（计算机系统结构专业论文）iscsi存储系统及其性能改进方法研究.pdf

华中科技大学硕士学杖论文 摘鬟 在分析期前流行的网络存储体聚结构及存储协议的基础上，对i s c s i 协议作了 潆入溪突。f 遂箜三登滋在蕊盎s 冬s a n 之鬻絷浚了褥粱，i s c s l 霉薅系统蒸予瓣势 义。又拥霄s a n 的大窑爨均集中歼放式的鼎质。袋用i s c s i 坍议，服务器母襻储子 系统越i o 繇径藏胃簸嚣辍禳疆嚣s c s i 惹线壤遥翁蔫翡巍野逶遘，渗攘载没霄簧 输躐离的限制，没谢s c s i 设器数暇限制的以太网点。k 莱孺了缝欲髂方成实现i s c s i 协议，它燕要由扁瀚端( i n i t i a t o r ) 标鞴( t a r g e t ) 缝成，癌动燃发出请求，弱标端噙寂谴隶，扶蠢安蠛嚣嚣乏溺懿遴蕊。i s c s t 在 l i n u x 下酌源代码是公开韵，通过分析l i n u x 和w i n d o w s 2 0 0 0 环境下的s c s i 设备 驱凑程骞翁苓露，巢怒s c s t 激麓弱骧羲程漤熬过滤疆凄程黪鲢穷按将i s c s i 套声 端移植到w i n d o w s 2 0 0 0 下，使之更加方便用户使用。 瘫予i s c $ 1 癸汉鹣饕蠡，i s c s i 遴蘩会寮攘大撼锈枣茨敲据鸯京露终主终骧， 这就造成丁网络性糍降低。为克服遴缺点，设计并爨观了种剥用r a m 缵襻雠) 技术宋浚巷耨鬟毒i s c s ! 魏麓懿寿繁，r c 恭统莛嶷内存嚣静页箍歼薜麓一郝分空 闻。在设计与实现鹣过程中，重点戮交了r c 的安垒性与一皴性。 在吾兆胬午苑礴络环境下对i s c s i 静馥黼进行测试，褥采表鞘程百兆岛于兆 鼹终繇凌下，i s c s i 鹣平均搀辕遮攀泠爨逡裂8 3 m b p s 与2 3 6 m b p s s 接近予零建 s c s ! 硬盘的性能。襁千兆网络环境下对加r c 系统i s c s i 栉储系统避行了测试， 筵慕襄臻整黛蠢较大懿鬟褰。 ，p 关键诿：粪褒瓣枣整请冀撬攮爨；捺鳖诗葵蘸搂骚瓣辩荐薅；竣鑫驻凄； 。 j 嫒存技术； 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n tp r e v a i l i n gn e t w o r ks t o r a g ea r c h i t e c t u r e a n dt h es t o r a g ep r o t o c o l s ，t h i sp a p e rd o e ss o m ei n s i g h t f u lr e s e a r c ho ni s c s ip r o t o c 0 1 t h es t o r a g es y s t e mb a s e do ni s c s ip r o t o c o lh a st h ea d v a n t a g eo fn a sa n ds a n 。 b a s e do ni pp r o t o c o l ，i th a s h u g ec a p a c i t ya n do p e n i n g f e a t u r e w i t hi s c s ip r o t o c o l ，t h e i op a t hb e t w e e nt h es e r v e ra n dt h es t o r a g es u b s y s t e mc a nb et r a n s f e r r e df r o ms c s i o r f i b r ec h a n n e lt oe t h e m e t w e a c c o m p l i s h as o t b x , a r ei m p l e m e n t a t i o no ni s c s ip r o t o c 0 1 t h ei s c s is y s t e m i sm a d eu po fa l li n i t i a t o ra n dat a r g e t t h et w op a r t i e sc o m m u n i c a t el i k et h i s ：t h e i n i t i a t o rs e n d s r e q u e s t s a n dt h e t a r g e tr e s p o n d s t h e m t h ei s c s i p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o no nl i n u xi so p e ns o u r c e b ya n a l y z i n gt h e d i f f e r e n c eo ft h es c s i d e v i c ed r i v e rb e t w e e nl i n u xa n dw i n d o w s 2 0 0 0 ，w em i g r a t et h ec l i e n tf r o ml i n u xt o w i n d o w s 2 0 0 0b y c o m b i n a t i n gs c s im i n i p o r td r i v e rw i t hc l a s sf i l t e rd r i v e r , t h u sm a k e t h ei s c s is y s t e mm o r ec o n v e n i e n tt ou s e r s 。 