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将光纤通道和RAID相融合(一)

数据储存结构中的I/O带宽问题一直是RAID系统中的瓶颈,而光纤通道恰好可以为服务器和存储设备之间提供一条高速的数据传输通道,将光纤通道和RAID技术融合,提供一个基于全光纤通道的RAID系统,可以在速度、容量、可靠性、灵活性等方面满足飞速发展的网络存储服务的要求,所以本文就基于这个思想来设计一个高性能的企业级磁盘系统,该系统应该具有如下的技术特点:

  1. 主机接口和磁盘接口均采用光纤通道;
  2. 采用大缓存,多体交叉、多访存总线结构;
  3. 采用多CPU结构,分布处理主机和磁盘的请求,提高响应的速度;
  4. 总体上采用可扩展的结构,在各部分带宽平衡的条件下,动态扩展主机侧的通道接口数和磁盘侧的磁盘数量;
  5. 充分采用冗余设计技术和热插拔技术,提高系统可靠性;
  6. 实现快速的重建算法和改进小写性能。

   一、硬件结构设计
  RAID_FC的系统结构框图如下:

                                                                    


                                                                                                         图1:RAID_FC控制器结构图

  处理器: 在RAID_FC中,面向主机和磁盘侧的接口都采用光纤通道,内部使用大容量Cache,这样处理器就需要处理来自主机接口的高速数据请求、实现各级RAID Level的结构、管理内部Cache、完成校验计算、处理多个磁盘成员数据的读写操作和故障状态下的重建工作,负载很重。为支持光纤通道的大数据量传输,为系统性能提供较大的扩展空间,所以采用双处理器设计,分别负责面向主机的操作和面向磁盘的操作,称为SPH(Storage Processor for Host)和SPD(Storage Processor for Disk)。为提高处理器间的通信速度,两处理器间中断和某些关键信息的传递通过硬件连线直接完成,数据传递通过共享缓存空间来完成。

  这样做的优点是:SPH、SPD分别负责面向主机和面向设备的操作,降低了各自的负载,并且每个处理器上运行自己专门的阵列管理软件,可以针对各自的操作特点进行优化;处理器间的信号交互通过硬件直线连接,通信速度快;双处理器通过共享内存交换数据,提高了对共享内存的管理和使用效率,可以高速完成数据的交互。

   主机接口部件: 主机接口采用两个光纤通道,单根光纤通道就提供100MB/s的带宽,可以接一个主机或两个主机或多口的光纤交换机,连接到一个主机时,两条通道互为备份,也可以同时进行数据传输。

   磁盘接口部件: 存储接口面向FC磁盘成员,使用光纤通道仲裁环路结构(FC_AL),系统提供了4个光纤接口形成两对双光纤环路,每个环路包括一个主环路和一个冗余环路形成Dual Loop。

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