数据存储器架构扩展系统及方法技术方案

公开了一种数据存储器架构扩展(DAX)系统/方法，其允许逻辑地菊花链状地连接多个磁盘驱动器存储器元件(1019，1099)，以使得单个主机总线适配器(HBA)(1001)将存储元件视作一个逻辑磁盘驱动器。该系统/方法可以被宽泛地描述为包括直通磁盘驱动器控制器(PTDDC)(1010)，该PTDDC还包括HBA端口(1011)、磁盘驱动器接口端口(1012)、直通输入端口(1013)和直通输出端口(1014)。PTDDC拦截HBA端口输入并且将其翻译成连接到驱动器接口端口(1012)的各个磁盘驱动器(1019)的要求。可以将每个PTDDC菊花链状地连接到其他PTDDC，以允许过量磁盘驱动器与给定的HBA相关联，其中首个PTDDC提供到集成有连接到PTDDC的所有磁盘驱动器存储器的HBA的呈现接口。

Data memory architecture extension system and method

Disclosed is a data storage schema extension (DAX) system / method, which allows the logical connection of daisy chain multiple disk drive memory element (10191099), so that a single host bus adapter (HBA) (1001) of the storage element as a logical disk drive. The system / method can be broadly described as including direct disk drive controller (PTDDC) (1010), the PTDDC also includes a HBA port (1011), a disk drive interface port (1012), through the input port (1013) and through the output port (1014). PTDDC intercepts the HBA port input and translates it into the requirements of individual disk drives (1019) connected to the driver interface port (1012). Each PTDDC can be connected to other PTDDC daisy chain, to allow excess disk drive associated with a given HBA, the first PTDDC to provide integrated presentation interface connected to all disk drives PTDDC memory HBA.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数据存储器架构扩展系统及方法版权的部分豁免本专利申请中的全部材料都受到美国和其他国家的版权法的版权保护。自本申请的首次有效提交日期起，本材料作为未公开材料而受到保护。然而，复制本材料的许可被特此授权为这样的范围：版权持有人对于该专利文件或专利公开，在其出现在美国专利与商标办公室的专利档案或记录中时，由任何人进行的复制没有异议，但是，否则，保留所有的任何版权。
本专利技术一般涉及与计算机数据存储相关的系统/方法，并且尤其涉及用于在磁盘驱动器上存储数据的系统/方法，以及在某些优选实施例中，在连接到运行于多种操作系统环境下的计算机系统的磁盘驱动器上的数据存储。本专利技术的一些优选的示例性实施例也利用独立磁盘冗余阵列(RedundantArrayofIndependentDisk，RAID)存储方法实现数据存储器架构扩展。
技术介绍
