（计算机软件与理论专业论文）san管理软件扩展系统的研究与实现.pdf

西北工业大擘硕士论文 摘要 随着社会的发展和进步，越来越多的信息被数据化，传统的存储系统( d a s ) 已经不能满足企业对存储系统高可靠性，可扩展性和安全性的要求。新的存储系 统s a n ( 存储区域网) 便应运而生。许多大公司和研究机构在基于s a n 网络协议 的存储管理系统方面进行了大量的研究工作，并推出了些商业化的系统。 s t o r a g em a n a g e r 组也实现了f c s a n 管理系统s c ms e r v e r ( s t o r a g ec o n t r o l l m a n a g e rs e r v e r ) 。 但是，因为有关存储管理的软件体系标准目前还在制定中，当前流行的管 理软件大都是s a n 存储设备的生产厂商根据自己产品的特性度身定做的，相互 间的集成和互操作性较差。为了管理其它公司的存储设备，存储设备的开发需 要提供接口和s a n 管理软件合作，s a n 管理软件也必须提供s a n 管理的接口， 以便不同厂商的管理软件能协同工作。 为此，作者对s a n 的管理问题及其管理软件的开发技术进行了研究，并通 过分析s a n 管理软件特有的功能需求，设计实现了s a n 管理软件扩展系统。这 套系统利用了u n i x 平台的特点，采用了很多新技术、新思想，并且合理利用了 软件工程的方法，从开发到测试，严格按照计划进行。 系统实现时，为减少对原有系统的影响，并充分利用现有的软件，把它作 为了一个单独的系统运行，以s c ms e r v e r 作为服务端，而不是在原系统上添加。 实现了对外的a p i 接口。此a p i 以动态库的形式提供，通过它们可以获得、 设置s c ms e r v e r 管理的磁盘阵列的信息。 在a p i 接口的基础上设计了远程配置磁盘阵列的功能。 系统采用了模块化的设计，整个系统分为基本模块和功能模块两大部分。 基本模块是为实现上述功能必不可少的部分，负责与s e r v e r 的通信及总体控制； 功能模块是a p i 接口和远程命令模块。功能模块主要与基本模块的d i s t 模块通 信。这样的划分可以很方便的添加功能模块，而不影响其它部分。 系统的实现利用标准c 开发，基本符合p o s i x 规范，平台相关代码在源代 码中用编译选项隔开。同一份源代码经不同平台编译后可运行在l i n u x 、h p u x 、 s o l a r i s 等操作系统。在系统开发中作者学到了许多新思想、新方法，独立工作 能力和自身素质得到很大提高，受益非浅。 关键宇存储区域网 存储资源管理 状态监视 f c a l ，f i b r ec h a n n e l - a r b i t r a t e dl o o p ) f c s a n ( s a nb a s i n go nf i b r ec h a n n e l ) i p s a n ( s a nb a s i n go nt p ) 西北工业大举硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f s o c i e t y ，m o r ea n dm o r ei n f o r m a t i o nb es t o r e da sd i g i t a l d a t a t r a d i t i o n a ls t o r a g es y s t e m ( d a s ) c a n ts a r i s f yt h ee n t e r p r i s e s r e q u i r e m e n to f h i g hr e l i a b i l i t y ，e x t e n s i b l e a n ds e c u r i t y s ot h en e ws t o r a g es y s t e ms a n ( s t o r a g e a r e an e t w o r k ) w a sd e v e l o p e d m a n yf o r e i g nl a r g ec o r p o r a t i o n s a n dr e s e a r c h o r g a n i z a t i o n sh a v ed o n eal o to fr e s e a r c hw o r ki ns t o r a g em a n a g i n gs y s t e mb a s e d s a n a n ds o m ec o m m e r c i a ls y s t e m sh a v eb e e nw o r k e do u tb ya n db y o u rs t o r a g e m a n a g e rg r o u ph a sr e a l i z e df c - s a nm a n a g e m e n ts y s t e m - - s c ms e r v e r ( s t o r a g e c o n t r o