CN102103468B

CN102103468B - 一种由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统

Info

Publication number: CN102103468B
Application number: CN 201010618511
Authority: CN
Inventors: 阳小珊; 胡怀湘; 易奇
Original assignee: CETC 15 Research Institute
Current assignee: CETC 15 Research Institute
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102103468A

Abstract

一种由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，包括一个RAID主系统和至少一个RAID子系统，所述RAID主系统通过硬盘接口连接所有的RAID子系统，所述每个RAID子系统包括至少一个硬盘和一个控制器，所述控制器管理所述硬盘和保护硬盘数据,并为RAID主系统提供的虚拟存储空间；所述RAID主系统包括控制器，所述控制器将所有RAID子系统提供的存储空间作为相互独立的硬盘进行统一管理，通过配置成不同的RAID等级，为用户提供存储空间。解决了现有技术中的磁盘阵列系统中一个硬盘或子系统出现故障，需要计算整个磁盘阵列相关数据进行数据恢复，从而存在恢复时间长和影响系统可用性的技术问题，尤其适用于海量数据的存储。

Description

一种由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统

技术领域

本发明涉及一种磁盘阵列技术，具体地说是一种快速恢复、高可用、多盘仓的廉价磁盘阵列技术。

背景技术

随着IT技术的高速发展，存储技术步入了迅猛发展的阶段。廉价冗余磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，简称 RAID）原理是利用数组方式来做磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。随着RAID的发展，先后出现了如RAID0、RAID1、RAID0+1、RAID1+0、RAID3、RAID5、RAID6和RAID7等多种数级别，它们大都采用数据冗余机制保护数据安全和提高系统性能。

目前，随着数据的指数级增长，磁盘阵列存储空间已经开始向PB级发展，海量的数据带来了诸多复杂的问题。首先，海量数据的恢复需要很长的时间，直接影响了整个系统的性能和可用性；其次，海量数据的存储与检索大大降低了系统的可靠性，大量的磁盘也增加了系统故障出现的概率；再次，对大量磁盘的管理需要高性能、高可靠和多通道的RAID控制器，而这些大型的高性能控制器价格昂贵，直接增加了企业和用户的负担。

如中国专利文献CN101221482A中公开了一种由固态存储子系统组成的磁盘阵列系统，包括多个存储子系统，其中每个存储子系统包括多个固态内存，用以作为数据存储介质；该技术方案突破了原来机械式硬盘的存取瓶颈及工作温度的限制，确保存储数据的安全性，加速了计算机系统在数据存取上的速度。但是，存储海量数据时，由于该技术方案中采用固态内存的方式实现子系统，因此当其出现故障时，整个子系统的数据面临丢失的危险，如果需要对该子系统进行数据恢复则要将整个磁盘阵列系统的数据进行计算以便进行恢复，不仅需要很长的恢复等待时间，而且影响整个系统的可靠性。

因此，如何提供一种技术使其能快速恢复磁盘阵列的数据，保证企业对存储系统在性能、安全性、可靠性、价格等多方面的高要求的同时，应对当今数据快速增长和大规模数据访问的挑战，是存储界急需解决的一个问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有技术中的磁盘阵列系统的一个磁盘或子系统出现问题，需要将整个磁盘阵列系统进行恢复，恢复数据时间长，影响系统使用的问题；同时由于存在大量硬盘，当有硬盘出现问题时，管理员很难发现问题盘的位置以及其所属的RAID子系统；用户海量的数据需要高性能磁盘阵列来存储，软硬件费用高昂，性价比较低等问题，从而提出一种能快速恢复磁盘阵列的数据、具有较好的安全性和可靠性、易管理和高性价比的磁盘阵列系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，包括一个RAID主系统和至少一个RAID子系统，所述RAID主系统通过硬盘接口连接所有的RAID子系统，

所述每个RAID子系统包括至少一个硬盘和一个控制器，所述硬盘用于存储数据，每个子系统内的所有硬盘组成一个盘仓，所述控制器管理所述硬盘和保护硬盘数据,并为RAID主系统提供的虚拟存储空间；

所述RAID主系统包括控制器、主板、内存、CPU和主机接口部件，所述控制器将所有RAID子系统提供的存储空间作为相互独立的硬盘进行统一管理，通过配置成不同的RAID等级，为用户提供存储空间。

