支持IP-SAN远程映射与引导的固件协议栈模型的设计与实现

发布时间：2020-05-18 13:52

【摘要】： IP存储区域网(IP-SAN)是存储领域的一项重要技术,它同时具备IP网络的优势以及SAN架构的强大功能和扩展性。iSCSI协议是IP-SAN中实现存储设备访问的重要协议标准。以iSCSI协议为基础的远程启动技术,通过利用PCI ROM(如网卡)从远程的IP-SAN中启动,简化了基础架构,使得管理任务变得集中和简单。IP-SAN远程引导技术支持客户主机从远程SAN的映射磁盘上引导启动系统,就像访问本地的SCSI设备一样简单。那么如何将分配给某个登录用户的存储卷映射为该远程用户主机的本地硬盘?该映射硬盘上的操作系统如何引导? 本论文针对这些问题,提出了一种基于块的、面向可靠连接的iSCSI/TCP固件协议栈模型及设计实现方法,利用iSCSI协议对存储卷进行本地映射,实现了基于IP存储区域网络的远程引导。该技术的核心是运行在客户主机平台上网卡扩展ROM中的固件协议栈。研究的具体内容如下: (1)提出了一种可移植的非路由传输层协议实现原型;简化设计了适用于嵌入式系统的传输层协议栈和TCP协议状态机;同时提出了几种简化算法来保证协议栈的性能与可靠性,包括乐观预测、固定回避重传算法和避免协议栈重入的输出请求挂起策略。 (2)在仔细分析iSCSI启动器体系结构的基础上,建立了一种便于操作系统内核iSCSI启动器平滑接管的固件iSCSI启动器有限状态模型;设计和实现了一个简洁、高效、稳定,且对存储资源要求很少的iSCSI启动器;最后设计了磁盘访问重定向服务和引导连接向量,给出了基于IP-SAN的存储卷远程映射引导的技术实现。 (3)对实现的iSCSI/TCP协议栈拟定了完整的功能、性能和可靠性测试方案;给出了基于该固件协议栈的IP-SAN远程启动方案与其他相关系统方案的比较;同时提出了进一步优化和改进系统性能的可行方案。通过将协议栈实现代码嵌入到X86裸机平台的64K PCI网卡扩展ROM中,实现了基于IP-SAN的网络引导。测试结果表明该固件协议栈有较好的性能和可靠性,并且使部署、移动和重新分配主机与存储卷之间的映射关系变得更加便利;真正实现网络启动和网络存储。
【图文】：

基于 iSCSI 的 IP-SAN 典型应用如图 1.1 所示。图 1.1 基于 iSCSI 技术的 IP-SAN 应用方案图1.1.2 iSCSI 技术发展前景iSCSI 技术的推出使 NAS 的性能得到了大幅度的提高。iSCSI 技术的使用可以为无法承担光纤通道 SAN[5,6]环境基础结构高成本的中间市场客户提供利用SAN 所带来的好处。一方面可以作为企业级光纤通道 SAN 的补充，可以实现不间断增长集中存储管理，并且可以和现有的 IP 网络技术进行良好的整合；另一方面，随着网络存储技术的发展，其将会同 NAS 系统进行全面的整合，进而成为一个独立的，与 SAN 系统并驾齐驱的发展领域。现在网络存储已经成为 IT 行业的热点， iSCSI 低廉、便捷、开放、安全、标准的诸多优异的品质在“未来”必将得到充分的完善与发展，从而成为一个充满生机与活力的发展方向，为广大的用户提供最为完善的网络存储服务。随着 iSCSI 技术的完善，数据块级的存储应用将变得更为普遍，存储资源的通用性、数据共享能力都将大大增强，，并且更加易于管理。随着千兆以太网的成熟以及万兆以太网络的开发，IP 存储必然会以其性价比、通用性、无地理限制等优势飞速发展，联合 SCSI、TCP/IP

并按需部署逻辑存储卷，辅助完成逻辑存储卷到远程主机本地 SCSI 硬映射；iSCSI 目标器从 IP-SAN 存储网络接收来自不同远程主机的 I/O 命令，解析为存储系统能够识别的针对不同逻辑存储卷的命令然后交给卷管理器，卷管理器完成逻辑存储卷到物理存储设备地址解析，并将 I/O 命令分发到物理存储设备并行执行。在设备处理完 I/O 命令后，卷管理器将 I/O 响应提 iSCSI 目标器，后者经过反向解析将请求数据或响应通过 IP-SAN 存储网络远程主机，所有的 I/O 过程对于 IP-SAN 远程主机完全透明。（2）运行在远程主机端操作系统内核中的 iSCSI 启动器（Initiator）驱动，此驱动程序在远程主机引导过程中随操作系统内核一同下载到远程主机端。（3） 嵌入在 PCI 网卡 ROM 内的 IP-SAN 扩展 BIOS[24]，该扩展 BIOS 主括支持 IP-SAN 存储卷远程映射与引导的固件协议栈。本论文主要对支-SAN 存储卷远程映射与引导的固件协议栈进行研究与设计。iSCSI启动器iSCSI/TCP协议栈 Windows/Linux
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP333

【参考文献】

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本文编号：2669819