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1、(10)申请公布号 CN 103946821 A (43)申请公布日 2014.07.23 C N 1 0 3 9 4 6 8 2 1 A (21)申请号 201280057284.7 (22)申请日 2012.09.21 13/200,242 2011.09.21 US G06F 13/00(2006.01) (71)申请人凯文马克克卢哈特 地址美国得克萨斯州 (72)发明人凯文马克克卢哈特 (74)专利代理机构北京银龙知识产权代理有限 公司 11243 代理人曾贤伟 周捷 (54) 发明名称 数据存储器架构扩展系统及方法 (57) 摘要 本发明公开了一种数据存储器架构扩展 (DAX)系统/。
2、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。
3、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。 (30)优先权数据 (85)PCT国 际申请进入国家阶段日 2014.05.21 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/056619 2012.09.21 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/044060 EN 2013.03.28 (51)Int.Cl. 权利要求书4页 说明书33页 附图32页 按照条约第19条修改的权利要求书3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书33页 附图32页 按照条约第19条修改的权利要求书3页 (1。
4、0)申请公布号 CN 103946821 A CN 103946821 A 1/4页 2 尽管已经在附图中示出，并且在前述详细说明中描述了本发明的优选实施例，但是可 以理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，而是能够在不背离由下列权利要求定义和 提出的本发明的精神的前提下具有许多重新排列、修改和替代。 要求保护的是： 1.一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PTDDC经由所述HBA端口。
5、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翻译所述DDDAC，并且以适宜被电连接到所述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DDDAC； 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 且如果是的话，在修改所述DDDAC之后，将所述DDDAC传递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逻辑块地址空间； 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 且如果不是的话，经由所述PTO端口将所述DDDA。
6、C传递给附接到所述PTDDC PTO端口的任 何菊花链连接的PTDDC的PTI端口；以及 所述PTDDC逻辑连接来自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，以影响由所述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DDI端口中 的每个都包括选自由PATA、SATA、eSATA、microSATA、光纤通道、串行存储器架构(SSA)和 USB的组成的组中的电气接口。 3.根据权利要求1的数据存储器架构扩展系统，其中所述HBA端口和所述PTI端口被 电气。
7、连接，并且针对所述PTDDC形成单个的统一的接口端口。 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PCB上的 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。 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包括安装在PCB上的 ASIC，所述ASIC包含与PTDDC功能相结合的磁盘驱动器控制。
8、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 权 利 要 求 书CN 103946821 A 2/4页 3 PTO端口的连接器。 6.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。
9、磁盘驱动器的LBA计数，并且经 由所述PTO端口将该产生的DDDAC传递给附接到所述PTDDC PTO端口的任何一个菊花链连 接的PTDDC的PTI端口。 7.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 影响在所述所接附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。 8.根据权利要求1的数据。
