基于SBB架构冗余磁盘阵列控制器间通信信道的设计与应用

发布时间：2017-06-27 19:16

  本文关键词：基于SBB架构冗余磁盘阵列控制器间通信信道的设计与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：SNIA(Storage Networking Industry Association)指出,全球存储数据每年增长一倍,各种新应用,诸如电子商务,数据量巨大的媒体服务,数据仓库,Internet网站镜像,电信计费,OSS(Operation Support System)以及BSS(Business Support System)都带来海量的数据存储。IT的瓶颈当前不是计算而是存储,网络正在从以计算为中心转为存储为中心的架构。存储系统的架构各有不同,但是最基础的单位即是包含各种接口技术(SAS,SATA,FC以及PCIe)硬盘的磁盘阵列。因此,对于磁盘阵列控制器管理固件的设计与开发也成为存储系统开发的重要部分。本论文对基于热插拔冗余控制器架构的磁盘阵列的关键技术进行了分析和讨论,并基于SBB(Storage Bridge Bay)技术规范,根据SES(Storage Enclosure Service)技术协议,在两个符合SBB技术规范的控制器之间设计与实现一条相连接的通信信道。通过这条信道,向上提供磁盘阵列管理固件所需要的高层接口,向下可通过适配的方式接入各种物理链路。首先,论文介绍了SBB(Storage Bridge Bay)规范。重点分析和讨论SBB的技术特点与体系结构,并提出一个符合SBB规范的磁盘阵列控制器的设计基本准则。不同品牌的磁盘阵列在外观、性能和技术参数上存在很大差别,为磁盘阵列柜与识别该阵列柜身份的控制器之间的机械与电子界面制定一种新标准,是sbb技术规范的初衷。只要所有的存储厂商都愿意采用这种标准,就能完美的解决不同厂商所生产的磁盘阵列柜与控制器之间的兼容性问题,同时硬件与固件的研发成本和周期也会大幅度减少。符合sbb技术规范的控制器可以装入、连接并且协同工作于任何一个基于sbb规范设计的磁盘阵列。接着,论文讨论和研究了ses(storageenclosureservice)协议并着重分析ses协议的技术特点。scsi箱体服务(scsienclosureservices,简称ses)是现时大多数磁盘阵列扩展柜(enclosure)、服务器主机或电脑主机所支持的硬件控制命令服务。通过scsi箱体服务,scsi主机端可以透过scsi命令去存取磁盘阵列扩展柜的电源、冷却装置与其他跟资料传输无关的信息。磁盘阵列控制器必须基于ses协议开发管理固件,并根据ses所指定的数据传输格式与服务器端的raid(redundantarraysofinexpensivedisks)控制器以及hba(hostbusadapter)进行信息交互。然后,论文基于上述分析和研究的内容,设计了一款适用于在两个符合sbb规范基于ses协议的冗余磁盘阵列控制器之间进行通信传输的通信信道。本文定义了该通信信道的物理接口,协议分层,容错算法以及重传机制,还研究了通信信道的总体结构,制定了信道的工作流程,规定了通信信道中各模块的数据结构以及代码实现方法;并在上述工作的基础上,进行了利用该通信信道进行上层应用的开发研究。最后,论文利用一个上层应用案例具体验证了本文所提出的通信信道的实现可行性。验证表明该通信信道能在两个符合sbb规范基于ses协议的冗余磁盘阵列控制器之间进行通信传输并具备相应的技术性能,达到了设计的目的。论文对研究内容进行了总结,也分析了目前存在的不足,并从技术发展的角度出发提出进一步完善的方向。
【关键词】：磁盘阵列 冗余控制器 SBB规范 SES协议 抽象信道
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-12
• 1.1 论文选题及其研究意义10-11
• 1.2 论文主要研究内容11-12
• 第二章 基于SBB规范的磁盘阵列控制器的设计12-20
• 2.1 SBB技术规范的介绍12-13
• 2.1.1 SBB规范的提出12-13
• 2.1.2 SBB规范的设计要点13
• 2.2 SBB背板的互联要求13-16
• 2.3 磁盘柜管理要求16-20
• 第三章 SCSI箱体服务SES20-28
• 3.1 SES标准的介绍20-23
• 3.1.1 SES标准的提出20
• 3.1.2 SCSI箱体服务模型20-22
• 3.1.3 SCSI箱体服务的上报模式22-23
• 3.2 SES命令、诊断页以及元素23-28
• 3.2.1 SES命令23
• 3.2.2 SES诊断页23-25
• 3.2.3 SES元素25-28
• 第四章 基于SBB架构冗余磁盘阵列控制器间通信信道的设计28-56
• 4.1 冗余磁盘阵列控制器间通信信道28-30
• 4.1.1 冗余磁盘阵列控制器间通信信道的意义28-29
• 4.1.2 冗余磁盘阵列控制器间通信信道的设计分层29-30
• 4.2 硬件接口层30-31
• 4.3 数据链路层31-35
• 4.3.1 帧格式32
• 4.3.2 字符转义32-33
• 4.3.3 接收确认33
• 4.3.4 数据链路层接收缓存33-35
• 4.4 协议层35-39
• 4.4.1 消息格式35-36
• 4.4.2 控制器寻址36
• 4.4.3 功能号36-37
• 4.4.4 序列号37
• 4.4.5 结果代码37
• 4.4.6 协议层数据结构与接口定义37-39
• 4.5 信道抽象层39-56
• 4.5.1 信道抽象层数据结构39-41
• 4.5.2 发送队列的管理41-45
• 4.5.3 发送跟踪进程45-47
• 4.5.4 接收分发进程47-48
• 4.5.5 应用层与信道抽象层之间的接口设计48-51
• 4.5.6 抽象信道的验证51-56
• 第五章 验证抽象信道的设计56-57
• 5.1 验证实例56-57
• 第六章 全文总结57-59
• 6.1 主要结论57-58
• 6.2 研究展望58-59
• 参考文献59-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文62-64

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