隨著信息化建設(shè)進(jìn)程的加快，各單位在信息化建設(shè)方面取得了很大發(fā)展。目前，筆者所在單位在綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、日常辦公、財(cái)務(wù)管理、人事管理、標(biāo)準(zhǔn)信息化、電子監(jiān)察、檔案管理、固定資產(chǎn)管理以及各科研生產(chǎn)管理等諸多方面全面使用信息系統(tǒng)。特別是近幾年來(lái)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息化發(fā)展迅速，導(dǎo)致信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量迅速增長(zhǎng)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的重要程度日益增加，任何重要信息的丟失都將會(huì)給業(yè)務(wù)管理帶來(lái)難以估計(jì)的損失和影響。因此，如何保證核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)及必要輔助系統(tǒng)的業(yè)務(wù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)的安全性，如何對(duì)現(xiàn)有信息系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)難備份建設(shè)，成為單位信息系統(tǒng)當(dāng)前迫切需要解決的兩大課題。結(jié)合科研和實(shí)際信息化工作的需要開展了數(shù)據(jù)容災(zāi)的研究建設(shè)工作。

　　目前在用的存儲(chǔ)系統(tǒng)中往往包含F(xiàn)CSAN和IPSAN,備份要兼顧FCSAN和IPSAN的特點(diǎn)和應(yīng)用要求。筆者單位的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)等重要系統(tǒng)使用的是FCSAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，而轄區(qū)內(nèi)下屬各分支機(jī)構(gòu)的相關(guān)應(yīng)用使用的是IPSAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，但FC-SAN和IP-SAN這兩種存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)因物理介質(zhì)和傳輸協(xié)議的不同導(dǎo)致信息孤島現(xiàn)象，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)容災(zāi)，研究設(shè)計(jì)基于FCSAN和IPSAN兩種存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)融合存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容災(zāi)，研究融合存儲(chǔ)環(huán)境下的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，提高融合存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可用性。

　　1.基于融合存儲(chǔ)系統(tǒng)的容災(zāi)體系結(jié)構(gòu)

　　傳統(tǒng)的SAN是采用FC或者IP連接方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，其連接方式單一，各有優(yōu)缺點(diǎn)。顯然，采用FC連接方式的SAN數(shù)據(jù)傳輸速度快，但是價(jià)格昂貴并且傳輸距離較短，而采用IP連接方式的SAN雖然可擴(kuò)展性和傳輸距離都較好，但是數(shù)據(jù)傳輸速度的瓶頸并沒有得到很好的解決。因此，借助于融合存儲(chǔ)平臺(tái)就能較好解決這一問(wèn)題。

　　融合存儲(chǔ)平臺(tái)解決IP-SAN和FC-SAN的互聯(lián)互通融合性問(wèn)題，可以讓存儲(chǔ)服務(wù)器通過(guò)IP、FC等不同連接方式將不同的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)資源映射到自身，進(jìn)行統(tǒng)一虛擬化，并通過(guò)IP、FC等不同連接方式對(duì)外提供塊級(jí)存儲(chǔ)服務(wù)，并且可以在不中斷服務(wù)的情況下動(dòng)態(tài)地對(duì)統(tǒng)一虛擬化存儲(chǔ)資源進(jìn)行配置與管理。

　　基于ATCA的融合存儲(chǔ)平臺(tái)主要分為三個(gè)層次：上層為文件或應(yīng)用服務(wù)器，即需要使用存儲(chǔ)系統(tǒng)的服務(wù)器。上層不同連接通道的服務(wù)器也通過(guò)各自的連接方式連接到中層存儲(chǔ)服務(wù)器。用戶通過(guò)上層的應(yīng)用戶服務(wù)器獲取存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)。

　　中層為ATCA融合存儲(chǔ)服務(wù)器。ATCA存儲(chǔ)服務(wù)器上裝有對(duì)不同連接通道的硬件支持，例如FCHBA、以太網(wǎng)卡等。上層和底層不同的存儲(chǔ)設(shè)備可以在硬件上通過(guò)各自的連接方式連接到中層存儲(chǔ)服務(wù)器。這一層也稱為統(tǒng)一存儲(chǔ)層。底層為存儲(chǔ)設(shè)備層。這層中的設(shè)備可以是任意塊級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備，例如FC磁盤、FC磁盤陣列、iSCSI磁盤；也可以是塊級(jí)存儲(chǔ)服務(wù)器，甚至是另一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)系統(tǒng)。圖1為系統(tǒng)整體架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