10、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、串行菊花链状连 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。 9.根据权利要求8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 EXT2、EXT3、EXT4、FAT12、FAT16、FAT32、Files-11(ODS)、HFS、HFS Plus(HFS+)、NTFS和XFS 组成的组中的磁盘上文件系统。 10.根据权利要求8的数据。
11、存储器架构扩展系统，其中所述逻辑文件系统具有比附接 到所述过量的串行菊花链连接的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，可以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过量串行菊花链连接的PTDDC控制器的链的末端。 11.一种数据存储器架构扩展方法，其中所述方法控制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)。
12、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； 其中所述方法包括如下步骤： (1)经由所述HBA端口或所述PTI端口接收输入的磁盘驱动器数据访问命令(DDDAC)； (2)翻译所述DDDAC，并且以适宜被电气连接到所述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端口发送所述DDDAC； (3)确定所述DDDAC是否落入所述所附接的磁盘驱动器的LBA范围内，并且如果是，则 在修改所述DDDAC之后将所述DDDAC传递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。
13、射的所述逻辑块地址空间； (4)确定所述DDDAC是否落入所述所附接的磁盘驱动器的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 PTO端口的任何一个菊花链连 权 利 要 求 书CN 103946821 A 3/4页 4 接的PTDDC的PTI端口；以及 (5)逻辑连接来自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端口来影响由所述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。 12.根据权利要求11的数据存储器架构方法，其中所述HBA端口和所述DDI端口中的 每个都包括电气接口，所。
14、述电气接口选自由PATA、SATA、eSATA、microSATA、光纤通道、串行 存储器架构(SSA)和USB组成的组。 13.根据权利要求11的数据存储器架构方法，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。 14.根据权利要求11的数据存储器架构方法，其中所述PTDDC包括安装在PCB上的 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。
15、合到上游 菊花链连接的PTDDC控制器的PTO端口的连接器。 15.根据权利要求11的数据存储器架构方法，其中所述PTDDC包括安装在PCB上的 ASIC，所述ASIC包括与PTDDC的功能相结合的磁盘驱动控制电子器件，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。 16.根据权利要求11的数据存储器架构方法，其中所述PTDDC通过确定与所述DD。
16、DAC 关联的LBA值是否落入所述所附接的磁盘驱动器的LAB范围内来执行所述翻译，并且如果 不是，则从与所述DDDAC相关联的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端口将该产生的DDDAC传递给附接到所述PTDDC PTO端口的任何一个菊花链 连接的PTDDC的PTI端口。 17.根据权利要求11的数据存储器架构方法，其中所述磁盘驱动访问命令不经过LBA 翻译，而是被立即传送给所述PTO端口，用于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 RAID存储器阵列配置，所述RAID存储。
17、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。 18.根据权利要求11的数据存储器架构方法，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，其中每个所述PTDDC都经由DDI端口连接到磁盘驱动器，并且所述菊花 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。 19.根据权利要求18的数据存储器架构方法，其中所述逻辑文件系统实现选自由 EXT2、EXT3、EXT4、FAT12、FAT16、FAT32、。
