CN101710491B

CN101710491B - 用于长期数据存储的磁盘阵列系统

Info

Publication number: CN101710491B
Application number: CN2009100392492A
Authority: CN
Inventors: 冯肖刚
Original assignee: 冯肖刚
Current assignee: Zhuhai yuyuanxin Software Development Co., Ltd.
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2029-05-06
Also published as: CN101710491A

Abstract

本发明公开了一种用于长期数据存储的磁盘阵列系统，旨在提供一种不会损坏磁盘、不会导致数据泄露和丢失的用于长期数据存储的磁盘阵列系统。本发明包括完全密封的外壳(111)、若干个磁盘(12)、控制器(16)、若干个LED指示灯(11)，所述若干个磁盘(12)与所述控制器(16)设置在所述外壳(111)内部，所述外壳(111)与所述磁盘(12)之间设置有防震装置，所述外壳(111)内部充有惰性气体，所述控制器(16)包括中央处理器(61)、随机存储器(68)、闪存(69)、配置硬件电路(611)、LED控制单元、温度感应单元、外部磁盘接口接口控制单元、网络控制单元、磁盘控制单元、PCI总线。本发明广泛用于长期数据存储的磁盘阵列系统领域。

Description

用于长期数据存储的磁盘阵列系统

技术领域

本发明涉及一种用于长期数据存储的磁盘阵列系统。

背景技术

随着计算机应用领域的不断拓宽，用户对于存储系统的容量要求越来越大，对其可靠性、可用性要求越来越高，速度要求也越来越快。针对存储系统所面临的挑战，人们想到用多个磁盘驱动器组成独立磁盘沉余阵列RAID(Redundant Array of Independent Disk)磁盘阵列以获取高数传率和大存储容量。由于磁盘阵列具有价格相对低廉、访问速度快及可随机访问等优势，所以磁盘阵列在在线数据数据存储和数据备份领域有大量的应用。然而在数据离线长期(数年至数十年)保存的领域，普通磁盘或者磁盘阵列因为存在以下不足，而未能得到广泛的应用：1、如把磁盘在线以长期保存数据，保持磁盘长期通电需要大量消耗电力，并且在相对短的时间内就会导致磁盘出现错误而必须更换。2、长期离线放置保存的磁盘容易受到外界因素的影响(如磁场或电击)导致数据丢失，或内在因素的影响(如自身轴承油的沉积或机械臂的老化)而导致磁盘损坏。3、潮湿和空气氧化容易导致长期暴露于空气中的磁盘上的元件损坏导致磁盘损坏。4、碰撞或外力挤压容易导致磁盘损坏。5、静电打击容易导致磁盘损坏。6、普通磁盘本身是可重写介质。裸露的磁盘很容易被未授权的人读取或写入导致数据泄露或丢失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不会损坏磁盘、不会导致数据泄露和丢失的用于长期数据存储的磁盘阵列系统。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括外壳、若干个磁盘、控制器，所述控制器包括中央处理器、PCI总线、外部磁盘接口接口控制单元、网络控制单元、磁盘控制单元、LED控制单元、随机存储器、闪存、温度感应单元、配置硬件电路，所述随机存储器、闪存、配置硬件电路与所述中央处理器电连接，所述外部磁盘接口接口控制单元、所述网络控制单元、所述磁盘控制单元通过所述PCI总线与所述中央处理器实现数据的传输，所述中央处理器管理所述外部磁盘接口接口控制单元、所述网络控制单元、所述磁盘控制单元、所述LED控制单元、所述温度感应单元之间的数据通讯，所述PCI总线用于提供所述中央处理器与所述外部磁盘接口接口控制单元、所述网络控制单元、所述磁盘控制单元之间的数据传输通路，所述外部磁盘接口接口控制单元用于提供给外部设备访问本磁盘阵列的标准数据访问接口，所述网络控制单元用于提供给外部网络设备通过iSCSI协议访问本磁盘阵列的以太网网络接口，所述磁盘控制单元用于对所述磁盘进行读写和管理，所述LED控制单元用于对外部的LED指示灯驱动，所述随机存储器用于放置和执行程序和数据，所述闪存用于存储程序和数据，所述温度感应单元用于感应系统温度并报告给所述中央处理器，所述配置硬件电路用于提供一次性的系统配置，所述若干个磁盘与所述控制器设置在所述外壳内部，所述若干个磁盘与所述控制器通过电源线和数据线相连接，所述外壳为全密封结构，所述外壳由高强度、高导热性材料作成，在密封的所述外壳内充满惰性气体，所述外壳与所述磁盘之间设置有防震装置，所述控制器连接有数据接口、电源接口，所述数据接口、所述电源接口穿透所述外壳的壳壁向外伸出。

