一种基于scst的双控缓存同步设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机服务器存储技术领域，具体地说是一种基于SCST的双控缓存同步设计方法。
【背景技术】
[0002]随着计算机技术、网络技术的快速发展，对于数据存储的可靠性也逐渐得到了重视。现在的存储方式多采用价格较为磁盘组合成为巨大容量的磁盘组，配合数据分散排列的设计，将数据分割为不同的区段，分别进行存储，从而构成了磁盘阵列。这样系统的可靠性瓶颈为磁盘阵列控制器，目前的方式可以采用多路磁盘阵列控制器共享磁盘阵列的方式，这样既可以增加阵列系统的可靠性，又可以通过多路控制器对外进行数据存储服务，提高了存储效率。
[0003]目前来说，基于SCST的网络存储构架方案中，SCST已经为不同类型的目标端驱动程序提供统一的接口，屏蔽不同类型驱动程序的差异性，便于多种目标端驱动程序以统一的方式和底层各种存储设备的连接。SCST的核心模块处于Linux存储结构的块设备层之上。SCST支持多种I/O模式，常用的方式为Block 1和File 1两种模式。采用Block1模式，可以绕开系统cache，创建独立的缓存池结构，并设计不同的缓存刷写算法实现硬盘的刷写。但是单台存储控制器存在单点失效的问题，影响了数据的可靠存储。因此，实现在多台控制器之间的缓存同步是一个必要的技术。
[0004]基于此，本发明提供一种基于SCST的双控缓存同步设计方法，该方法采用SCST来处理I/O请求，将数据缓存到系统缓存池中。通过设计同步机制和同步算法，解决了存储控制器的单点失效引起的数据丢失问题。
【发明内容】
[0005]本发明的技术任务是针对在现有技术的不足，提供一种基于SCST的双控缓存同步设计方法。
[0006]本发明的技术方案是按以下方式实现的，该一种基于SCST的双控缓存同步设计方法，该方法通过以下步骤实现:
将客户机连接到两个相同的存储控制器A和B中，两存储控制器内均设置SCST缓存区、缓存池模块和同步模块，两存储控制器均连接磁盘阵列；
当客户机数据输入一存储控制器时，该存储控制器内的数据备份到另一存储控制器，实现两存储控制器内的缓存同步；
然后将存储控制器中的数据写入到磁盘阵列中。
[0007]所述SCST缓存区以存储控制器主机的主存为存储器；缓存块大小按照内存页面的4KB大小设计，缓存块由一个内存页组成。
[0008]所述存储控制器内的数据同步缓存过程为:
数据传输到存储控制器A，首先放入其缓存池模块中，该缓存池模块同时保存未写入磁盘的数据和已写入磁盘的数据；
缓存池模块中的数据发送到同步模块A与存储控制器B的同步模块中，最后传递到存储控制器B的缓存池模块中，使得每个存储控制器中的数据，既包含有本地存储控制器的缓存数据，也包含有另一存储控制器的缓存数据。
[0009]所述存储控制器A与B进行数据缓存前，需要进行握手通信的步骤，该握手通信的步骤为:
首先是存储控制器A的缓存池模块发送一个随机数a至存储控制器A的同步模块；存储控制器A的同步模块将随机数a作为种子参数生成随机数b，存储控制器A的同步模块存储随机数对(a，b)，并将随机数b发送到存储控制器B的同步模块；
存储控制器B的同步模块将随机数b作为种子参数生成随机数C，存储控制器B的同步模块存储随机数对(b，c)，并将随机数c发送到存储控制器B的缓存池模块；
存储控制器B的缓存池模块将收到随机数c加I发送至存储控制器B的同步模块，存储控制器B的同步模块收到Ack确认c+1后根据随机数对(b，c)返回Ack确认b+Ι ;
依次进行该过程，直到存储控制器A收到Ack确认信号。
[0010]经过握手步骤后，数据开始传输缓存，数据传输过程两部分内容:一是数据流，另一个是确认流数据；
当数据从存储控制器A传输到存储控制器B中时，存储控制器A将不断进行数据流发送，存储控制器B将确认收到的数据块进行确认，发送确认流；
当存储控制器A未收到存储控制器B的确认信号时，就不断重发，直到收到ACK信号或达到阈值时间后停止。
[0011]所述每一个存储控制器的数据来源均为客户机或另一存储控制器，当数据源为客户机时，数据首先缓存到缓存池模块中查询块数据是否存在；若数据块已经存在于缓存池模块中，那么将数据块丢弃，并发送Ack信号确定已经执行成功；若数据块不在缓存池模块中，将数据保存到缓存池模块中，并将数据传输到同步模块中；同步模块将数据同步到其他控制器并收到Ack信号以后，修改缓存池模块中数据；