传统的计算机存储器架构(0100)通常如图1中所示(0100)，传统的计算机存储器架构利用计算机系统(0110)(常常运行在操作系统(0112)的控制下)还包括系统总线(0111)，其与一个或者多个磁盘驱动器接口(0120、0130)通信，随后经由主机总线适配器(HostBusAdapter，HBA)物理接口与特定的磁盘驱动器(0121、0122、0131、0132)通信。一般来说，在大多数个人计算机(PC)环境中，磁盘驱动器接口控制器(0120、0130)被限制为每个控制器1-4个磁盘驱动器。PATA/PATAPI(0200、0300)通常如图2中所示(0200)，许多传统的计算机存储器架构利用并行ATA(PATA)接口。这里磁盘驱动器控制器(0211)经由并行的带状电缆(0212)与磁盘驱动器(0214、0215)通信。然而，需要注意的是，这个HBA接口被限制为买个控制器两个磁盘驱动器。可以增加额外的磁盘驱动器，但是这要求对所增加的每对磁盘驱动器都需要额外的磁盘驱动器控制器(0211)。与PATA接口相关联的物理接口的视图通常如图3中所示(0300)。应当注意的是，在PATA配置中电缆管理经常成问题，原因是每个磁盘驱动器必须具有连接到磁盘驱动器控制器的单独的带状电缆，或者在某些情况下两个磁盘驱动器可以共享单个主机控制器带状电缆。SATA/SATAPI(0400、0500)许多新型计算机存储器架构利用串行ATA(SATA)接口，通常如图4(400)中所示的。这里，磁盘驱动器控制器(0411)经由串行电缆(0412、0413)与每个磁盘驱动器(0414、0415)通信。然而，需要注意的是，这个HBA接口通常被限制为每个控制器1-4个磁盘驱动器。可以增加额外的磁盘驱动器，但是这要求所增加的每组磁盘驱动器都需要额外的磁盘驱动器控制器(0411)。与SATA接口相关联的物理接口视图通常如图5中所示(0500)。连接器(0500)通常包含信号连接器(0501)和电源连接器(0502)，以及相应的驱动信号插座(0503)和驱动电源插座(0504)。尽管SATA配置中的电缆管理所成的问题常常少于PATA配置，这种架构仍然要求连接到磁盘驱动器控制器的每一个磁盘驱动器需要一个串行电缆。端口倍增器/端口选择器(0600)如图4(0400)和图5(0500)中通常示出的，利用串行ATA(SATA)接口的计算机存储器架构可以包含通常如图6(0600)中所示的“端口倍增器”和/或“端口选择器”，其允许具有HBA接口(0620)的计算机系统(0610)(典型地运行在操作系统(0611)下)与端口倍增器(0630)通信，并且此后将数据/命令传输给多个磁盘驱动器(0631、0632、0633、0634)，或者操作多个HBA接口(0640、0650)来允许经由端口选择器(0660)访问单个磁盘驱动器(0661)。SATA规范允许端口倍增器(0630)与至多15个磁盘驱动器通信。应当注意的是，这些端口倍增器具有许多限制：(1)不能嵌套或者级联端口倍增器(按照SATA规范，“端口倍增器不应当连接到另一个端口倍增器(也就是不可级联)”)。(2)端口倍增器仅限于连接15个磁盘驱动器。(3)由于不可级联端口倍增器，因此他们必须提供最大数目的预计磁盘驱动器附件，并且不能被递增地扩展以支持额外的磁盘驱动器。一旦超出某个端口倍增器的扩展容量，就必须用更大扩展容量的端口倍增器来代替它。(4)端口倍增器将磁盘驱动器连接到HBA上作为“分离的(SEPARATE)”磁盘驱动器。由主机操作系统(0611)来负责协同在各磁盘驱动器(0631、0632、0633、0634)上的数据存储。(5)没有将附接到端口倍增器的存储器进行连结的机制。(6)端口倍增器不提供有助于RAID容量的任何形式的硬件。如果在连接到一个或多个端口倍增器的磁盘驱动器内实现RAID，那么它必须使用主机操作系统(0612)软件来实现。这些限制意味着不能用端口倍增器来扩展给定磁盘驱动器卷的逻辑容量。更确切地说，端口倍增器概念允许对于给定HBA的有限扩展，来允许与附接到特定端口倍增器的有限数量(＜16)的磁盘驱动器通过接口连接。NAS/超出RAID拓扑(0700、0800)尽管目前市场上存在大量的网络附加存储(NetworkAttachedStorage，NAS)解决方案，但这些系统通常利用网络接口适配器(典型地为以特网，Ethernet)来提供HBA以存储器阵列。这种系统架构本质上需要使用另一个计算机系统(典型地运行LINUX或者某些其他高级操作系统)向主机计算机系统提供网路接口，以及实现对存储元件的文件系统支持。一旦驱动器故障和/或所增长的数据可用性的数据冗余，许多这些NAS架构实现RAID的某些形式来提供数据保护。