b a s e do nt h ep e c u l i a r i t yo fi s c s ip r o t o c o l ，ag r e a tp r o p o r t i o no ft h ed a t ap a c k a g e s c r e a t e d b y i s c s ip r o t o c o lc o m m u n i c a t i o na l es m a l l p a c k a g e s ，w h i c hi m p a c t t h e n e t w o r kp e r f o r m a n c e i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ，id e s i g na n di m p l e m e n tar a m c a c h e ( g c ) s y s t e m t oi m p r o v et h ei s c s is t o r a g es y s t e mp e r f o r m a n c e t h er c s y s t e m i s as e to fc o n t i n u o u so fm e m o r yl o e a t i o n sr e s e r v e da n da n o c a t e df r o mt h es y s t e m n o n p a g e dp o o l ，w ef o c u s e do nt h es t u d yo f t h es e c u r i t ya n dc o n s i s t e n c yd u r i n go u r i m p l e m e n t a t i o n w ed i ds o m e p e r f o r m a n c e t e s ti nt h e1 0 0 m 1 0 0 0 ml a n t h er e s u l ts h o w st h a tt h e d a t at r a n s f e rr a t er e a c h8 3 m b p si n1 0 0 ml a na n d2 3 6 m b p si n1 0 0 0 ml a n ，w h i c h i sa l m o s tt h es a n l ea st h ep e r f o r m a n c eo ft h el o c a ls c s id i s k s w ea l s ot e s t e dt h e p e r f o r m a n c eo f i s c s is t o r a g es y s t e mi nt h e1 0 0 0 ml a nw i t hr c s y s t e mi n t r o d u c e d ， t h er e s u l ts h o w st h a tt h ep e r f o r m a n c ei si m p r o v e d k e y w o r d s ：i s c s hs c s ht p - s t o r a g e ：d e v i c ed r i v e r ；c a c h e ； 一 i i 苹皆祷黎太学磺士学藏论文 1 缕论 1 。t 翳络誊撩蹩赛麓庭题蓑藤懿壤聚 随着诗黧懿及翔络遴鬻熬飞邃发艘，嚣终熬毽惠蜜源鼙璨终裂鬻狡趋势， 遗避黼络避襻梅输黪缓惠爨誉龋搿凝，大爨露懑簧聚避嚣她臻。并遘涟瓣络糟瀚， 送霹绩愚誊德系统提爨丁窑翦戆要求娃l ：翔蘸着爹煤体袭瓣土庭麓愈来塞誉撩， 裁爨袋存德累统驹露慧海囊豫，鞠户增多静磷辩帮宽凝容器成为簸颈，这就嚣拦 弼络襻锗浚蓊其有鞍好翦鬻蹇缝耱薅等。 传统熟秽储豢缎囊蒌是豢遴的嘲，姆艟设舔遵邋诸如i d e s c s i 铎i o 憩线与 服务器赣连。客户辊熬数掇游麓菇缀懑过毅努嚣，然瑟经过熬b o 慧蝰诱海糟畿 蕊毒耱设餐，骚务器实器羔越曩一静存德转黢翡搀怒。娄饔产连接数增多辩，t ：o 慧线犍会畿海个潜农麴瓣磷，并嚣袅彩嫡烈骚务器零赛珐懿，严熬愤嚣下蕊堇 会霹致系镳鹣蔟浚。掰赣，嚣蔚逮耱瓣震予秘终滕势器蕊移蘸方装爵不糍遗痰采 爨疲掰秘愈聚愈离躺袋隶。戮忿，探索薪黔襻祷褡暴绥稿藏澈褥j 莽鬻必簧。嬲缮 存祷簸戏强添年寒强黼上磁较热门戆一个鞣纛方露。 l ，2 麓络毒绪羧零 嚣裁滚器鹃耋蔡霄数下三耱豢辍瓣凌寿寨翘t 意搂藤蕊襻禳国i # 器潍豳醛 s t o r a g e ) 、辫粼荐祷( n 婚嘲船馥茕a 婊蕊s t o r a g e ) 、誊游辩壤鬻( s t o r a g e a r e a n e t w o r k s ) 。 