18、Files-11(ODS)、HFS、HFS Plus(HFS+)、NTFS和XFS 组成的组中的磁盘上文件系统。 20.根据权利要求18的数据存储器架构方法，其中，其中所述逻辑文件系统具有比附 接到所述过量的串行菊花链连接的PTDDC控制器的磁盘驱动器的存储容量总和大的逻辑 权 利 要 求 书CN 103946821 A 4/4页 5 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 统内的一个或多个保留文件，其中可以修改所述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。
19、合被添加到所述串行菊花链连接的PTDDC控制器的链的末端。 权 利 要 求 书CN 103946821 A 1/33页 6 数据存储器架构扩展系统及方法 0001 版权的部分豁免 0002 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。 0003 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。 技术领域 0004 本发明一般涉及与计算机数据存储相关的系统/方法，并且。
20、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。本发明的一些优选的示例性实施例也 利用独立磁盘冗余阵列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)存储方法实现数 据存储器架构扩展。 背景技术 0005 传统的计算机存储器架构(0100) 0006 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。
21、经由主机总线适配器(Host Bus Adapter，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。 0007 PATA/PATAPI(0200、0300) 0008 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。
22、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)。 0009 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。 0010 SATA/SATAPI(0400、0500) 0011 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。
23、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 说 明 书CN 103946821 A 2/33页 7 驱动器控制器(0411)。 0012 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。
24、动器需要一个串行电缆。 0013 端口倍增器/端口选择器(0600) 0014 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。
25、增器(0630)与至多15个磁盘驱动器通信。 0015 应当注意的是，这些端口倍增器具有许多限制： 0016 (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)”)。 0017 (2)端口倍增器仅限于连接15个磁盘驱动器。 0018 (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。 0019 (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。
26、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。 0020 (5)没有将附接到端口倍增器的存储器进行连结的机制。 0021 (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。 0022 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。 0023 NAS/超出RAID拓扑(。
27、0700、0800) 0024 尽管目前市场上存在大量的网络附加存储(Network Attached Storage，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。 0025 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Data Robotics公司 制造的商标NAS商标的存。
