[发明专利]一种块设备写IO整形和多控制器同步系统及同步方法

说明书

本发明涉及一种解决多控制器中块设备写IO的整形和同步方法，属于海量数据存储技术领域。本发明通过在控制器实现虚拟块设备驱动，与底层块设备绑定，对服务器端的写IO请求整形和多控制器集群之间的同步，包括了块设备过滤驱动、IO整形模块、读间隙模块、缓存池、转发模块和IO下刷模块等。后端的物理块设备为共享型设备，包括FC等映射的共享磁盘，或通过SAS和其他方式连接的磁盘。对比现有技术，本发明解决多控制器数据同步时，无需占用双倍空间；解决多控制器集群存储中写IO性能优化和缓存一致性问题，充分发挥块设备的带宽性能，避免多次寻道的时间浪费，降低底层磁盘的写抖动和响应延时；写入缓存返回，解决磁盘的写抖动和IO的响应延时问题。

技术领域

本发明涉及一种块设备写IO整形和多控制器同步系统及同步方法，适用于多控制器集群存储系统，属于海量数据存储技术领域。

背景技术

在现代存储领域，为了提高存储数据的可靠性和改善存储系统的输入、输出性能，人们设计了多种数据存储方案，这些数据存储方案通常是各种类型的独立磁盘冗余阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)。通过使用特定的硬件或软件，RAID把多个物理存储设备如磁盘，联合起来，形成一个统一的逻辑存储设备。基于双控制器的存储为当前的主流技术,当前也有部分厂商在实现多控制器技术，但是主要基于双控，在多对双控之间形成集群，并不是全交换的，写IO同步仅在每对双控制器之间进行，同时只是将IO同步到双控中另一控制器的缓存，也就是缓存镜像，多对双控制器之间的IO并未进行IO优化和同步，磁盘只能在本地的双控控制器之间进行共享访问，多个控制器之间的数据安全需要在卷级别进行复制，同时占用每组双控制器本地的磁盘空间，如图1所示。本发明正是通过多控制器之间的写IO整形和同步，解决多控制器共享后端磁盘时，无需占用双倍空间，降低底层磁盘的写抖动和响应延时，同时可以在集群中任意控制器损坏时，集群推举剩余控制器中的一个进行接管，假如集群中控制器为N个，则可以坏N-1个控制器。

下面对存储系统中常用的技术术语进行解释：

缓存镜像：在传统的双控存储技术中，每个控制器开辟独立的缓存空间，在数据写入时，同时写到对端，保证当主控制器坏掉时，可以切换到从控制器，保证数据不丢失。

主控制器：在双控存储技术中，会通过一定的策略确认一个控制器为主控，此控制器负责实际磁盘数据的读写。

从控制器：在双控存储技术中，双活时，从控制器的所有请求均会转到主控制器执行，拿到主控制器的返回后，从控制器再返回到服务器端；主备时，从控制器不接收从服务器端的请求，服务器请求只发送到主控制器，也只从主控制器返回。

IO请求：主要是指存储将空间映射到服务器端后，服务器对存储空间进行读或者写。

LUN映射：传统磁盘阵列通过IP或者FC网络将逻辑分区映射到主机端。

SAN：存储区域网络。

发明内容

本发明的目的是为了实现对服务器端的写IO请求进行整形和优化，将整形和优化之后的IO请求分发到多个控制器上，充分利用缓存，实现写IO优化，同时请求合并后转发到其他控制器，保证多控制器的IO一致性，保证数据不丢失，不依赖底层的物理实现，是一个通用的框架。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种块设备写IO整形和多控制器同步方法，通过在每个控制器上设置一个块设备过滤驱动，将其与底层的任意块设备进行绑定，截取服务器端的IO请求，并与本地的缓存IO进行IO合并，在写入本地缓存的同时转发到其他控制器节点，同时收到所有控制器IO完成的响应后，返回服务器端写入成功信息。