CN101233492A - 分布式存储系统中的应用配置 - Google Patents

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CN101233492A CNA2006800283220A CN200680028322A CN101233492A CN 101233492 A CN101233492 A CN 101233492A CN A2006800283220 A CNA2006800283220 A CN A2006800283220A CN 200680028322 A CN200680028322 A CN 200680028322A CN 101233492 A CN101233492 A CN 101233492A
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Abstract

公开了用于使能动态匹配主机系统应用的存储使用特性与被附的分布式存储系统的可用存储池的特性、以便提供在应用和所选择的存储池之间的最佳匹配的方法和系统。提供了抽象管理器，用存储设备配置工具/模块改进了该抽象管理器，该抽象管理器进行一系列任务以(1)从每个所连接的存储设备或存储池中获取/搜集正确的配置信息和/或(2)当该信息不容易得到时，计算该配置信息。然后，存储设备配置模块将该配置信息标准化、核对并匹配到运行在主机系统上的各种应用，和/或通过软件接口将该信息输出到主机系统的用户/管理员。通过使用所搜集/计算的配置信息，以智能并有效的方式将应用分配给最佳存储池。

Description

分布式存储系统中的应用配置
技术领域
本发明一般涉及计算机系统，并且具体地涉及分布式存储系统。更具体地，本发明涉及用于动态配置分布式存储系统的方法和系统。
背景技术
过去几年中，在如何将永久存储设备附加于计算机系统方面发生了重大变化。随着存储局域网(SAN)和网络附加存储(NAS)技术的引入，存储设备已经从本地附加、低性能、被动的设备演变为能够使用大量文件系统和文件组的远程附加、高性能(智能的)、主动的设备。在此将远程附加的智能存储设备称作“存储服务器”，而将这些设备所依附的计算机系统称作“主机”。这些设备通过网络接口相互连接，并且统称为分布式存储系统。
出现在分布式存储环境中的一个复杂因素是，在主机上执行的应用，特别是数据库和文件系统不能识别它们所采用的存储器的类型。主机一般具有多个存储连接。例如，单一主机可以与一个或多个存储服务器以及一个或多个本地附加的盘驱动连接。那么，主机上的系统管理员从这些存储连接中创建虚拟存储池(virtual storage pool)。管理员可以创建包括了来自本地附加的盘的存储器和来自存储服务器中的一个的存储器在内的一个存储池，包括了来自不同的本地附加的盘的存储器在内的另一个存储池，以及包括了两个分布式存储服务器在内的再一个存储池。然后，管理员将应用分配给各个存储池。
这种方法的一个问题是，为了以最佳方式完成分配，管理员必须将应用的存储使用特性与存储池的特性匹配。为了完成匹配，需要获得关于各种存储池的某些配置信息。但是，用传统的实施方式，即使对于单一的存储连接，配置信息一般都是不可获得的，并且对于虚拟化的存储池更加不可得到。
发明内容
公开了用于使能动态匹配主机系统应用的存储使用特性与被附的分布式存储系统的可用存储池的特性、以便提供在应用和所选择的存储池之间的最佳匹配的方法和系统。提供了抽象管理器，用存储设备配置工具/模块改进了该抽象管理器，该抽象管理器进行一系列任务以(1)从每个所连接的存储设备或存储池中获取/搜集正确的配置信息和/或(2)当该信息不容易得到(readily available)时，计算该配置信息。然后，存储设备配置模块将该配置信息标准化、核对并匹配到运行在主机系统上的各种应用，和/或通过软件接口将该信息输出到主机系统的用户/管理员。通过使用所搜集/计算的配置信息，以智能并有效的方式将应用分配给最佳存储池。
附图说明
现在将参考下图仅通过示例的方式描述本发明的优选实施例：
