數(shù)據(jù)中心信息系統(tǒng)本地磁盤保護和在線擴容技術(shù)的研究與實現(xiàn)

王鵬

（洛陽光電技術(shù)發(fā)展中心，洛陽471000）

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)對數(shù)據(jù)的需求快速增長，大數(shù)據(jù)時代下如何確保數(shù)據(jù)存儲的安全性、穩(wěn)定性和可擴展性成為企業(yè)信息化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。某企業(yè)將關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份到虛擬帶庫和物理帶庫上，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的異地保護，但當(dāng)服務(wù)器本地硬盤發(fā)生故障急需恢復(fù)時，信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護方式單一，難以實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分級分層保護及快速恢復(fù)的要求。磁盤陣列RAID技術(shù)，將服務(wù)器本地存儲的多塊物理硬盤構(gòu)建成磁盤組（RAID組），當(dāng)本地硬盤出現(xiàn)故障時，可通過其余硬盤上的數(shù)據(jù)信息和校驗信息快速恢復(fù)損壞的數(shù)據(jù)，保證本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性以及系統(tǒng)能夠正常運行；某企業(yè)采用傳統(tǒng)方法對關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行擴容時，需要更換大容量物理硬盤，將原有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完整復(fù)制到大容量文件系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)拷貝時間較長，影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性，利用LVM技術(shù)，將多個物理分區(qū)整合成一個邏輯卷組，可在線增加邏輯卷組的大小和擴展邏輯卷容量，建立一個可彈性調(diào)整容量的文件系統(tǒng)，能夠降低存儲擴容導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)停機的時間。

1 本地磁盤保護技術(shù)

采用RAID 5技術(shù)的信息系統(tǒng)服務(wù)器，組成本地存儲的物理硬盤數(shù)量N≥3，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布存儲在N塊物理硬盤上，每塊磁盤不僅存放業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還存放數(shù)據(jù)校驗信息，且校驗信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的磁盤上。當(dāng)N塊物理硬盤中的一塊發(fā)生故障，其余N-1塊物理磁盤將根據(jù)其上存儲的數(shù)據(jù)信息和校驗信息快速恢復(fù)損壞的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)快速接管故障盤繼續(xù)進行I/O讀寫，保證本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不丟失，系統(tǒng)能夠正常運行；可將壞盤拔出，在線插入新盤，加入RAID 5磁盤組，自動同步數(shù)據(jù)，繼續(xù)實現(xiàn)本地磁盤保護(采用RAID 5技術(shù)的磁盤組，由于每塊數(shù)據(jù)盤上都需要存儲校驗信息，RAID 5磁盤組的實際可用容量為N-1塊物理磁盤容量之和)。如圖1所示。

磁盤A、磁盤B、磁盤C三塊物理硬盤構(gòu)成RAID 5磁盤組，其中B盤發(fā)生故障，A盤和C盤利用其上存儲的數(shù)據(jù)信息和校驗信息恢復(fù)出B盤上損壞的數(shù)據(jù)2和5，數(shù)據(jù) 1、2、3、4、5、6沒有丟失，系統(tǒng)運行正常；將故障盤B拔出，在線插入新盤，完成數(shù)據(jù)同步，繼續(xù)實現(xiàn)RAID 5磁盤保護。

圖1 本地磁盤采用RAID 5技術(shù)方案

采用RAID 5+1技術(shù)的信息系統(tǒng)服務(wù)器，組成本地存儲的物理硬盤數(shù)量N≥4，其中N-1塊物理硬盤采用RAID 5技術(shù)，剩余的1塊物理硬盤作為RAID 5磁盤組的熱備盤，該熱備盤含有RAID 5磁盤組的校驗信息，當(dāng)服務(wù)器本地1塊數(shù)據(jù)盤發(fā)生故障，熱備盤和其余數(shù)據(jù)盤將利用其上存儲的數(shù)據(jù)信息和校驗信息把故障盤上損壞的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來存儲在熱備盤上，熱備盤自動頂替故障盤與其余數(shù)據(jù)盤組成新RAID 5磁盤組，新RAID 5磁盤組可繼續(xù)實現(xiàn)本地磁盤保護；當(dāng)服務(wù)器本地2塊數(shù)據(jù)盤發(fā)生故障，熱備盤和其余數(shù)據(jù)盤將利用其上存儲的數(shù)據(jù)信息和校驗信息把2塊故障盤上損壞的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來。