d a s 籁s 斛部是数据获缀熬存矮累统，n a s 挺袋绘惩卢戆是文器鼗鹩羧爨传搂。 1 2 , 1d a s 豢蹬瓣热德存 d a s ( d i r e c ta t t a c h e ds t o r a g e ，豢袋群孛拥襻储) ，氇讨猕乏为s a s ( s e r v e r - a t t a c h e ds t o r a g e ，辍务嚣辩勰存麓) ，d a s 竣定义鸯妻援淹羧奁各魏溅务 器载客户端扩震撼鞘下粒数撼存撩璇螽。它宠垒以艨务嚣为中心，瓣生纛穰应艘 j 孳审辩技大学磺士攀镳论文 务器或客户满t ，其本身蹩硬彳牛的壤登，不带有诺穗存储搽佟系绕。 随警鹂络技术的发怒，人们将数攒存豫佟为个爨要豹谦题撼了出袋，人们 发瑷d a s 数据襻德设餐瑟瓣露锉数据瓣激增嚣戆越来越力不从心，不韪逡含鬻壤 帮f 1 零望爨分数移撩麴数攒集中越来统一篱理豹嚣求。妻簧表珑程以下几个方西 瓣： 薹先，d a s 谨搂系统不缝提撰不嚣攥终系统下熬文秽筵攀。 箕淡，密予d a s 浚簧与壤蠢激务器或客声溃纛s c s i 接霜连接，当脊髓嚣鳖 苓麓对，憨密耀终枣添热赣鑫每d a s 浚餐懿辩谈勰套逶獬辩煨。 第三，d a s 存储设备聚捌分教式餐理，数嚣被存羧在不溺靛撼方，簿骰一凌 数糖整理或设餐维护。霉爨耗费犬爨鹣人宠戆宠。 第职，为了傈涯数据鹣完蹩、安黛、w 靠，我们谯缝聚用数撩蛋静来保护数 攥。蛰凿设餐毒d a s 龄骞，滋行数撩备份黪数攥漆d a s 设祷爨簧狳设备串髓遴 过瓣务器，霆i 墩热蘩溅务器爨撵。 最慝，d a s 数摆襻赣浚嚣举蔻独藏戆襻德祭统，爨d a $ 黉釜审静崴数据孵， 数黎爨须逶避穰瘦戆黢务嚣载客户媾，鼹努嚣在宠醴蕤隽z 佟懿鬻融，爨矮暾露 客户端对数据襻诺虢谤求，爵麓上弼络鬻赛酶袋翻，鬻忿警势笈麓户数餐增蛟鹣 珏孛谈，摄务溪谯能衾急裁下降，芸歪会造成骚务器阂为不臻熏负疆餐工。 1 2 2 辫秘卷麓( n a s ) 辩瓣襻储避存撩设备巍接尚瓣络襁连，胃戳慈藏笤产潮存储设备鹬誊攘数据 连接。这耱访阏是透过瘦黻务器，一糖精登鹣帮棼赣设备察戒懿奄霜服务器来完 成豹 5 j 。 袭途耱蓊鹣存镳然搦孛，搽诺塞绕誉莠遁滋f o 总线辫餍予装令特定豹服努器 鬣客户毫逄，溪爨整攘遵避翅络接磬撼网络粪接稳遘煳，囊客产逡过耀终谚翘。鸯瓣 藩辩鼷务器瓣存德系统耀就，燕要瓣稳点照獬i 1 穗n a s 浚嚣连接舞瓣络上 # 索方便。 2 + 密予n a s 设备髓安装、调试、谈鬻帮嫠理 # 鬻篱攀，鬻就潞予选褥n a s 2 华中科技大学硕士学位论文 作为网络数据存德设备的企业用户来说，昂贵的设冬管理与维护赞用将不复存在e 3 n a s 设备可以完龛实现文件在不阏操作系统平台下的共享。 4 。n a s 设备采愿集中式存德结 奄，撄旁了d a s 的分数存德方式，网终管爨 员可以方便地管理数据和维护设备。 5 n a s 设餐蠹霉霞稼魏独立存德操露系统，霹爨毒效紧密魏释放系统蕊线资 源，全力支持i 0 存储。 6 n a s 设备一般会撼供错误恢复系统。 1 2 3 存镶尾域秘( s a n ) s a n 可以定义为是以数据存储为中心【7 】采用可伸缩的网络拓扑结构，通过 其有离僚输邃率静先通道舶壹接涟接方式，提供s a n 内部任意带点之简的多路可 选择的数据交换，并且将数据存储管理集中在相对独立的存储送域网内。在多种 光通道传输协议谶渐走向标准纯并且跨平台群集文件系统投入使用后，s a n 最终 垮突瑷在多秘操传系统下，最大隈度的数据共事鞠数据优化管理，以及系统的炙 缝扩充。 特爨妥撩窭鹣是，存镳嚣壤瓣与辫燃存铸不瓣豹霆【髓，宅楚一个网络，是麸侮 系结构方丽去看，而附网存储实际上是挂接在网络上的存储设备。与l a n 不同的 燕s a n 钟对存储避行了德他，蘧常使用专蘑豹存储诲议，院鲡竞纾遥遵躐i s c s i ， 而不是l a n 使用的诸如t c p i p 之类的通信协议。存储协议把多个存储设备和服 务器连接在一起形成一个存储区域同，存储设备w 以共阍构成一个存储滟，存储 设器和服务器都可以缀方便的添加到网络中去，具有较好鲍可扩展性。存储设餐 从服务器分离出米，与服务器形成一个多对多的关系，存储设备上的数据容易被 冀它鼹务耩共享，存骧设器之闯瓣数摆逶穆瞧交瓣摄察爨。采热存德区域网，数 据的备份、恢复、迁移都是通过存储区域网本身来完成，而不需隳借助予服务器 帮现有的l a n w a n ，太大涟少了瑷寿撮务器霸瓣络懿工佟受载。现在一般采爰豹 悬具有高骺宽的光纤通道，所以攘个存储网络具肖较高的数传率，数据访问性能 较好，另外存储设备都集中在一个网络上，便予管理，节省了管璞开销。 华中科技大学硕士学位论文 存储区域网由于其较离的数传率，特别适合予音频、视频这一类大容避数据 存储。另外由于它较好的数据可用性，数据易于备份、恢复、迁移等特点，使得 它在众多企业飚的构建中发挥了较大的 乍耀。 1 3 构建籽储区域鼹s a n 的存储协议 目前构建s a n 的解决方案中，主要有三种储协议在竞争：光纤通道、i n f i n i b a n d 和i s c s i 。下面对遂三种协议进行比较。 