图1是具有与主机系统连接的分布式存储器的分布式网络的图，在该分布式网络中可以有利地实现本发明的实施例；
图2是根据本发明的一个实施例的带有软件工具/模块的示例主机系统的方框图，该软件工具/模块用于进行从分布式存储器中检索配置数据；以及
图3是图示根据本发明的一个实施例的搜集和/或计算配置数据、然后通过抽象管理器的设备配置工具来核对配置数据的各种处理的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种方法和系统，用于使动态匹配主机系统应用的存储器使用特性与分布式存储系统的可用存储池的特性，以便提供在应用与所选择的存储池之间的最佳匹配。用存储设备配置工具/模块来改进抽象管理器(下面描述)，该抽象管理器进行一系列任务，包括从每个所连接的存储设备(或存储池)获取/搜集正确的配置信息和/或当信息不容易得到时计算该配置信息。然后，存储设备配置模块将该配置信息标准化、核对并匹配到运行在主机系统上的各种应用和/或通过软件接口将信息输出到主机系统的用户。使用该搜集/计算的配置信息，然后可以以智能和有效的方式将应用(由用户手动或由抽象管理器自动)分配给正确的存储池。下面更详细描述抽象管理器和设备配置模块。
本发明的实施例的实施方式出现在分布式存储环境中，该分布式存储环境包括根据示例实施例的本地和远程存储器两者。当然，可以理解，该环境可以只包括一种存储器，例如，远程存储器，并且无论存储环境的实际配置如何，下面描述的功能特征都适用。此外，可以在所描述的实施例中的主机系统中实现本发明的实施例的具体实施方式。现在描述示例的分布式存储环境和主机系统，以提供可以在其中有利地实现发明特征的上下文背景。
现在看图，图1图示了分布式存储系统的布局的示例实施例，在该系统中可以有利地实现各种特征。如图1所示，分布式存储系统包括通过第一内部/外部网络103与一个或多个存储服务器(例如，服务器105和106)连接的一个或多个主系统(例如，主系统101和102)。存储服务器105/106本身通过第二内部/外部网络107与永久存储设备(盘)109连接。第一网络103和第二网络107都包括光纤信道或以太网或基于系统设计的其他网络结构的某种组合。
虽然图1仅图示了使用光纤信道与两个存储服务器(105和106)连接的两个主机(101和102)，但是可以理解，该分布式存储系统内可以存在任意数量的主机系统和/或存储系统。同样，虽然存储服务器105/106本身通过另一光纤信道网络与八个盘(或永久存储设备)连接，但是盘的数量是可变的并且不受图示限制。最后，本发明的实施例可以与连接组件的物理网络介质无关。例如，可以用以太网络或其他网络连接介质代替所有的光纤信道网络。
现在参考图2，图示了表示示例主机系统的方框图，假定用于图示的该示例主机系统是主机系统101。主机系统101是包括了通过系统总线202与本地存储器203连接的处理器201在内的典型计算机系统。在本地存储器203内的是软件组件，即操作系统(OS)205和应用程序207。主机系统101还包括使能与分布式存储网络连接并通信的所需的硬件(例如，网络接口设备，NID 209)和软件组件。
为了使能访问分布式存储网络，在访问虚拟化存储池(没有示出)的主机系统101上执行诸如数据库和文件系统(没有具体示出)的应用207。由使用文件系统215和/或逻辑容量管理器213(与OS 205有关或其组成部分)的(多个)主机系统构建这些存储池，并且由存在于一个或多个存储服务器上或存在于直接附于主机系统101的本地存储器219上的实际存储器物理地支持这些存储池。可以理解，一些操作系统没有明确的容量管理器，而是将该功能与系统文件结合。图示的实施例提供了LVM 213，但是这些方法一般适用于任一配置。
当应用向存储池发出输入/输出(I/O)操作时，这些请求经过了主机文件系统215、主机逻辑容量管理器213和主机设备驱动器214。然后将这些请求转换成适当的形式，并将其传送到适当的本地附加或远程的存储设备。将所描述的处理流水线(即，主机文件系统、主机逻辑容量管理器、主机设备驱动器)与存储网络协议和存储服务器模块一起统称为分布式存储系统软件堆栈。