28、储系统，和2011年1月18日发行的 美国专利7，873，782“FILESYSTEM-AWARE BLOCK STORAGE SYSTEM，APPARATUS，AND METHOD” 说 明 书CN 103946821 A 3/33页 8 中所描述的，以及指定给Data Robotics公司的其他相关的美国专利。本发明以参考形式 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。 0026 这些存储的实现经历有这种需求：在增强的存。
29、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。 0027 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。
30、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)中大体上示出了这 种概念，并且这种概念代表了在允许扩展其物理存储容量的存储分配系统的技术现状。通 常通过“欺骗”操作系统使之认为存储元件具有比物理附接的存储器更多的存储器，并且随 后将向逻辑存储器阵列做出的逻辑块请求重新映射到与阵列相关联的稀疏分布的物理磁 盘驱动器元件，来实现这种扩展容量。在大型存储器阵列系统中，这种重新映射过程通常很 笨重、耗时并且是潜在的故障点。在这些情况下实现冗余的方法能够解决故障点的问题，但 是，需付出明显增加系统开销并且降低系统性能的代价。 0028 现有技术费用结构 0029。
31、 企业费用结构 0030 在现有技术的环境下，与存储器阵列相关的问题之一是整体的磁盘驱动器存储器 的费用。关于该主题的许多评论的解释， 0031 在消费市场中硬盘驱动器的费用与磁盘企业的存储系统的每GB的费用之间通常 是分开的。在以费用/GB的形式，硬盘驱动器的费用正在降低的同时，磁盘并未变得更便 宜他们只是变得更大。一旦你将存储器控制器、转换和维护的费用包括进来，企业磁盘 是非常昂贵的。节选自Jamon Bowen的“The Real Price of Enterprise Storage”(企业 存储的真实价格)。 0032 这条2011年的信息继续说明，在磁盘驱动器存储器的费用/GB在稳。
32、定降低的同 时，每个企业磁盘驱动器的总的平均费用仍然保持稳定在大约$2500美元/驱动器。 0033 当前磁盘驱动器的价格趋势 0034 考虑到下列零售的磁盘驱动器存储器的当前价格趋势，以上企业磁盘驱动器的费 用结构是令人非常吃惊的。 0035 说 明 书CN 103946821 A 4/33页 9 驱动器容量驱动器价格(USD$)费用/TB(USB$/TB) 500GB 40 80 1TB 60 60 2TB 80 40 3TB 180 60 0036 从该2011年的数据中，很清楚的是，在单个磁盘驱动器的费用并不是在企业环境 中实现磁盘驱动器的整体费用中的显著部分。如上所述，在这种环境下，。
33、与存储器控制器、 转换和维护相关的费用占据了整体的数据存储器的费用的主要部分。 0037 此外，应当注意的是，给定驱动器的每太字节的价格在市场上并不统一。在此示 例中，与较大的磁盘驱动器相比，较小的驱动器通常会具有更高的费用/TB，但是在容量曲 线的最末端，最大的驱动器通常会要求溢价。在此示例中，应当注意的是，能够以低于单个 3-TB驱动器的价格拥有4TB的存储器(使用2个2-TB驱动器)。这个费用/TB差异至今 还未被附接存储器市场的现有技术所利用，原因是如下文中可见的，与将给定驱动器附接 到计算机系统相关的开销极大地超出了在单个磁盘驱动器上的任何价格差别。 0038 NAS存储器价格趋势 。
34、0039 如前所述，各种NAS和其他的技术已经变得可用，他们允许以适于作为一个或者 多个逻辑磁盘驱动器而由计算机系统进行访问的方式，将磁盘驱动器阵列附接到计算机系 统，用于集合磁盘驱动器的存储容量。在这种情况下，已经在硬件和软件中实现了的对RAID 和其他容错架构的使用，作为在存储器阵列和主机计算机系统之间的“桥”。 0040 用于这些系统的附件可以包括各种技术，包括eSATA、千兆以太网和其他接口。所 有这些方法都依赖于存储器阵列存储器阵列被封装在单独的封闭壳内的存储器阵列，所述 单独的封闭壳具有单独的供电并且通常具有包括计算机处理器的磁盘驱动器控制器母板， 所述计算机处理器能够访问所有附接。
35、(通常被放在架上)的磁盘驱动器，并且为附接的磁 盘驱动器提供到主机计算机系统的逻辑磁盘驱动器接口。 0041 所有的该硬件开销，尤其是对单独的磁盘驱动器控制器母板的需求，极大地增加 了附接存储器的整体费用。作为示例，下表示出了可用的多个NAS系统以及使用该架构的 这些系统的费用结构。 0042 说 明 书CN 103946821 A 5/33页 10 0043 从该数据中明显看出的是，给定磁盘驱动器的费用/TB的价格与使用传统的NAS 或者其他现有技术附件架构将磁盘驱动器附接到计算机系统上的费用之间的差异。一般来 说，使用NAS或者其他类似架构将单个磁盘驱动器附接到计算机上的费用将附接磁盘驱动。