近来对这些架构的改进已经包括了DataRobotics公司制造的商标NAS商标的存储系统，和2011年1月18日发行的美国专利7，873，782“FILESYSTEM-AWAREBLOCKSTORAGESYSTEM，APPARATUS，ANDMETHOD”中所描述的，以及指定给DataRobotics公司的其他相关的美国专利。本专利技术以参考形式包含美国专利7，814，272；7，814，273；7，818，531；和7，873，782，来阐明这些存储系统的范围和特征。通过图7(0700)中的现有技术框图通常示出了在这种系统中所包含的系统复杂性的示例。这些存储的实现经历有这种需求：在增强的存储器阵列中适当地管理数据存储需要驱动器控制器知悉发生在磁盘驱动器阵列上的文件系统的活动。本质上这需要将“驱动器仿真器”软件包含到系统中，以适当地管理驱动器存储器的分配/回收。在这种类型的存储器架构中的许多“抽象层”限制了整个系统的速度，并且大大增加了整个系统的复杂性。这种架构需求不仅将许多配置中的逻辑驱动器容量限制到16TB，还严重限制了存储器阵列的整体系统性能。现有技术利用的一个概念是由物理磁盘驱动器卷所稀疏备份逻辑卷。现有技术通常教导，在由操作系统的控制所创建的文件系统环境内实现这种结构，必须存在某些形式的抽象层来控制所分配的存储器元件的“逻辑到物理”的映射，以防止将当前没有物理磁盘驱动器块关联的逻辑块作为磁盘读/写请求的目标的情况。图8(0800)中大体上示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括直通磁盘驱动器控制器PTDDC的数据存储器架构扩展系统，所述PTDDC还包括：(a)主机总线适配器HBA端口；(b)磁盘驱动器接口DDI端口；(c)直通输入PTI端口；和(d)直通输出PTO端口；其中，所述HBA端口、所述DDI端口、所述PTI端口和所述PTO端口是串行高级技术附件SATA接口；所述PTDDC被配置为通过仅仅将一个PTDDC的PTO端口互连到菊花链中的另一个PTDDC的PTI端口而连接多个PTDDC来形成串行的菊花链；所述PTDDC被配置为经由所述HBA端口呈现连续的逻辑块地址空间，所述HBA端口包括被电气连接到所述菊花链中的PTDDC的磁盘驱动器；所述PTDDC被配置为经由所述HBA端口或者所述PTI端口接收输入的磁盘驱动器数据访问命令DDDAC；所述PTDDC被配置为翻译所述DDDAC，并且以适合被电连接到所述DDI端口的任何所附接的并且被逻辑寻址的磁盘驱动器使用的方式，经由所述DDI端口电传输所述翻译；所述PTDDC确定所述DDDAC是否落入所述所附接的磁盘驱动器的逻辑块地址LBA范围内，并且如果是，则在修改所述DDDAC之后，将所述DDDAC传输给所述所附接的磁盘驱动器，以占用由所述所附接的磁盘驱动器映射的所述LBA范围；所述PTDDC确定所述DDDAC是否落入所述所附接的磁盘驱动器的所述LBA范围内，并且如果不是，则经由所述PTO端口将所述DDDAC传递给附接到所述PTDDC的PTO端口的任何菊花链连接的PTDDC的PTI端口；以及所述PTDDC逻辑连接所述所附接的磁盘驱动器的所述DDI端口与所述HBA端口和所述PTI端口，以直通由所述DDDAC向/从所述所附接的磁盘驱动器和所述HBA端口或所述PTI端口请求的数据传输。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.21 US 13/200,2421.一种包括直通磁盘驱动器控制器PTDDC的数据存储器架构扩展系统，所述PTDDC还包括：(a)主机总线适配器HBA端口；(b)磁盘驱动器接口DDI端口；(c)直通输入PTI端口；和(d)直通输出PTO端口；其中，所述HBA端口、所述DDI端口、所述PTI端口和所述PTO端口是串行高级技术附件SATA接口；所述PTDDC被配置为通过仅仅将一个PTDDC的PTO端口互连到菊花链中的另一个PTDDC的PTI端口而连接多个PTDDC来形成串行的菊花链；所述PTDDC被配置为经由所述HBA端口呈现连续的逻辑块地址空间，所述HBA端口包括被电气连接到所述菊花链中的PTDDC的磁盘驱动器；所述PTDDC被配置为经由所述HBA端口或者所述PTI端口接收输入的磁盘驱动器数据访问命令DDDAC；所述PTDDC被配置为翻译所述DDDAC，并且以适合被电连接到所述DDI端口的任何所附接的并且被逻辑寻址的磁盘驱动器使用的方式，经由所述DDI端口电传输所述翻译；所述PTDDC确定所述DDDAC是否