iSCSI架构中客户端与服务端

我们来系统地梳理一下iSCSI架构中客户端与服务端（通常称为启动器和目标器）的职责，并特别探讨其在光存储项目中的应用。

第一部分：iSCSI客户端与服务端的核心工作

iSCSI协议将SCSI命令封装在TCP/IP数据包中，通过网络传输，使得远程存储设备对主机看起来就像本地连接的SCSI设备。

一、iSCSI客户端（启动器 - Initiator）的核心工作

发现目标：向指定的网络端口（默认3260）发送发现请求，获取可用的iSCSI目标器列表及其参数。
会话管理：
- 登录协商：与选定的目标器建立TCP连接，进行登录阶段协商。协商内容包括认证方式（CHAP等）、会话参数（如最大数据段长度）。
- 维护会话：通过定期发送"NOP-Out"命令作为心跳包，保持会话活跃，检测连接状态。
- 登出：优雅地终止会话。
SCSI命令封装与传输：
- 接收上层操作系统或应用（文件系统、数据库）发来的SCSI块级命令（如读、写）。
- 将这些SCSI命令和数据封装成iSCSI协议数据单元。
- 为每个命令分配一个命令序列号，确保有序和可靠传输。
- 通过建立的TCP连接将PDU发送给目标器。
数据处理：
- 写操作：如果数据超出协商的"最大数据段长度"，启动器负责将数据拆分成多个序列进行传输。
- 读操作：接收来自目标器的数据PDU，进行重组，提交给上层。
错误处理与恢复：
- 检测丢包、超时或校验错误。
- 请求重传或重新连接，确保数据的完整性和命令的可靠性。

二、iSCSI服务端（目标器 - Target）的核心工作

服务发布与监听：在TCP 3260端口持续监听来自启动器的连接请求。
访问控制：
- 目标标识 ：每个存储资源被定义为一个唯一的iSCSI限定名。
- 认证：在登录阶段验证启动器身份（通常使用CHAP双向认证）。
- LUN映射 ：将后端的逻辑单元（如物理磁盘、RAID组、卷、文件）映射为逻辑单元号，并只对经过授权的启动器可见。
会话管理：接受或拒绝启动器的登录请求，管理多个并发的iSCSI会话。
命令解析与执行：
- 接收并解析来自启动器的iSCSI PDU，提取出原始的SCSI命令。
- 将SCSI命令传递给后端的存储对象（块设备）执行。
数据传输：
- 对于读请求，从存储设备读取数据，封装成iSCSI数据PDU发回启动器。
- 对于写请求，将接收到的数据写入存储设备，并发送响应确认。
状态返回：将SCSI命令的执行状态（成功、校验错误、设备故障等）封装在响应PDU中返回给启动器。
队列管理：管理来自不同启动器的SCSI命令队列，可能涉及简单的调度。

第二部分：在光存储项目中的应用

光存储（如光盘库、蓝光存储、归档光盘系统）通常用于冷数据或温数据存储 ，特点是顺序访问性能好、随机访问慢、介质可移动、寿命长、成本低 。当通过iSCSI将其呈现给主机时，其行为模拟为一个块设备。

在这种场景下，客户端和服务器端处理的命令会具有鲜明的光存储特性。

一、客户端（启动器）通常会发送的命令

除了常规的读写命令，由于光存储介质的特殊性，客户端（或更准确地说，是客户端上运行的介质管理软件 ）会发送一系列SCSI 机械臂和介质控制命令 ，这些命令通常属于SCSI媒体换片器命令集 和SCSI块命令扩展集。