36、 器的费用增加了大约5X到50X个因子。此外，该因子随着整体磁盘驱动器阵列大小的增大 而增大，使得实现更大的阵列比实现更小的阵列更加昂贵。 0044 现有技术中的缺陷 0045 上述现有技术中存在以下缺陷： 0046 (1)允许的磁盘驱动器与驱动控制器的比率通常绝不多于八(8)，但可以低至2。 这样的低比率意味着在数据存储系统中扩展总体存储容量需要添加磁盘驱动器和主机控 制器，或者替选地用更大容量的单元(如果可能的话)来代替现有的磁盘驱动器。 0047 (2)HBA接口通常必须利用额外的软件(或者在某些情况下的固件)来在附接到给 定计算机系统的存储器元件内实现RAID功能。这使得通常不可能在更。
37、新的应用中在给定 计算机系统内实现RAID功能。 0048 (3)不可能使用传统的存储器架构递增地增加给定存储系统的存储容量。 0049 (4)由于需要额外的主机控制器接口和/或系统基础构造，现有的NAS和相关的 RAID架构增加整体系统的费用。 0050 (5)现有的NAS和相关的RAID架构可能限制数据存储系统所支持的文 件系统的类型。这样的配置可能不与从中访问存储器阵列的主机操作系统完全兼 容。作为示例，许多NAS系统利用XFS文件系统架构，所述XFS文件架构与在许多 商标操行系统上所使用的NTFS文件结构不完全兼容。 说 明 书CN 103946821 A 10 6/33页 11 00。
38、51 (6)向现有的计算机系统添加NAS和其他相关的磁盘驱动器阵列技术的硬件费用 开销造成给定存储器阵列的费用/TB的明显增加。具体地，与将存储器阵列通过接口连接 到计算机系统相关的费用使得与磁盘驱动器存储元件相关的费用变得很小，使得整体的系 统实现非常低效。 0052 (7)使用NAS和其他相关架构将给定磁盘驱动器添加到计算机系统的增加的费用 使每个驱动器增加的磁盘驱动器费用增加了5X到50X个因子，极大地增加了计算机系统上 的额外磁盘驱动器存储器的费用。 0053 (8)使用RAID-5/6配置需要典型的离线重建时间，该时间与磁盘驱动器故障/替 换的规律为6小时/TB的周期相关。对于24T。
39、B的低容量存储器阵列来说，该时间大约为6 天，对于高可用率存储系统来说，这是不可接受的停机时间。 0054 一些现有技术可能教导了对这些问题中的许多问题的一些解决方案的同时，现有 技术还没有解决在具有有限的HBA接口容量的现有计算机系统内廉价地扩展数据存储系 统的核心问题。 0055 发明目的 0056 因此，本发明的(在其他目标中的)目的是避免现有技术中的缺陷并且影响以下 目的： 0057 (1)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，允许递增地增加整体存储容量。 0058 (2)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许在不需要额外的HBA接口 的前提下将额外的磁盘驱动器添加到存储器阵列。。
40、 0059 (3)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许在不需要操作系统的软件 修改或者对存储器设备的分区结构的修改的前提下，将额外的磁盘驱动器添加到存储器阵 列。 0060 (4)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许在不需要系统软件的硬件 和/或软件修改的前提下，将RAID功能添加到给定计算机系统。 0061 (5)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许将过多的磁盘驱动器附接 到单个HBA接口。 0062 (6)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许在存储器阵列中的、对故障 磁盘驱动器的透明替换。 0063 (7)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许在存储器。
41、阵列上创建主机 操作系统文件系统结构。 0064 (8)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许最小化与附接各个磁盘驱 动器相关的费用开销的同时，将存储器阵列元件添加到计算机系统。 0065 (9)提供一种数据存储器架构扩展系统和方法，其允许以比使用NAS和相关技术 可实现的费用大幅降低的费用，将额外的存储器阵列元件添加到计算机系统。 0066 不应当将这些目标理解为对本发明的教导的限制的同时，这些目标大体上是由在 以下章节中讨论的所公开的发明中可以部分或者全部实现的。本领域的技术人员无疑能够 选择如同所公开的本发明的多个方面来影响上述目标的任何组合。 0067 发明内容(0900) 00。
42、68 图9(0900)中示出了本发明的一般架构的简要概括，其将本发明所教导的磁盘驱 说 明 书CN 103946821 A 11 7/33页 12 动器架构扩展系统/方法与图1(0100)中大致示出的现有技术配置进行对比。这里，我们 看到图9(0900)中示出的系统应用架构包括计算机系统(0910)(典型地在操作系统(0912) 的控制下运行)，该计算机系统还包括系统总线(0911)，该系统总线具有一个或多个主机 总线适配器(HBAs)，所述适配器用于两个示例性磁盘驱动器接口：PATA磁盘驱动器接口 (0920)和SATA磁盘驱动器接口(0930)。由于使用图1(0100)中的传统的现有技术配。