落入所述所附接的磁盘驱动器的逻辑块地址LBA范围内，并且如果是，则在修改所述DDDAC之后，将所述DDDAC传输给所述所附接的磁盘驱动器，以占用由所述所附接的磁盘驱动器映射的所述LBA范围；所述PTDDC确定所述DDDAC是否落入所述所附接的磁盘驱动器的所述LBA范围内，并且如果不是，则经由所述PTO端口将所述DDDAC传递给附接到所述PTDDC的PTO端口的任何菊花链连接的PTDDC的PTI端口；以及所述PTDDC逻辑连接所述所附接的磁盘驱动器的所述DDI端口与所述HBA端口和所述PTI端口，以直通由所述DDDAC向/从所述所附接的磁盘驱动器和所述HBA端口或所述PTI端口请求的数据传输。2.根据权利要求1的数据存储器架构扩展系统，其中所述HBA端口和所述PTI端口被电气连接，并且针对所述PTDDC形成单个统一的接口端口。3.根据权利要求1的数据存储器架构扩展系统，其中所述PTDDC包括安装在印刷电路板PCB上的专用集成电路ASIC，所述PCB还包括用于将所述DDI端口电气配合到磁盘驱动器的连接器、用于将所述HBA端口电气配合到计算机主机总线适配器的连接器、用于将所述PTO端口电气配合到下游菊花链连接的PTDDC控制器的PTI端口的连接器和用于将所述PTI端口电气配合到上游菊花链连接的PTDDC控制器的PTO端口的连接器。4.根据权利要求1的数据存储器架构扩展系统，其中所述PTDDC包括安装在印刷电路板PCB上的专用集成电路ASIC，所述ASIC包含与PTDDC功能相结合的磁盘驱动器控制电子器件，所述PCB被集成到磁盘驱动器的电气控制系统中，所述PCB还包括用于将所述HBA端口电气配合到计算机主机总线适配器的连接器、用于将所述PTO端口电气配合到下游菊花链连接的PTDDC控制器的PTI端口的连接器和用于将所述PTI端口电气配合到上游菊花链连接的PTDDC控制器的PTO端口的连接器。5.根据权利要求1的数据存储器架构扩展系统，其中，所述PTDDC通过确定与所述DDDAC关联的逻辑块地址LBA值是否落入所述所附接的磁盘驱动器的LBA范围内来执行翻译，并且如果不是，则从与所述DDDAC关联的LBN值中减去所述所附接的磁盘驱动器的LBA计数，并且经由所述PTO端口将所述DDDAC传递给附接到所述PTDDCPTO端口的任何一个菊花链连接的PTDDC的PTI端口，其中所述LBN值表示逻辑块号值。6.根据权利要求1的数据存储器架构扩展系统，其中所述磁盘驱动器访问命令不经过LBA翻译，而是被立即传送给所述PTO端口，用以由所述菊花链连接的PTDDC来处理，以影响在所述所附接的磁盘驱动器和附接到所述菊花链连接的PTDDC的另一个磁盘驱动器之间的独立磁盘的冗余阵列RAID存储器阵列配置，所述RAID存储器阵列配置选自由RAID-0、RAID-1、RAID-2、RAID-3、RAID-4、RAID-5和RAID-6组成的组。7.根据权利要求1的数据存储器架构扩展系统，还包括逻辑文件系统，所述逻辑文件系统包括经由从上游PTDDC的PTO端口到下游PTDDC的PTI端口的连接、串行菊花链连接的过量PTDDC控制器，其中的每个所述PTDDC都经由DDI端口连接到磁盘驱动器，以及其中的所述菊花链中的首个PTDDC的HBA端口连接到计算机系统的主机总线适配器。8.根据权利要求7的数据存储器架构扩展系统，其中所述逻辑文件系统实现选自由第二扩展文件系统EXT2、第三扩展文件系统EXT3、第四文件扩展系统EXT4、12位文件分配表FAT12、16位文件分配表FAT16、32位文件分配表FAT32、文件11磁盘上结构ODS、分层文件系统HFS、分层文件系统改进HFS+、新技术文件系统NTFS和XFS组成的组中的磁盘上文件系统。9.根据权利要求7的数据存储器架构扩展系统，其中所述逻辑文件系统具有比附接到所述串行菊花链连接的过量PTDDC控制器的磁盘驱动器的存储容量总和大的逻辑存储容量，其中，超过所述磁盘驱动器容量的所述逻辑存储容量被指派给所述逻辑文件系统内的一个或更多保留文件，其中，能够修改保留文件的基本位置和扩展大小来允许增加一个或多个追加的磁盘驱动器/PTDDC控制器组合，因为这些所述追加的磁盘驱动器/PTDDC控制器组合被添加到所述串行菊花...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·马克·克卢哈特，
申请(专利权)人：凯文·马克·克卢哈特，
类型：发明
国别省市：美国,US