SCSI

ＳＣＳＩ冗余路径驱动程序在Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ　下的设计和实现　张雷兰谭毓安　（北京理Ｉ大学计算机科学与工程系，北京１０００８１）　Ｅ—ｎｍｉｌ：ｖｉｃｔａｒｔａｎ＠ｂｔａｍａｉｌ．ｎｅｔ．ｅｎ　摘要该文研觅了在ＮＴ系统中ＲＤＰ设备驱动程序的设计原理和实现方法　ＲＤＰ驱动程序通过对磁盘Ｉ／Ｏ请求的挂　接和处理，实现故障切换和负载均衡。在路径发生故障时ＲＤＰ驱动程序将１／０切换到其它路径，吼增加系统的可用性。　通过将Ｉ／０负栽均衡分布在各ＳＣＳＩ路径，　增加系统数据吞吐能力。　关键词　负栽均衡ＳＣＳ１　Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｎ１　设备驱动程序　文章编号１００２—８３３１－（２００２）１１－０１４１－０２　文献标识码Ａ　中图分类号ＴＰ３０２．８　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＲＤＰ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｒｉｖｅｒ　ｆｏｒ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ　Ｚｈａｎｇ　Ｘｕｅｌａｎ　Ｔａｎ　Ｙｕ’ａｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ｕｈｉｌｉｚｅ　ｒｅｄｕｎｄａｎｔ　ＳＣＳＩ　ｐａｔｈｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｈｏｄ　ａｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅ　ｋｅｒｎｅｌ　ｄｒｉｖｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｃａｌ３　ｓｗｉｔｃｈ　ｌ／Ｏ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｕｒｖｉｖａｌ　ｐａｔｈ　ｉｎ　ｃａｎｅ　ｏｆ　ｐａｔｈ　ｆａｉｌｕｒｅ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｐａｔｃｈ　ｔｈｅ　Ｉ／Ｏ　ｔｏ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｐａｔｈｓ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｕｌｔ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ＳＣ　ｓ】　Ｗｉｎｄｅｗｓ　ＮＴ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　存储设备在性能、叮靠性和扩展性　而的要求越来越高。　高端的存储系统都采用ＲＡＩＤ技术实现数据的冗余存储　在开　放系统领域，主要的１／０技术是ＳＣ　ｓ１　１／ｏ路径是在主机和存　储设备之间的数据传输路径　如粜只有　条Ｉ／０路径　若该路　径上的任一部件（丘Ⅱ主机ＳＣＳ１　或光纤乍、连接电缆等）发生　故障，主机即不能访问存储系统中的数据　与存储系统本身具　备的高可靠性相此　该Ｉ／０路径是系统中的单点故障　为避免Ｉ／０路径的单点故障，在主机和存储设备之问需要　建立两条甚至更多的Ｉ／０路径。