lm a n a g e r s e r v e r ) h o w e v e r ，a t p r e s e n tt h es t a n d a r do fs t o r a g em a n a g es o f t w a r ei ss t i l lc o n s t i t u t i n g m a n a g e m e n ts o f t w a r et h a tp r e v a l e n ta tp r e s e n tm o s t l yi s m a d ea c c o r d i n gt ot h e i r o w np r o d u c t i o nb ys a n s t o r a g ee q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r , t h e i rm u t u a li n t e g r a t i n g a n d o p e r a t i n g e a c ho t h e ri s r e l a t i v e l y b a d i no r d e rt o m a n a g e t h e s t o r a g e e q u i p m e n to f o t h e rc o m p a n i e s ，d e v e l o p m e n to f s t o r a g ee q u i p m e n ts h o u l db eo f f e r e d i n t e r f a c et oc o o p e r a t ew i t hs a n m a n a g e m e n ts o f t w a r e ，s a nm a n a g e m e n ts o f t w a r e m u s tb eo f f e r e ds a n m a n a g e m e n ti n t e r f a c e ，s ot h a td i f f e r e n tm a n a g e m e n ts o f t w a r e o fm a n u f a c t u r e rc a nw 0 r ki nc o o r d i n a t i o n f o rt h i sr e a s o n ，t h ea u t h o ra n a l y z e ds t o r a g em a n a g i n gs y s t e mb a s e ds a n ，a n d r e s e a r c ho fh o wt od e v e l o pa p r o p e rs a nm a n a g e m e n ts o f t w a r e b ya n a l y z i n gt h e a r c h i t e c t u r eo fc o m m o ns o f t w a r es y s t e ma n dt h es p e c i a lf u n c t i o nd e m a n do fs t o r a g e m a n a g e m e n ts o f t w a r e ，t h e a u t h o r d e s i g n e d s a ns t o r a g e m a n a g e m e n te x t e n s i o n s o f t w a r e w eh a v em a k eu s eo fal o to f g o o dc h a r a c t e r i s t i c so f u n i xt od e v e l o pt h i s s y s t e m ，a d o p t e dm a n yn e wt e c h n o l o g i e s ，a n du s e da d v a n c e di n s t r u m e n t t ot e s t a c c o r d i n gt os o f t w a r ee n g i n e e r i n g w h e nt h es y s t e mi sr e a l i z e d i no r d e rt or e d u c ei n f l u e n e et oo r i g i n a l l ys y s t e m a n df u l l yu t i l i z ee x i s t i n gs o f t w a r e ，w eh a v ed e v e l o p e di ta sa ni n d e p e n d e n ts y s t e m s c ms e r v e ri sr e g a r da ss e r v e rt e r m i n a l t h e s y s t e mh a sr e a l i z e di n t e r f a c eo f a p i t h ea p i i so f f e r e db yd y n a m i c l i b r a