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分类: 服务器与存储

2012-01-17 11:33:52

LUN详解
    博客分类:

LUN概述

LUN的全称是Logical Unit Number,也就是逻辑单元号,是SCSI中的概念。 我们用Target ID(也有称为SCSI ID的)来描述这些设备,设备只要一加入系统,就有一个代号,我们在区别设备的时候,只要说几号几号就ok了。 早期的SCSI系统采用3个ID,一个SCSI总线上只能接驳8个设备,除了SCSI控制卡占用了一个ID外,只剩7个设备号可用。尽管SCSI以后采用了4位ID,扩展到了16个设备,但对于现代的存储设备,这种个位数的ID识别号显然不够用。目前生产环境上多产用RAID技术来规划存储,通过RAID组合后的磁盘不再能看到单独的磁盘信息,而是变成了一个巨大的存储空间。古老的RAID技术只能将此存储空间整体分配,被指定了一个LUN后,成为了一个“逻辑”磁盘,供接驳的计算机使用。
鉴于上述种种原因,于是我们引进了LUN的概念,也就是说LUN ID的作用就是扩充了Target ID。每个Target下都可以有多个LUN Device,我们通常简称LUN Device为LUN,这样就可以说每个设备的描述就有原来的Target x变成Target x LUN y了,那么显而易见的,我们描述设备的能力增强了,同时也能对存储空间内的磁盘进行单独的管理。就好比,以前你给别人邮寄东西,写地址的时候,可以写:
  xx市人民大街54号 xxx(收)
  但是自从高楼大厦越来越多,你不得不这么写:
  xx市人民大街54号xx大厦518室 xxx (收)
所以我们可以总结一下,LUN ID不等于某个设备,只是个号码而已,不代表任何实体属性,在我们的实际环境里,我们碰到的LUN可能是磁盘空间,可能是磁带机,或者是media changer等等。
LUN就是我们为了使用和描述更多设备及对象而引进的一个方法而已,一点也没什么特别的地方。

还要说明的地方是,在有些厂商和有些产品的概念里,LUN ID被绑定到了具体的Device上,比如IBM的一些带库,整个带库只有一个Target ID,然后changer,tape drive被分别分配为LUN0、LUN1、LUN2…,但是我们要注意到,这只是产品做了特别设计,也是少数情况。

存储和主机的LUN概念区别
在磁盘阵列和磁带库大行其道的时代,存储越来越智能化,越来越像一个独立的机器,实际上存储和主机的电气独立本来就是一个必然趋势,俗话说得好,儿大要分家嘛。在存储越来越重要的时代,存储要自立门户是必然的事。
如果我们把存储当作一个独立的主机来看,理解起来就很简单了。我们说到LUN的概念的时候,我们就要将分为两个层面。一个层面就是在阵列这个机器的OS识别到的范围,另一个层面就是服务器的OS识别到的范围。这两个层面是相对独立的,因为如果我们把存储当作一个主机来看,那么它自然有自己的Device、Target、LUN之说,而服务器也有自己的Device、Target、LUN之说;另外一方面,这两个层面又是相互关联的,一个阵列的控制系统,大多都有虚拟化的功能,阵列想让主机看到什么样的东西,主机才能看到相应的东西。当然,服务器识别到的最小的存储资源,就是LUN级别的。那么主机的HBA卡看到的存储上的存储资源就主要
两个东西来定位,一个就是存储系统的控制器(Target),一个就是LUN ID,这个LUN是由存储的控制系统给定的,是存储系统的某部分存储资源。

LUN masking,LUN mapping和Zone

我们有了独立的磁盘阵列用了之后,服务器只要看到存储的控制系统,就有可能使用磁盘阵列的磁盘资源,但是磁盘阵列不可能只为某一个服务器来使用,所以它必须管制主机使用某部分磁盘资源。实现这种管制的主要技术有:LUN mapping,LUN masking和Zone。