所述磁盘阵列系统还包括若干个LED指示灯，所述若干个LED指示灯设置在所述外壳外部，所述若干个LED指示灯与设置在所述外壳内部的控制器电连接。

所述配置硬件电路通过跳线方式与所述中央处理器相连接。

所述外壳内设置有金属框架。

所述防震装置为弹簧或防震泡沫或装有空气的小袋或装有液体的小袋。

所述外壳外壁上粘贴或者蚀刻条形识别码。

所述数据接口为SATA或SAS或SCSI或网络接口。

本发明的有益效果是：由于本发明包括完全密封的外壳、若干个磁盘、控制器、若干个LED指示灯，所述若干个磁盘与所述控制器设置在所述外壳内部，所述若干个磁盘与所述控制器通过电源线和数据线相连接，所述若干个LED指示灯与设置在所述外壳内部的控制器电连接，所述控制器包括中央处理器、随机存储器、闪存、配置硬件电路、LED控制单元、温度感应单元、外部磁盘接口接口控制单元、网络控制单元、磁盘控制单元，所述随机存储器、所述闪存、所述配置硬件电路分别与所述中央处理器电连接，所述LED控制单元、所述温度感应单元分别与所述中央处理器电连接，所述外部磁盘接口接口控制单元、所述网络控制单元、所述磁盘控制单元分别通过PCI总线与所述中央处理器实现数据传输，所以本发明所述控制器可被设置为将磁盘组建成各种RAID级别(0，1，2，3，4，5，6或10)，以使阵列在容错能力和存储空间效率上有选择地侧重，本发明所述控制器的设计强制该设置动作只可能被做一次以避免改变配置对数据造成破坏；所述控制器可被设置为对磁盘“只写一次多次读取(WORM)”或“可写多次(Rewritable)”，本发明所述控制器的设计强制该设置动作只可能被做一次，并且由于阵列是被外壳所密封，因而一旦阵列被设置为“只写一次多次读取(WORM)”，除非打破外壳否则阵列将是真正的WORM介质；所述控制器可被设置为在本磁盘阵列一段时间不被访问后自动把磁盘断电并自身进入休眠状态以节省电力，并在重新有访问请求的时候自动开启磁盘电力供应；所述控制器可被设置为在任意情况下，如果内部温度达到某个限制则自动关掉磁盘的电源以减少热量的产生避免过热损坏磁盘；本发明所述控制器可被设置为在磁盘阵列系统处于离线保存的情况下，如有外部电源供应，则每隔一段预先设置的时间就开启磁盘并对磁盘上的所有数据校验一次。校验过程如果发现有问题则通过前端的LED指示灯报警。完成数据校验后，所述控制器则把所有磁盘断电并自身进入休眠状态以节省电力。

由于本发明在所述外壳的壳壁和所述磁盘之间放置有防震装置，所述防震装置为具有缓冲作用的垫物(如弹簧或者防震泡沫)保护硬盘，减少硬盘受到外力冲击造成损坏的机会，所以本发明防震效果好，磁盘不易损坏。

由于本发明的外壳为全密封式结构，且内部充有惰性气体，所述外壳内每两个所述的磁盘的端点处可使用金属框架加固，所以增加外壳抵抗外力冲击的能力，可以增强外壳的强度，可起到抗压、防潮、防尘、及抗电磁的效果，可以防止所述外壳内置部件受到氧化而造成的损坏。

由于本发明所述外壳的前端和密封盖可粘贴或蚀刻能被条形码读码器阅读的该磁盘阵列系统的全球唯一条形识别码，所述条形识别码也被存储于所述控制器上，所以可被外部计算机读取，以方便计算机软件对本磁盘阵列系统进行管理，并方便有条形识别码阅读器的机械设备识别和提取指定的磁盘阵列系统。因此本发明解决了传统磁盘阵列系统用于长期离线保存数据的内在缺点，而大大提高了基于磁盘的存储系统在长期离线数据保存的可行性，使本发明有机会成为替代基于光盘或磁带等目前被主要应用于长期数据保存的存储介质。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的前视图；