1 3 ，1 竞纾遥遵 f i b r ec h a n n e l 技术是a n s i 为啜络和通道i o 接口建立的一个标准集成。支 持h i p p i ，i p i ，s c s i ，i p ，a t m 铸多种高级协议，它的畿大特性怒将网络和设备 的邋讯协议与捷竣物理分质隔离开。这榉多秘势议可在网一个物理连接上同时传 送，高性能存储体和宽带网络使用单一i 0 接口使得系统的成本和复杂裰度大犬 降低。f c ( 3 睦纾逶遂) 结梅定义为多凄磅毙缀，毽燕掰分熬震不能嶷接唳射裂o s i 模型的层上。f c ( 光纤) 通道的五层定义为：物理媒介和传输速率、编码方式、帧协 议髑流控镶、公共辍务戳获上级协议( u l p ) 接口。龙绎遗遵支持多种拓扑结秘籀 扑结构，主要有：点到点( l i n k s ) 、仲裁环( f c - a l ) 、交换式网络结构( f a b r i c s ) 。 光纤邋道具有以下凡个特点： l 。光纾通道既具有单遇道的特点，又具有网终的特点，它是恕设备逑接到网 络结构上的一种高速通道。而这种网络结构描述了连接两套设备的单条电缆以及 连接谗多设冬鲍交换瓠产囊网状续擒。 2 光纤通道最大优点是速度快，它可以给计算机设备提供接近于设备处理速 度豹吞睦蘩。 3 光纤通道与挤议无关，它有很好的通用性，是一种通用传输机制。适用范 醋广，可擒供多髋价冼的系统，从小系统到超大黧系统，支持存在静多种指令 集，如i p 、s c s i 、i p i 。 瘁 华中科技大学硕士学位论文 1 3 ，2i n f i n i b a n d 够绽 i n f i n i b a n d 是一种可简化和加快服务器之间的涟接、以及服务器与其他相关系 统( 诸如远程存储和两络设备) 之间连接的全耨输k 输出( ) 技术83 。荚特尔是 i n f i n i b a n d 行业协会的7 家发起人之一，另外6 家发起人蹙：康柏、戴尔、惠普、 i b m 、微软和太阳微系统公司。目前，2 2 0 多家企业加盟i n f i n i b a n d 行业协会，嗣 于服务器秘荚它设套间实瑷互连的芯片和慕于h f i m b m d 粒系统殴经批繁上市，都 标识着i n 翩i b 锄d 的光明来来。 i n f i n i b a n d 黪没诗嚣貉是逶逡一套孛心亳琏擒( 孛心强董l 砖b 嚣鑫莲交接撬) 在运撩 存贮器、网络以及服务器等设备之间建立一个单的连接链路，弗由中心 毡f i m b m d 交换租来指挥流量，它的结梅设计得非常紧密，太大夔蔫了系统躲瞧熊、 可靠性和衡效性，能缓解备硬件设备之间的数据流量拥塞。 i n f i n i b a n d 覆盏了网络栈中的物理层、链路层、网络艨和传输层。i b a 可以裕 必p r i m a r y 和s e c o n d a r y 传输协议。i b a 支持多种协议簇。i b a 协议提供s v p ( s c s i o v e rv i ap r o t o c 0 1 ) 将s c s i 映射到i b a 上。i b a 怒以帧为传输基本单位，设备可 敷支持2 5 g b p s 的连接速度，宅戆运霉在交换网终环境孛。 它具有以下的优点： l 。建宠了一令灵活、寒效静数据串心，省去了骚务器复杂豹i o 部分。 2 支持的带宽比现在主流的i o 载体高，i n f i m b m d 技术将支持可以传送 5 0 0 m b p s 弼6 g b p s 的链接以及吞戆蠢离遮2 5 g b p s 的先纾交换背檄。 3 由予使用i p v 6 的报头，l 碰m b m d 还支持与传统i n t e m e t i n t r a n e t 设施的宥 效逑接。可以无缝地连接剡现存的e t h e r n e tl a n 和基于通道的光纤存储网络中。 1 3 3 i s c s i 协议 n a s 设备由于采露n f s 程c i f s 文秽协议，罴有异椽平台下黔文件共事、僚 护现有投资、容易察装、广泛的逑接性、较低的总拥有成本等的优点，识也存在 文转访阀的速度、在数攒螽傍窝炎潺戆整会瓣缺黪。 华中科技大学硕士学位论文 光纾逶遵占圭导遗像鼹s a n 独特黪体系绩掬羁稳建技术馒褥s a n 圈榉具鸯 商性能、高速存取、高可用性、集中存储和管理、可扩展性等很多优点。但s a n 仍有戳下三个方瑟翡获麓： 1 设备的互操作方灏：对于不同的僚4 造商，光纤通道协议的具体实现是不同 酌，这在客观上造成不同厂商的产品之溺难以置相操作，目前茧然有些厂商组成 7 联盟来保证他们产品的曩操作，但因为具体实现的不阉以及联盟范匿的有限， 这样做的效果也很有限。 2 。爨 ；誊的存镰区竣霹采鼹懿毙纾逶遂匏网络嚣连设蘩褰棼鬻器赛，枣奄建彝维 护光纤通道s a n 需要有率富经验的、并接受过专r - i n 练的专业人员，这大大增加 了梅建纛维护费麓。 3 异构环境下的文件共享方颐，光纤通道s a n 中襻储资源的共享一般指的 怒不同平螽下的存储空闻的共享，蔼非数据文侔的莛享。连接距离也限裁在1 0 k m 左右等。 广大的中小企业迫切希望能肖一种聚集s a n 和n a s 优点，去掉= 者缺点的 存德方寨寒满足翻蕊增长驰存储菇求。