LUN masking

LUN masking是指LUN与主机HBA卡的WWN地址绑定,与主机HBA卡建立一对一或多对一的连接和访问关系。无论主机跳线到同一个FABRIC(无 zone设置)的哪一个端口上,主机都能识别到相同的LUN。存储设备一般默认在卷和主机间建立多对一的对应关系,即一台主机可访问存储设备上的多个卷。
每块磁盘都在一个队列里,磁盘分区也能被分配成LUN。当多台计算机在同一时间访问同一磁盘时将会导致磁盘数据的混乱。如果你应用LUN masking,那么一个单独的RAID将被分到多个逻辑磁盘上,这些磁盘都分配给了指定的计算机。通过LUN masking,只有特定的LUN才能被特定的SCSI卡访问。不仅是SCSI接口的磁盘阵列,由于FC实际使用的也是SCSI协议,因此较新的FC磁盘阵列也可有提供LUN masking功能。被划分完的LUN设备会属于一个Host Group中。同一Group中的FC卡,能访问这个Group中的LUN,而不能跨越Group访问指派给别的Group的LUN

逻辑单元数掩码(LUN masking)是以独立磁盘冗余阵列(RAID)为中心的,在一个端口掩码多个LUN的加强型方法。LUN masking在存储控制器级别上进行 主机HBA的WWN绑定,因此存储控制器能够将不同LUN划分给一个或多个主机,可以提供LUN级别的访问控制。

LUN masking也允许磁盘存储资源在多个独立服务器之间共享。单个的大容量RAID设备可以划分子模块,之后通过带LUN masking功能的SAN光纤通道连到RAID上的不同主机上,提供服务。所以,只有一个或者有限的服务器可以看到LUN (例如,磁盘薄片,部分,单元), 可对RAID设备中的每个LUN进行限制。

但并不是所有的RAID设备具有LUN masking能力,这样,为了设置LUN masking, 一些HBA厂商允许在驱动器级进行持久绑定(persistent binding)。

LUN Mapping
LUN Mapping是LUN与存储设备的主机端口进行绑定,工作站连接不同的主机端口时所能访问的LUN不同。
当一个存储系统同时为多个应用系统提供数据存储服务,且不同应用系统的主机分别处于不同的地理地址时,有可能用到第二种LUN Mapping方式。即将不同的LUN与不同的存储主机端口绑定,不同的主机端口与不同的FC交换机或者不同的ZONE连接,从而实现不同的工作站只能访问不同的端口。
一个LUN Mapping中所对应的LUN和存储主机端口(WWPN)成为一个分区。由于存储设备的主机端口数量是一定的,如果划分的LUN Mapping分区越多,分区中存储主机端口就会越少。存储设备的冗余链路连接功能就越小,当一个分区里只能设置一个主机端口时,存储就失去了冗余链路连接功能,整个系统极易因存储主机端口和交换机端口的故障而发生单点故障。
当系统无FC交换机,主机与存储设备的主机端口直连时,通过LUN Mapping实现起来LUN分区非常方便。当所有主机端口都连接到同一个FABRIC时,就需要与 FCswitch的ZONE结合起来一起使用,来实现数据通信的隔离。
不同厂商对LUN Masking和LUN Mapping的定义和解释不完全相同。有的甚至就定义成一个名称,如SAN SHARE,而有的存储干脆就没有LUN Masking和LUN Mapping功能。

ZONE

在早期的SAN方案中,服务器大多是同种操作系统,SAN环境下的安全性问题并不突出。但是现在的方案中,异种操作系统并存的需求比比皆是,多套磁盘阵列子系统或具有多个主机接口的磁盘阵列子系统也很常见。为了保证SAN正常工作,不互相破坏数据。基于FC存储交换机层面的Zoning 分区划分,可以有效提供一种解决方案。这样服务器只能访问同一分区内的设备,提高设备访问的安全性.
很多用户将Zoning 分区和LIP 隔离混淆,认为Zoning 就是LIP 隔离,实际情况为两者是不同的概念。
当FC 存储交换机遵循FC-AL协议工作时,一般所有的设备之间协商AL_PA地址(或常说的Loop_ID),这个过程我们称为环路初始化(LIP)。SAN上有任何新的设备启动都会引起LIP,这时所有的机器停止工作进行地址协商,因此LIP会使系统中断工作.
当 FC存储交换机遵循FC-SW协议工作时,需要特殊的服务来确保SAN正常工作,与上面所说LIP相类似的一个服务就是RSCN。设备做完Fabric Login后会向交换机登记许多信息,当该设备关闭或重新启动时就会引起登记状态的改变,RSCN服务就是负责将登记状态改变信息通知SAN上的所有设备。
可见,LIP和RSCN都对SAN的正常工作造成破坏,对于一些特殊关键应用甚至是致命的,如视频流应用和磁带库备份应用。根据FC-AL协议标准,LIP一般需要15毫秒,而遵循FC-SW 协议的RSCN根据实际的SAN环境的复杂程度,甚至影响正常通讯达数秒。
对于不具备LIP隔离功能的交换机,在解决RSCN 影响问题时,只能靠Zoning 分区的方法使一个分区的设备对其他分区的设备减轻冲击。但是,在视频流应用的实际测试效果来看,仍然对正常通讯的设备性能造成了较大的影响.
进行zone划分有两种方式:

