专利名称：一种独立冗余磁盘阵列的管理系统及方法
技术领域：
本发明涉及磁盘存储系统管理技术领域，尤其涉及一种独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统及方法。
背景技术：
随着计算规模的扩大和新兴应用模式(如云计算、物联网)的出现，大数据应用与日俱增。独立冗余磁盘阵列(RAID, Redundant Array of Inexpensive Disks)作为独立的大型存储设备已被广泛应用于大数据存储系统中。存储扩展柜是普遍使用的高性价比存储基本单元，一般通过FC或SAS线缆连接至存储控制柜，由存储控制柜进行RAID配置管理。在当今的存储系统建设中，PB级存储系统已经非常普遍，在高性能计算、数字媒体环境中甚至已出现IOPB以上的单套存储系统。在此类应用中，一方面磁盘数量高达数千 颗，要使用多套存储扩展柜，另一方面会采用跨越多个柜体的多块磁盘配置RAID。在传统的FC-AL架构中，JBOD是最常见的磁盘扩展方式。图I为现有技术中基于FC-AL架构的RAID管理系统示意图，如图I所示，存储控制柜与扩展柜之间，扩展柜与扩展柜之间通常采用类似菊花链的方式进行拓扑组织，该扩展结构的特点是所有磁盘共享一条最大4Gb/s的磁盘通道，性能瓶颈明显，且一旦该仲裁环路出现问题，所有磁盘都会受到影响，该方式已逐渐被淘汰；RAID成员盘的选择采用自定义方式，可以限定在一个存储柜内部，也可以跨越多个存储柜。当跨多个扩展柜进行RAID配置时，柜体之间的菊花链可能成为性能瓶颈。图2为现有技术中基于SAS磁盘通道技术的RAID管理系统示意图。SAS点对点磁盘通道技术是当前工业界普遍采用的磁盘通道技术，该方式无论是性能还是可靠性相对于FC-AL都有巨大的提升每一颗磁盘到磁盘控制器都有独立的6Gb/s的数据链路，是一种交换式的磁盘拓扑结构，但这种连接仅限于磁盘柜内部，在磁盘柜与磁盘柜之间，采用2条互为冗余的SAS磁盘通道进行连接，因此在连接多个磁盘柜的情况下，磁盘柜之间的SAS通道带宽与磁盘控制器的出口带宽就会形成性能瓶颈。无论是FC-AL还是SAS连接，其有效带宽最大仅为3GB左右，每颗磁盘在存储系统中性能约为60MB/S，因此，只需50颗磁盘即可将整个通道的有效带宽占满，在高达数千颗磁盘的海量大数据存储环境中，扩展链路的性能瓶颈十分明显。为了提升多磁盘跨越多个存储扩展柜进行RAID配置时的性能，现提出一种独立冗余磁盘阵列的管理系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种独立冗余磁盘阵列的管理系统及方法，以很好的解决多磁盘扩展链路的性能瓶颈问题。为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的一种独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统，所述系统包括存储控制柜和至少两个存储扩展柜，其特征在于，所述存储控制柜与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接；
其中，所述每个存储扩展柜设置有预定数量的磁盘，所述存储控制柜设置有RAID控制器，所述RAID控制器用于选择不同存储扩展柜中预定数量的磁盘配置成RAID组，并基于所述配置完成的RAID组进行数据读写操作。所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中单块磁盘配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。所述独立的数据通道包括SAS点对点磁盘通道。所述每组RAID成员盘通过单独的RAID控制器或者电气交换机模块(ESM)部件进
行管理。所述存储控制柜设置有主RAID控制器和从RAID控制器，采用主从控制的方式与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接。
所述RAID组具有数据校验功能。本发明还公开一种独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理方法，该方法基于包括存储控制柜和至少两个存储扩展柜的独立冗余磁盘阵列的管理系统实现数据读操作和写操作，所述存储控制柜与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接，所述每个存储扩展柜设置有预定数量的磁盘，所述存储控制柜设置有RAID控制器，RAID控制器选择不同存储扩展柜中预定数量的磁盘配置成RAID组；RAID控制器将待写入的数据写入预先配置的RAID组中；RAID控制器从预先配置的RAID组中读取待读取的数据。所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中单块磁盘配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。所述存储控制柜设置有主RAID控制器和从RAID控制器，采用主从控制的方式与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接。 所述RAID组具有数据校验功能。本发明的技术方案，采用全交换式的架构进行存储控制柜与存储扩展柜的拓扑连接，解决了磁盘存储系统尤其是多个存储扩展柜与存储控制柜间的性能瓶颈问题；本发明针对RAID部署模式的每组RAID有效控制成员盘的数量，保证每个成员盘都有独立的高速磁盘通道连接至存储控制柜和RAID校验盘，保障了 RAID组的整体运算性能。
