SCSI冗余路径软件的研究与实现

以boot方式启动。[1]

4.2 SCSI冗余路径在Windows NT的内部表示
在Windows NT中，每一个物理磁盘都被赋予一个SCSI地址，用（c，b，t，d）表示，c（channel）表示SCSI卡的编号，b(bus)表示SCSI卡上的通道编号（一般只有一个通道，b总为0），t（target）表示目标地址，d(disk)表示LUN号。磁盘驱动程序为这个磁盘创建一个设备“/Device/Harddisk(x)/Partition0”，x为该磁盘的唯一编号。若该磁盘上存在分区，则为每一个分区创建一个设备“/Device/Harddisk(x)/Partition(y)”，y为分区的编号。
当存在冗余路径时，由于每一个SCSI卡都连接到物理磁盘上，因此物理磁盘具有多个SCSI地址。对应于这个磁盘，系统内部也创建了多个“/Device/Harddisk(x)/Partition0”设备；对应于这个磁盘的每一个分区，也存在着多个多个“/Device/Harddisk(x)/Partition(y)”设备（所有设备的y（即分区号）相同。
为保证该物理磁盘对于上层只存在唯一的一个映象，对于某个磁盘的多个“/Device/Harddisk(x)/Partition0”， SPM驱动程序只允许一个设备，一般选取磁盘号最小的这个设备；同样，对于某个分区的多个“/Device/Harddisk(x)/Partition(y)”设备，SPM驱动程序也只允许一个设备。
4.3 故障路径切换
SPM驱动程序启动后，将挂接(Attach)原始磁盘设备“/Device/Harddisk(x)/Partition0”和分区设备“/Device/Harddisk(x)/Partition(y)”，对磁盘设备和分区设备的操作，NT系统构造一个IRP包，先调用SPM驱动程序，再由SPM将该操作转发给下层磁盘驱动程序。SPM将拒绝对冗余的磁盘设备和分区设备的操作，不进行转发。
SPM管理各个存储路径，决定采用哪个存储路径执行操作。正常情况下，SPM使用主路径执行操作，将IRP转发主路径对应的设备；如果主路径已经失效，SPM在备用路径中选择一条路径，将IRP转发至该路径对应的设备。
在转发IRP到下层磁盘驱动程序之前，SPM先设置IRP的完成例程(IoSetCompletionRoutine)。在IRP完成后，NT系统将调用这个例程。如果这个IRP正常完成，表示路径正确，SPM即完成对这个IRP的处理。如果这个IRP的操作未正常执行，表示选取的路径发生错误， SPM选取另外一个状态正常的路径，将这个IRP转发到该路径对应的设备重试这个IRP。若操作执行成功，则正常返回。如果所有的路径都不能成功地执行操作，SPM可对当前操作使用全部路径进行重试，直到达到规定的重试次数而超时返回，以防止应用程序无限等待而导致系统挂起。
为及时地更新各路径的状态，SPM创建一个系统线程，定时检查各个路径；另外，IRP的重试不能在IoCompletion例程中完成，SPM创建另一个系统线程执行重试操作。
因此，在I/O路径发生故障时，正在该路径执行的IRP在返回后，将由SPM转发至其他正确路径上；随后的IRP将由SPM直接转发到其他路径。从而实现了故障路径切换的目的。
4.4 负载均衡
对于负载均衡方式，SPM可采用不同的算法。最简单的算法是轮流顺序分配每个IRP到所有状态正确的存储路径。这种方法适用于以随机存取为主的应用场合，或者系统的存储瓶颈在于Hub和Switch的情况。对于以连续存取为主的场合，这种方法将把连续的IRP分配到不同的HBA上，分别启动独立的DMA操作来完成，降低系统的效率。改进的方法是将整个磁盘划分为若干个连续区域，每个区域对应于一条路径。转发IRP时，根据IRP操作的位置，确定其属于某一区域，选取该区域对应的路径。因此可保证对该区域内连续的数据读写请求总是分配到同一路径上。
为增加软件的灵活性，可提供参数供用户设置，根据实际环境决定采用何种方式达到负载均衡。
4.5 逻辑单元屏蔽
对于每一个物理磁盘，SPM为其保留一个排斥(exclude)属性。仅当exclude为0时，该磁盘的IRP操作才会被转发到下层驱动程序执行；当exclude属性为1时，该磁盘的IRP操作被直接返回，不会被执行。因此，对于分配给该主机的磁盘，可利用SPM软件设置其exclude属性为0；对于分配给其他主机的磁盘设置其exclude属性为1。

5.结论
SCSI冗余路径模块实现了负载均衡，故障路径切换，逻辑单元屏蔽的功能，提高计算机系统在存储方面的存取带宽，避免了存储体系中存在的单点故障，在多主机共享存储系统的环境中为存储空间提供了保护手段。
由于SPM工作运行于主机中，若希望其运行于Windows NT之外的其他操作系统，需进行移植。另外，SPM实现逻辑单元屏蔽功能由各主机独立进行，不能保证各主机设置exclude属性的一致性，理想的解决方案是将逻辑单元分配信息集中管理和设定，或通过存储系统的特殊机制进行设置和仲裁，以确保逻辑单元不会由多个主机同时访问。

参考文献
[1]（美）Art Baker著，科欣翻译组译，Ｗindows NT 设备驱动程序设计指南，机械工业出版社，1997.12

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