图3是本发明的后视图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明实施例一的结构示意图；

图6是本发明控制器的模块示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明包括外壳111、磁盘12、控制器16、LED驱动导线13、弹簧14、数据线15、数据接口17、电源接口18、电源线110、金属框架112、条形识别码21。本发明四个普通2.5英寸SATA接口磁盘12连接到控制器16构成一个RAID5的磁盘阵列。所述控制器16包括中央处理器61、PCI总线62、外部磁盘接口接口控制单元63、网络控制单元64、磁盘控制单元65、LED控制单元66、随机存储器68、闪存69、温度感应单元610、配置硬件电路611。所述随机存储器68、闪存69、配置硬件电路611与所述中央处理器61电连接，所述外部磁盘接口接口控制单元63、所述网络控制单元64、所述磁盘控制单元65通过所述PCI总线62与所述中央处理器61实现数据的传输。所述中央处理器61管理所述外部磁盘接口接口控制单元63、所述网络控制单元64、所述磁盘控制单元65、所述LED控制单元66、所述温度感应单元610之间的数据通讯。所述PCI总线62主要功能是提供所述中央处理器61与所述外部磁盘接口接口控制单元63、所述网络控制单元64、所述磁盘控制单元65之间的数据传输通路；所述外部磁盘接口接口控制单元63的功能是提供给外部设备访问本磁盘阵列的标准数据访问接口，如SATA、SAS、SCSI中的一种或者多种；所述网络控制单元64的功能的主要功能是提供给外部网络设备通过iSCSI协议访问本磁盘阵列的以太网网络接口；所述磁盘控制单元65主要功能是实现对所述磁盘12的读写和管理；所述LED控制单元66主要功能是实现对外部所述LED指示灯11的驱动；所述随机存储器68的主要功能是运行时放置和执行程序和数据；所述闪存69的主要功能是存储程序和数据以使其在断电的时候能保持不变；所述温度感应单元610的主要作用是感应系统温度并报告给所述中央处理器61；所述配置硬件电路611的主要功能是提供一次性的系统配置。

所述磁盘12和所述控制器设置在完全密封的外壳111内部，所述外壳111由高强度、高导热性材料作成，例如用高强度铝合金制成的外壳，在放入所述磁盘12和所述控制器16等内置组件后，外壳被彻底密封(如使用超声波焊接)。密封的外壳可起到抗压、防潮、防尘、及抗电磁的效果。高导热性的所述外壳111使本发明不需要有内部散热系统。四个所述磁盘12分别与所述控制器16通过电源线110和数据线15相连接，在所述外壳111的外壁安置显示状态的4个LED指示灯11，所述LED指示灯11通过穿透所述外壳111壳壁的电路与内置的控制器16连接，在所述外壳111与所述磁盘12之间放入具有缓冲作用的防震装置保护所述磁盘12，减少所述磁盘12受到外力冲击造成损坏的机会，所述防震装置可以是弹簧14，也可以是防震泡沫。本发明四个所述磁盘12和所述外壳111间用12个弹簧支撑(图中只显示了磁盘侧面的4个。所述磁盘12正面和反面还各有4个弹簧)。所述控制器16通过贯穿所述外壳111后端壳壁的数据端口17和外界实现通信，所述控制器16通过贯穿所述外壳111后端壳壁的电源端口18获取电源供应，所述磁盘12由所述控制器16管理及供应电源，在所述外壳111内部的每两个磁盘12的端点处可使用所述金属框架112加固，以增加外壳111抵抗外力冲击的能力。在密封的所述外壳111内可充满惰性气体(如氮气)以避免氧化对内部组件造成破坏。在所述外壳111的前端和密封盖可粘贴或蚀刻能被条形码读码器阅读的该磁盘阵列系统的全球唯一条形识别码21。所述条形识别码21也被存储于所述控制器16的内置闪存上，可被外部计算机读取，以方便计算机软件对本磁盘阵列系统进行管理，并方便有条形识别码阅读器的机械设备识别和提取指定的磁盘阵列系统。所述数据端口17可使用SATA，SAS，SCSI，光纤通道(FC)或网络接口(提供iSCSI访问)中的一种或多种，以及其他可用的数据访问接口。所述控制器16可被设置为在本发明处于离线保存的情况下，如有外部电源供应并且有网络连接，则允许其他外部设备通过网络对磁盘阵列上的数据进行访问(如通过iSCSI)。

本发明的所述控制器16连接到穿透所述外壳111壳壁的SATA接口规格的数据端口17和电源端口18。在往所述外壳111内充满氮气后，外壳被焊接密封。密封完成后，该磁盘阵列被插入普通SATA接口上然后应用软件通过SATA数据端口17向所述控制器16发出设置指令使该磁盘阵列成为RAID5阵列，并使其成为“只写一次(WORM)”的存储设备。设置完成后，该阵列被插入图5所示的2U架式机箱51内，3个相同的2U架式机箱51被叠加通过扩展数据线52连接提供数据存储功能。数据写入完成后，该阵列被用户从所述2U架式机箱51拔出放入另一个房间的只有电源端口18没有数据端口17的2U机架式箱内，则该阵列的控制器16自动关闭所有磁盘的电源供应并进入睡眠状态。6个月后，所述控制器16自动启动并打开磁盘的电源进行数据校验。校验完成后所述控制器16恢复到校验前的状态。校验过程如果发现有问题则通过前端的LED指示灯报警。完成数据校验后，控制器则把所有磁盘断电并自身进入休眠状态以节省电力。

