CN102571904A

CN102571904A - 一种模块化设计的nas集群系统构建方法

Info

Publication number: CN102571904A
Application number: CN2011103055498A
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 李瑞东
Original assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Current assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供一种模块化设计的NAS集群系统构建方法,基于模块化设计的NAS集群系统，由控制节点、数据节点、存储网络、管理网络和数据网络构成。其中各个部分独立工作，而又相互联系，组成一个有机整体，为用户提供完备的具有高可靠性、高可扩展性、高性能的NAS集群系统，NAS集群系统的每个部分功能描述如下：控制节点：一套NAS集群系统中包含2个控制节点。硬件构成为机架式服务器或刀片服务器，完成集群服务配置文件系统创建及目录管理、用户管理、系统监控和维护等功能。

Description

一种模块化设计的NAS集群系统构建方法

技术领域

本发明涉及一种计算机存储技术领域, 具体地说是一种模块化设计的NAS集群系统构建方法。

背景技术

随着计算机应用和网络技术的飞速发展，数字化信息呈爆炸性增长的趋势，用户对存储系统的可用性和可扩展性提出了更高的要求，单一的NAS已经不能够满足用户的需要，导致“NAS集群技术”的出现。这种NAS集群系统，结合了NAS和集群系统两方面的优点：当NAS集群中的一个子系统发生故障时，集群系统迅速做出反映，将该子系统的任务分配到集群中其它正在工作的同类子系统上执行；当总体的工作流量超出了一个集群中各系统的能力时，将有其它子系统加入到该集群中。用户可以根据实际需要，动态地构建系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化设计的NAS集群系统构建方法。

本发明的目的是按以下方式实现的，基于模块化设计的NAS集群系统，由控制节点、数据节点、存储网络、管理网络和数据网络构成。其中各个部分独立工作，而又相互联系，组成一个有机整体，为用户提供完备的具有高可靠性、高可扩展性、高性能的NAS集群系统，NAS集群系统的每个部分功能描述如下：

控制节点：一套NAS集群系统中包含2个控制节点。硬件构成为机架式服务器或刀片服务器，完成集群服务配置文件系统创建及目录管理、用户管理、系统监控和维护等功能。

控制节点负责向客户端提供整个文件系统的元数据，管理整个文件系统的命名空间，维护整个文件系统的目录结构、用户权限，并负责维护文件系统的数据一致性。通过控制节点的文件和目录访问管理，系统能控制客户端对文件系统中文件及目录的创建、删除、修改等操作。

通过控制节点，客户端得到数据所在的数据节点，并和其建立连接，此后的读写操作就在客户端和数据节点之间进行，除非有对命名空间的修改，将不再与控制节点有关系，这样就降低了控制节点的负载。在多个客户端的情况下，由于有多个数据节点的存在，上述的工作模式就把对文件系统的访问转换为并行操作，从而能较好地提高整个系统的性能。

在NAS集群系统中，客户端使用写回式Cache来确保元数据的一致性。系统设置两个控制节点，其中一个作为备份。两个服务器采用共享存储的方式来存放元数据。当某个控制节点出现故障后，备份服务器能接管其服务，确保系统的正常运行。

数据节点：一套NAS集群系统中包含不少于2个数据节点，数据节点的个数最大为32个。硬件构成为机架式服务器或刀片服务器，完成对整个共享存储空间的管理。

数据节点负责实际数据的存储，处理所有客户端和物理存储之间的交互。这种存储是基于对象（Object-based）的，数据节点将所有的对象数据放到物理存储设备上，并完成对每个对象的管理。数据节点和实际的物理存储设备之间通过设备驱动程序来实现交互。通过驱动程序的作用，NAS集群系统能继承新的物理存储技术及文件系统，实现对物理存储设备的扩展。

为了满足系统高性能的需要，系统针对大文件的读写进行了优化，为集群系统提供较高的I/O吞吐率。系统提供了比传统 SAN 的“块共享”更为灵活和可靠的共享访问方式。当某个存储节点出现故障时，客户端仍然能够通过按位校验机制将其恢复。