　　上層與中層以及中層與底層之間通過(guò)SCSI協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)，它們之間是塊級(jí)數(shù)據(jù)傳輸，所采用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為FCP、iSCSI等不同連接的主流協(xié)議。在對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的支持上使用統(tǒng)一處理模塊進(jìn)行處理。

　　底層的存儲(chǔ)空間映射到中層實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化，并劃分邏輯單元；中層將劃分好的邏輯單元映射給應(yīng)用服務(wù)器。底層對(duì)上層是透明的。

　　2.基于融合存儲(chǔ)系統(tǒng)的容災(zāi)實(shí)現(xiàn)

　　融合式智能容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)兩點(diǎn)互相災(zāi)備的容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)。此處融合是主要指iSCSI和FC的融合，既包括存儲(chǔ)池的融合，又包括應(yīng)用服務(wù)器的融合，因?yàn)镕C協(xié)議的限制，以及傳輸距離有限，F(xiàn)C鏈路的故障檢測(cè)檢測(cè)與應(yīng)用遷移是很困難的，所以本文僅考慮iSCSI鏈路的故障檢測(cè)技術(shù)的研究。

圖2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

　　實(shí)現(xiàn)容災(zāi)策略核心首先要能準(zhǔn)確檢測(cè)到錯(cuò)誤，然后根據(jù)檢測(cè)到的錯(cuò)誤才能做出相應(yīng)的處理。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，主要研究的存儲(chǔ)容災(zāi)系統(tǒng)的故障有融合存儲(chǔ)控制器層的故障與存儲(chǔ)池層的故障兩類，具體分類如表1所示。

表1 故障具體分類

　　依據(jù)故障分類及檢測(cè)技術(shù)可知，故障A、B由客戶端檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，故障C、D由數(shù)據(jù)復(fù)制功能檢測(cè)，因此故障C、D對(duì)于客戶端的影響在于發(fā)生故障A或B時(shí)客戶端能否切換到異地融合存儲(chǔ)控制器繼續(xù)正常運(yùn)行，此情況由異地融合存儲(chǔ)控制器根據(jù)是否發(fā)生故障C、D來(lái)決定客戶端是否能正常切換。表中所列出的四個(gè)故障可能有多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生的幾率，但多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生不影響對(duì)單個(gè)故障處理的策略，因?yàn)閷?duì)單個(gè)故障的處理策略考慮了其他故障對(duì)其造成的影響。例如，對(duì)于故障A和故障B，在客戶端看來(lái)的現(xiàn)象都是本地融合存儲(chǔ)控制器不可用，因此客戶端采取相同的策略，即客戶端切換到異地融合存儲(chǔ)控制器。當(dāng)本地融合存儲(chǔ)控制器恢復(fù)后，客戶端再將存儲(chǔ)服務(wù)回切到本地融合存儲(chǔ)控制器。

　　同樣，對(duì)于故障C與故障D，在融合存儲(chǔ)控制器看來(lái)的現(xiàn)象都是存儲(chǔ)設(shè)備不可用，因此融合存儲(chǔ)控制器采取相同的策略來(lái)處理，若是本地存儲(chǔ)池失效，由于數(shù)據(jù)復(fù)制功能的存在，客戶端可繼續(xù)對(duì)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)池進(jìn)行I/O操作，并記錄日志，當(dāng)本地存儲(chǔ)池恢復(fù)正常時(shí)，通過(guò)日志同步故障期間產(chǎn)生的更新數(shù)據(jù)；若異地的鏡像卷失效，則反過(guò)來(lái)處理（此功能由數(shù)據(jù)復(fù)制實(shí)現(xiàn)）。故障C、D與客戶端沒有直接的關(guān)系，因此對(duì)客戶端來(lái)說(shuō)是透明的，不需進(jìn)行處理。

　　2.2 故障檢測(cè)與應(yīng)用遷移的實(shí)現(xiàn)