藤i s c s i 协议斡出现秘成熟，正好在两者之 间架设了桥梁，i s c s i 是基于i p 的存储协议，又拥有s a n 的大容器与集中开放式 懿熬覆。 i s c s i 实际上就是i n t e m e ts c s i ，悬一种新的用来服务块级( b l o c kl e v e l ) 数据传送的一种协议，该协议基予i p 网络( 主要是e t h c m c t ) ，通j 过i p 网络传输数 据蛱，包括s c s i 余令，s c s i 数撰包等。i s c s i 将裸靛s c s i 余令，数据块透过l p 协议层进杼传输，就是说用原肖的以太网传输存储s c s i 命令和数据，从而使 数据可戳辍松遗进行远稷，异缝访闯。采瘸i s c s i 黻务器尚存储子系统的i o 路径 就可从局限性强的s c s i 总线或造价高的光纾通道，移棱到没有传输距离的限制， 没宵s c s i 设备数目限制的以太网上。 6 华中科技大学硕士学位论文 1 4 本课题的磁突内容 本论文是蕊予匡家鬟大基础研究发餍规划埙露( 9 7 3 “快迷筹行数据存储处 蠼骚究”( g 1 9 9 9 0 3 3 0 0 6 ) 露蓬家巍然辩掌基金矮辍“统一存鼹阙( u s n 理论、 络橡墨实验磅究”( 6 0 1 7 3 泓3 ) 熬研究。 i s c s i 协议是擒建荐德区域瓣s a n 熬瘾蔟存谖协议，氇聪疆终戈存德竣蕊豹 遴瘸攘遴。器耱各丈诗冀辍公弼翔珏p 、i n t e l 、c i s c o 、a d a p t e c 、i b m 等罄在大力 发展i s c s i 技术。了解鞍掌握i s c s t 授笨对发餍存储授术蒸关纛簧。我们翡嚣静就 麓开发蠡纛静i s c s i 产晶，包耩漭议实溪较 串秽资瑷接蠲崇。貉议实褒敬伴是露 步，主簧内容爨在l i n u x 积w 钠d o w s 2 0 0 0 下实蕊i s c s i 。服务器端使用l i n u x 搽俸 系统，徐格羝壤聪且易予野发；雾户鲻工作在g r m d o w s 2 0 0 0 擞捧系统下，霞予溺 户操俘。纂予辨上述磅突霹的，本文的主要研必内容墩括如下几个方藤： ( 1 )网络存德髂系薅麴冬捺议熬珊窥； ( 2 ，l 、麒诗冀钒系绞攘掰( s c s t ) 醭究； f 3 )i s c s i 傍议瓣磷究； f 4 )i s c s t 耱昊体实现； ( 5 )一种掇离i s c s i 性能靛r a m 缓存缩构静研究与实琥； 以精研究强务主要爨基于i s c s i 协议豹 p s a n 的耩究，硬彳警赛现i s c s i 妻梳 迸配卡，避一步提高i s c s i 的燃熊，最终露的怒爽现存储系统的融合。 1 5 本章小缩 本襞着重介缀了龛文研究主藤静鬻豢鲡诞，匿翦流行麓瓣褥存储体系缭襁 d a s 、n a s 、s a n 与及存储耱议巍纾遴邋、i s c s i 、i n f m i b a n d 。最蜃还介缓了零谍 题研究舱童要内容。 华中科技大学硕士学位论文 2s c s i 协议与is c s i 协议的对比分析 2 1s c s i 协议的概述 s c s i ( s m a l lc o m p u t e rs y s t e mi n t e r f a c e ) 是小型计黧机系统接口，s c s i 的起 源霉数逡溃裂1 9 7 9 年，s h u g a r t 公司酝裁豹s a s i ( s h u g a ta s s o c i a t e ss y s t e m i n t e r f a c e ) 。1 9 7 9 年，硬盘制造商s h u g a r t 歼始开发一种接口，目标是让它支持数据 块类鍪翡逻辑寻凝，戳取代甭毪灏，磁头籁赢送来表示豹物理镳链。 搿盈，这释 接口将以字节为单位给出数据，丽不是以位为单位的串杼方式。另夕卜，这种接隧 可以解决兼容性阐题，窀使计算机制造商可以开发出硬擞的驱动程序，以使得计 冀枧够认出它艨连接的硬盘驱动器。 1 9 8 6 年6 月，由s a s i 演化成的s c s i - - 1 正式成为官方标准【i 2 j ：a n s ix 3 j1 3 1 一t 9 9 6 。接着，a n s ix 3 t 9 2 手1 9 8 5 年隽磁盘驱凌器定义了逶耀鑫令集 c c s ( c o m m o nc o m m a n ds e t ) 。s c s i - - 2 和s c s i 3 是在s c s i 1 的基础上改进而掇 爨静，在诗算瓶释终设孛褥爨了广泛豹瘫粥。s c s i 一3 疆侠了与竞纾逶遂、s s a 、i e e e p 1 3 9 4 的接口。s c s i 3 能提供最黼2 0 m b s 的传输速度和3 2 位的数据宽度，总线 上露挂3 2 个设备，p 型彀缆可在报电缆上传输1 6 位的数据。 2 2s c s i 协议鹩分湃 2 。2 1 体系结梅( s a m ) 在s c s i - - 3 审，s a m ( s c s i a r c h i t e c t u r em o d e l ) 羧首次瀵楚戆接述遗来。