根据本发明的一个实施例，在每个主机系统的存储软件堆栈中提供了特定模块，以直接与存储池中的每个物理存储设备接口，并将存储池的逻辑邻近情况呈现给运行在主机系统上的应用。在一些实施例中，在主机逻辑容量管理器中提供(或与主机逻辑容量管理器关联)该模块，而在没有逻辑容量管理器的其他系统中，将由该模块提供的功能性集成到主机的文件系统中。不考虑实施方式，一般都将该模块称为(或统称)抽象管理器。
如图2所示，主机系统101包括抽象管理器211，该抽象管理器用作对于整个分布式存储器的数据搜集和配置的主机的系统的点。虽然被图示为分离的模块(块)，但是抽象管理器211也可以是OS 125的组件，或与OS 125关联，并且具体地与FS 215或LVM 213关联，其中提供了明确的LVM。
根据所述实施例，抽象管理器211是具有(1)存储池的物理设备组成的知识和(2)与控制这些设备的软件模块相互作用的能力两者的一个主机组件。因此抽象管理器211是了解存储池的物理组成的堆栈中的一个点，其中应用与这些存储池接口，且因此抽象管理器211是能够有效地搜集和计算所需数据的模块。
抽象管理器通过各个设备驱动器与每个存储设备接口。抽象管理器将引用(reference)从逻辑分区转换到相应的实际物理设备。在所述实施例中，抽象管理器的主要功能是聚集、搜集和核对(collate)配置信息，并将该信息呈现给应用和主机系统管理员/用户。注意，抽象管理器本身不使用所检索或计算的配置信息。而是，抽象管理器简单地搜集和计算数据，这些反映了特定存储池的特性。然后，应用和管理员可以利用该数据以将该数据的特性匹配到具体应用的要求。也就是，应用和管理员利用该数据(从所有可用的存储池中)确定用于特定应用的最佳存储池。
为了完成本发明的所述实施例的以上提及的功能，用另外的模块改进抽象管理器，该另外的模块搜集、计算并分发各种存储设备必需的配置信息。在此，为了描述方便，将该模块称作存储设备配置(SDC)模块。如以下更详细描述，SDC模块还提供了软件接口，该软件接口由应用和(多个)用户两者利用，以匹配存储池与具体应用，并且反之亦然。因此，作为例子，应用可以询问接口以将功能自动匹配到适当的存储池，且/或可以将信息呈现给系统管理员，用于手动匹配功能到存储池。
图2图示了具有在其中的存储设备配置(SDC)工具/模块213的抽象管理器，该工具/模块213与其他在主机系统上执行的软件组件一起使能实现各种功能特征。SDC模块213进行两个主要功能：(1)SDC模块213生成使能从分布式存储系统内的存储设备中检索配置信息的询问；以及(2)SDC模块213计算并接收没有从存储设备中搜集的其他数据的输入。
然后，利用该配置信息确定分配哪个存储设备到具体的应用处理。由SDC模块213获取的关于存储池的和被利用来匹配存储池到具体应用(或应用到存储池)的配置信息的例子如下：在任何的单一操作中存储池可以处理的最大传输尺寸；存储池可以维持的平均总吞吐量(MB/秒)；以及所预期的来自存储池上的单一I/O操作的平均反应时间(例如，以秒为单位)。
本发明的所示的实施例提供了一种方法和/或系统，通过该方法和/或系统，不用管理员干涉，应用能够获取该数据并利用该数据来配置对于存储池的最佳使用的具体应用。
本发明的实施例的实施方式包括将SDC模块的功能性提供到抽象管理器中，以使上述和其他配置信息编程地(programmatically)可用于应用。
由抽象管理器211(具体地由SDC模块213)完成的处理包括三个主要操作，即，数据搜集，数据计算和数据分发。宽松地遵循图3的处理流程图，现在在以下的写出的部分中给出/描述每个操作。
数据搜集
数据搜集是由SDC工具提供的主要功能，并且一旦存储设备直接(本地存储)或者通过网络(远程存储)与主机系统连接，数据搜集自动开始。因此，随着存储设备与主机系统的连接，处理开始在块302。SDC工具生成从存储设备检索具体配置数据的询问(块304)。注意，虽然期望某些信息对于每个存储设备都是得到的，但是本发明的所述的实施例适用于这种配置：在该配置中，即使基于单一的存储设备，所有配置信息也不都是可获取的。因此，判断块306提供了存储设备是否具有其自身容易得到的配置信息的确定。假定一些配置信息是可获取的，如块308所示，SDC工具实现从各种存储设备检索/搜集配置数据的处理。