　　基于融合存儲(chǔ)的容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)主要分為存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)復(fù)制、故障檢測(cè)與應(yīng)用遷移及存儲(chǔ)安全管理四個(gè)部分，四個(gè)部分有機(jī)地結(jié)合在一起形成一個(gè)完整的容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)。存儲(chǔ)管理負(fù)責(zé)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、調(diào)度工作，包括管理存儲(chǔ)設(shè)備、管理邏輯卷、管理用戶等；數(shù)據(jù)復(fù)制則負(fù)責(zé)存儲(chǔ)池間數(shù)據(jù)的同步或異步的復(fù)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份；故障檢測(cè)與應(yīng)用遷移負(fù)責(zé)檢測(cè)系統(tǒng)的故障，一旦發(fā)生故障則做出相應(yīng)的處理，保證系統(tǒng)的高可用性；存儲(chǔ)安全管理則負(fù)責(zé)用戶認(rèn)證、訪問(wèn)控制以及數(shù)據(jù)靜態(tài)加解密等安全策略。

　　要使得基于融合存儲(chǔ)的容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)高可靠、高可用的系統(tǒng)，就需要在故障檢測(cè)時(shí)有短的檢測(cè)時(shí)間和高的檢測(cè)精確性。然而短的檢測(cè)時(shí)間與高檢測(cè)精確性通常并不能同時(shí)兼得，例如Bertier的檢測(cè)方法比Chen具有更短的檢測(cè)時(shí)間，檢測(cè)精確性卻要低一些。在容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)中更加重要的是檢測(cè)的精確性，因?yàn)橐坏┌l(fā)生誤判就會(huì)引起不必要的處理。因此在容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，為了保證高的精確性，可以折中地考慮適當(dāng)犧牲檢測(cè)時(shí)間。

　　對(duì)于存儲(chǔ)池層的故障交由容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復(fù)制部分處理，因?yàn)檫@里只需處理存儲(chǔ)控制器層的故障。同樣，故障檢測(cè)器分為被檢測(cè)端和檢測(cè)端，將其分別稱為FDp和FDq，F(xiàn)Dp定時(shí)向FDq發(fā)送心跳信息，F(xiàn)Dq根據(jù)心跳信息是否超時(shí)來(lái)判斷被檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生故障。在容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，由應(yīng)用服務(wù)器檢測(cè)存儲(chǔ)控制器的故障，因此在存儲(chǔ)控制器上部署故障檢測(cè)器被檢測(cè)端FDp，在應(yīng)用服務(wù)器上部署故障檢測(cè)器檢測(cè)端FDq。故障檢測(cè)策略的部署如圖3所示。

圖3 故障檢測(cè)策略部署圖

　　2.3 測(cè)試及分析

　　應(yīng)用遷移的功能支持FTP、數(shù)據(jù)庫(kù)，流媒體等典型應(yīng)用，這里測(cè)試采用Oracle作為應(yīng)用服務(wù)，Oracle采用版本為Oracle10g，安裝在WindowsServer2008環(huán)境的iSCSI服務(wù)器上。針對(duì)Oracle應(yīng)用的測(cè)試，開發(fā)了一個(gè)向Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的表中批量寫入數(shù)據(jù)的測(cè)試程序Oclient。

　　測(cè)試的過(guò)程如下：

   （1）啟動(dòng)故障檢測(cè)與應(yīng)用遷移Windows版本程序HBclient，程序?qū)��?huì)自動(dòng)連接本地存儲(chǔ)控制器，手動(dòng)對(duì)連接上來(lái)的磁盤進(jìn)行格式化。

   （2）啟動(dòng)OracleDBCA，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將數(shù)據(jù)庫(kù)文件存放于上一步格式化的磁盤上。新建一個(gè)表空間、用戶，以及兩個(gè)測(cè)試用的表Ttable1，Ttable2。

   （3）通過(guò)批量寫數(shù)據(jù)工具Oclient遠(yuǎn)程連接Oracle應(yīng)用服務(wù)器，并向表Ttable1中寫入5000條記錄。

   （4）重啟本地存儲(chǔ)控制器，模擬本地存儲(chǔ)控制器故障，Oracle應(yīng)用服務(wù)器會(huì)切換到遠(yuǎn)程存儲(chǔ)控制器。

   （5）通過(guò)Oclient再次連接Oracle應(yīng)用服務(wù)器，查看Ttable1的記錄，并向Ttable2中寫入10000條記錄，寫入完成后查看Ttable2表中的記錄，可以發(fā)現(xiàn)表Ttable2中存在10000條數(shù)據(jù)。