r y ， t h r o u g h i tc a n g e t s e ti n f o r m a t i o no f d i s ka r r a ym a n a g e db ys c m s e r v e r i na d d i t i o n o r i g i n a ls c ms e r v e rh a sn o to f f e rf u n c t i o no fr e m o t es e td i s ka r r a y w eh a v e d e s i g n e dr e m o t es e tc o m m a n d o nt h eb a s i so f a p ii n t e r f a c e t h es y s t e mh a sa d o p t e dt h em o d u l ed e s i g n ，t h ew h o l es y s t e mi sd i v i d e di n t o t w om a j o rp a r t s ：b a s i cm o d u l ea n df u n c t i o nm o d u l e b a s i cm o d u l ei se s s e n t i a lp a r t f o rr e a l i z ea b o v ef u n c t i o n r e s p o n s i b l ef o rc o m m u n i c a t i o nw i t hs e r v e ra n dh o l e c o n t r 0 1 s u c hd i v i s i o nc a r lv e r ym u c hc o n v e n i e n tt oa d dt h ef u n o t i o nm o d u l e ，a n d d o e sn o ti n n u e n e eo t h e rp a r t s t h es y s t e mi s i m p l e m e n t e di na n s ic ，a c c o r d i n gw i t hp o s i xs p e c i f i c a t i o n 西北工业大学硕士论文 t h ep l a t f o r m d e p e n d e n tc o d ei s s e p a r a t e db yc o m p i l eo p t i o ni ns o u r c ec o d e a f t e r t h es o u r c ec o d ei sc o m p i l e di ne a c h p l a t f o r m ，i tc a l lb eu s e di nw i n d o w s ，s o l a r i sa n d l i n u xp l a t f o r m f r o mt h e p r o c e d u r eo fd e v e l o p i n gt h es y s t e m ，t h ea u t h o rh a s a c q u i r e dm a n yn e wi d e a sa n dm e t h o d ss ot h a tt h ei n d e p e n d e n tw o r k i n ga b i l i t ya n d d i a t h e s i so n e s e l fa r ei n c r e a s e d a w f u l l y , i tp u t st h ea u t h o rp l e n t i f u lb e n e f i t s k e y w o r d ： s t o r a g e a r e an e t w o r k s t o r a g e r e s o u r c em a n a g e r s t a t em o n i t o r f c - a l ( f i b r ec h a n n e l - a r b i t r a t e dl o o p ) f c - s a n ( s a nb a s i n go nf i b r ec h a n n e l ) i p s a n ( s a nb a s i n go ni p ) 一 望些兰兰苎兰竺主丝圭 _-，-_-_h_-一一 研究背景 前言 随着i n t e m e t 以及相关的各种网络应用飞速发展，网络上的信息资源呈爆炸 性增长趋势，通过网络进行传输的信息量不断膨胀，大量的信息需要进行数字 化并进行存储，这对存储系统的管理提出了众多的要求和挑战，使得存储技术 发生着革命性的变化。数据的多样化、地理上的分散性、对重要数据的保护等 等都对数据管理提出了更高的要求。 对于影响企业信息应用的三个主要方面( 处理器速度、网络传输率、存储 容量) ，其发展瓶颈已经从网络传输率转变为存储的性能和容量。因此，存储技 术迅速成为企业信息技术的核心。