s a m 魁一个s c s ii o 系统的抽黎模型，每个s c s i 的具体实现都要以不破坏这个模型的 麓弼为漂粼。s c s i - 3 有专门静文稻s a mx 3 t 9 2 1 9 9 4 d 来说萌其s a m t 珏j 。s a m 文 档定义了功能组，s c s i - - 3i o 系统和设备的行为模型，这种行为模型可以应用到 所有的s c s i 接口，协议，存取方法和设备上。 8 华中科技大学硕士学位论文 所有的s c s i 接口，协议，存取方法和设铸上。 ( 1 ) 客户服务器模型 客户枧一服务器模型蹩实现s c s i 系统的很好的途径。客户机向服务器发送一 个请求，服务器给出响应。两者都使用服务分发予系统( s d s ) 作为传输媒介。对 拿人亳照窳谥，p c 是客户援，它惠己懿骥鑫是鼹务器。p c 匀硬懿发送令涛求， 硬盘执行宦，并把数据传回来。铎户不需蒙知道服务器悬如何完成任务的。s c s i 允许透过一条总线将各枣争设备连接婺l 计冀疑系统系统。s c s i 使麓规定豹余令集粪 询设备，这样。在写设备驱动程序时不需器详细的了解设备的特性。s c s i 提供了 受基本静设备揍翻，特剐建磁盘设备，寻址数豢时采用的是逻辑逢址方式，面不 是物理地址方式，主机本蹙不需要关心数据在目标设备上是如何缎织的。 ( 2 ) 结构模裂 s c s i - - 3 的续梅纯模溅是由分层的澎象组成f 4 l 。妇霪2 1 。 一_ 、。1 一 圈2 1s c s i - 3 豹结梅横鼙 最顶端是表示i o 系统的域。域是由s c s i 设铸和连接这些设备的抽致的服务 传输系统( s d s ) 缀成。在为s c s i 设计獠序潜，必需要程程廖牵实现各个模型就 拿 华中科技大学硕士学位论文 可以了。任务和任务集就是数据续襁； 器执行s c s i 命令。 s c s i 壤 s c s i 域是一个自包含的i o 系统， 黻务传递系统通诫。 经务管理器管理这些数攒结构；设备服务 是由s c s i 设备组成，这臻s c s i 设备通过 服务分发子系统( s d s ) 在s c s i 2 中，s d s 就是s c s i 总线。现在s a m 把这个概念扩充为至少包含两 个服务传竣接口的连接系统。其经务就是在客户和服务器之间提供无错的连接。 启动器( i n i t i a t o r ) 和目标器( t a r g e t ) s c s i 设备既霹以充当痿动器，逛可以充当鼙据器。这在原则上秘该设餐是一 个主机适配器还悬s c s i 控制器无关。可以发送s c s i 命令和任务管理请求的s c s i 设备穆蠢瘸动器，露戮撬露s c s i 禽令稻馁务警毽器请求瓣s c s i 设备称兔嚣标器。 启动器选择一个目标器并发送一条命令，以此在s c s i 总线上触发个动作。但是， 一照命令被传输过去，凳栎器藏获得总线协议的褴稍权，它来决定是否释放总线， 并晟在释放总线之后，决定是否与启动器涟接。庶动器瞰一个标识符和姆未完成 的任务一样多的应用程序客户组成。目标器由一个标识符，一个城几个l u n 和一 个经务管壤嚣组成。它接受s c s i 禽令，把它 f 】传送到提皮魄l u n 去执纾。 任务 任务簿璎嚣警瑾控铡一令或多令任务瓣撬霉，芬霹镁务警瑾谤裳终爨反应。 任务是运行一个s c s l 命令所要采取的一鬓行动或一系列甄相连接的s c s i 命令。 逶瓣单元l u n 逻辑单元包括逻辑单元号、设备服务器、任务队列和任务集。逻辑单元号宥 6 4 位长，德它的值的范围由s d s 确定。设备服务器是物理设备和逻辑电路的集合。 任务集为这个逻爨单元维持任务队列。设蘩服务器逐个处理队列中的任务。任务 集可以被羹新排序。一个控制器可以控制多个外设，作为一个t a r g e t 本身可能有 至多8 个逻辑单笼，一令逻辑擎愆霹鞋罴甥理设磊也可以是虚拟竣荟。霹默是一 个外设也可以是一个外设的个部分或几个外设的整体。每个逻辑单元肖一个逻 i o 华中科技大学硕士学位论文 辑纂元号，从0 到? 。 并彳予s c s i 总线的配置 劳霉亍s c s i 总线支持每一静襄渤嚣窝翼探嚣载缀移h l 。只要至少一个痿动器耧 至少一个目标器就可以作为一种组和。在窳际应用中，在使用s c s l - - 2 的前提下， 对爽现s c s i 选顼瓣不丽静器求，有三释纂零懿醚蓑方法：单癌凌器霹擎嚣标器、 单启动器和多目标器与多扇动器和多目标器。 2 2 2s c s i 命令模裂 s c s i 命令是由启动器和目标器。更精确是送别目标器的l u n ，l u n 的设备 骚务器撬行鑫令势返露浚态。s a m 把s c s i 鑫令嚣残是远程遘蠢诵惩，这个：i 妻翟 有任务标识符、命令块以及作为命令参数的状态字节。可选的参数有输入输出数 据缓冲、命令长度、检灏请求帮稔潮数据。过程静结果燕服务晌敷。 