   （6）待本地存儲(chǔ)控制器重啟完成后，進(jìn)行應(yīng)用回切，應(yīng)用服務(wù)器成功回切到本地存儲(chǔ)控制器。回切完成后再次通過(guò)Oclient查看Ttable2中的記錄，可以發(fā)現(xiàn)Ttable2中存在10000條數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)試的過(guò)程可以看出，Oracle應(yīng)用可以正常地切換到遠(yuǎn)程并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，然后也可以正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)回切并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。應(yīng)用遷移功能正常。應(yīng)用遷移的性能的主要衡量指標(biāo)是遷移時(shí)應(yīng)用的中斷時(shí)間，中斷的時(shí)間越短，性能越好，零中斷時(shí)間的無(wú)縫遷移則是性能最好的。

　　應(yīng)用遷移的中斷時(shí)間主要取決于故障的檢測(cè)時(shí)間和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)控制器對(duì)服務(wù)切換請(qǐng)求的處理時(shí)間以及接管存儲(chǔ)服務(wù)的時(shí)間開銷。可知應(yīng)用遷移中斷時(shí)間（記為Tim）：

　　Tim=Tfd+Tconnect+Tload+Tclient

　　其中Tfd表示故障檢測(cè)的檢測(cè)時(shí)間，Tclient表示客戶端重新連接存儲(chǔ)控制器的時(shí)間，Tconnect表示儲(chǔ)控制器連接存儲(chǔ)設(shè)備的時(shí)間，Tload表示存儲(chǔ)控制器加載存儲(chǔ)至存儲(chǔ)服務(wù)接口的時(shí)間，Tconnect，Tservice都很短，相對(duì)于故障檢測(cè)時(shí)間可以忽略，故障檢測(cè)的時(shí)間則會(huì)根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)生變化。

　　應(yīng)用回切時(shí)間主要取決于數(shù)據(jù)恢復(fù)的時(shí)間以及重新連接的時(shí)間開銷。存儲(chǔ)服務(wù)切換回切時(shí)間（記為Tib）：

　　Tib=Trecovery+Tclient

　　其中Trecovery是指進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)的時(shí)間，Tclient的含義同前面，Trecovery取決于需要恢復(fù)的數(shù)據(jù)量的大小，由故障發(fā)生期間的數(shù)據(jù)更新量決定。應(yīng)用回切時(shí)間主要取決于數(shù)據(jù)恢復(fù)的時(shí)間以及重新連接的時(shí)間開銷。存儲(chǔ)服務(wù)切換回切流程通過(guò)多次的測(cè)試并選取典型值，并進(jìn)行計(jì)算遷移時(shí)間與回切時(shí)間記錄后可以得出，在沒有數(shù)據(jù)恢復(fù)的情況下應(yīng)用回切的中斷時(shí)間基本相同，都在3秒左右，而有100MB的數(shù)據(jù)和370MB的數(shù)據(jù)需要恢復(fù)時(shí)應(yīng)用回切的中斷時(shí)間則會(huì)增加很多。

　　3.結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)基于融合存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容災(zāi)的應(yīng)用研究，可實(shí)現(xiàn)支持異構(gòu)存儲(chǔ)架構(gòu)的核心存儲(chǔ)交換平臺(tái)，構(gòu)成模塊化、可擴(kuò)展、可動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分區(qū)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系，輔以全方位的具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏡像、數(shù)據(jù)快照與恢復(fù)、廣域高可用服務(wù)診斷與接管等功能的存儲(chǔ)容災(zāi)手段，為檢驗(yàn)檢疫數(shù)據(jù)中心及各類信息系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、滿足服務(wù)質(zhì)量要求的容災(zāi)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)。但容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)在商業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用歷史和前景，目前，我們研發(fā)的系統(tǒng)原型，雖然理論上能夠滿足用戶的指標(biāo)要求，但是，距離真實(shí)上線應(yīng)用還有一段距離，系統(tǒng)的穩(wěn)定性及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)還存在，但對(duì)于指導(dǎo)研究新型的備份系統(tǒng)研究上有一定的應(yīng)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：基于融合存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容災(zāi)

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