基于雙活虛擬化存儲系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計與實現(xiàn)

鄭朋飛　高淼　鄭朋舉

摘 要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展及公司業(yè)務(wù)逐漸走向快速、靈活、多變，河南中煙對于存儲解決方案的要求也更加靈活。通過對現(xiàn)有存儲系統(tǒng)的整合，構(gòu)建能夠支撐河南中煙未來業(yè)務(wù)發(fā)展的核心存儲系統(tǒng)，通過雙活數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的建設(shè)，初步形成本地高業(yè)務(wù)連續(xù)性解決方案，保障煙草生產(chǎn)調(diào)度指揮體系的安全運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：存儲虛擬化；雙活；異構(gòu)存儲

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0023-02

1 虛擬化存儲系統(tǒng)建設(shè)的背景

根據(jù)建設(shè)時期和年代不同，以及一些歷史原因，不同的系統(tǒng)分別部署在不同的集群。每個集群都有相對獨立的服務(wù)器集群系統(tǒng)、SAN網(wǎng)絡(luò)及存儲系統(tǒng)。由于業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，管理水平的不斷增強，隨著與計算技術(shù)的不斷應(yīng)用，IT系統(tǒng)集中化進程的加快，現(xiàn)有的存儲環(huán)境，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展的需要，主要問題如下：

1.1 現(xiàn)有存儲容量擴展性不高

現(xiàn)有存儲系統(tǒng)都為各個廠商的中端存儲，存儲容量擴展性不高，且在應(yīng)對大數(shù)據(jù)量和復(fù)雜的容災(zāi)架構(gòu)的時候能力較弱，無法滿足未來數(shù)據(jù)中心的大數(shù)據(jù)量需求。

1.2 存儲孤島不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理

目前，雖然在兩臺AMS2500上實現(xiàn)了重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)相對集中存儲，但仍存在現(xiàn)有存儲系統(tǒng)各自形成孤立的數(shù)據(jù)孤島，在資源統(tǒng)一管理上捉襟見肘。每套存儲系統(tǒng)只能利用自身的空間，而無法利用其它存儲的空間，造成很大的存儲資源浪費和重復(fù)投資。

1.3 異構(gòu)存儲整合問題

現(xiàn)有存儲系統(tǒng)由不同廠商的不同存儲系統(tǒng)構(gòu)成，擴容成本大，不同業(yè)務(wù)應(yīng)用和廠商的設(shè)備獨立擴容，無法集中選擇性價比更高和服務(wù)更優(yōu)的產(chǎn)品；共享難，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)獨立使用存儲資源，即使其他存儲設(shè)備有閑置容量也無法加以利用，導致額外的容量浪費；管理難，各廠商的存儲管理軟件互不兼容，無法統(tǒng)一管理，導致運維難度大；業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)保護難，各廠商數(shù)據(jù)保護技術(shù)多樣，部署新功能困難，成本高昂。

1.4 缺乏業(yè)務(wù)連續(xù)性

目前存儲系統(tǒng)的部署方式存沒有實現(xiàn)高可用性架構(gòu)，存在單點故障，不能夠有效的保護數(shù)據(jù)安全和業(yè)務(wù)連續(xù)性。

2 雙活虛擬化存儲系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)

針對目前存儲系統(tǒng)存在的問題，通過構(gòu)建雙活存儲系統(tǒng)實現(xiàn)存儲系統(tǒng)的高可用性，并利用存儲虛擬化技術(shù)對存儲孤島和異構(gòu)存儲進行整合，實現(xiàn)存儲資源的統(tǒng)一管理。

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計

雙活存儲系統(tǒng)其中一臺使用智能異構(gòu)虛擬化功能，將現(xiàn)網(wǎng)兩臺磁盤陣列進行接管，并通過LUN遷移功能，在保證原有上層業(yè)務(wù)無感知的情況下，把磁盤陣列中核心生產(chǎn)系統(tǒng)的LUN遷移到新購高端存儲上，利用新購存儲更好的性能，提升業(yè)務(wù)質(zhì)量，同時將非核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的LUN部署在原磁盤陣列上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分級存儲，使得整體資源合理利用。這樣通過存儲異構(gòu)虛擬化技術(shù)，接管現(xiàn)有存儲，實現(xiàn)存儲資源的大整合，通過建立虛擬存儲資源池，統(tǒng)一為業(yè)務(wù)提供存儲空間服務(wù)，實現(xiàn)基于虛擬化的統(tǒng)一存儲平臺，完成存儲整合任務(wù)。