当条路径发生故障时，使用　其它路径继续访问数据，即故障切换功能　在正常情况下，将ｌ／　Ｏ分发到所有存储路径Ｅ　提高系统的吞吐量和数据处理能　力，即负载均衡功能　为实现故障切换和负载均衡，在系统内核　中需运行ＲＤＰ（Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ　Ｄａｔａ　Ｐａｔｈ）设备驱动程序。ＲＤＰ驱　围１　ＳＣＳＩ冗案路径　２中间驱动程序　将ＲＤＰ设备驱动程序设计为中间驱动程序。在系统层次　结构中　它位于文件系统驱动程序和磁盘驱动程序之间，文件　系统驱动程序或其它上层程序的Ｉ／Ｏ请求都通过ＲＤＰ驱动程　序，再转发到下层的磁盘驱动程序ｔ”，如图２所示。　动程序在路径故障时将Ｉ／０丹发到不同的路径上　在路径故障　时将Ｉ／０转移副其它路径，　匝翼口　匦蛔蘸　　蘸叵　围２　ＲＤＰ分层结构　１冗余路径的物理拓扑　ＳＣＳＩ冗余路径如图１所示　在主机更多的ＳＣＳＩ接口忙　在存储设备方，需要安装两个或　方，采用图示的ＲＡＩＤ系　　部分，不论底层硬件类型如　统　Ｉ　Ｄ是逻辑磁盘　由若干物理磁盘组合而成，可设置不同的　ＲＡＩＤ级别实现数据冗余存储。逻辑磁盘可映射到　个或多个　主机通道的＜Ｔａｒｇｅｔ．Ｌｕｎ＞上　Ｔａｒｇｅｔ和Ｌｕｎ可根据需要进行　设置。　磷盘驱动程序是操作系统的何，它都向上层提供个标准的接口。采用分层结构可以避免　作者简介：张雪兰，女．１９５４年生　副教授，主要研究方向为计算机仿真　高可用系统等。谭毓安，男　Ｉ９７２年生　博士生　讲师，主要研究方向为计算　机安生技术　计算机工程与应用２００２，１　１　１４１　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＲＤＰ驱动程序直接操作硬件，从而简化了ＲＤＰ驱动程序的蹬　计，并且可以支持不同种类的磁盘和ＨＢＡ接口卡　ＮＴ系统的磁盘设备名的格式为　、Ｄｅｖｉｃｅ￣ｌａｒｄｄｉｓｋＸ￣ａｒｔｉ—　ｔｉ０ｎ０　，其中“ｘ”代表磁盘号，从０开始编号　每一个磁盘殴备　现负载均衡。利用多条１／｛２＇路径同时进行数据传输，可提高系　统的数据存取速度。　ＲＤＰ实现了三种负载均衡算法，以适应不同的应用需求。　４．１轮流分配　算法ｌ轮流分配１／０到各路径，每次接收到１／Ｏ请求时，　都会切换路径。这种算法适合于主要以随机数据存取为主的应　用场合，因其算法简单，开销极小　设Ⅱ为路径总数，ｐａｔｈ的范　围为（０，１，　一１）．其路径ｐａｔｈ的计算方法为：　．　都有其ＳＣＳＩ地址，包括ｃ、ｂ　ｔ和ｄ四个部分。ｃ表示主机ＳＣＳＩ　卡的编号，ｂ表示ＳＣＳＩ卡巾总线的编号（一般为Ｏ）．ｔ和ｄ分别　表示该设备在ＳＣＳ１总线上的Ｔａｒｇｅｔ和Ｌｕｎ编号　对于磁盘分　区，其设备名格式为　＼Ｄｅｖｉｃｅ＼ＨａｒｄｄｉｓｋＸＷａｒｔｉｔｉｏｎＹ　．其中“ｘ”代　表磁盘号，“Ｙ　代表分区号，分区从Ｉ开始编号　逻辑盘符（如　Ｃ：，Ｄ：）即对应于一个磁盘分区。　ａｔｐｈ＋ｌ；　若０≤ｐａｔｈ≤Ⅱ一２　０；　若ｐａｔｈ＝ｎ－２　‘　对于连接到多条ｓＣｓ】路衽上的磁盘，对于每一条路径．　ＮＴ系统都创建一个碰盘设备与之对应，斟此，该磁盘在系统中　有多个设备名，其磁盘号和ＳＣＳ１地址不同　对图１所示的ＬＤ．　其ＳＣＳＩ地址为ｃ１ｂＯｔｌｄＯ和ｃ２ｂ０ｔ２ｄ０。对于该磷盘上的分　．　４．２连续区域分配　ＨＢＡ及其驱动程序实现丁聚合（Ｓｃａｔｔｅｒ　Ｇａｔｈｅｒ）功能。当　读写连续的磁盘扇区时，ＨＢＡ驱动程序将这些读写请求合并　为同一个ＤＭＡ操作进行传输，从而提高存取速度。在连续数　据存取的场合，若采用算法１．读写请求将发送到不同的路径，　各ＨＢＡ接收到的读写请求并不连续．不能利用ＨＢＡ的聚合　功能。　也存在多个设备名，磁盘号不同而分　号相Ｉ司＝　ＲＤＰ驱动程序为每一个ＬＤ创建一个过滤醴备（ｉｆｌｔｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ）．　