图I为现有技术中基于FC-AL架构的RAID管理系统示意图；图2为现有技术中基于SAS磁盘通道技术的RAID管理系统示意图；图3为本发明具体实施例的独立冗余磁盘阵列的管理系统示意图；图4为本发明具体实施例一的RAID配置管理模式示意图；图5为本发明具体实施例二的RAID配置管理模式示意图；图6为本发明具体实施例三的RAID配置管理模式示意图；图7为本发明具体实施例的独立冗余磁盘阵列的管理方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图3为本发明具体实施例的独立冗余磁盘阵列的管理系统示意图。所述系统包括存储控制柜和至少两个存储扩展柜，所述存储控制柜与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接；其中，所述每个存储扩展柜设置有预定数量的磁盘，所述存储控制柜设置有RAID控制器，所述RAID控制器用于选择不同存储扩展柜中预定数量的磁盘配置成RAID组，并基于所述配置完成的RAID组进行数据读写操作。所述存储控制柜设置有主RAID控制器和从RAID控制器，采用主从控制的方式与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接。如图3所示，存储控制柜与每个 存储扩展柜之间都有I条独立的高性能SAS磁盘通道进行高速互联，形成了从存储控制柜到存储扩展柜的全交换式拓扑连接，避免了现有技术中传统的总线连接的性能瓶颈问题。图4为本发明具体实施例一的RAID配置管理模式示意图。如图4所示，从独立冗余磁盘阵列管理系统中选择预定数量的存储扩展柜，所述存储扩展柜可以按照扩展柜的顺序进行选择或者任意选择组合，本实施例中，选择存储扩展柜I、存储扩展柜2、存储扩展柜3……存储扩展柜N，以每个存储扩展柜有两个存储磁盘为例对RAID配置管理模式进行说明。从存储扩展柜I、存储扩展柜2、存储扩展柜3……存储扩展柜N中分别选择磁盘I组成一个跨越多个存储扩展柜的RAID I组；所述存储扩展柜I、存储扩展柜2、存储扩展柜3……存储扩展柜N中的其他磁盘依次类推，最终，每个存储扩展柜的单块磁盘分别属于不同的RAID组。其中，每个扩展柜中磁盘I和磁盘2的选择顺序不作限制。这样，在每个RAID组中，每个成员盘位于不同的存储扩展柜，通过完全独立的SAS磁盘通道连接至存储控制柜，无论性能还是可靠性都有更高的保障。本实施例中，所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中单块磁盘配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。所述每组RAID成员盘通过单独的RAID控制器或者电气交换机模块(ESM)进行管理，有效控制了每组RAID的XOR开销，保障了 RAID组的整体运算性能。图5为本发明具体实施例二的RAID配置管理模式示意图。如图5所示，从独立冗余磁盘阵列管理系统中选择预定数量的存储扩展柜，所述存储扩展柜可以按照扩展柜的顺序进行选择或者任意选择组合，本实施例中，选择存储扩展柜I、存储扩展柜2……存储扩展柜19、存储扩展柜20……存储扩展柜N，以每个存储扩展柜有两个存储磁盘为例对RAID配置管理模式进行说明。从存储扩展柜I、存储扩展柜2……存储扩展柜19、存储扩展柜20中分别选择磁盘I组成一个跨越多个存储扩展柜的RAID I组；所述存储扩展柜I、存储扩展柜2……存储扩展柜19中剩余的磁盘2与存储扩展柜N中的磁盘I组成一个跨越多个存储扩展柜的RAID2组，存储扩展柜20中剩余的磁盘2再与其他存储扩展柜中的单块磁盘组成另外的RAID组，依次类推，最终，每个存储扩展柜的单块磁盘分别属于不同的RAID组。其中，每个扩展柜中磁盘I和磁盘2的选择顺序不作限制。这样，在每个RAID组中，每个成员盘位于不同的存储扩展柜，通过完全独立的SAS磁盘通道连接至存储控制柜，无论性能还是可靠性都有更高的保障。本实施例中，所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中单块磁盘配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。所述每组RAID成员盘通过单独的RAID控制器或者电气交换机模块(ESM)进行管理，有效控制了每组RAID的XOR开销，保障了 RAID组的整体运算性能。图6为本发明具体实施例三的RAID配置管理模式示意图。如图6所示,从独立冗余磁盘阵列管理系统中选择预定数量的存储扩展柜，所述存储扩展柜可以按照扩展柜的顺序进行选择或者任意选择，本实施例中，选择存储扩展柜I、存储扩展柜2……存储扩展柜N-1、存储扩展柜N，RAID控制器选择不同存储扩展柜中预定数量的磁盘配置成RAID组，所述预定数量的磁盘可以根据实际情况设置。如图6所示，每个存储扩展柜有两个存储磁盘为例对RAID配置管理模式进行说明。RAID控制器将每个存储扩展柜中的磁盘I和磁盘2组合成虚拟磁盘，从存储扩展柜I、存储扩展柜2……存储扩展柜N-I、存储扩展柜N中分别
选择虚拟磁盘I、虚拟磁盘2......虚拟磁盘N-I、虚拟磁盘N组成一个跨越多个存储扩展柜的
RAID I组；依次类推，最终，每个存储扩展柜的单个虚拟磁盘分别属于不同的RAID组。这样，在每个RAID组中，每个成员盘位于不同的存储扩展柜，通过完全独立的SAS磁盘通道连 接至存储控制柜，无论性能还是可靠性都有更高的保障。本实施例中，所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中两块磁盘虚拟处理后配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。所述每组RAID成员盘通过单独的RAID控制器或者电气交换机模块(ESM)进行管理，有效控制了每组RAID的XOR开销，保障了 RAID组的整体运算性能。常用的RAID包括从RAID O到RAID 6七种基本的RAID级别，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID 10 (RAID O与RAID I的组合)，RAID 50 (RAID O与RAID 5的组合)等。不同RAID级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。例如，RAID O又称为Stripe或Striping，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。RAID O提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。RAIDO为无冗余配置管理模式，当某个磁盘发生故障会导致所有磁盘的数据都无法使用，大大增加了数据损失的机率。冗余配置管理模式能够提高存储系统的安全性(如RAID1)，但该种模式磁盘利用率低。为了提高RAID的安全性，在某些RAID中增加了数据校验功能，如RAID3、RAID5、RAID6，当某个磁盘发生故障时，只要将该磁盘换掉，然后RAID控制器会根据数据校验功能在新盘中重建损坏的数据。