企业理想的存储结构应当具有以下特性：开 放式，模块化，容量和性能可扩展，不依赖于任何一种服务和应用，可以通过 路径选择、备份等技术实现高可用性，并以此建立一个在整个企业内可被任何 人、任何系统、任何应用所访问的大型数据中心。 传统的直接存储的模式是直接将存储设备连接到服务器上，一方面，当存 储容量增加时，这种方式很难扩展：另一方面，当服务器出现异常时，会使数 据不可获得。s a n 和n a s 的出现适应了三种重要的发展趋势：网络正成为主要 的信息处理模式：需要存储的数据量大大增加：数据作为企业的生命和核心竞 争力的重要性在增加。 与存储区域网硬件的发展对应，需要各种软件的支持，从资源管理软件到 网络管理软件，以及各种应用软件等等。国外许多公司已经开发出了种类繁多 的存储管理软件，如v e r i t a s 的v e r i t a sf o u n d a t i o ns u i t e ， v e r i t a s s a n p o i n tc o n t r o l 。h p 公司的o p e n v i e w ，康柏公司的s t o r a g e w o r k s t ms o f t w a r e 。 e m c 的n a v i s p h e r e ，i b m t i v o l is t o r a g er e s o u r c em a n a g e r t i v o l is t o r a g ea r e a n e t w o r km a n a g e r 。这些存储管理软件各具特色，业已形成产品投放市场。 教研室s o t r a g em a n a g e 课题组也开发出面向s a n 存储区域网络系统管理软 件，有客户机服务器结构，拥拥有网络设备故彝尊的自动检出和隔离功能、数据 管理功能、存储资源管理以及安全管理和文件管理等功能。 但是，s a n 的标准化组织已经成立，可有关存储管理的软件体系标准目前 还在制定中。当前流行的管理软件大都是s a n 存储设备的生产厂商根据自己产 品的特性度身定做的，相互间的集成和互操作性较差。为了管理其它公司的存 储设备，需要存储设备的开发需要提供接口和s a n 管理软件合作， s a n 管理软件也必须提供s a n 管理的接口，以便不同厂商的管理软件能协同工 作。 另外，由于存储系统在企业的信息应用中占有重要的位置，存储系统故障 会给业务带来致命的影响，这需要提供可靠的设备，提供可靠的维护服务，用 户在系统构筑时，自然希望本系统能提供远程维护功能。因此用户希望能提供 远程配置命令。能够远程配置维护存储设备，而不是在安装管理s e t v e t 的机器 西北工业太擘硕士论炙 上。 现在用户正在从传统的d a s 越来越多的转到s a n 上来。将来的管理系统 应该是s e r v e r + s t o r a g e + n e t w o r k 的统一资源管理。 研究内容 为满足远程配置磁盘阵列以及提供s a n 管理软件的接口需求，并尽量减少 对现有程序的影响，本项目小组研究开发了s ms u b s y s t e m ( s t o r a g em a n a g e r s u b s y s t e m ) 。s ms u b s y s t e ( 简称s m s u b ) 实现了以下的功能： 以s c m 作为服务端，实现a p i 接口，以动态库的形式提供。可提供 a p i 获取s c m 管理的磁盘阵列的信息，并可以进行设置。提供与 s c m c l i e n t 同样的接口从s c m s v r 得到信息，存储在s ms u b s y s t e m 共 享内存中，通过a p i 得到这些信息。 在命令行上远程设置磁盘阵列命令。 可在一个控制台切换到不同的s e r v e r , 实现同时管理多个s e r v e r 的目的。 s m s u b 从s c ms e r v e r 来看，相当于个客户端，运行时会连接s e r v e r , 从 s e r v e r 中获取信息。对磁盘阵列操作的远程命令，可以报文的形式发送给s e r v e r ， 在s e r v e r 上执行，并返回执行结果。 s m s u b 系统从模块结构上可分为两大部分： 基本模块：m a i n 模块，日志模块，服务端通信模块，通信分发d i s t 模块； 功能模块：状态监视模块，远程c o m m a n d 模块等。 其中，本人参与了整个系统需求分析，功能分析，并主要担任了日志模块，状 态监视模块的功能设计、详细设计、编码直到测试阶段的全部开发工作。同时 还负责s e r v e r 端通信模块、命令行界面的部分设计测试工作。 目前这套系统已提交使用，而且还会不断发展完善中。在以后还会增加新 的a p i 接口，远端配置功能还会加强，并会在本系统的基础上开发后继的产品。 在后面的几章中，将按照下面的章节内容重点介绍上述模块在本系统中的 实现方法： 第一章：介绍s a n 以及i p s a n 的发展和s a n 管理软件的发展； 第二章：s m s u b 系统的的介绍， 及它实现的功能； 第三章：介绍了m a i n ，l o g ，c o i l i s ，d i s t 等基本模块的功能，重点介绍了 l o g 模块的系统构成和功能实现； 第四章：介绍系统的各功能模块。