在某些实施方式中，一些信息可能存在于存储设备上，但是不可由一般的询问容易获得。例如，最初的设备制造商(或厂商)可以给存储设备配置唯一配置数据。为了处理这种不能用一般询问直接从存储设备中获取信息的情况，进一步用用于搜集和解译这些唯一配置数据的设备特定模块来改进抽象管理器。
这些设备特定模块的一个功能是以标准化格式提供这些唯一配置数据，用于SDC工具的数据计算和其他功能中使用。SDC工具希望从物理设备中搜集的数据可能是不可得到的和/或可能是以与从其他物理设备中搜集的数据不同的形式。例如，第一设备可以在0.001(千分之一)秒内报告平均反应时间，第二设备在0.0001(万分之一)秒内报告平均反应时间，而第三设备根本不能报告平均反应时间。给定这种情况，例如，在认可所期望的报告反应时间的方法是在0.0001秒内的SDC工具内创建设备特定模块。因此，第一设备的设备特定模块将第一设备的反应时间数转换为0.0001秒。第二设备的设备特定模块什么都不做，因为其已经以正确的标准/格式报告了平均反应时间，而第三设备的设备特定模块以0.0001秒开始计时实际I/O，以便可以计算标准化的反应时间数。
出于在发明方法的描述中简单，将上述的这些设备特定模块和一般SDC模块的组合统称为SDC工具，其包括了实质上贯穿所有存储设备的一般适用的询问/检索功能。
数据计算
SDC工具提供了两种数据计算。第一种计算包括将从每个单独的存储设备中搜集的信息解译成适用于整个存储池的数据(块310)。例如，存储池的最大传输尺寸被计算为在所有各个设备上的的最大传输尺寸的最小者。由于所报告的所有数据都必须代表存储池而不是单独的设备，因而所有数据都必须经过该计算步骤。
第二种计算包括生成不可从单独存储设备中获得的或难于外推(extrapolate)到存储池基础的数据(步骤312)。如果存储设备不报告其配置信息，则该第二计算是需要的。采用该第二计算，SDC工具将物理设备抽象为存储池。然后，抽象管理器将针对存储池的所有应用I/O请求解译成请求的物理设备组件。最后，抽象管理器将适当的请求转发给每个单独的存储设备。
通过第二计算生成的数据的一个例子是用于存储池的单一I/O操作的平均反应时间。根据一个实施方式，修改抽象管理器以统计地计时并跟踪对于各个存储设备的I/O请求，以便计算平均I/O反应时间、存储池平均维持的I/O吞吐量以及与存储池和对应于存储池的各个设备相关的其他数据。
通过软件接口的数据分发
在数据搜集和数据计算后提供数据分发(块316)。根据所述实施例，通过SDC工具中的具体软件接口完成数据分发，构建该SDC工具的目的是询问抽象管理器以获取用于所选择的存储池的所搜集和计算的配置数据。使用适当的许可，该接口对于所有主机系统应用都是可访问的，并且该接口使应用能够搜集配置信息。应用能够询问该接口以将功能自动匹配到适当的存储池。
另外，在一个实施例中，可以将配置信息呈现给系统管理员，用于将功能手动匹配到存储池/用户。后一实施例包括一种输出机制，通过这种输出机制，一旦搜集、分析并解译了该信息，则在主机系统的输出设备上输出该配置信息。然后，管理员/用户手动选择存储池，并将该存储池链接到适当的应用(并且反之亦然)。
很重要的是，虽然已经并且还将继续在带有安装的管理软件的全功能计算机系统的上下文背景中描述本发明的示例实施例，但是本领域技术人员将认识到，能够将本发明的示例实施例的软件方面分发为以各种形式的程序产品，并且无论用于实际实施分发的信号承载介质是哪种具体类型，本发明的示例实施例同等适用。信号承载介质的例子包括诸如软盘、硬盘驱动、CDROM的可记录型介质和诸如数字和模拟通信链接的传输型介质。

Claims (20)

1.一种在分布式存储系统中的方法，包括：
向与主机系统连接的一个或多个存储设备询问所述一个或多个存储设备的配置信息；
响应于所述配置信息的接收，基于所述配置信息，将所述一个或多个存储设备中的特定存储设备自动分配给在所述主机系统上运行的应用。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