圖2 本地磁盤采用RAID 5+1技術(shù)方案

保證數(shù)據(jù)的完整性；采用RAID 5+1最大可允許2塊物理硬盤發(fā)生故障而不影響系統(tǒng)正常使用。對于壞盤，可將其拔出，在線插入新盤，加入RAID 5+1磁盤組，同步數(shù)據(jù)，繼續(xù)實現(xiàn)本地磁盤保護（采用RAID 5+1技術(shù)的磁盤組，由于每塊數(shù)據(jù)盤上都需要存儲校驗信息，熱備盤上存儲磁盤組的校驗信息，RAID 5+1磁盤組的實際可用容量為N-2塊物理磁盤容量之和）。如圖2所示。磁盤A、B、C、D構(gòu)成RAID 5+1磁盤組，若B盤發(fā)生故障，A、C、D利用其上存儲的數(shù)據(jù)信息和校驗信息把數(shù)據(jù)2、5以及校驗信息2恢復(fù)出來存儲在D盤上，D盤與 A、B組成新的 RAID 5磁盤組，數(shù)據(jù) 1、2、3、4、5、6沒有丟失，系統(tǒng)運行正常；若A、B盤均發(fā)生故障，D盤作為熱備盤，利用恢復(fù)的數(shù)據(jù)1、3以及校驗信息3替代磁盤A進行I/O讀寫，同時D盤與C盤利用RAID 5保護機制通過其上存儲的數(shù)據(jù)信息和校驗信息恢復(fù)出磁盤 B 上損壞的數(shù)據(jù) 2、5,數(shù)據(jù) 1、2、3、4、5、6均沒有丟失，業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行正常。

某企業(yè)一關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)本地存儲由4塊300GB物理 SAS盤組成，如圖 3所示，磁盤 A、B、C、D采用RAID 5+1技術(shù)組成磁盤組；磁盤正常工作時，狀態(tài)指示燈為綠色，出現(xiàn)故障時狀態(tài)指示燈變?yōu)槌壬疟PC、D同時出現(xiàn)故障，由于采用RAID 5+1技術(shù)進行了本地磁盤保護，本地數(shù)據(jù)仍保持完整，系統(tǒng)運行正常；將故障盤C、D拔出，在線插入新盤E、F，自動完成數(shù)據(jù)同步后，繼續(xù)實現(xiàn)RAID 5+1磁盤保護。

圖3 采用RAID 5+1業(yè)務(wù)系統(tǒng)

2 文件系統(tǒng)在線擴容

將物理磁盤 A、B、C（A、B、C分別作為單獨的物理分區(qū)）整合在一起，形成由大小相等的基本單元PE組成的資源卷組VG（根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)I/O的需求，本項目中PE大小參數(shù)可設(shè)置為16MB、32MB），VG的大小為磁盤A、B、C容量之和，PE的數(shù)量=VG大小/PE大?。桓鶕?jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對存儲空間的需求，在資源卷組VG上劃分邏輯卷LV用來存放業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，LV由VG中可用的PE組成；根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對于文件類型的要求，將劃分的邏輯卷LV格式化為相應(yīng)文件系統(tǒng)后掛載給業(yè)務(wù)系統(tǒng)（安全郵件、裝配MES、AEPCS、PDM文件系統(tǒng)均為Linux下的EXT3格式），完成對磁盤I/O的讀寫；當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲空間不足需要進行擴容時，新增物理分區(qū)D，將其整合至資源卷組VG，VG中可使用的PE個數(shù)增加，將新增的PE擴展給存放業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的LV，即完成對文件系統(tǒng)的擴容。

圖4 LVM技術(shù)的可彈性擴展的文件系統(tǒng)

某企業(yè)一關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫本地存儲空間使用率已達75%，數(shù)據(jù)量達300GB，該業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用LVM技術(shù)，擴容前VG大小為400GB，PE大小為16MB，PE總數(shù)量（Total PE）為25000,已分配PE（Alloc PE）25000，全部分配給該數(shù)據(jù)庫LV使用，可用PE數(shù)量（Free PE）為0；將新增的物理硬盤2.4TB（5塊600GB物理磁盤組成RAID 5磁盤組，實際可用容量為4×600GB=2.4TB）加入資源卷組VG，PE總數(shù)量（Total PE）擴展為 175000，可用 PE數(shù)量（Free PE）為 150000，將VG中可用PE全部分配給該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫使用的LV，其容量擴展為2.8TB，實現(xiàn)系統(tǒng)快速在線擴容，如圖5所示。

圖5 擴容前該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫VG、PE、LV

3 結(jié)語

本文通過研究和應(yīng)用RAID 5、RAID 5+1以及LVM技術(shù)，實現(xiàn)了信息系統(tǒng)服務(wù)器本地硬盤保護、文件系統(tǒng)在線擴容，提升了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性指標，降低了存儲擴容導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)停機的時間，與采用RAID 1、RAID 10技術(shù)相比，采用RAID 5、RAID 5+1技術(shù)更節(jié)省成本、存儲空間利用率更高。

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