s e r v i c er e s p o n s e = e x e c u t ec o m m a n d ( t a s ki d e n t i f i e r , c o m m a n dd e s c r i p t o r b l o c k , 【t a s ka t t r i b u t e ，【d a t ao u t p u tb u f f e r ，【d a t ai n p u tb u f f e r ， c o m m a n dl e n g t h ， 【a u t o s e n s er e q u e s t ，【s e n s ed a t a ，s t a t u s ) 黑体部分必须实现。 程务标识镣 任务标识符由一套6 4 位的数字组成，它分为扁动器标识符、目标器标识符与 l u n 标识符凡部分。 命令描述块c o m m a n d d e s c r i p t o r b l o c k ( c d b ) 命令描述块截括操作谒、命令参数和控制字节。0 号字节是操作码，离三位跫 命令组号，低五位是命令本身。念令参数瞧括逻辏单元，逻辑块她址，数据传输 长度。控制位只有两位：链接位和标志位。链接位表示启动设备怨在当前命令结 束藤鑫动逡接下一条余令。标志俊惩寒在链接会令阕傻疼动设釜产生孛瑟。 状态字节 命令缭柬居，状态字节绘密令翕令建否棱爰确魏稽静信惑，瑟曼它还提爨 工= 些差玉盒金丝藤盥雎加岱恳。蓬塞匿廪旦主：圭墓皇笾三全然查堡! q 鱼q 望 i l 孥枣辩蓑太攀磺士擎蕊静文 ( o o h ) ；b u s y ( o s h ) ，c h e c k c o n d i t i o n ( 0 2 h ) + 藜簿兮蓦蚤囊琴嘉囊骧嚣， 蘩掰一个爨嵌龄令零势或纛姆令参数累蒌辆时，藕窀潦糖璃螽令糍漩。 - 褒势辩奄 糖墅转溪l l q q 袋谎，哭簧窆毅粼令s 棼辍翕簸黎冷链) ，禳梦裳一分簌 蠡，囊蓊滚静令( 滚嚣每虢被斌鼯巍，帮瓣务噙虑海c o m m a n dc o m p l e t e 凌l i n k e dc o m m a n d 璐戴鞠蹩缀l i n k e dc o m a 鸯a n dc o m p l e t e f w i t hf l a g ) 。 2 。2 ，3 菇鬻释诺谈嬷蠛 羧溅黎瓣( s e n s ed a t a ) 娄拿s 躐羲蕊 逶黎趟拿l u n ) 黢避鎏骧蝌瓣，窀嫠囊疑警下一龄枣势 蘧溺c h e c kc o n 9 耀镄状态，羚产熏一浆娥多1 8 譬簧瀚褥误赡感，溶麟燕鳙 。 蓦辩戆蘩蒙捺。囊憝器琴戮灌避蒸埝淤霪辩慈嚣泠令鼗藤漱蟊罐 瘸然鬻侮蠡勰遴傣( a u t oc o n t i n g e n t 雌磷辅徽# ) 蕊蒸霉羚露餐臻鏊( a c a ) 爨爨l u n 撩瓣鬟一兮攘诿薅，蘩蠡褰舞蘩鼗藜一 个弑奄。犍囊寝麟簇爱邀一个c h e c 袋c o n d i t i o n 绞嚣c o m b 撼n d t e r m i n a t e d 捩泰。 - 攀露娥霪羧懑鼍穗魏避燃弱摊蛔辚 繇豢一个纛臻瓣舞暹l u n 簸黛燹健时，u n i ta t 沱 n f l o n 状惑麟产灏。璩蠹 a 霾e n d o n 魏溪a c a 状褰熬鼗建鏊誊菠遗舞箩涟爨霉撩察。 - 熬囊勘令 磐套专靛瓣天鹣蓬舞爨瓣，委邃争蘩露巢趸雾稳蘩霹襻赣嚣；擎黪令，蕊釜翕 令魏靛燮了。 t 褥溪瓣毛蕊遴舞 姿一令l u n 不燃麓薅，粼l u n 瓣每令赫岭势瓣卷c h e c kc o n d i t i o n 状态 装秀常终虑。梭瓣数播褥绦溺关予姆潢豹壤礴藤嚣辩倍感。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 2 + 2 。4 任务管理 在s c s i 模型中，任务管理是对退出任务集和独立任务的正式描述。在s c s i 一2 和s c s i 一3 中是通道消息体铺来实现的。程客户机一服务器模式下，任务篱理表现 为下面的函数调用： s e r v i c er e s p o n s e = f u n c t i o n ( o b j e c t i d e n t i f i e r ) 任务镣理函数蠢：a b o r t 驭s ks e t , a b o r tt a s k ，c l e a ra c a ，静汰g e 零 r e s e t , t e r m i n a t et a s k t e r m i n a t et a s k 。作为任务管理的结果，服务响应 遂霜f u n c 弧o nc o m p l e t e ，f u n c t i o nr e j e c 魏国鞠s e 器v i c ed 瓯& e 爻y 0 rt a r g e tf a i i i j r e 。 2 。2 5 任务集管理 任务集管理相当于s c s i 2 中的标志队列。任务集的管理以上面的任务管理的 方式寒实瑷。 壬务集警理镁务状态、经务鬓经戳及雩| 超殛务凝态燮铯戆攀转。强 务只有在因为b u s yr e s e r v a t i o nc o n f l i c t , t a s ks tf u l l ，a c aa c t w e 或者c h e c kc o n d i t i o n 状态i 簿悫静遥獭对才被插入任务集，任务集管瀵只管理 任务集里的任务。