43、置， 这些磁盘驱动器接口通常被限制为每个控制器2-4个磁盘驱动器，但是并不必须限制为这 样。 0069 这种配置还可以在这种场景下呈现出来：用户接口计算机(0910)操作网页浏览 器(0913)，该浏览器在互联网(0914)(或者某些其他计算机网络)上与具有附接PTDDC的 磁盘存储器(0917)的网页服务器(0915)(典型地在操作系统(0916)的控制下运行)通 信，所述附接PTDDC的磁盘存储器支持托管网站(hosted website)(0918)、电子邮件服务 器、远程备份服务、网页搜索设施等)或者需要数据存储的任 何其他的计算服务的存储需求。该分布式网络存储器模型可以包含本地化的数。
44、据存储器和 /或跨国境和/或跨越洲际的远程数据存储器设施。 0070 本发明介绍了作为在主机总线适配器(HBA)磁盘驱动器接口与所服务的相应磁 盘驱动器(0921，0922，0923，0924，0931，0932，0933，0934)之间的直接接口的、在上述传 统框架中的直通磁盘驱动器控制器(Pass-thru Disk Drive Controller，PTDDC)(0941， 0942，0943，0944，0951，0952，0953，0954)。然而，应当注意的是，在服务单个磁盘驱动器 (0921，0922，0923，0924，0931，0932，0933，0934)的同时，在该架构中，。
45、可以以菊花链状 (daisy-chained)连接PTDDC(0941，0942，0943，0944，0951，0952，0953，0954)。PTDDC的这 种有序的菊花链(0941，0943)，(0942，0944)，(0951，0953)，(0952，0954)允许将过多的磁 盘驱动器电气附接到单个HBA接口。 0071 PTDDC(0941，0942，0943，0944，0951，0952，0953，0954)的功能是从HBA接口端口 接收数据/控制信息，并且将该信息传输给与附接到PTDDC接口的一个或者多个磁盘驱动 器相关联的逻辑块地址(LBA)。该LBA映射是对于HBA接口的功能是。
46、透明地发生的，使得只 要涉及到计算机系统(0910)(并且更重要的是在计算机系统(0910)上运行的任何操作系 统(0912)，PTDDC链就表现为具有包括(最小为)在PTDDC磁盘驱动器菊花链内的最大数 量的逻辑块的总和的逻辑容量的一个物理磁盘驱动器。与现有技术中增加扩展数据存储器 的方法相比，本发明不需要对于PTDDC菊花链存储器阵列上的数据存储器的“文件系统知 悉”方法。更确切地说，LBA地址的翻译通过每个PTDDC(必要时)无缝并且快速地产生，来 影响在PTDDC菊花链串内的给定磁盘驱动器上的数据的适当放置和恢复。 0072 尽管图9(0900)中示出的示例性实施例利用了PATA/SA。
47、TA磁盘驱动器，但本发明 并不限于任何特定的磁盘驱动器或者任何特定的磁盘驱动器HBA或接口总线。更确切地 说，本发明充分一般化为利用任何数据存储器元件进行工作。此外，通过利用适当的卷格式 化，在操作系统(0912)初始格式化/初始化后，菊花链连接的PTDDC磁盘驱动器串的大小 能够被递增地增加。额外的实施例预计了将RAID技术合并入PTDDC中，这种合并对于计算 机系统(0910)的运行和/或其上运行的操作系统(0912)是完全透明的。因此，利用PTDDC 菊花链架构能够实现RAID存储器阵列(不定大小)，而不需要单独的RAID控制器或者专用 软件。这允许为RAID支持来更新现有系统和/或在费。
48、用敏感的数据存储应用中合并RAID 说 明 书CN 103946821 A 12 8/33页 13 支持。 0073 这种架构的重要益处在于这样的事实：从计算机系统(0910)和操行系统(0912) 的观点看来，PTDDC菊花链表现为一个大的物理驱动器，与具有适当大小的LBA特征的单个 磁盘驱动器没有区别。因此，使用菊花链连接的PTDDC系统不需要软件上的修改。 0074 此外，在具有有限的HBA接口的计算机系统中，能够将HBA接口的有效存储容量扩 展到包括过多的磁盘驱动器，而不需要额外的硬件(这在一些硬件环境下也许不可能)。这 实质上允许了给定HBA接口的数据存储容量的无限扩展，而与磁盘驱动。
49、器存储器元件的可 用容量无关。 0075 最后，尽管本发明具有许多优选的实施例，其仍然可以包括以下优选的示例实施 例，其中PTDDC包括安装在被配置为插入到传统的磁盘驱动器接口端口背面的印刷电路板 (PCB)上的专用集成电路(ASIC)，使得这些PCB模块能够被连接在磁盘驱动器堆叠中，由此 能够减少电缆管理并且最小化用于实现链状连接的费用开销。基于构成印刷电路板的每平 方英寸$1.00美元的估计费用，本发明的费用估计为少于$4.00美元(并且大批量时渐近 地接近$1.00美元)，使得PTDDC概念的使用成为多花费几百倍的数据存储器架构的性价比 很高的替选。 附图说明 0076 为了更充分地理解本发明所提供的优势，请参考下面的详细描述以及附图，其 中： 0077 图1示出了现有技术的传统数据存储器架构； 0078 图2示出了现有技术的并行ATA(PATA)数据存储器架构； 0079 图3示出了现有技术的并行ATA(PATA)数据存储器架构物理接口； 008。