所述RAID子系统可扩展。

所述RAID子系统扩展为2-10个。

所述控制器包括为RAID控制器，并支持RAID0、1、3、5、6、10的RAID等级。

所述RAID主系统的控制器为单控制器或多控制器。

所述硬盘接口为SAS或SATA或FC或SCSI接口。

所述RAID子系统为由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统。

所述盘仓之间相互独立，且有各自的标识。

所述标识为不同颜色或贴上不同的标签。

所述RAID子系统支持硬盘的热插拔。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

（1）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，包括一个RAID主系统和至少一个RAID子系统，所述RAID子系统为主系统提供存储空间，所述RAID主系统通过RAID子系统进行数据存储与保护，所述RAID子系统管理自己的硬盘空间，所述RAID主系统管理整个硬盘空间，具有快速恢复、高可用、廉价、易管理的优点；快速恢复是指每个RAID子系统管理和维护自己的磁盘空间，如果出现故障，可以只恢复出现故障的RAID子系统，其他子系统无需恢复，因此有效缩短了数据恢复的时间；高可用是指各个RAID子系统之间相互独立，各RAID子系统的故障不会影响其它子系统使用，每个RAID子系统根据RAID保护级别能容忍一定数量的磁盘故障，实现对数据的第一层保护，RAID主系统也能根据RAID保护级别容忍一定数量的RAID子系统故障，实现对数据的第二级保护；廉价体现在高性能、多数据通道的RAID控制器价格非常昂贵，而采用多个小型RAID控制器大大降低了成本；整个系统采用RAID子系统的形式构成独立的盘仓，通过对盘仓进行特殊的标记，用户很容易管理各个系统的磁盘，很容易发现故障盘的位置和所述的RAID系统，方便管理，本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，降低了海量数据存储的成本，提高了系统的可靠性和可用性，并由于设计了独立的多盘仓系统结构，易于查找故障和管理系统，是一种能快速恢复磁盘阵列数据、具有较好的安全性和可靠性的廉价磁盘阵列系统。

（2）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述RAID子系统可扩展，满足不同存储的需要，在非海量存储条件下，一般设置2-10个，在海量数据存储时，可设置数十个，可以满足不同用户的需求。

（3）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述RAID子系统的控制器为RAID控制器，并支持RAID0、1、3、5、6、10的RAID等级，所述控制器包括CPU、内存、和磁盘接口，使得所述RAID子系统可以管理自己的磁盘，恢复磁盘数据的功能。

（4）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，RAID主系统和RAID子系统都支持现有的RAID等级，对每个系统的RAID配置和管理简单，既可以通过硬件实现，也可以通过软件实现。

（5）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述RAID主系统为单控制器或多控制器，由用户根据需要来选择，当RAID主系统采用双控制器热备份实现机制时，可以进一步提高对整个系统的数据保护。

（6）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述多通道硬盘接口为SAS或SATA或FC或SCSI接口，使用简单方便，适用范围广，实现了多协议的支持。

（7）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述RAID子系统由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述子系统可可以进一步设置子系统，当进行海量数据的存储时，可以通过底层的子系统对数据进行恢复和管理，提高了数据恢复的速度，更加方便了对海量数据的分散存储和管理，提高了数据存储恢复的效率。

（8）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述盘仓之间相互独立，且有各自的标识，所述标识为不同颜色或贴上不同的标签，这样当某个盘仓出现问题时，方便记录，使用时也不易混淆，容易分辨。

（9）本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，所述RAID子系统支持硬盘的热插拔，使用方便。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1 是本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统的原理图；

图2 是本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统的结构图。

具体实施方式

实施例1

下面给出本发明所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统的一个实施方式，如图1所示，一种由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，包括一个RAID主系统和n个RAID子系统，此处n为RAID子系统的个数，根据需要设置，在非海量数据存储条件下，一般选择2-10个，在海量数据存储条件下可设置数十个，本实施例中选择3个。所述RAID主系统通过硬盘接口连接所有的RAID子系统，此处的硬盘接口为SATA口，也可以使用SAS，FC等接口。所述每个RAID子系统包括至少一个硬盘和一个控制器，所述硬盘用于存储数据，此处的硬盘可以根据不同情况设置为多个，如做成RAID0需至少两块磁盘，RAID5至少3块磁盘，所述RAID子系统支持硬盘的热插拔，每个子系统内的所有硬盘组成一个盘仓，各个子系统的盘仓之间相互独立，且有各自的标识，在本实施例中所述标识为设置成不同的颜色，此外，也可以设置标签。所述RAID子系统的控制器包括CPU、内存、和磁盘接口等，在本实施例中可以选择市场常见的RAID控制器，用于管理所述硬盘和保护硬盘数据,并为RAID主系统提供的虚拟存储空间。所述RAID主系统包括控制器、主板、内存、CPU和主机接口部件，所述控制器将所有RAID子系统提供的存储空间作为相互独立的硬盘进行统一管理，所述RAID主系统的控制器为单控制器或双控制器，此处选用RAID控制器，通过配置成不同的RAID等级，为用户提供存储空间。所述RAID子系统支持RAID0、1、3、5、10的RAID等级。本发明主要采用双层控制器，以多盘仓的方式实现多个RAID子系统，原理图如图1所示，整个盘阵拥有n个盘仓，每个盘仓里有一个RAID控制器，其对外接口通过数据连接通道与RAID主系统上的后端磁盘端口进行连接，这些RAID控制器可以根据具体的应用进行定制，它们支持的RAID等级没有具体的限制。每个RAID子系统把其对应盘仓的多个硬盘进行统一管理，并向RAID主系统提供统一的存储空间，然后由RAID子系统把所有盘仓提供的存储空间进行统一分配和管理。所述RAID子系统还可以根据需要设置成由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统。