任务的状态如图2 2 所承： s i m p l eo r0 r d b r e dt a s k h e a do f 眦o ra c at a s k 2 2 6s c s i 命令 命令结构 一壁! o l d e r t a s k s e n d 鲤 一n 一1e n a b l e d 懈x 8 0 r t 耗靠：岁7 7 鱼c a 托ae n d e d r 一，p ， j e n d e d 。i t a s ka b o r t 一一b l o c k e d 图2 2 任务的状态 华中科技大学硕士学位论文 所有的s c s i 命令至少包含一个命令描述块和一个状态字节，谗多命令还有附 加的参数列表。s c s i 一2 命令有6 ，1 0 和1 2 字节的命令描述块，s c s i 3 定义了 1 6 字节盼余令。6 字节命令描述块如表2 1 。1 0 秒1 2 字节命令描述块与6 字节余 令描述块结构相似，只是增加了逻辑块地址字段和传送数据长度字段的字节数。 1 6 字节余令攒述浚翡6 9 字繁为瓣趣数锯。余令接述块镶廷鑫令妈、参令参数移 控制字节。第一个字节是命令码，高三位是命令缎号，低五位是命令码。命令参 数镪菇逻辑荤元，逻辑块域垃，数据传赣长度。控裁位哭有两篷；链攘缎帮标恚 位。链接饭表示启动设备想在当前命令结柬后自动连接下一条命令。标虑位用来 在链接命令间使癌劝设备产生中断。s c s i 3 中加了一个a c a 位( a u t oc o n t i n g e n t a l l e g i a n c e ) 。 表2 16 字节命令接述块 7i 6 l 54 i 3 l 2 i 1 l 0 0 o p c o d e 1( 删) ( m s b ) 2 l o g i c a lb l o c k 3 ( l s b ) 4 数据长度 5控案l 字节 本谦题所用到的s c s i 命令 袭2 2 鸯关s c s i 鑫令 操作码名称搦述 0 0 ht e s tu 越t反映l u n 是否准备好接受条禽令 r e a d y 0 3 h r e q u e s t s e n s e返回错误信息的细节 0 4 hf o 嚣酝p 匹u n 辩穆式证夯蒺 1 2 h i n q u e r y 返回l u n 的特定信息 2 5 hr e a dc a p a c i t y读逻辑块的号 2 8 h r e a d ( 1 0 )读逻辑决 2 a h w r i t e ( 1 0 )写逻辑块 l a h d d 嚣s 嚣n s e ( 6 )读设备戆特定参数 1 5 hm o d es e l e c t设置设备参数 ( 6 ) s c s i 禽令有缀多，下蕊只简单介绍本课题所溺的部分硬盘命令，如表2 2 掰 1 4 华中科技大学硕士学位论文 - - y 。 2 3i s c s i 协议的分析 2 3 1i s c s i 的起源 i s c s i 是由i b m 下属的两大研发机构加利福尼豫a l m a d e n 和以色列h a i f a 磷究中心共嚣舞发瓣，是一个供硬律设备使爰戆爵潋亵撙餮谈上层运行躯s c s i 指令集。简单地说，i s c s i 可以实现在i p 网络上运行s c s i 协议，使其能够在诸如 予憝骧太瓣主逶簿鼹耄选辑。 i s c s i 协议是簿一个草案标准，由c i s c o 帮撒m 在2 0 0 0 年1 月发椎，目前b 商大熬厂家生产了蒸予i s c s i 瀚产晶。i s c s i 允许s c s i 命令通进t c p i p 协议转 输，它整含7 现蠢躲存锉撩议s c s i 寝髓络协议k 黻p 等蕊群皇濂协议，实现? 存储和网络的无缝融合。 逶过i s c 更协议，凌铝霹豁霞纂予t c p a p 瓣糠毽汉太鼹上游霹存撩设鍪帮 s a n 。t c p 会保证数据可艨性，管理网络搠塞，并采用中继重传策略来处理延迟。 2 3 ，2i s c s i 协议栈 i s c s i 是s c s i 协议的远程唤醒模擞在t c p 协议上的映射孙l j ，一种典型的 i s c s i 游波援分失7 罄( 霓垦2 。3 ) 。s c s ic d 转扶s c s t 瑟传裂i s c 盥艨。i s c s t 层将s c s ic d b 装入i s c s i 协议数据单元( p d u ) ，并将其传剡t c p 艨。在接 渡穗，i s c 文爨在麸t c p 屡蓑牧戆p d u 孛将c d b 取出，传绘s c 整蘑。i s c s i 层提供给s c s i 屡可靠的传输。这样就实现了s c s i 甜令在i p 网络上的直接、 透黉褥瓣， 另外磷公绍的是同步朔导向屡于较低功能层+ 同步剃鼹向层用来对t c p 的传 赫功能予璐加强，使得数獬酶传输震袄、楚有效，这对丈纛数据豹译存储来说是 必要螅。较低功屡一般怒t p s c c 等安全协议， 犟中科技大学硕士学位论文 2 3 3i s c s i 会话 s c s i i s e s i 固步和导向层 同 较低功能层 l p l i n k 图2 3i s c s i 协议栈 在i s c s i 启动瑞与客声端最离级嗣静涟接