2.2 存儲虛擬化詳細設(shè)計

異構(gòu)虛擬化技術(shù)就是著眼于客戶的存量設(shè)備，為異構(gòu)設(shè)備提供豐富的異構(gòu)虛擬化功能。通過異構(gòu)接管功能降低用戶管理不同異構(gòu)陣列的復(fù)雜度并提升異構(gòu)LUN性能；通過提供異構(gòu)LUN在線遷移實現(xiàn)在不斷業(yè)務(wù)的情況下實現(xiàn)異構(gòu)LUN之間數(shù)據(jù)平滑的遷移；通過提供異構(gòu)遠程復(fù)制技術(shù)實現(xiàn)異構(gòu)LUN間的容災(zāi)；通過提供異構(gòu)快照技術(shù)實現(xiàn)異構(gòu)LUN的快速備份。

2.3 雙活存儲詳細設(shè)計

雙活存儲解決方案指兩個存儲均處于運行狀態(tài)，可以同時承擔生產(chǎn)業(yè)務(wù)，從而提高數(shù)據(jù)中心的整體服務(wù)能力和系統(tǒng)資源利用率。

雙活數(shù)據(jù)中心解決方案為AA雙活架構(gòu)，以業(yè)界領(lǐng)先的OceanStor V3 HyperMetro功能為基礎(chǔ)，與Web、數(shù)據(jù)庫集群、負載均衡、傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)等組件相結(jié)合，為客戶提供100km內(nèi)的端到端雙活數(shù)據(jù)中心解決方案，確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備故障、甚至單數(shù)據(jù)中心故障時，業(yè)務(wù)無感知，自動切換，實現(xiàn)RPO（Recovery Point Objective）=0，RTO（Recovery Time Objective）=0（RTO與應(yīng)用系統(tǒng)及部署方式有關(guān)）。

2.3.1 存儲層雙活架構(gòu)

（1）并行結(jié)構(gòu)。HyperMetro特性基于兩套存儲陣列實現(xiàn)AA（Active-Active）雙活，兩端陣列的雙活LUN數(shù)據(jù)實時同步，且雙端能夠同時處理應(yīng)用服務(wù)器的I/O讀寫請求，面向應(yīng)用服務(wù)器提供無差異的AA并行訪問能力。當任何一臺磁盤陣列故障時，業(yè)務(wù)自動無縫切換到對端存儲訪問，業(yè)務(wù)訪問不中斷。

（2）免網(wǎng)關(guān)設(shè)計。HyperMetro雙活架構(gòu)無需額外部署虛擬化網(wǎng)關(guān)設(shè)備，直接使用兩套存儲陣列組成跨站點集群系統(tǒng)。最大支持32個存儲控制器，即兩套16控存儲陣列組建雙活關(guān)系。

（3）I/O訪問路徑。HyperMetro在應(yīng)用主機側(cè)，通過Ultra Path主機多路徑軟件，將兩臺存儲陣列上的雙活成員LUN聚合為一個雙活LUN，以多路徑vdisk方式對應(yīng)用程序提供I/O讀寫能力。應(yīng)用程序訪問vdisk時，Ultrapath根據(jù)選路模式，選擇最佳的訪問路徑，將I/O請求下發(fā)到存儲陣列。

2.3.2 高可靠技術(shù)

HyperMetro在繼承OceanStor存儲系統(tǒng)高可靠設(shè)計的基礎(chǔ)上，全新設(shè)計了一些解決方案級高可靠技術(shù)，最大化提高了存儲雙活方案的可靠性。

（1）跨磁盤陣列集群。兩套獨立的存儲陣列組建成本地高可用集群，提供雙活存儲架構(gòu)，向應(yīng)用服務(wù)器提供無差異的并行訪問，處理應(yīng)用服務(wù)器的I/O請求。集群節(jié)點具有并發(fā)訪問能力。當出現(xiàn)單個控制器故障時，其承接的業(yè)務(wù)將被切換到本陣列的其它工作控制器；當陣列的工作控制器全故障時，則切換至另一個陣列。在跨磁盤陣列集群基礎(chǔ)上，HyperMetro以雙活Pair或雙活一致性組為單位提供服務(wù)和進行狀態(tài)管理。

