理员将某个逻辑单元唯一地分配给某一台主机使用，而禁止其他主机访问这个逻辑单元，从而避免多个主机同时访问一个逻辑单元而造成数据冲突和丢失。4.SPM在需以设备驱动程序的形式实现。所有对存储系统的I/O操作须经由SPM驱动程序。光纤连接与SCSI连接的区别只存在于硬件方面，在操作系统层次上，对二者的处理是相同的，在上层使用SCSI命令接口，由光纤卡的驱动程序对SCSI命令和数

5、据进行转换。因此SPM对SCSI连接和光纤连接的处理是一致的，内部使用SCSI协议接口。4.1运行层次在管理数据路径，通过控制和分配数据流量达到I/O负载均衡。将SPM驱动程序设置为filter类型的驱动程序，并以boot方式启动。[1]4.2SCSI冗余路径在驱动程序也只允许一个设备。4.3故障路径切换SPM驱动程序启动后，将挂接(Attach)原始磁盘设备“DeviceHarddisk(x)Partition0”和分区设备“DeviceHarddisk(x)Partition(y)”，对磁盘设备和分区设备的操作，NT系统构造一个IRP包，先调用SPM驱动程序，再由SP

6、M将该操作转发给下层磁盘驱动程序。SPM将拒绝对冗余的磁盘设备和分区设备的操作，不进行转发。SPM管理各个存储路径，决定采用哪个存储路径执行操作。正常情况下，SPM使用主路径执行操作，将IRP转发主路径对应的设备；如果主路径已经失效，SPM在备用路径中选择一条路径，将IRP转发至该路径对应的设备。在转发IRP到下层磁盘驱动程序之前，SPM先设置IRP的完成例程(IoSetpletionRoutine)。在IRP完成后，NT系统将调用这个例程。如果这个IRP正常完成，表示路径正确，SPM即完成对这个IRP的处理。如果这个IRP的操作未正常执行，表示选取的路径发生错误，SPM选取另外一个

7、状态正常的路径，将这个IRP转发到该路径对应的设备重试这个IRP。若操作执行成功，则正常返回。如果所有的路径都不能成功地执行操作，SPM可对当前操作使用全部路径进行重试，直到达到规定的重试次数而超时返回，以防止应用程序无限等待而导致系统挂起。为及时地更新各路径的状态，SPM创建一个系统线程，定时检查各个路径；另外，IRP的重试不能在Iopletion例程中完成，SPM创建另一个系统线程执行重试操作。因此，在I/O路径发生故障时，正在该路径执行的IRP在返回