重点介绍状态监视模块的功能及实现， 远程c o m m a n d 和a p i 接口的功能实现。 第五章：指出目前系统中的不足之处，希望在将来的版本中会进行改进。 一一 塑苎三兰垄兰堡主堡圭 一 ，- - - _ _ - _ _ - _ _ _ _ - - _ - _ _ _ _ _ 一一 第1 章存储网络及管理 本章主要讲述存储网络的产生，介绍了n a s 和s a n 的概念。重点介绍了 i p 存储网络的主要技术，s a n 的户操作问题：其次介绍了存储网络管理的任务， 存储管理软件的发展趋势和管理一体化存储的要求。 1 1 存储网络发展背景 数据存储和存储管理技术最早起源于7 0 年代的终端，主机的计算模式，当 时由于数据集中在主机上，因此，连接在主机上的硬盘和磁带是当时主要的存 储和备份的设备。8 0 年代以后，由于个人电脑的发展，尤其是客户机服务器模 式的出现，使得数据存储分布化。此时网络上文件服务器和数据库服务器往往 是重要数据集中的地方，而客户机上也有一定量的数据，数据的分布造成数据 存储管理的复杂化。而九十年代i n t e r a c t 的迅猛发展，也使得存储技术发生着革 命性的变化。从存储服务的发展趋势来看，一方面，是对数据的存储量的需求 越来越大，另一方面，是对数据的有效管理提出了更高的要求。 多年以来，企业几乎完全依靠传统的直连和基于局域网的备份存储管理基 础架构。但是随着对支持这些模式的s c s i 总线需要的增加，网络存储容量和总 体的系统性能可能会降低。 传统存储技术面临的压力在于，i t 管理员既要找到获得更多存储容量的更 好方法，同时又不能牺牲网络的可用性、可靠性和效率。 当今的存储要求包括： 支持各种操作系统、平台、连接和存储架构的能力 通用的数据访问 无缝的可扩展性 集中的管理，以提高性能和正常运行时间 n a s 和s a n 的出现适应了三种重要的发展趋势：网络正成为主要的信息处 理模式；需要存储的数据量大大增加；数据作为企业的生命和核心竞争力的重 要性在增加。需要指出的是，n a s 和s a n 虽然分属不同的共享存储体系，但可 以部署在同一物理系统中甚至相互结合，只是提供不同的应用而已。 下面分别介绍一下n a s 和s a n 。 1 2 网络连接存储 n a s ( n e t w o r ka t t a c h e ds t o r a g e ) 网络连接存储，即将存储设备连接 到现有的网络上，提供数据和文件服务。使用标准协议如n f s ( n e t w o r kf i l e s y s t e m ) 或c i f s ( c o m m o n i n t e m e tf i l es y s t e m ) 等在文件层提供数据的共享访 西北工业大学硕士论文 问。n a s 服务器般由存储硬件、操作系统以及其上的文件系统等几个部分。 可以实现即插即用的功能，提供方便快捷的存储服务。 这种方法从两方面改善了数据的可用性。第一，即使相应的应用服务器不 再工作了，仍然可以读出数据。第二，简易服务器本身不会崩溃，因为它避免 了引起服务器崩溃的首要原因，即应用软件引起的问题。 n a s 产品具有几个引人注意的优点。首先，n a s 产品是真正即插即用的产 品。n a s 设备一般支持多计算机平台，用户通过网络支持协议可进入相同的文 档。其次，n a s 设备的放置位置同样是灵活的。无需应用服务器的干预，n a s 设备允许用户在网络上存取数据，这样既可减d , , q i i 务器的负荷，也能显著改善 网络的性能。 尽管n a s 有许多优于文件服务器模型的优势，但n a s 的一个缺点是它将 存储事务由并行s c s i 连接转移到网络上。这就是说l a n 除了必须处理正常的 最终用户传输流外，还必须处理包括备份操作的存储磁盘请求。因此，n a s 没 有解决与服务器相关的一个关键性问题，即备份过程中的带宽消耗。 1 3 存储区域网 s a n 在最基本的层次上定义为互连存储设备和服务器的专用光纤通道网 络，它在这些设备之间提供端到端的通讯，并允许多台服务器独立地访问同一 个存储设备。 与局域n ( l a n ) 非常类似，s a n 提高了计算机存储资源的可扩展性和可靠 性，使实施的成本更低、管理更轻松。与存储子系统直接连接服务器( 称为直连 存储或d a s ) 不同，专用存储网络介于服务器与存储子系统之间。 通过s a n 的存储设备网络，大量用户可以通过多个冗余通道同时访问存储 子系统。这种连接架构极大的减少了数据传输对l a n 和主机资源的占用。s a n 存储设备包括网络连接设备，磁盘阵列，磁带库，或者光盘库。在s a n 中，存 储子系统不专属于特定的服务器，区别于它们在直连存储( d a s ) 架构中的连接方 式。s a n 被视为迈向完全开放、联合的计算环境进程的第一步。 根据不同的实现方法，将采用不同的部件来构造f i b e r c h a n n e l 存储区域网。 f i b e rc h a n n e l 存储区域网将由存储子系统、存储设备、服务器系统组成，这些 部件通过f i b e rc h a n n e l 适配器实现相互连接。