光纤通道适配器驱动程序设计与研究.pdf

I摘摘 要要 对象存储系统是一种新型网络存储体系结构，它结合了存储区域网（SAN，Storage Area Network）的高性能和网络附加存储系统（NAS，Network Attached Storage）的跨平台的优点由于光纤通道具有低延迟、高带宽、支持远距离传输，可扩展性强等优点，适合用于连接对象存储系统中的海量存储设备其中光纤通道适配器的驱动程序是发挥光纤通道接口优势的关键技术之一 Linux 驱动程序隐藏了设备的具体细节，对各种不同设备提供了一致的接口，把设备映射为一个特殊的设备文件，用户程序可以对此设备文件进行操作在 Linux环境下设计并实现了 PCI（Peripheral Component Interconnect）数据校验卡设备驱动程序 详细研究了Linux平台下的光纤通道适配器驱动程序设计的多层次架构， 用SCSI（Small Computer System Interface）中间层负责接收来自 Linux 文件系统的 SCSI 命令，并将其转换到 CCB（Command Control Block）处理队列；在 FCP（Fibre Channel Protocol） 层解析 CCB， 得出地址信息， 定位对应的光纤通道设备和 LUN （Logical Unit Number） ，并将 CCB 转化为 FCP 信息单元交给固件处理。

为降低重复开发驱动程序的难度在 SCSI 中间层与 FCP 层引入了一个虚拟接口层——传输独立层，传输独立层定义了操作系统和硬件传输协议的交互模式，它向上对系统屏蔽了具体硬件传输协议的细节，向下对具体硬件屏蔽了不同操作系统的各种接口，提高了驱动程序的可移植性 采用扩展聚散表以及中断消减机制实现了驱动程序进一步的优化，使得驱动程序性能得到提升搭建了仲裁环拓扑结构并进行性能测试分析，测试结果表明，驱动程序具有良好的性能 关键词：关键词： 光纤通道；对象存储；扩展聚散表；中断消减机制 IIAbstract Abstract Object-based Storage System (OBS) is a new network storage architecture.It combines the high-performance in Storage Area Network (SAN) and cross- platform advantages in Network Attached Storage (NAS).Because of low latency, high-bandwidth, supporting long-distance transmission and scalability etc.of fibre channel,it can be used in mass storage devices in OBS.The driver for Fibre Channel adapter is the key part. Linux Driver, which hids details of the various equipment, provides the same interface.Generally,in Linux Operate System, a device is mapped to a special device file.When the user program accesses one device,it's just like operating one common file.Linux system supports three types of hardware device, such as character device, block device and network device. The multi-level structure is used in the Fibre Channel Adapter Driver for Linux system.They are SCSI(Small Computer System Interface) middle layer, transmission independent layer and FCP(Fibre Channel Protocol) layer.SCSI middle layer is responsible for receiving SCSI commands from the Linux file system ,and converts it into CCB(Command Control Block), then joins CCB processing queue,finally submits it to FCP layer.Transmission independent layer ,which defines the interface between SCSI middle layer and the FCP layer,is a abstraction interface layer, and is independent of the operating system and specific transfer protocol.The main function of FCP layer,is to parse CCB.It gets address information form CCB,then locates the corresponding equipment and Fibre Channel LUN(Logical Unit Number),finally submits information unit into FCP firmware modules to handle.The Extended Scatter/Gather Lists and Interrupt Avoidance mechanism are included in our driver. And the test results show that the driver gets a good performance. Keywords:Fibre Channel,Object-based Storage System,Extended Scatter/Gather Lists,Interrupt Avoidance mechanism 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□，在 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密□√ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导老师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日11 绪论 1 绪论 1.1 课题背景课题背景 网络存储是将网络技术引入存储系统，它充分利用网络的高灵活性、高可访问性和易接入性，在容错技术、并行 I/O 技术、协议高效性的支持下，从而构成易于有效管理、备份和数据访问的分布式网络存储系统随着网络存储概念的深入人心，在存储市场的巨大需求的推动下，网络存储技术得到了空前的发展，并逐渐形成了几种较为成熟的网络存储架构[1]。