实施例2

在此给出另一个具体的实施方式，如图2所示，所述由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统采用5U（U为机柜大小的衡量单位）结构的盘阵进行说明，整个盘阵拥有20块1TB的SATA磁盘，分成4个盘仓，即形成4个RAID子系统，每个盘仓带有一个5通道的硬件RAID控制器，所述RAID子系统通过RAID主系统背板上的磁盘接口与RAID主系统连接，通过配置后向RAID主系统提供一个相当于一块大磁盘的硬件设备，RAID主控制器把4个盘仓提供的存储空间进行统一管理，设置好RAID级别后对外提供统一存储空间。

本实例可以容忍多个磁盘故障，例如盘仓1设置RAID1，容忍一块磁盘故障，盘仓2设置RAID5，容忍一块磁盘故障，盘仓3和盘仓4同样都可以容忍一块磁盘故障；RAID主系统采用双控制器实现高可靠性，使RAID主系统不会成为单点故障，同时，RAID主系统可以把所有子系统提供的存储空间配置成RAID1、3或5，能容忍1个盘仓的故障，因此，整个系统具有非常高的可靠性。另外，整个系统拥有20TB的磁盘空间，但单个盘仓只有5TB的存储空间，因此，在任意一块磁盘故障恢复时，时间都将特别短，能实现对数据的快速恢复。同时，盘仓恢复操作对主系统应用透明，不影响整个系统的使用。可见，采用本发明所述的磁盘阵列系统，能实现对海量存储系统环境下的数据快速恢复，并能保证整个系统高可靠，从而真正保护用户的宝贵数据资源，而且还能节省用户的成本。由于对每个盘仓采取特定的标识，当某个磁盘出现故障时，用户很容易发现哪个盘仓出了问题，加快了解决问题的速度，提高了工作效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：包括一个RAID主系统和至少一个RAID子系统，所述RAID主系统通过硬盘接口连接所有的RAID子系统，

所述每个RAID子系统包括至少一个硬盘和一个控制器，所述硬盘用于存储数据，每个子系统内的所有硬盘组成一个盘仓，所述控制器对所述硬盘进行快速恢复并保护硬盘数据,并为RAID主系统提供的虚拟存储空间，各个RAID子系统之间相互独立，管理和维护自己的磁盘空间，出现故障只恢复出现故障的RAID子系统；

所述RAID主系统包括控制器、主板、内存、CPU和主机接口部件，所述控制器将所有RAID子系统提供的存储空间作为相互独立的硬盘进行统一管理，所述管理包括单独恢复和两级数据保护，通过配置成不同的RAID等级，为用户提供存储空间。

2.根据权利要求1所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述RAID子系统可扩展。

3.根据权利要求2所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述RAID子系统扩展为2-10个。

4.根据权利要求2所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述RAID子系统的控制器为RAID控制器，并支持RAID0、1、3、5、6、10的RAID等级。

5.根据权利要求1或2或3所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述RAID主系统的控制器为单控制器或多控制器。

6.根据权利要求1或2或3所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述硬盘接口为SAS或SATA或FC或SCSI接口。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述RAID子系统设置为由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统。

8.根据权利要求7所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述盘仓之间相互独立，且有各自的标识。

9.根据权利要求8所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述标识为不同颜色或贴上不同的标签。

10.根据权利要求1或2或3所述的由双层控制器组成的多盘仓磁盘阵列系统，其特征在于：所述RAID子系统支持硬盘的热插拔。