關於存儲控制器的多路徑機制

關於存儲控制器的多路徑機制

ALUA即“Asymmetric Logical Unit Access（異步邏輯單元訪問）”的縮寫，它是前端控制器多路徑機制之一。
前端控制器多路徑機制一定程度上決定存儲的讀寫性能和可靠性，現有的前端控制器多路徑機制可分為三大類：

A/A：Symmetric Active/Acivie，對於特定的LUN來說，在它的路勁中，兩個存儲控制器的目標端口均處於主動/優化（active/optimized）狀態。兩個控制器之間實現高速互聯的通訊，一個IO發到控制器端，兩個控制器可同時參與處理；當一個控制器繁忙，系統不需要主機端的負載均衡軟件參與就可以自動實現負載均衡。

ALUA：Asymmetric Active/Active，對於特定的LUN來說，在它的路徑中，一個控制器的目標端口處於主動/優化（active/optimized）狀態，另一個控制器的目標端口處於主動/非優化（active/unoptimized）狀態。在某一個時刻，某個LUN只是屬於某一個控制器，要想實現兩邊的負載均衡，就是將任務A扔給控制器A，將任務B扔給控制器B，對於同一個任務來說，任何時候只有一個控制器在控制。

A/P：Active/Passive，對於特定的LUN來說，在它的路徑中，一個控制器的目標端口處於主動/優化（active/optimized）狀態，另一個控制器的目標端口處於備用（standby）狀態。其負載均衡及任務處理方式與ALUA類似。

Active/optimized、Active/unoptimized、Standby和Unavailable是目標端口的四種訪問狀態，在相應訪問狀態下，設備服務器（即陣列控制器）只能回應相應的命令標准(命令標准由ISO/IEC 14776-453文件Part 453：SPC-3制定)，這就決定了在某一時刻是否可以通過某個目標端口訪問邏輯單元。

目標端口的狀態可以轉換，目標端口從一個狀態轉換到另一個狀態的過程稱為過渡。

Active/optimized：目標端口有能力立即訪問邏輯單元。

Active/unoptimized：只能回應相應的命令標准，可以過渡到Active/optimized。

Standby：只能回應相應的命令標准，可以過渡到Active/optimized。

Unavailable：只能回應有限的命令集，不可以過渡到其他三種狀態。

在A/A陣列中，管理員無需指定每個LUN的默認所有者，當路徑出現故障，將離線故障路徑並重定向IO到其他路徑，IO重定向期間，存儲控制器會充分考慮負載平衡等因素並選擇最合適的路徑。對於應用程序，路徑切換過程是透明的的，幾乎不會有延遲（延遲時間一般為幾秒）。

在ALUA或A/P陣列中，管理員需指定每個LUN的默認所有者，設置一些LUN的默認所有者為控制器A，另外一些LUN的默認所有者為控制器 B, 人為在兩個控制器之間進行負載均衡；如果路徑發生故障，將重新分配IO流量到其他可用的路徑，同時，停止故障路徑上的IO。對於應用程序，路徑切換過程是透明的，然而，會有延遲（延遲時間一般為幾十秒）。

在制定負載平衡策略時，必須同時兼顧多路徑軟件功能及存儲陣列的多路徑機制（A/A-ALUA-A/P)。

MS3000/MS5000屬於ALUA陣列，H公司的IX3000屬於A/P陣列，HDS推出的AMS2000屬於A/A陣列。從理論上來說，對於不同的多路徑機制，最直觀的表現是路徑切換的延時不同，A/A機制最優且幾乎無延時，ALUA機制稍差且有延時，A/P機制最差且延時更大。

存儲設備有兩個I/O控制器，每個I/O控制器上有兩個連接主機的端口。存儲設備中還有n個磁盤，並假定每個磁盤對應一個LUN。對於存儲設備中的LUN，可以有幾種不同的多路徑訪問方式：

Active-Active（A/A）：如果對於存儲設備的同一個LUN的I/O請求訪問可以同時在兩個I/O控制器，或者某一個控制器的兩個端口上同時進行，則稱之為active-active（A/A）型的存儲設備。
Active-Passive（A/P）。如果存儲設備只在一個（primary）I/O控制器（端口）上接受和執行對LUN的I/O請求，但是，它可以被切換，或者fail over，到從另一個（secondary）I/O控制器（端口）來訪問這個LUN，則它稱為active-passive（A/P）型的存儲設備。這種切換，稱為LUN failover，或者LUN trespass。
Active-Active型的存儲設備又進而分為兩種： 對稱型（A/A-S）和非對稱型（A/A-A）：
在active-active存儲設備中，LUN可以同時通過兩個I/O控制器 或者端口來訪問，唯一的限制在於通過兩個控制器（端口）訪問LUN的性能是否有差別。如果通過secondary控制器或者端口對LUN進行I/O的性能要比通過primary控制器（端口）低得多，則為非對稱型；如果兩者性能相同，則為對稱型。
Active-Passive型的存儲設備又可分為不同的類型：隱式failover型和顯式failover型：

隱式failover型存儲設備根據針對I/O請求接收的路徑不同來觸發LUN failover，即它在secondary路徑上接收到對LUN的請求時，會自動從primary I/O路徑failover到secondary路徑。因為LUN failover（也稱為trespass）是一個慢操作，會影響到性能，在A/P存儲設備上如何有效管理LUN trespass是一個關鍵課題，要使得在給定時刻對某個LUN的所有I/O應該只流向其中一個I/O控制器（端口）。而顯式failover型存儲設備只是在從主機上接收到特定的SCSI命令時才進行fail over。顯式failover提供了A/P存儲設備用在集群環境（即多個主機可以直接對LUN發起I/O請求）中實現高性能所需的控制。如果沒有顯式failover能力，集群軟件必須在發起隱式failover之前，仔細同步所有主機對LUN的訪問，防止來自多個主機的I/O請求導致持續的failover。
LUN failover型和LUN組failover型：
如果各個LUN獨立地從一個I/O控制器（端口）fail over到另一個I/O控制器（端口），則稱為LUN failover型。但是，某些active-passive存儲設備可以通過管理將多個LUN配置成LUN組，並且實現組中LUN同時fail over，即在組中一個LUN的所有primary I/O控制器（端口）故障時，將組中所有LUN都fail over到secondary I/O控制器（端口），具有這種能力的存儲設備稱為組failover型。組failover要比單個LUN的fail over快得多，可以降低I/O控制器（端口）故障對應用程序的沖擊，尤其在存儲設備存在大量的磁盤（LUN）的情況下。
如果同時考慮I/O控制器和端口，則還存在一種多路徑並發型Active-Passive（A/P-C）的訪問方式。這時，存儲設備可以在同一個I/O控制器的兩個端口同時接收並執行針對某個LUN的I/O請求，只是在當這個I/O控制器，或者說這個I/O控制器的兩個端口，出現故障之後，它會failover到另一個I/O控制器的端口。