CN101221484A - 数据存储系统及其管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数据存储系统和一种用于管理数据存储系统的方法。通过针对一个或多个逻辑磁盘阵列中的每一个的磁盘设置和保护级别K来对存储控制器加以编程。将来自数据存储系统中的一个或多个磁盘驱动器的可用存储空间合并到单个虚拟地址空间并且该合并的存储空间被划分为存储段。接下来，在逻辑磁盘阵列之间分配存储段，并生成配置表以指示在每个逻辑磁盘阵列中的存储段的数目以及每个存储段在磁盘驱动器上的物理位置。配置表存储在存储控制器中并且继而将数据的K份副本存储在逻辑磁盘阵列上。

Description

数据存储系统及其管理方法
技术领域
本发明总体涉及数据存储，并具体地，涉及通过软件指令的多硬盘配置。
背景技术
硬盘驱动器在速度和容量方面正变得越来越强大。并且，磁盘驱动器阵列，例如RAID(独立/廉价磁盘冗余阵列)阵列在其保护所存储数据的能力方面正变得越来越强大。各种级别的RAID在产业中是公知的，并正在开发各种新的且更复杂的级别或级别的组合以进一步改善数据保护和容错。然而，硬盘驱动器会发生故障，并且即使这种故障就百分率而言是罕见的，但是由于使用的驱动器数目巨大，所以驱动器故障的数目事实上是显著的。另外，在某些关键应用或安装中，任何故障都是显著的。由于各种类型的数据备份的高度使用，数据丢失的风险已降低，同时主要已变为考虑在故障修复期间数据可用性的丢失。
图1示出RAID系统100，其中存储于主站点110的数据通过点对点远程拷贝(PPRC)操作而被复制到次站点120。在图1的系统100中，用户在主存储站点110中的物理存储位置和次存储站点120中的物理存储位置之间建立固定的逻辑关系。
利用针对阵列的RAID级别的指令来对RAID控制器进行编程，并且该阵列中的所有驱动器都专用于该阵列，这带来了可以仅支持一个RAID级别的固定配置。另外，在大多数安装中，该阵列中的所有驱动器必须处于相同背板上。因此，标准的RAID系统是不灵活的。并且，新的RAID级别使用日益复杂的RAID算法并且要求更复杂的控制器。
一些公司也已开发了“软件RAID”，但这种系统仅仅是模拟了硬件RAID并且保留了硬件RAID的所有局限，包括预定义的固定的磁盘阵列以及预定义的单一RAID级别。
然而，如果可以更有效地并且以一种更灵活的方法使用现有资源而不是继续增大算法和硬件的复杂度，这将是理想的。
发明内容
本发明提供了一种用于管理数据存储系统的方法。通过针对一个或多个逻辑磁盘阵列中的每一个的磁盘配置以及来自一个或多个磁盘驱动器的可用存储空间对存储控制器进行编程。将数据存储系统中的所有磁盘阵列和可用存储空间的总和合并到单个虚拟地址空间。划分该虚拟地址空间，将该合并的存储空间分割为段。接下来，根据来自用户的存储需要逻辑地将段分配给设备。这些逻辑存储设备使用配置表加以组织，其中该配置表指示了在每个设备中的存储段的数目。该配置表存储于该存储控制器中并且数据可以继而存储于该逻辑磁盘阵列上并且由驱动控制器将段映射到物理位置。
本发明还包括数据存储系统，其具有：驱动器控制器；多个磁盘驱动器，其耦接于该驱动器控制器并由其管理；以及耦接到该驱动器控制器的存储控制器。该存储控制器包括：主机适配器，主机设备通过该适配器向存储控制器传送指令和数据/从存储控制器接收指令和数据；处理器；以及该处理器可访问的配置表。对该处理器编程以接收磁盘配置指令，将多个磁盘驱动器上的可用存储空间合并到单个虚拟地址空间，将合并的存储空间划分为段，以及根据存储于该配置表中的配置指令在一个或多个逻辑存储设备之间分配存储段以及通过该驱动器控制器将段映射到物理位置。
附图说明
图1示出了一个RAID系统，其中使用PPRC操作来复制数据；
图2是本发明的存储系统的框图；
图3示出了段池(segment pool)，其中一些或所有驱动器的存储空间被合并到该段池；以及
图4示出了在图2中的系统的存储回路(loop)内的硬件驱动器。
具体实施例
图2是本发明的存储系统200的方框图。系统200包括存储控制器210，一个或多个驱动器控制器220A、220B以及相等数目的驱动器阵列230A、230B(统一称为230)。一对驱动器/阵列控制器220A以及驱动器阵列(具有多个磁盘驱动器)230A组成第一存储回路240A，同时另一对驱动器/阵列控制器220B以及驱动器阵列(也具有多个磁盘驱动器)230B组成第二存储回路240B。两个驱动器控制器、两个驱动器阵列以及两个回路作为举例示出而非作为限定。存储控制器210包括处理器212以及其中存储了配置表214的储存器，如下文中所描述。主机系统10通过主机接口(HA)216连接于存储控制器210并使用存储协议与存储控制器210进行通信。该协议允许数据存储与取回，并且存储控制器210确保发送并接收正确的数据。存储控制器210管理逻辑设备并使它们通过该协议对于主机系统10是可见的。