分析从所述一个或多个存储设备所接收的配置信息，以确定给应用分配存储设备的最佳分配；以及
其中，所述自动分配还选择提供所述最佳分配的一个或多个存储设备中的特定存储设备。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述一个或多个存储设备分组成存储池；
通过主机组件的管理工具，维持(1)存储设备的每个存储池的物理设备组成和(2)与控制存储设备的软件模块的交互作用的知识基础；以及
通过所述管理工具的设备配置模块来搜集、计算并分发每个存储设备的所需的配置信息。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
当打开所述存储设备以搜集所述存储设备的配置数据时，自动开始搜集可获得的配置信息；以及
当第一设备提供至少一个不同格式并且提供来自第二设备的具体等级的配置数据的记录时，将所述配置数据标准化为用于记录所述配置数据的预先建立的格式；其中，使用用于搜集和解译设备特定数据的设备特定模块来改进所述配置模块。
5.如权利要求3所述的方法，从以下之中进行两种数据计算之一：
将从每个单独存储设备中搜集的信息解译成适用于整个存储池的数据；以及
生成不可从单独存储设备中获得的数据和难于外推到存储池基础的数据。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述标准化包括分配在所有单独存储设备上的最大传输尺寸的最小者作为用于存储池的最大传输尺寸。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
将针对存储池的所有应用I/O请求解译成存储池的物理设备组件；以及
将适当的请求转发到每个单独存储设备。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
统计计时和跟踪对于所述单独存储设备的I/O请求，以便计算存储设备特性，包括平均I/O反应时间和存储池的平均维持I/O吞吐量；以及
询问管理器以获取用于所选择的存储池的被搜集和计算的配置数据。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
提供用于由应用和系统管理员访问配置数据的接口，使得(1)每个应用能够询问所述接口以将功能自动匹配到适当的存储池；
将信息呈现给系统管理员，用于将功能手动匹配到存储池；以及
自动分配到接口的许可以使所述接口对于带有所述适当接口的许可的所有主机系统应用都能够访问。
10.一种分布式存储系统包括：
至少一个主机系统；
与所述至少一个主机系统连接的并且可通过一个或多个主机存储池访问的一个或多个存储设备；
软件模块，当在至少一个主机系统上执行该软件模块时，提供以下之中的多个功能：
向与主机系统连接的一个或多个存储设备询问所述一个或多个存储设备的配置信息；
在所述分布式存储系统中搜集对于每个存储池的设备配置信息；以及
响应于所述配置信息的接收，基于所述配置信息，将所述一个或多个存储设备中的特定存储设备自动分配给在所述主机系统上运行的应用，
分析从所述一个或多个存储设备中接收的配置信息，以确定给应用分配存储设备的最佳分配；以及
其中，所述自动分配还选择提供所述最佳分配的一个或多个存储设备中的特定存储设备，
将所述一个或多个存储设备分组成存储池；
通过主机组件的管理工具，维持(1)存储设备的每个存储池的物理设备组成和(2)与控制存储设备的软件模块的交互作用的知识基础；
通过所述管理工具的设备配置模块来搜集、计算并分发每个存储设备的所需配置信息；
通过当打开存储设备时自动开始搜集可获取的配置信息，来搜集所述存储设备的配置数据；以及
当第一设备提供至少一个不同格式并且提供来自第二设备的具体等级的配置数据的记录时，将所述配置数据标准化为用于记录所述配置数据的预先建立的格式；其中，使用用于搜集和解译设备特定数据的设备特定模块来改进所述配置模块，其中，所述标准化包括分配在所有单独存储设备上的最大传输尺寸的最小者作为用于存储池的最大传输尺寸。
11.如权利要求10所述的分布式存储系统，还包括：
与永久存储设备连接的一个或多个存储服务器；