当数据源为另一存储控制器时，数据首先缓存到缓存池模块中查询块数据是否存在；若数据块已经存在于缓存池模块中，那么将数据块丢弃，并发送Ack信号确定已经执行成功；若数据块不在缓存池模块中，将数据保存到缓存池模块中，发送ACK以后修改缓存池模块中数据。
[0012]存储控制器A的同步模块的数据发送到存储控制器B的同步模块中采用滑动窗口算法，定义Syc Module A为发送方，Syc Module B为接收方，该算法的具体过程为:
初始态，发送方没有帧发出，发送窗口前后沿相重合；接收方O号窗口打开，等待接收O号帧；
发送方打开O号窗口，表示已发出O帧但尚确认返回信息，此时接收窗口状态不变；发送方打开O、I号窗口，表不O、I号帧均在等待确认之列；至此，发送方打开的窗口数已达规定限度，在未收到新的确认返回帧之前，发送方将暂停发送新的数据帧，接收窗口此时状态仍未变；
接收方已收到O号帧，O号窗口关闭，I号窗口打开，表不准备接收I号帧，此时发送窗口状态不变； 发送方收到接收方发来的O号帧确认返回信息，关闭O号窗口，表示从重发表中删除O号帧，此时接收窗口状态仍不变；
发送方继续发送2号帧，2号窗口打开，表不2号帧也纳入待确认之列，至此，发送方窗口又已达规定限度，在未收到新的确认返回帧之前，发送方将暂停发送新的数据帧，此时接收窗口状态仍不变；
接收方已收到I号帧，I号窗口关闭，2号窗口打开，表不准备接收2号帧，时发送窗口状态不变；
发送方收到接收方发来的I号帧的确认信息，关闭I号窗口，表示从重发表中删除I号帧，此时接收窗口状态仍不变。
[0013]本发明与现有技术相比所产生的有益效果是:
本发明的一种基于SCST的双控缓存同步设计方法可将控制器的数据备份到其他控制器中，可以实现存储控制器数据的备份存储，缓存数据可以实现多物理传输介质的同步，满足海量阵列存储系统的吞吐量需求；当某一控制器出现故障时，其它控制器可继续进行数据可靠存储，保证了数据的安全性和可靠性，实用性强，易于推广。
【附图说明】
[0014]附图1是本发明的总体实现框图。
[0015]附图2是本发明的缓存同步数据流示意图。
[0016]附图3是本发明的缓存同步过程流程图。
[0017]附图4是本发明的滑动窗口算法示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明所提供的一种基于SCST的双控缓存同步设计方法作以下详细说明。
[0019]本发明提出一种基于SCST的双控缓存同步设计方法，该模块需要与SCST结合，实现块数据的缓存同步。本发明将用于存储控制器中，方案需要设计同步机制和同步算法，保持两个控制器之间的数据一致性。该方案包括两个模块，分别为缓存池模块Memp00I与同步模块Syc Module，主要设计传递数据结构，同步算法和同步策略等。
[0020]如附图1所示，该方法通过以下步骤实现:
将客户机连接到两个相同的存储控制器A和B中，两存储控制器内均设置SCST缓存区、缓存池模块和同步模块，两存储控制器均连接磁盘阵列；
当客户机数据输入一存储控制器时，该存储控制器内的数据备份到另一存储控制器，实现两存储控制器内的缓存同步；
然后将存储控制器中的数据写入到磁盘阵列中。
[0021]SCST缓存区以控制器主机的主存为存储器。缓存块大小按照内存页面的4KB大小设计，缓存块由一个内存页组成。
[0022]从客户机Client的数据传输到存储控制器A，首先放入Mempool中。Mempool需要同时保存未写入磁盘的数据和已写入磁盘的数据(加快文件读)。Mempool中的数据发送到Syc Module与存储控制器B的Syc Module中，最后传递到存储控制器B的Mempool中。该过程中需要实时保证数据的一致性，即存储控制器A与B的Mempool是一致的。同理，对于存储控制器B的数据也是执行相同的操作。对于每个存储控制器中的数据，既包含有本地存储控制器的缓存数据，也包含有其他存储控制器的缓存数据，因此每个存储控制器都有全部数据的备份，保证在单点失效的情况下，其他存储控制器也可以将数据写入磁盘阵列 Disk Array 中。
[0023]如附图2所示，所述存储控制器A与B进行数据缓存前，需要进行握手通信Handshaking的步骤，该握手通信的步骤为:
首先是存储控制器A的缓存池模块发送一个随机数a至存储控制器A的同步模块；存储控制器A的同步模块将随机数a作为种子参数生成随机数b，存储控制器A的同步模块存储随机数对(a，b)，并将随机数b发送到存储控制器B的同步