1.基于端口的Hardware Zoning(硬件分区)划分,可以产生直观、清晰的逻辑划分,在实践中被大量使用。

2. Software Zoning(软件分区)方法,即基于WWN (World Wide Name) 进行分区。不过,软件分区在实际使用中较少使用.

FC SWITCH上的ZONE功能类似于以太网交换机上的VLAN功能,它是将连接在SAN网络中的设备(主机和存储),逻辑上划到为不同的区域内,使得不同区域中的设备相互间不能FC网络直接访问,从而实现网络中的设备之间的相互隔离。

Zoning分区可具有以下特点:
a. 分区可以重叠、同一设备可属于不同分区
b. 分区可以在设备运行时动态划分
c. 使不同的操作系统可以在一个SAN里共存

 


假设两台FC交换机通过级连线连接成一个fabric。红色区域的交换机端口属于ZONE 1,绿色区域属于zone 2,蓝色区域属于zone 3,橙色区域既属于zone 1又属于zone 3,白色为扩张端口区域,不需要定义zone。
在这两台FC交换机组成的fabric中,凡是红色区域zone 1中的设备之间都可以相互访问,但是不能访问绿色区域和蓝色区域中的设备,但可以访问橙色区域中的设备,因为橙色也属于zone 1。
蓝色区域与红色区域相似。
绿色区域zone 2中的设备之间只能可以相互访问,别的任何区域的设备。
橙色区域中的设备既可以访问红色区域中的设备,又可以访问蓝色区域中的设备,但不能访问绿色区域中的设备。
按照中方法,无论存储系统的结构有多么复杂,都可以通过画图的方式把LUN、存储设备主机端口,交换机端口和工作站之间的关系分析清楚。

LUN masking和Zone比较

由上文可以知道,LUN masking和zone的功能都是将特定的LUN划分给特定的主机来实现数据隔离,这两项技术的具体区别如下:

1、交换机里面那个隔离的功能叫Zoning,该功能能做一些隔离和访问限制,但是是基于端口层次的。如果要把一个端口连接的多个LUN区别对待,Zoning就不行了,就得靠阵列控制器里面的Lun Masking功能了。例如,通过同一个端口连接的LUN需要分配给多个主机,那么就需要Lun Masking。

2、LUN masking是在存储控制器或者HBA卡上进行的,可以控制主机访问特定的LUN。Zone

发生在SAN中的交换机上,他将不同的存储正列和主机划归到不同的zone中。

3、 zone是通过交换机端口的强制物理的隔离masking是逻辑隔离,物理没有隔离。在多台服务器连一台或者多台存储用。存储设备有很多,主机不同应用有很多,OS有很多 时,zone能很好的隔离数据。 根据前文所述,LUN masking和只能 主机HBA卡建立一对一或多对一的连接和访问关系, 如果在一个LUN对应多台主机的共享存储架构中,则只能通过zone来实现。 LUN Masking的层面是逻辑的阵列内部,ZONE的层面除了一个设备以外,还有多个设备,而多个设备的情况下,显然这个存储的LUN Masking不能给另外一个存储用。 如果交换机未划分zone那么连接到该换机的主机将可任意访问连接到该交换机的LUN。同时在交换机上划分多个zone也可以有效防止当单个zone失效的时候,影响到其他zone! 因此当主机或者存储特别多的时候,zone就变得很有意义。

4、划分zone还一方面是 FC协议本身的问题,在出现意外的情况时,会产生RSCN公告,大量的RSCN时会影响到正常使用,影响NameServer的正常工作,和响应 Fabric Login,通过HardwareZone隔离设备是ZONE的功能之一。也正是因为这样,我们划分ZONE的原则是Single HBA ZONE。现在交换机都采用FC-SW协议了,以前老的loop协议的时候产生LIP,产生LIP会让数据中断。


参考至:

            

            

            

            

            

            

             http://storagetrendz.blogspot.com/2008/06/lun-mapping-persistent-binding-lun.html

             %28WS.10%29.aspx

            

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