其中附网存储（Network Attached Storage，NAS）和存储区域网（Storage Area Network，SAN）是最为典型的代表 NAS 是将存储设备通过标准的网络拓扑结构（例如以太网） ，连接到一群计算机上在 NAS 存储结构中，存储系统不再通过 I/O 总线附属于某个特定的服务器或客户机，而是直接通过网络接口与网络直接相连，由用户通过网络访问NAS 实际上是一个带有瘦服务器（Thin Server）的存储设备[2]，其作用类似于一个专用的文件服务器这种专用存储服务器不同于传统的通用服务器，它去掉了通用服务器原有的不适用的大多数计算功能，而仅仅提供文件系统功能，用于存储服务，大大降低了存储设备的成本为方便存储到网络之间以最有效的方式发送数据，专门优化了系统硬软件体系结构，多线程、多任务的网络操作系统内核特别适合于处理来自网络的 I/O 请求[3]，不仅响应速度快，而且数据传输速率也很高与传统以服务器为中心的存储系统相比，数据不再通过服务器内存转发（这会引起额外延迟和阻塞） ，直接在客户机和存储设备间传送（即所谓第三方传送） ，服务器仅起控制管理的作用，因而具有更快的响应速度和更高的数据带宽。

SAN 可以定义为：以数据存储为中心，采用可伸缩的网络拓扑结构，通过具有高传输速率的光纤通道的直接连接方式[4]，提供 SAN 内部任意节点之间的多路可选择的数据交换，并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内，实现最大限度的数据共享和数据优化管理，以及系统的无缝扩充具体来讲它是连接一个或多个系统到存储子系统的专用网络，可以在存储设备、服务器和客户之间建立直接联系，支持服务器到服务器、服务器到存储设备和存储设备到存储设备三种高速数据2传输方式SAN 是一种特殊的高速网络，连接网络服务器和诸如大磁盘阵列或备份磁带库的存储设备，SAN 置于 LAN（Local Area Network）之下，而不涉及 LAN利用 SAN，不仅可以提供大容量的存储数据，而且地域上可以分散，并缓解了大量数据传输对于局域网的影响SAN 的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，不管数据置放在哪里[5]，服务器都可直接存取所需的数据与 NAS 相比，SAN 具有下面几个特点：首先 SAN 具有无限的扩展能力，由于 SAN 采用了网络结构，服务器可以访问存储网络上的任何一个存储设备，因此用户可以自由增加磁盘阵列、带库和服务器等设备，使得整个系统的存储空间和处理能力得以按客户需求不断扩大。

另外，SAN 具有更高的连接速度和处理能力 NAS 和 SAN 都有各自的优劣，NAS 基于“文件” ，SAN 基于“块” “文件”级别的接口提供了安全性和跨平台的互操作性，而“块”级别接口则在快速访问、高性能方面有优势因此，将两种方式结合起来产生一种新的接口——对象（Object） ，基于对象的存储 （Object-Based Storage， OBS） 提供了一种全新的存储系统解决方案 1.2 对象存储系统对象存储系统 基于对象的存储系统是一种新兴的网络存储系统，它综合了 NAS 和 SAN 的优点，同时具有 SAN 的高速直接访问和 NAS 的数据共享等优势，是具有高性能、高可靠性、跨平台以及安全的数据共享的存储体系结构 基于对象存储提出的一个新的接口——对象[6]与块是固定大小不一样，对象是可变长的，可包含任何类型的数据，如文件、数据库记录、图像以及多媒体视频音频等，至于包含何种类型数据由应用决定对象可动态的扩大和缩小 对象是系统中数据存储的基本单位，一个对象实际上就是文件的数据和一组属性的组合，这些属性可以定义基于文件的磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks, RAID）。