各个存储区域网之间通过使用桥、 路由器、交换器相互连接。 s a n 的物理视图 从物理的观点来看，典型的s a n 环境通常由四种类型的组件构成： 最终用户平台，如桌面系统和瘦客户端 服务器系统 存储设备和子系统 互连实体 最终用户平台和服务器通常被连接到传统的l a n 和w a n 。但在某些情况 4 西北工业大学硕士论文 下，最终用户平台也可以连到光纤通道网络上，直接访i 司s a n 存储设备。服务 器系统既可以独立存在，以可以组成集群。 s a n 的逻辑视图 从逻辑观点来说，一个存储区域网由s a n 部件、存储资源以及它们之间的 相互关系、依赖关系组成。在s a n 部件之间的相互关系、相互依赖并不仅仅受 到物理连接的限制。在存储区域网的管理中逻辑关系将起者非常重要的作用。 存储区域网中的逻辑关系主要包括： 存储子系统和互连实体之间的关系 存储子系统之间的关系 服务器系统和存储子系统之间的关系 服务器系统和终端用户实体之间的关系 存储子系统和终端用户实体之间的关系 服务器系统之间的关系 1 4 存储网络的发展 1 4 1 存储构架的发展 近年来，网络存储的构架经历了从以服务器为中心到以网络为中心的存储 进程： 丛腿釜墨为生! 坠鲍袈翅 存储架构的效率最低 存储设备与一台服务器直连 对需求增长的管理复杂而低效 可用容量可能不在需要的服务器上 业务连续性经常由于重新配置和扩展而中断 丝在缱兹史! 坠曲塞拽 效率高 存储设备与多台服务器直连 管理工作以设备为中心，提供更高级的功能，确保共享存储资产的安全 支持简单到复杂的不同级别的业务连续性 架构启动成本高 专有硬件和软件 丝回垫蕴生! 坠的錾拉 最高效的存储架构 多厂商的服务器和存储设备通过分布式网络连接 西北工业大学硕士论文 管理重心从设备转向整个的存储环境 共享数据，并可以对之进行安全的访问 大大提高了存储管理效率 可以管理和提供全球性的存储资源池 智能化的自我管理、自我优化、自我修复存储环境 1 4 2 存储技术 1 基于光纤通道的存储网技术 1 1 光纤通道s a n 的拓扑结构及相关协议 光纤通道的拓扑机构主要有光纤通道仲裁环( f c - a l ) 和交换式光纤通道两 种。f c - a l 通过一个物理的或逻辑的环，最多连接1 2 6 个设备，共享1 0 0 m 带 宽。到目前为止，f c a l 是应用最广的光纤通道技术。交换式光纤通道是真正 的存储网，它通过交换机直接或通过一个仲裁环连接主机和存储设备。交换式 光纤通道有效提高了带宽使用效率，并能在服务器与存储资源之间产生交叉使 用效果。 f c a l 与交换式光纤通道使用的核心协议相同，都是a n s i 标准的光纤通道 协议( f c p ) ，f c p 是s c s i 一3 技术的一种串行实现，用于在s c s i ( s m a l lc o m p u t e r s y s t e m si n t e r f a c e ) 源与s c s i 目的间传送s c s i 命令、数据及状态 信息。f c p 是第四层协议，可在所有光纤通道设备( 包括主机和存储设备) 上 执行。光纤通道把千兆网络技术与i ( 3 通道教术结合起来，形成了单一、集成 的技术体系。光纤通道提供了许多优秀的性能，光纤通道实现了串行的s c s i ， 克服了s c s i 技术在传输速度和传输距离上的限制。在建设低延迟的s a n 过程中， 光纤通道技术显示出在超高性能表现、可扩充性、可管理性以及灵活性等方面 的强大优势。 1 2光纤通道s a n 的局限性 相对于传统的d a s ，基于光纤通道的s a n 在效率、可配置性等方面有明显优 势，但随着应用对存储的要求进步提高，其局限性逐渐突出，主要有： 1 ) 互操作性问题虽然光纤通道标准只有个，但各厂商对该标准的解释和实 施不同，它严重影响了光纤通道s a n 的应用： 2 ) 距离局限f c p 标准中光纤通道s a n 的最长传输距离为1 0 k m ，这对独立的 数据中心是足够的，但对异地备份和灾难恢复等方面的应用远远不够； 3 ) 具体实旌方面的问题在已有的计算环境下实旌光纤通道s a n 需要重新安 装一套全新的光纤通道网络，对非本地光纤通道设备( 如s c s i 磁盘和s c s i 磁带库) 需要购买光纤通道s c s i 路由器及相关适配器，技术人员也要更 换，这种升级比较昂贵和费时。 2 基于i p 的存储两技术 西北工业大学硕士论文 当今数据网中占统治地位的技术是i p 和以太网。基于这些成熟的网络技术 建立存储网，是许多技术专家和厂商的心愿。随着以太网的速度提升到1 g 并向 10g 发展及i p 技术应用的进一步深入，基于i p 的存储网技术逐步成熟。 2 1 基于i p 存储网的优势 使用基于i p 存储网的主要优势： 1 ) 由于i p 及以太网的技术和产品随处可得，可大大降低用于建立和管理基于 i p 存储网的设备和人员费用； 2 ) 由于以太网的速度比光纤通道的速度提升得快，基于i p 存储网的性能必然 会快速提高： 3 )由于i p 技术没有距离限制，且可同时支持s a n l a n w a n ，所以基于i p 存 储网可支持远距离备份和恢复，它对企业业务的连续性和灾难恢复十分有 利； 4 ) 光纤通道与i p 交换机间的互连可解决互操作性方面的问题。 