本发明一次性系统配置的实现：“RAID级别”配置和“只写一次多次读取(WORM)”或“可写多次(Rewritable)”配置通过所述控制器16上的专用的所述配置硬件电路611所提供的跳线完成，并在设置好后密封所述外壳111，这样使该设置动作只可能被做一次以避免改变配置对数据造成破坏，并且使用物理硬件跳线设置可避免使用其他不挥发存储介质(如闪存)在长期放置后可能出现的电势变化导致的数据变化引起配置改变的问题。

本发明密码和密钥设置的实现：密码和密钥的设置由外部设备通过所述数据端口17传递给所述控制器16实现。如使用SAS，或SCSI接口则可通过特殊SCSI命令来设置。密码和密钥存储设置后被存储在内嵌的所述闪存69上并且其MD5校验和也被存储以验证密码和密钥的正确性。注意：由于使用闪存存储密码和密钥而闪存的数据长期性保持能力未经过检验，因此密码和密钥功能不推荐使用在存储数据超过3年的应用中。

Claims

1.一种用于长期数据存储的磁盘阵列系统，包括外壳(111)、若干个磁盘(12)、控制器(16)，所述控制器(16)包括中央处理器(61)、PCI总线(62)、外部磁盘接口接口控制单元(63)、网络控制单元(64)、磁盘控制单元(65)、LED控制单元(66)、随机存储器(68)、闪存(69)、温度感应单元(610)、配置硬件电路(611)，所述随机存储器(68)、闪存(69)、配置硬件电路(611)与所述中央处理器(61)电连接，所述外部磁盘接口接口控制单元(63)、所述网络控制单元(64)、所述磁盘控制单元(65)通过所述PCI总线(62)与所述中央处理器(61)实现数据的传输，所述中央处理器(61)管理所述外部磁盘接口接口控制单元(63)、所述网络控制单元(64)、所述磁盘控制单元(65)、所述LED控制单元(66)、所述温度感应单元(610)之间的数据通讯，所述PCI总线(62)用于提供所述中央处理器(61)与所述外部磁盘接口接口控制单元(63)、所述网络控制单元(64)、所述磁盘控制单元(65)之间的数据传输通路，所述外部磁盘接口接口控制单元(63)用于提供给外部设备访问本磁盘阵列的标准数据访问接口，所述网络控制单元(64)用于提供给外部网络设备通过iSCSI协议访问本磁盘阵列的以太网网络接口，所述磁盘控制单元(65)用于对所述磁盘(12)进行读写和管理，所述LED控制单元(66)用于对外部的LED指示灯驱动，所述随机存储器(68)用于放置和执行程序和数据，所述闪存(69)用于存储程序和数据，所述温度感应单元(610)用于感应系统温度并报告给所述中央处理器(61)，所述配置硬件电路(611)用于提供一次性的系统配置，所述若干个磁盘(12)与所述控制器(16)设置在所述外壳(111)内部，所述若干个磁盘(12)与所述控制器(16)通过电源线(110)和数据线(15)相连接，其特征在于：所述外壳(111)为全密封结构，所述外壳(111)由高强度、高导热性材料作成，在密封的所述外壳(111)内充满惰性气体，所述外壳(111)与所述磁盘(12)之间设置有防震装置，所述控制器(16)连接有数据接口(17)、电源接口(18)，所述数据接口(17)、所述电源接口(18)穿透所述外壳(111)的壳壁向外伸出。

2.根据权利要求1所述的用于长期数据存储的磁盘阵列系统，其特征在于：所述磁盘阵列系统还包括若干个LED指示灯(11)，所述若干个LED指示灯(11)设置在所述外壳(111)外部，所述若干个LED指示灯(11)与设置在所述外壳(111)内部的控制器(16)电连接。

3.根据权利要求1所述的用于长期数据存储的磁盘阵列系统，其特征在于：所述配置硬件电路(611)通过跳线方式与所述中央处理器(61)相连接。

4.根据权利要求1所述的用于长期数据存储的磁盘阵列系统，其特征在于：所述外壳(111)内设置有金属框架(112)。

5.根据权利要求1所述的用于长期数据存储的磁盘阵列系统，其特征在于：所述防震装置为弹簧(14)或防震泡沫或装有空气的小袋或装有液体的小袋。

6.根据权利要求1所述的用于长期数据存储的磁盘阵列系统，其特征在于：所述外壳(111)外壁上粘贴或者蚀刻条形识别码(21)。

7.根据权利要求1所述的用于长期数据存储的磁盘阵列系统，其特征在于：所述数据接口(17)为SATA或SAS或SCSI或网络接口。