从这点上，驱动器阵列220A、220B之内的磁盘驱动器尚未被配置用于任何特定RAID级别或非RAID布置。它们仅仅表示总数为X千兆字节的原始存储空间。如图3所示出的，根据本发明，磁盘驱动器230上的所有物理空间300都合并到单一虚拟地址空间。存储控制器210接收配置指令并且合并的空间300被划分为段，这些段优选为相等大小但并不必须如此，其中各控制器回路所具有的段的数目取决于被划分的回路上可用的物理存储空间的总量。这基于针对控制器回路的驱动器的格式化以及驱动器的大小，其中越大的驱动器得到越多的可用于给定回路的段。合并的空间300可以考虑作为段池。因此，举例而言，虚拟空间300可以被划分为四段，其中给两个回路204A、204B中的每个回路各分配两段。可以继而创建逻辑存储子系统(LSS)或设备或磁盘阵列，如图4中示出并在表1中表示的那样。
表1
LSS 1/设备1 段1-2 回路1
段1-2 回路2
由存储控制器210管理的逻辑设备包括来自从前述连续地址空间选取的可用段的池300的段。用户可以指定所需逻辑设备的大小并且存储控制器210将分配匹配该指定大小所需数目的段。存储控制器210还允许用户指定为主机系统10所存储数据提供的保护级别。可用于分配的可用地址空间大小将取决于构成该存储系统的逻辑磁盘阵列的组织：JBOD、RAID 5或其他。使用字母“K”以指定给予存储于存储系统200上的数据的最小保护级别，K＝1指示系统200上不存在超出数据存储的特殊保护。在此级别，如果数据被存储在的驱动器发生故障，则数据丢失是可能的。K＝2指示数据的两个副本将驻留于存储系统200上。存储控制器210按所需的段将K个段分配给逻辑设备，其中先前存储控制器210已在其管理下将相连的地址空间分割为段。此算法允许由主机10在等同于最小为K的复制级别上存储数据，或以可能的更高级别存储。举例而言，在具有格式化为RAID 5并且K＝2的逻辑磁盘阵列的系统中，其所提供的保护等同于使用RAID 10的存储控制器系统。当阵列被配置为JBOD并且K＝2时，所提供的保护等同于RAID 0或镜像。所分配的段的位置是灵活的，但优选为物理地分散到独立物理资源，诸如分散到对其指派了逻辑设备的独立存储回路上。
表II示出了对于一个逻辑设备(诸如磁盘阵列)用户指派的配置，该配置具有保护级别为3(即，三个回路的每一个上都有数据的副本)的两个段。段可以类似地分配给椭圆所指示的额外逻辑设备。应该理解可以给每个设备分配比两段更多的段并且可以指派更高级别的保护(K＞3)。
表II
LSS 1/设备1 段1-2 回路1
段1-2 回路2
段1-2 回路3
……
用逻辑设备(多个)的标识、分配给每个逻辑设备的段数目以及磁盘驱动器230上每个段的物理位置来填充配置表214。当系统200处于常规操作中，主机10向存储控制器210传送数据，该控制器继而引导数据存储于该逻辑设备。在图2和图4的举例中，维持数据的两个副本。
由存储控制器210接收的指令可以包括用于将虚拟空间300配置为RAID阵列或配置为简单磁盘捆绑(JBOD)的指令。如果虚拟空间300将被配置为JBOD，则存储控制器210所接收的指令可以包括用户希望维持的副本数目。如果虚拟空间300将被配置为RAID阵列，则指令将包括RAID级别。另外，由于本发明并不受硬件RAID的限制的约束，所以可以将虚拟空间300配置为具有相同或不同级别的多个RAID阵列并且分配给逻辑设备的空间不需是相连的。另外，与硬件RAID不同，本发明的系统不需要将数据副本存储在两个阵列中相同的相应逻辑位置；副本可以在任何位置。也不必须使用所有的物理存储空间。
本发明的系统为用户提供了简便地使系统适应于用户需求的能力，即使是那些需求需要改变。举例而言，用户可能仅需要数据的单份副本，例如用于数据挖掘的临时数据集，而并不希望有冗余所要求的开销。如果磁盘发生故障，则该数据集可能丢失但作业可能重新运行并重新创建该数据集。另一方面，用户可能希望由RAID 10系统提供镜像的安全性，在此情况下存储控制器可能得到指令将存储空间配置为两个RAID 5阵列。当然，随着用户需求的改变，该配置可以改变。因此，用户的硬件资源可以得到更有效地使用并且是以更好满足用户需求的方式。
本发明的算法相比于现有的数据保护方法提供了一些益处。就数据在系统中所处的位置而言存在完全的灵活性，并且该算法可以在系统内得到优化以实现性能的改善。另外，磁盘控制器可以被简化为这样的存储控制器：其现在管理与数据保护相关联的增大的复杂度，该功能先前曾使设计和建造磁盘控制器变得昂贵。
需重点指出的是尽管已在完全功能化的数据处理系统的环境中描述了本发明，但本领域普通技术人员将理解本发明的处理能够以指令的计算机可读介质的形式以及各种形式加以分发，并且本发明的应用与实际用于实现该分发的信号承载介质的特定类型无关。对计算机可读介质的举例包括可记录类型的介质，诸如软盘、硬盘驱动器、RAM和CD-ROM，以及包括传输类型的介质，诸如数字通信链路和模拟通信链路。