2 2 基于i p 存储网的几种技术方案 近年来，基于i p 的存储网技术发展迅速，大有取代光纤通道之势，但目前 该技术离实际商业应用还有相当长的距离，在实现过程中面l 临许多问题。目前 i e t f 正在评估三种基于i p 的存储网方案，它们分别是f c i p 、i f c p 及i s c s i 。 f c i p f c i p ( f i b r ec h a n n e lo v e ri p ) 是一种基于互联网协议( i p ) 的存储联网技术， 是用于远距离链接光纤通道s a n 的方案，也称光纤通道隧道，它通过i p 网在两 个距离的s a n 之间建立一个数据存储隧道，传输光纤通道信息。 f c i p 将光纤通道s a n 数据帧封装在i p 包中，通过i p 网传输到另一个光纤通 道s a n ，然后从i p 封装中取出光纤通道数据帧。 f c i p 不是用i p 替换光纤通道s a n ，只是通过i p 隧道进一步拓展光纤通道 s a n 的应用领域。f c p 也支持两个光纤通道s a n 的远距离链接，但它要求必须 用专用光纤且距离限制在1 0 k r a 以内，而f c i p 可以利用现有的m a n 和w a n 基础 设旌，其覆盖面积也大大扩展。 f c i p 方案的主要缺点：1 ) 可管理性和可控制性差由于光纤通道数据帧隐 藏在隧道内，i p 网络管理工具( 如目录服务、负载管理及q o s 等) 无法根据其内 部信息进行管理：2 ) 带宽受限一般来说，存储隧道支持的带宽低于s a n 带 宽，这种速度上的不足决定了f c i p 只能用于异步存储应用，如远程磁带备份和 数据复制等：3 ) f c i p 仅提供通过i p 网络连接光纤通道s a n 孤岛的手段，并没 有解决光纤通道互操作性和管理等方面的问题。f c i p 没有充分利用i p 技术的优 势，而且在服务器、子系统及s a n 交换机的选择上将客户局限在光纤通道技术 领域。 i f c p ( i n t e m e tf c p 、 西北工业大学硕士论文 i f c p 和i s c s i 技术的前提是认为光纤通道技术对数据中心和远程s a n 连接 都不适应。i f c p 技术的基本思想是支持光纤通道终端设备，但是用i p 网络设施 替代光纤通道网络设施。i f c p 的目的是为以太网i p 网络上的光纤通道网络实体 提供光纤通道结构。i f c p 还能集成s a n 中已有的光纤通道集线器和交换机。 i f c p 协议既保存光纤通道技术的长处，又充分利用i p 技术的优势，大大加快了 基于j p 的存储网进入市场的速度。 目前s a n 市场中，服务器平台和存储设备都是使用光纤通道接口，i f c p 协 议正是根据市场需求，将光纤通道终端( 包括主机总线适配器、光纤通信r a i d s 、 j b o d s 及磁带子系统) 集成至t j i p 网络中，用于数据中心和广域网环境。 i f c p 集成了f c 交换机的基本功能，同时具有通过t c p i p 网络与其它i f c p 兼 容设备相互通信的功能，并在i f c p 交换机中，运行光纤通道，以太网的网关。 i s c s i i s c s l ( i n t e m e ts c s i ) 的目标是建立完全同构的i p s a n ，让客户利用完全 相同的网络基础设施一以太网和i p ，同时满足网络通信和存储骨干方面的应 用需求。 i s c s i 是允许在t c p i p 协议上传输s c s i 命令的协议，该技术允许用户通过他 们目前的t c p i p 网络来组建存储局域网( s a n s ) 。i s c s i 协议允许用户访问i p 网 络任何地点的“块级”存储数据，这意味着用户可快速、简便地访问存储数据， 而不受地域的限制。 i s c s i 的基础是管理主机系统与外设之间块数据输入输出( 包括磁盘、磁盘 光存储设备及打印、扫描仪等) 的s c s i 协议。传统的s c s i 连接基于串行电缆， 在连接距离和设备支持数量上有很大局限性。i s c s i 技术基于串行千兆传输层， 克服y s c s i 在距离、性能和可伸缩性等方面的局限，使块存储数据能跨越t c p i p 网络。 3 1 n f i n i b a n d 由于现有的互连技术已经跟不上计算机技术的发展，特别是i o 成为服务 器系统的瓶颈，所以市场呼唤一种带宽更宽、延时更短、功能更多的i o 设备， i n f i n i b a n d 正是在这样的背景下诞生的。1 9 9 9 年，以英特尔为首的7 家大公司提 出了i n f i n i b a n d 标准，其目标是支持所有现有的工业硬件和协议标准，让计算机 甩开总线，通过i o 和c p u 的隔离，达到高带宽和低延时目的。同时，它也考 虑了易扩展性、可靠性等指标，该标准一经公布，便得n - f 众多供应商的响应。 