[发明专利]一种在冗余控制器环境下多路径管理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁盘阵列技术，尤其涉及的是一种在冗余控制器环境下实现多路径输入/输出的方法，用于支持在冗余控制器环境下的多条路径实现负载均衡。 

背景技术

用户希望磁盘阵列具有高可靠性的同时也希望磁盘阵列具有更高的性能。多路径输入/输出管理为磁盘阵列提供了路径保护，当一条路径失效时其它路径仍然可以正常工作，不影响对磁盘阵列的访问。 

为了能够充分利用多条路径的资源，将对磁盘阵列访问的负载分摊到这多条路径上，实现负载均衡的功能。当多条路径传输的负载都到达磁盘阵列后，磁盘阵列端单个控制器的处理能力限制了对I/O指令的快速响应。因此在冗余控制器环境下考虑将到达磁盘阵列端的I/O指令分配到多个控制器上处理。 

如图1所示，为现有技术的磁盘阵列访问技术，磁盘阵列101通常包含一堆磁盘102和一个或者多个控制器103，每个控制器控制对每个磁盘的访问。每个控制器有单独的通道104或者多个控制器共用多个通道，主机105通过HBA(Host Bus Adapter，主机总线适配器)卡106连接到这些通道实现对磁盘阵列中磁盘的访问。 

以下以两个控制及每个控制器使用单独的通道且每个控制器包含两个通道为例进行介绍。 

在磁盘阵列中，RAID(Redundant Array of Independent Drives，独立磁盘冗余阵列)技术将多个物理磁盘组合成一个逻辑盘。主机通过连接到磁 盘阵列的通道，实现对逻辑盘的访问。RAID中使用条带(stripe)为单位对数据进行管理，即磁盘上的数据被条带化。在RAID5配置中，每个条带还包含条带中所有扇区的校验数据，如图2所示。 

所谓多路径输入/输出，指从同一主机连接多条路径到磁盘阵列的多个通道，对相同逻辑盘进行访问。多路径输入/输出实现路径冗余、路径恢复和负载均衡三个功能。路径冗余是指工作路径失效后将所有的数据切换到可用的备用路径；路径恢复是指当工作路径恢复后，它自动重新承担数据传输任务；负载均衡是指数据传输自动在工作路径中分担。 

现有技术中多路径的连接方法有两种，如图3A和图3B所示，其中，一种是多条路径连接到同一个控制器的多个通道，如图3A所示；另一种是多条路径连接到两个控制的多个通道，如图3B所示。 

以两条路径为例进行说明，在图3A中所示，多个磁盘配置为一个逻辑盘301，主机105通过两片HBA卡106连接到控制器A103A的两个通道104A访问该逻辑盘。图3B中，多个磁盘配置为一个逻辑盘301，主机通过两片HBA卡106连接到控制器A103A的一个通道104A和控制器B103B的一个通道104B访问该逻辑盘，与图3A不同的是，控制器连接到主机的连线即所采用的控制器和通道不同。 

当指令从主机端到达磁盘阵列端后，磁盘阵列端需要对指令进行分解后发送到各个磁盘，然后将指令执行返回的结果合并，再将指令结果返回给主机。针对RAID3、RAID5和RAID6等RAID级别时，除了将指令分解合并外还需要计算校验数据，且将校验数据写到磁盘。如果某块磁盘发生故障，导致不能正常读写数据时，需要根据数据的校验信息计算完整的数据。 

因此指令到达磁盘阵列后控制器需要完成指令分解、合并、计算校验等一系列工作后才能返回指令执行结果。当多条路径连接到磁盘阵列时，在磁盘端能够提供充分带宽的情况下，控制器的处理能力就成为瓶颈。如 果将多条路径通过多个控制器连接，充分使用多个控制器的处理能力，将能够提升磁盘阵列的性能。 

图3B所示的连接方法中，如果使用传统的方法实现负载均衡，将会引起数据不一致。实现负载均衡的传统方法是主机端根据一定的策略将产生的I/O发送到两条路径，但不考虑磁盘阵列端对逻辑盘的操作情况，如轮循方法(循环给两条路径发送I/O)。 

当在图3B的连接方法中使用该方法访问RAID5的逻辑盘时，如果第一条路径访问逻辑盘中条带0中的前两个扇区(D0和D1)，第二条路径访问逻辑盘中条带0的后两个扇区(D2和D3)，且两个访问指令都是写操作。在当前两个扇区的数据到达后，磁盘阵列控制器将读取后两个扇区的数据，计算校验码，然后将校验码写回硬盘(P0和P1)，当后两个扇区的数据到达后将读取前两个扇区的数据计算校验码。