（2）數(shù)據(jù)實時鏡像。HyperMetro 通過實時鏡像功能，保證兩個存儲陣列之間數(shù)據(jù)的實時同步。主機寫操作通過實時鏡像技術(shù)同時寫入兩個數(shù)據(jù)中心的雙活成員LUN，保持數(shù)據(jù)實時一致。

HyperMetro支持斷點續(xù)傳功能。當某些故障場景（如單套存儲故障）導致雙活Pair關(guān)系異常斷開時，HyperMetro通過記錄日志的方式，記錄主機新產(chǎn)生的寫I/O。當故障恢復(fù)時，HyperMetro將自動恢復(fù)雙活Pair關(guān)系，并且將所記錄的增量數(shù)據(jù)自動同步到遠端，無需全量同步所有數(shù)據(jù)，整個過程對主機“透明”，不會影響主機業(yè)務(wù)。

（3）跨磁盤陣列壞塊修復(fù)。硬盤在使用過程中可能因為掉電等異常情況出現(xiàn)壞塊，如果是可修復(fù)錯誤但是本端已經(jīng)無法修復(fù)時，HyperMetro將自動從遠端陣列獲取數(shù)據(jù)，修復(fù)本地數(shù)據(jù)盤的壞塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。

（4）沖裁設(shè)計。當提供雙活LUN的兩套陣列之間的鏈路故障時，陣列已經(jīng)無法實時鏡像同步，此時只能由其中一套陣列繼續(xù)提供服務(wù)。為了保證數(shù)據(jù)一致性，HyperMetro通過仲裁機制決定由哪套存儲繼續(xù)提供服務(wù)。

2.3.3 高性能技術(shù)

在雙活鏡像數(shù)據(jù)的初始同步或者恢復(fù)過程中的增量同步過程中，差異數(shù)據(jù)塊通常有大量的零數(shù)據(jù)塊，無需逐塊復(fù)制，通過硬件芯片，對數(shù)據(jù)拷貝源端進行快速識別，找出零數(shù)據(jù)，在拷貝過程中，對全零數(shù)據(jù)特殊標識，只傳輸一個較小的特殊頁面到對端，不再全量傳輸。該技術(shù)可有效減少同步數(shù)據(jù)量，減少帶寬消耗，縮短同步時間。

2.4 原有存儲系統(tǒng)利舊使用

對于原有的存儲系統(tǒng)可以分兩類來用：對于購置時間較長和性能不高的存儲系統(tǒng)用來組件集中備份系統(tǒng)。對于性能較好的2臺原核心存儲，用新購置的華為OceanStor 18500 V3存儲系統(tǒng)的異構(gòu)存儲虛擬化功能進行接管，繼續(xù)作為生產(chǎn)存儲使用，可以存儲一些非關(guān)鍵應(yīng)用的數(shù)據(jù)。

3 實施效果

通過本項目的實施，利用雙活存儲解決方案提供了存儲系統(tǒng)的高可用性架構(gòu)，雙活存儲的高可用性架構(gòu)消除了數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)的單點故障，當任一存儲系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一存儲系統(tǒng)可自動接管業(yè)務(wù)，能夠充分保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)連續(xù)性，任意單個存儲系統(tǒng)發(fā)生故障時，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無丟失，業(yè)務(wù)系統(tǒng)不會中斷。雙活存儲解決方案還提供了全自動的故障處理機制，故障切換無需人工干預(yù)，大幅降低容災(zāi)系統(tǒng)維護成本，使得維護與管理變得更加規(guī)范。并通過對現(xiàn)有存儲系統(tǒng)的整合，充分利用現(xiàn)有資源，構(gòu)建能夠支撐河南中煙未來業(yè)務(wù)發(fā)展的核心存儲系統(tǒng)，初步形成本地高業(yè)務(wù)連續(xù)性解決方案，保障河南中煙應(yīng)用系統(tǒng)的安全運行。