连接主机系统与存储服务器的内部网络；
其中，所述软件模块的执行还提供包括以下的多个功能：
将针对存储池的所有应用I/O请求解译成存储池的物理设备组件；
将适当的请求转发到每个单独存储设备；
统计计时和跟踪对于所述单独存储设备的I/O请求，以便计算存储设备特性，包括平均I/O反应时间和存储池的平均维持I/O吞吐量；以及
询问管理器以获取用于所选择的存储池的被搜集和计算的配置数据。
12.如权利要求10所述的分布式存储系统，其中，所述软件模块的执行提供了包括以下的多个功能：
从以下之中进行两种数据计算之一：(1)将从每个单独存储设备中搜集的信息解译成适用于整个存储池的数据；以及(2)生成不可从单独存储设备中获得的数据和难于外推到存储池基础的数据；
提供用于由应用和系统管理员访问配置数据的接口，使得(1)每个应用能够询问所述接口以将功能自动匹配到适当的存储池；
将信息呈现给系统管理员，用于将功能手动匹配到存储池；以及
自动分配到用户接口的许可以使所述接口对于带有所述适当接口的许可的所有主机系统应用都可访问。
13.一种计算机程序产品包括：
计算机可读介质；以及
在所述计算机可读介质上的程序代码，用于：
向与主机系统连接的一个或多个存储设备询问所述一个或多个存储设备的配置信息；
响应于所述配置信息的接收，基于所述配置信息，将所述一个或多个存储设备中的特定存储设备自动分配给在所述主机系统上运行的应用。
14.如权利要求13所述的计算机程序产品，还包括程序代码，该程序代码用于：
分析从所述一个或多个存储设备所接收的配置信息，以确定给应用分配存储设备的最佳分配；以及
其中，所述自动分配还选择提供所述最佳分配的一个或多个存储设备中的特定存储设备。
15.如权利要求13所述的计算机程序产品，其中：
所述分布式存储系统包括与永久存储设备本地连接的一个或多个主机系统、与永久存储设备连接的一个或多个存储服务器、以及连接所述主机系统与所述存储服务器的内部网络；以及
所述程序代码包括用于以下的代码：
将所述一个或多个存储设备分组成存储池；
通过主机组件的管理工具，维持(1)存储设备的每个存储池的物理设备组成和(2)与控制存储设备的软件模块的交互作用的知识基础；以及
通过所述管理工具的设备配置模块来搜集、计算并分发每个存储设备的所需配置信息。
16.如权利要求13所述的计算机程序产品，还包括用于以下的代码：
通过当打开存储设备时自动开始搜集可获取的配置信息，来搜集所述存储设备的配置数据；以及
当第一设备提供至少一个不同格式并且提供来自第二设备的具体等级的配置数据的记录时，将所述配置数据标准化为用于记录所述配置数据的预先建立的格式；其中，使用用于搜集和解译设备特定数据的设备特定模块来改进所述配置模块，并且其中，所述用于标准化的代码包括用于分配在所有单独存储设备上的最大传输尺寸的最小者作为用于存储池的最大传输尺寸的代码。
17.如权利要求13所述的计算机程序产品，还包括用于从以下之中进行两种数据计算之一的代码：
将从每个单独存储设备中搜集的信息解译成适用于整个存储池的数据，以及
生成不可从单独存储设备中获得的数据和难于外推到存储池基础的数据。
18.如权利要求17所述的计算机程序产品，还包括用于以下的程序代码：
将针对存储池的所有应用I/O请求解译成存储池的物理设备组件；以及
将适当的请求转发到每个单独存储设备。
19.如权利要求13所述的计算机程序产品，还包括用于以下的程序代码：
统计计时和跟踪对于所述单独存储设备的I/O请求，以便计算存储设备特性，包括平均I/O反应时间和存储池的平均维持I/O存储量；以及
询问管理器以获取用于所选择的存储池的被搜集和计算的配置数据。
20.如权利要求19所述的计算机程序产品，还包括用于以下的程序代码：
提供用于由应用和系统管理员访问配置数据的接口，使得(1)每个应用能够询问所述接口以将功能自动匹配到适当的存储池；
将信息呈现给系统管理员，用于将功能手动匹配到存储池；以及
自动分配到用户接口的许可以使所述接口对于带有所述适当接口的许可的所有主机系统应用都可访问。
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