出于示出和描述的目的提供本发明的描述，但该描述不旨在穷举或将本发明限制在所公开的方式。多种修改和变体对于本领域普通技术员将是明显的。对实施方式的选择和描述是为了最佳地解释本发明的原理、实施应用，并且为了帮助本领域普通技术人员针对具有适合于所预期的特定使用的各种修改的各种实施方式而理解本发明。此外，尽管上文的描述是关于方法和系统，但是包含用于管理数据存储系统的指令的计算机程序产品，或用于部署包括将计算机可读代码集成到用于管理数据存储系统的方法的计算系统中去的计算基础设施的方法，也可满足现有技术中的需求。

Claims (15)

1.一种用于管理数据存储系统的方法，包括：
通过针对一个或多个逻辑磁盘阵列中的每一个的磁盘配置以及保护级别K对存储控制器进行编程；
将来自所述数据存储系统中的一个或多个磁盘驱动器的可用存储空间合并到单个虚拟地址空间；
将所述合并的存储空间划分为存储段；
在所述逻辑磁盘阵列之间分配所述存储段；
生成配置表，其指示在每个逻辑磁盘阵列中的存储段的数目以及每个存储段在磁盘驱动器上的物理位置；
将所述配置表存储于所述存储控制器中；以及
将数据的K份副本存储于所述逻辑磁盘阵列上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述对存储控制器进行编程包括建立至少一个RAID级别。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述对存储控制器进行编程包括：
建立至少一个存储回路；以及
将每个逻辑磁盘阵列指派到所述存储回路中的一个回路。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述分配所述存储段包括将一个或多个逻辑磁盘阵列配置为非RAID阵列。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述在所述逻辑磁盘阵列之中分配所述存储段包括分配非全部的所述存储段。
6.一种数据存储系统，包括：
驱动器控制器；
多个磁盘驱动器，其耦接于所述驱动器控制器并由所述驱动器控制器管理；以及
耦接到所述驱动器控制器的存储控制器，其包括：
主机适配器，主机通过其向所述存储控制器传送指令和数据/
从所述存储控制器接收指令和数据；
处理器；以及
所述处理器可访问的配置表；
所述处理器被编程用于：
接收磁盘配置指令，包括保护级别K；
将所述多个磁盘驱动器上的可用存储空间合并到单个虚拟地址空间；
将所述合并的存储空间划分为存储段；
根据所述配置指令在一个或多个逻辑磁盘阵列之间分配所述存储段；
将每个逻辑磁盘阵列中的存储段的数目以及每个存储段在所述磁盘驱动器上的物理地址输入所述配置表；以及
命令将数据的K份副本存储于所述逻辑磁盘阵列上。
7.根据权利要求6所述的数据存储系统，其中：
所述配置指令包括至少一个指派的RAID级别；以及
根据所述至少一个指派的RAID级别将所述逻辑磁盘阵列配置为RAID阵列。
8.根据权利要求6所述的数据存储系统，其中：
所述配置指令包括至少一个存储回路；以及
将每个逻辑磁盘阵列指派到所述存储回路中的一个回路。。
9.根据权利要求6所述的数据存储系统，其中：
所述配置指令包括非RAID配置；以及
根据所述非RAID配置将所述逻辑磁盘阵列配置为简单硬盘捆绑。
10.根据权利要求6所述的数据存储系统，其中所述逻辑磁盘阵列包括的存储段少于所有的所述存储段。
11.一种用于部署计算基础设施的方法，包括将计算机可读代码集成到计算系统，其中所述代码结合所述计算系统能够执行以下：
通过针对一个或多个逻辑磁盘阵列中的每一个的磁盘配置以及保护级别K对存储控制器进行编程；
将来自所述数据存储系统中的一个或多个磁盘驱动器的可用存储空间合并到单个虚拟地址空间；
将所述合并的存储空间划分为存储段；
在所述逻辑磁盘阵列之间分配所述存储段；
生成配置表，其指示在每个逻辑磁盘阵列中的存储段的数目以及每个存储段在磁盘驱动器上的物理位置；
将所述配置表存储于所述存储控制器中；以及
将数据的K份副本存储于所述逻辑磁盘阵列上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述对存储控制器进行编程包括建立至少一个RAID级别。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述对存储控制器进行编程包括：
建立至少一个存储回路；以及
将每个逻辑磁盘阵列指派到所述存储回路中的一个回路。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述分配所述存储段包括将一个或多个逻辑磁盘阵列配置为非RAID阵列。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述在所述逻辑磁盘阵列之间分配所述存储段包括分配非全部的所述存储段。
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