l n f i n i b a n d 是一种宽带i o 结构，它可以提高c p u 之间、服务器各设备之间、 网络子系统之间的通信速度。 i n f i n i b a n d 的大优势是拥有极高的带宽，其l x 的链路的理论带宽可达 2 5 g b p s ，而其4 x 链路的带宽可达1 0 g b p s ，1 2 x 链路带宽更可达3 0g b p s ，相 比之下，p c i x 5 3 3 带宽是5 3 3 g b p s ，仅有其4 x 的一半左右。而光纤通道的带 宽也仅是每个链路双向1 0 0 m b p s ，最高也只有4 0 0 m b b p s 。虽然千兆以太网的 最高带宽可达1 0 g b p s ，但相比i n f i n i b a n d1 2 x 的带宽还是有差距，这样， i n f i n i b a n d 仅在带宽上就胜出对手很多。 西北工业大学硕士论文 i n f i n i b a n d 技术不是用于一般网络连接的，它的主要设计目的是针对服务器 端的连接问题的。因此，i n f i n i b a n d 技术将会被应用于服务器与服务器( 比如复 制，分布式工作等) ，服务器和存储设备( 比如s a n 和直接存储附件) 以及服 务器和网络之间( 比如l a n ，w a n s 和t h ei n t e m e t ) 的通信。 i n f i n i b a n d 架构可以改善服务器端输入输出性能，解决服务器和存储设备 间的数据传输瓶颈问题。但i n f i n i b a n d 是一种较新的技术，还不成熟它被完全 整合到存储设备和s a n 中需要时间。 1 5 s a n 的互操作问题 存储的互操作性是一个很长时间的问题了，以往之所以没有得到完美解决是 因为存储问题没有在客户层面上得到重视。目前，随着存储重要性的日益增加， 用户对存储的互操作性问题的认识日益加深，同时，互操作性也是保护投资最 重要的问题之一。 存储的互操作性分为两个方面： 一是存储设备支持不同的服务器系统。这一个问题已经得到了很好的解决， 目前，存储供应商的存储设备都能够做到支持主流的操作系统，或者是其中的 某些版本。康柏的s t o r a g e w o r k s 就支持h p 、s u n 、i b m 以及微软的服务器系 统，使用户的投资得到了很好的保护。目前，多服务器平台的s a n 解决方案是 个发展趋势。 作为互操作性更重要的一个方面：如何支持多厂商的存储系统，这是o p e n s a n 解决方案的核心问题之一。 o p e ns a n 的目标是支持任何应用程序、操作系统、文件系统、服务器平台、 存储系统、磁带库以及客户所要求的互连设备，解决棘手的设备兼容问题，使 网络设备发挥最大的效率。在这个方面，采用开放式的标准是大势所趋。开放 的、智能化的s a n 可以说是o p e ns a n 境界的个描述，也是s a n 发展的一 大趋势，这与存储管理息息相关。开放式、智能化的s a n 具有以下优势： 能为任何类型服务器、操作系统、应用与文件系统的组合提供存储的集中 区域。 使所有的应用系统能在需要时快捷地存取数据，即使在不利情况下亦然。 提供了迅速的数据恢复功能，使数据尽快地得以从灾难中恢复。 利用软件，对存储管理和其他重要的s a n 因素进行监察和报告，这些工 具对发挥现有i t 人员的才能，以及合理地使用资源非常重要，提高了运 行效率与整体的资源运用。 具有强大的可伸缩性，能够对那些影响业务的变化和不断涌现的新机遇做 出快速而有效的回应。因此，企业采纳全新解决方案的速度越快，最终实 现的业务利润也就越丰厚。 具有存储虚拟化及管理功能，与自动化的、由策略驱动的智能相配合，能 够高效动态地分配和管理存储资源，充分满足用户的需求。 9 西北工业大学硕士论文 1 6 存储区域网络的管理 1 6 1储资源管理的任务 s a n 中存储资源管理的任务分为以下几类： 提供逻辑存储资源 管理物理存储资源，并以合适的方式提供逻辑存储资源。包括存储网络、 存储设备的布局设计、存储虚拟技术和r a i d 实现技术等。 存储资源的控制 控制存储资源的使用，包括规定用户存储空间的使用配额，规定不同存 储空间存放的数据种类等。 存储资源的性能管理 维护存储资源的可用性和性能，包括性能临界值的管理和自动通报，性 能下降的改善策略等。 存储资源的访问控制和保护 控制不同应用对存储资源的访问，保护数据免受灾难性影响而破坏或丢 失。其中涉及路径选择技术、访问控制技术、分级存储管理技术等。 存储资源相关信息的报告 向管理人员报告存储资源状态，保存相关信息。包括故障的自动通知、 状态的实时显示和性能数据的保存等。 在s a n 环境中，存储资源管理的表现方式有以下几种： 串1 ：3 连接终端管理：主机系统连接存储设备提供的串口，管理人员在主 机系统上使用串1 ：3 通信软件与存储设备内运行的管理固件通信，进行 配置管理。 局域网内通过t c p i p 通路管理：也称为带外管理，主机系统上的管理 软件通过局域网而不是s a n 的专用存储网络与存储设备通信。这种方 法通过主机系统上的管理软件对存储资源进行管理。