图7为本发明具体实施例的独立冗余磁盘阵列的管理方法流程图。如图7所示，所述独立冗余磁盘阵列的管理方法基于包括存储控制柜和至少两个存储扩展柜的独立冗余磁盘阵列的管理系统实现数据读操作和写操作，所述存储控制柜与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接，所述存储控制柜设置有RAID控制器，所述每个存储扩展柜设置有预定数量的磁盘，RAID控制器选择不同存储扩展柜中预定数量的磁盘配置成RAID组；RAID控制器将待写入的数据写入预先配置的RAID组中；RAID控制器从预先配置的RAID组中读取待读取的数据。所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中单块磁盘配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。所述存储控制柜设置有主RAID控制器和从RAID控制器，采用主从控制的方式与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接。
所述RAID组具有数据校验功能。所述独立的数据通道包括SAS点对点磁盘通道。在300块磁盘的规模测试中，基于本发明技术方案进行RAID组织的存储系统性能是采用传统方式系统的3. 5倍。本发明的技术方案，采用全交换式的架构进行存储控制柜与存储扩展柜的拓扑连接，解决了磁盘存储系统尤其是多个存储扩展柜与存储控制柜间的性能瓶颈问题；针对采用本发明RAID部署模式的每组RAID有效控制成员盘的数量，保证每个成员盘都有独立的高速磁盘通道连接至存储控制柜和RAID校验盘，保障了 RAID组的整体运算性能。上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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权利要求
1.一种独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统，所述系统包括存储控制柜和至少两个存储扩展柜，其特征在于，所述存储控制柜与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接； 其中，所述每个存储扩展柜设置有预定数量的磁盘，所述存储控制柜设置有RAID控制器，所述RAID控制器用于选择不同存储扩展柜中预定数量的磁盘配置成RAID组，并基于所述配置完成的RAID组进行数据读写操作。
2.根据权利要求I所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统，其特征在于，所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中单块磁盘配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。
3.根据权利要求I所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统，其特征在于，所述独立的数据通道包括SAS点对点磁盘通道。
4.根据权利要求I所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统，其特征在于，所述每组RAID成员盘通过单独的RAID控制器或者电气交换机模块(ESM)进行管理。
5.根据权利要求I所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统，其特征在于，所述存储控制柜设置有主RAID控制器和从RAID控制器，采用主从控制的方式与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接。
6.根据权利要求I所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统，其特征在于，所述RAID组具有数据校验功能。
7.一种独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理方法，该方法基于包括存储控制柜和至少两个存储扩展柜的独立冗余磁盘阵列的管理系统实现数据读操作和写操作，所述存储控制柜与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接，所述每个存储扩展柜设置有预定数量的磁盘，所述存储控制柜设置有RAID控制器，其特征在于， RAID控制器选择不同存储扩展柜中预定数量的磁盘配置成RAID组； RAID控制器将待写入的数据写入预先配置的RAID组中； RAID控制器从预先配置的RAID组中读取待读取的数据。
8.根据权利要求7所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理方法，其特征在于，所述RAID组包括由RAID控制器选择不同存储扩展柜中单块磁盘配置成的RAID组，其中，每组RAID中成员盘的个数最大为20。
9.根据权利要求7所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理方法，其特征在于，所述存储控制柜设置有主RAID控制器和从RAID控制器，采用主从控制的方式与每个存储扩展柜之间通过独立的数据通道进行连接。
10.根据权利要求7所述的独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理方法，其特征在于，所述RAID组具有数据校验功能。
全文摘要
本发明公开了一种独立冗余磁盘阵列(RAID)的管理系统及方法，采用全交换式的架构进行存储控制柜与存储扩展柜的拓扑连接，解决了磁盘存储系统尤其是多个存储扩展柜与存储控制柜间的性能瓶颈问题；本发明针对RAID部署模式的每组RAID有效控制成员盘的数量，保证每个成员盘都有独立的高速磁盘通道连接至存储控制柜和RAID校验盘，保障了RAID组的整体运算性能。
文档编号G06F3/06GK102880430SQ20121034828
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者阮薛平 申请人:北京联创信安科技有限公司