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1、Abstract 摘要随着信息数字化的深入发展，数据存储的需求日益增长。存储虚拟化带给我们最直接的益处就是，提高存储利用率，降低成本，简化存储管理，而基于网络的虚拟存储技术将成为未来的一种趋势，它的开放性、扩展性、管理性等方面的优势将在数据大集中、异地容灾等应用中充分体现出来。存储局域网（SAN）是一种高性能，扩展性极强的存储系统模型，近年来应用非常广泛。FC-SAN是一种基于光纤通道协议的存储局域网，它通过光纤传输SCSI指令和数据。本文详细论述了Linux系统下基于SCST的SCSI target驱动设计原理与实现。SCST是Linux系统下一个为了简化SCSI 驱动设计而开发的一个SCS
2、I子系统层。SCSI target驱动应用于存储局域网（SAN）, 它与光纤通道HBA卡协同工作，处理和响应SCSI发起端的I/O请求，实现存储虚拟化和存储分配功能。整个SCSI target驱动分三层模块，最底层模块处理与HBA卡通信，解析SCSI指令和数据并传递给上层驱动处理。虚拟磁盘模块则响应I/O请求，完成数据的最终读写操作。这三个模块均以内核模块的方式嵌入Linux内核。关键词：虚拟存储，SCSI，SAN，SCST，光纤通道i浙江大学硕士学位论文 AbstractAbstractWith the deepening development of digital information
3、, demand for data storage is increasing dramatically. The basic benefits that storage virtualization brings to us are increment in storage utilization rate increment, cost cutting and simplification in storage management. As network starge virtualization is becoming the trend of future technology, i
4、ts advantages in compatibility, expansibility and quality management will be fully seen in the applications such as data concentration and different area disaster recovery. Storage area network(SAN) is a storage system model with excellent performance and scalability that has been widely used in rec
5、ent yeas.FC-SAN is baed on the fibre channel transport protocol,which allows SCSI commands and data transmits on fibre channels.This assay descripts the design and implemention of SCSI target driver based on SCSI under linux operation system. SCST is a SCSI subsystem for linux,it simplify the design
6、 of scsi target driver. SCSI target driver works with Host bus adapters,processes and responses to I/O requests from initiators on storage area network.It realizes storage virtualization and distribution.The whole SCSI target driver is a three-tier system.The lowest module communicates host bus adap
7、ters,parses SCSI commands and data,then pass them to the top module.The virtual disk module response the I/O requests and do the real data read and write operations.These three modules are embeded in linux kernel as linux module.Key Words： storage virtulization,SCSI,SAN,SCST,Fibre Channel iii浙江大学硕士学