并调用ＩｏＡｔｔａｃｈＤｅｖｉｃｅ将过滤设备挂接在躜盘设备和分区设　备之上　挂接完成后所有的磁盘１／０都将经由ＲＤＰ．再由　ＲＤＰ向下转发到磁盘驱动程序　算法２能避免算法Ｉ的缺点。它将磁盘分为若干连续区　域．对每个区域的读写请求均使用同一路径。因此，对在每个区　域内的连续磁盘扇区的读写请求，将始终分配到同一路径。假　设硅续区域的范围为，个扇区．Ⅱ为路径总数，读写请求的磁盘　扇区号为ｂ．则路径ｐａｔｈ的计算方法为：　ｐａｔｈ＝（ｂ／ｒ）ｍｏｄ　ｎ　３故障切换　对每一磁盘Ｉ／Ｏ．ＮＴ系统酋先生成一个ＩＲＰ结拘，其中包　括该１／Ｏ的设备　磁盘痢　、内存缓冲区地址等信息　然后．　以ＩＲＰ结构作为＾口参数调用设备驱动程序的读写＾口。在　Ｉ／Ｏ操作完成后．该ＩＲＰ结构ｒ十１的ｃ０ｍｐｌｅｔｉ０ｎＲ０ｕ　ｎｅ被调用．　来通知设备驱动程ｌ　该１／Ｏ操作已完成　ＲＤＰ驱动程序ｊ叶１／０的处理流程如图３所示。当读写磁　４．３　ＨＢＡ负载分配　算法ｌ和算法２分别适用于随机读写和连续读写的场合，　但没有考虑在存储拓扑结掏复杂的情况下ＨＢＡ的１／０负载　分布　盘设备或分区设备时，ｒｄｐ—ｒｅａｄｗｒｉｔｅ接收到一个１ＲＰ结构　ｊｒｐ　在将ｊｒｐ发送到磁盘驱动程序之前，首先选择一个路径，将　ｊｒｐ的设备设置为埘廊的礁盘设备或分　设备，再将ｉｒｐ的　算法３根据ＨＢＡ的负载进千ｆ分配，将１／Ｏ负载平均分布　到每个ＨＢＡ。为每一ＨＢＡ设置计数器ｈｌ和ｈｃ，ｈｌ为已发送至　该ＨＢＡ的１／Ｏ请求总数，ｋ为设ＨＢＡ正在处理的Ｉ／Ｏ请求　个数。向谖ＨＢＡ发送一个１／０请求后，　ｃ和　分别增１．１／Ｏ　请求完毕后．ｋ减１　对于任一磁盘Ｉ／（】，选择ＨＢＡ负载最小的路径（即ｋ最　小）　若ＨＢＡ负载相等．则选择胁最小的路径　路径ｐａｔｈ的计　算方法为：　ｆｉ；ｋ，＝ｍｉｎ（ｈｃ０，ｈｃｌ，…ｈｃｎ一），若ｈｃｏ．ｈｃ　．～ｈｃ　ｌ不全相等　．ＣｏｍｐｌｅｔｉｏｎＲｏｕｌｉｎｅ　世置为ｒ１ｄｐ　ｄｏｎｅ　埘此．Ｉ／０将由选定的路径　执行。　磁盘驱动程序收到】ｒｐ后，执行该１／０　在Ｉ／Ｏ执　ｔ完毕　后，ｒｄｐ＿ｄｏｎｅ被调用。有两种可能的结果：如果Ｉ／Ｏ执行成功．　标记ＬｅＯ的路径状态为ｎ：常，ｊｒｐ执行完毕；若陵路径发生故　障．Ｉ／Ｏ执行失败．则标记１／０的路径状态为坏，并选择另外一　个未使用的路径．作为，ｒｐ的设备．将　ｒｅａｄ　ｉｔｅ　ｒ　再次发送到磁盘驱动　ｄｏｎｅ　；　一　ｎ（　…ｈｔ…　一　），若ｈｃ０＝ｈｃ】：　。　程序。如果所有的路往部执行失＿艘，贝ｑ　再向下发送。　ｒ　一５结论　毽　正揣蛏忭为ｌ　的设备　由于采用了分层结掏设计．将ＲＤＰ与具体硬件设备的处　碑隔离，使ＲＤＰ处于具有标准接口的磁盘驱动程序之上，以较　小的代析实现故障切换和负载均衡的功能，能适应多种硬件环　境一ＲＤＰ实现的三种负载均衡算法能够在各种不同应用场合　下提高系统的１／Ｏ吞吐能力。对于Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００，该文描述的　工佧原理同样适用　在添加了与系统进行接口的少量代码后，　目前ＲＤＰ已能够在Ｗｉｎｄｏｗ＇ｓ　２０００中运行。　０　设量ｍ　ｄｏ　。。ｍ　ｔ　ｌ　的　ｕｔ　Ｊ　盘　坤至Ｔ肋般｛嘞程序　（收稿日期：２００１年７月）　图３　ＲＤＰ驱动程序对１ＲＰ的处理　参考文献　４　负载均衡　在ｒｄｐ＿ｒｅａｄｗｒｉｔｅ中，ＲＤＰ驱动程序日Ｊ根据各路径的负荷　状态选择一路径，将ＬｅＯ转发到该路径对应的磁盘设备，以实　１４２　２００２　ｌ１　计算机工程与应用　１科欣翻译组译．Ｗｉｎｄ。ｗｓ　Ｍ设备驱动程序设计指南【Ｍ１．机槭工业出　版社．１９９７