标准块操作命令：
- READ / WRITE：读取或写入数据。由于光盘写入通常是一次性的，WRITE 可能对应刻录操作。
- INQUIRY：查询目标器及其LUN的设备类型、厂商信息。对于光存储，设备类型会报告为"光盘库"或"WORM"设备。
- READ CAPACITY：获取存储容量信息。
- TEST UNIT READY：检查设备（如特定光盘）是否就绪可读。
- REQUEST SENSE：获取详细的错误状态信息（如"介质未装入"、"需要清洁"）。
关键的光存储/自动化命令：
- START STOP UNIT（或 LOAD/UNLOAD MEDIUM）：
  - LOAD：将指定槽位的光盘装入驱动器。
  - UNLOAD：将驱动器中的光盘退回到槽位。
  - EJECT：将光盘弹出到存取口。
- MOVE MEDIUM：
  - 命令机械臂将光盘从一个槽位移动到另一个槽位（或从槽位到驱动器）。
- READ ELEMENT STATUS：
  - 这是最核心的库管理命令。客户端通过此命令查询整个光盘库的"元素"状态，包括：
    - 存储元素：所有光盘槽位的状态（空、有盘、盘片ID）。
    - 传输元素：机械臂的位置和状态。
    - 数据转移元素：所有光盘驱动器的状态（空闲、就绪、在读、在写、需要清洁）。
- SEND DIAGNOSTIC / RECEIVE DIAGNOSTIC RESULTS：
  - 发送诊断命令，获取库的硬件状态（如机械臂错误、传感器故障、驱动器温度）。
与介质特性相关的命令：
- GET CONFIGURATION：查询驱动器的能力和当前配置（支持的光盘类型、读写速度等）。
- CLOSE TRACK/SESSION 或 SYNCHRONIZE CACHE：在完成一批数据写入（刻录）后，发送此命令来最终化光盘的轨道或会话，使数据不可再修改并可被读取。

二、服务端（目标器）需要支持的命令实现

iSCSI目标器软件（如Linux的targetcli或专业存储软件）在此扮演了翻译官 和控制器的角色。它需要：

实现完整的SCSI命令集 ：不仅要支持标准块命令，必须实现SCSI媒体换片器命令集，以响应客户端的库管理请求。
虚拟化与映射：
- 将物理的"槽位"、"驱动器"抽象为SCSI元素地址。
- 将MOVE MEDIUM命令翻译成控制机械臂和驱动器的底层硬件指令（通常通过串口、SCSI或厂商专用API）。
- 将针对某个LUN（可能对应某张光盘）的READ/WRITE命令，路由到正确的、已装入的光盘驱动器。
介质管理：
- 维护一个内部介质目录 ，记录每张光盘的卷序列号、位置（槽位/驱动器）、内容索引、剩余容量等。
- 当客户端请求访问某个文件/逻辑块时，目标器需要根据目录自动定位 并装入所需的光盘。
缓存管理（非常重要）：
- 由于光盘驱动器装入和寻道时间很长，优秀的目标器会实现大容量磁盘缓存。
- 写缓存：接收客户端的快速写入，先存入高速磁盘缓存，随后后台异步刻录到光盘，并立即向客户端返回"写成功"，极大提升用户体验。
- 读缓存/预取：将经常访问的数据或根据访问模式预取的数据缓存到磁盘，加速读取。
支持关键的光存储协议：
- 支持SCSI WORM命令，确保一次写入多次读取的介质特性不被违反。
- 支持SCSI MT（介质转移）命令，用于机械臂控制。

总结

在光存储项目中应用iSCSI：

客户端 的角色从"纯数据读写"扩展为库管理器 ，它通过发送READ ELEMENT STATUS, MOVE MEDIUM, START STOP UNIT等命令，主动地、智能化地管理着庞大的光盘介质仓库。
服务端 的角色是一个高度智能的协议转换器和存储虚拟化层 。它不仅处理数据I/O，更重要的是管理物理机械、维护介质目录、提供读写缓存，从而将一个缓慢、顺序、机械化的光存储系统 ，伪装成一个可以通过标准块协议（SCSI over IP）访问的、相对可用的网络存储设备。

这种架构使得归档光存储能够无缝集成到现有的IT基础设施中，应用程序可以像使用普通硬盘一样使用它，而背后的复杂性完全由iSCSI目标器和客户端管理软件隐藏。