8、位论文 目录目录摘要iAbstractii图目录III表目录IV第1章 绪论11.1 虚拟存储现状11.1.1 虚拟存储的现实需求11.1.2 存储虚拟化网络的关键技术21.2 虚拟存储的意义和价值31.3 论文研究内容和意义51.4 本章小结5第2章 SCSI技术62.1 SCSI协议框架62.2 SCSI发展现状72.3 SCSI系统与设备82.3.1 结构模型82.3.2 SCSI域92.3.3 主机总线适配器102.3.4 SCSI设备控制器112.4 SCSI阶段112.5 SCSI传输层协议162.5.1 命令描述块162.5.2 逻辑单元192.6 总体描述202.6.1 数据读
9、202.6.2 数据和文件的写操作222.7 本章小结22第3章 Linux SCSI子系统与SCST中间层233.1 Linux SCSI子系统驱动框架233.1.1 SCSI较高层233.1.2 SCSI中间层243.1.3 SCSI较低层253.2 重要数据结构253.2.1 scsi device的抽象253.2.2 scsi host的抽象263.2.3 scsi target的抽象273.2.4 Low-level驱动接口273.3 关键函数分析283.3.1 scsi_scan_host函数283.3.2 scsi_request_fn函数293.3.3 scsi_dispatc
10、h_cmd函数303.4 scsi设备扫描过程313.5 SCST中间层323.5.1 SCST框架323.5.2 Target驱动管理模块333.5.3 会话管理模块363.5.4 存储设备管理模块403.6 本章小结42第4章 Target驱动程序设计实现434.1 底层驱动设计434.1.1 初始化ISP2432444.1.2 中断处理444.1.3 Response队列处理函数454.1.4 I/O及事件处理函数接口464.2 上层target驱动设计474.2.1 Qlogic驱动注册474.2.2 命令处理流程484.3 磁盘驱动模块494.4 系统测试与性能524.4.1 测试环
11、境524.4.2 测试条件524.4.3 测试结果534.5 本章小结54第5章 总结与展望555.1 全文总结555.2 后续开发55参考文献56作者简历58致谢59I浙江大学硕士学位论文 目录图目录图 2.1 SCSI协议框架7图 2.2 SCSI对象层次9图 2.3 SCSI应用系统与SCSI域10图 2.4多个SCSI域的计算机11图 2.5 SCSI设备控制器的组成11图 2.6 SCSI状态转换16图 2.7六字节命令描述块17图 2.8逻辑单元组成19图 2.9 SCSI数据读操作21图 3.1 Linux SCSI Subsystem23图 3.2 scsi_scan_host
12、函数29图 3.3 scsi_request_fn函数调用30图 3.4 SCSI总线扫描32图 3.5 SCST子系统框架33图 3.6 SCSI客户端/服务器模型37图 3.7 会话注册过程39图 3.8采用下半部机制的会话注册过程39图 3.9 SCST 安全组40图 4.1 Target驱动与固件通信模式44图 4.2 中断处理例程45图 4.3 SCSI 命令处理流程49图 4.4 IOMeter 测试设置52图 4.5 系统I/O吞吐量54表目录表 2.1 SCSI总线参数一览表8表 2.2 CDB命令组18表 2.3 逻辑单元寻址数据位20表 2.4 LUN的四种寻址方式20表
13、4.1 IOMeter I/O测试53VII浙江大学硕士学位论文第1章 绪论第1章 绪论虚拟存储(Storage Virtualization)是指将多个物理上独立存在的存储体通过软硬件的手段集中管理起来。形成一个逻辑上的虚拟存储单元供主机访问，这个虚拟逻辑单元的存储容量是各物理存储体的存储容量之和，而它的访问带宽则接近各个物理存储体的访问带宽之和。虚拟存储实际上是逻辑存储，把物理设备变成完全不同的逻辑镜像呈现给用户，既充分利用了物理设备的高性能、高可用的优势，又打破了物理设备本身不可克服的局限性。从用户角度来看，它是使用存储空间而不是物理存储硬件，是管理存储空间而不是物理存储部件。虚拟存储可
14、以适应和包容丰富多样、迅速发展的存储设备。具备为异构服务器和客户机提供服务的能力。因此，虚拟存储系统必须具备以下功能：(1)存储协议的自由转换，如从SCSI到光纤通道协议或从SSA到光纤通道协议，能够支持异构存储和服务器环境。(2)支持高可用性和高性能的SAN存储配置，例如指定主从镜像和空闲驱动器、产生合成式驱动器、连接多个存储子系统构成单一驱动器、实现集中式管理以及灵活的存储容量扩充。(3)具有可视性和可管理性，能够在更新和恢复等突发事件发生时及时通知管理员。(4)通过TCPIP网络实现路由镜像、快照和异步远程拷贝等数据复制操作。1.1 虚拟存储现状1.1.1 虚拟存储的现实需求企业级的客户主要面临下面4个挑战：信息的爆炸性增长email、数据仓库、电子商务、媒体、科研、医疗和其他应用都是导致信息不断增长的因素。大多数客户不具备有效管理这种信息爆炸的能力。异构操作平台我们看到越来越多的系统操作环境使用不同厂商的硬件和软件产品，彼此不能兼容。IT经理们发现访问信息及其信息共享越来越困难系统操作的连续性客户要求在任何时间都可以获得信