存储网络：通用IP SAN或FC SAN设备，搭配对应以太网络或者光纤交换机，为整个NAS集群系统提供共享磁盘空间。

之所以提供共享磁盘空间，是因为NAS集群系统的高可用功能。在控制节点组或某一个数据节点组中，必须看到相同的共享磁盘，以确保磁盘在应用过程的实时不间断工作：管理磁盘应用的节点在意外发生故障时，同组的节点能通过高可用设置更快地接管服务。

数据网络：对外提供服务的主机接口，客户端可以使用同类网络进行连接，从而使用NAS集群系统的相关服务。

根据实际需要，NAS集群海量系统可以提供InfiniBand接口、10GbE和1GbE数据网络接口，具有很强的适应性。

管理网络和接口：NAS集群系统的管理网络，是一个千兆以太网络，为用户提供NAS集群系统的管理接口。

结合各模块功能描述，NAS集群系统的工作流程，如图2所示。

客户端在需要访问文件系统的文件数据时，先访问控制节点，获取文件相关的基本数据信息，然后就直接和相关的数据节点通信，取得文件的实际数据。

模块化设计的NAS集群系统采用元数据和存储数据相分离的技术，可以充分分离计算和存储资源，使得客户端计算机可以专注于用户和应用程序的请求；数据节点专注于读、传输和写数据。数据节点的数据备份和存储配置以及存储扩充等操作不会影响到客户端，从而系统本身存储配置不会成为性能瓶颈。

全局命名空间为文件系统的所有客户端提供了一个有效的全局唯一的目录树。全局目录树消除了在客户端的配置信息，并且在配置信息更新时仍然保持有效。

本发明的有益效果是：

高可用和稳定性：整个NAS集群系统无单点设计，最大限度地降低宕机时间，保证系统的可用性和稳定性；

模块化和适应性：模块化设计构成NAS集群系统，针对不同需求可改变不同模块；主机接口模块多样性，可根据实际需求选择最终数据接口；

通用性和扩展性：兼容通用的主流服务器和存储产品，通用性好；系统由通用硬件构成，可在现有产品上进行升级，投入少，产出高。

高性能和安全性：计算和存储资源分离，及时响应读写请求，提示系统性能；管理、数据网络分离，保证数据安全。

附图说明

图 1NAS集群系统拓扑图；

图2 NAS集群系统工作流程图。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的作以下详细地说明。

本发明的模块化设计的NAS集群系统构建方法,包括：控制节点，数据节点、存储网络、数据网络和管理网络，其中：

控制节点：是NAS集群系统的控制核心，完成集群服务配置文件创建及目录管理、用户管理、系统监控和维护等功能;

数据节点：负责对整个共享存储空间的管理，在控制节点的干预下，与客户端直接进行实际数据的传输；

存储网络：为整个NAS集群系统提供共享磁盘空间，对存储系统的配置完成后，必须保证同组内的控制/数据节点看到相同的存储资源，以便发生故障时，顺利完成接管；

数据网络：对外提供服务的主机接口，根据实际需要，NAS集群系统可以提供InfiniBand接口、10GbE和1GbE数据网络接口，具有很强的适应性。

管理网络是NAS集群系统的管理网络，为用户提供NAS集群系统的管理接口；

在系统中，整个NAS集群系统节点包括一个控制节点组，包括2个控制节点，和若干个数据节点组，每组不少于2个数据节点，控制节点、数据节点在各自的节点组中相互冗余配置，当某个资源单元发生故障时，相应的冗余配置保证同组节点接管故障节点继续工作，从而提高系统的整体可用性；

NAS集群系统的存储网络和数据网络采用1+1全冗余设计，保证系统的高可用性。为了满足系统高性能的需要，系统针对大文件的读写进行了优化，为NAS集群系统提供较高的I/O吞吐率，NAS集群系统提供比传统 SAN 的“块共享”更为灵活和可靠的共享访问方式，当某个存储节点出现故障时，客户端仍然能够通过按位校验机制将其恢复。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims

1.模块化设计的NAS集群系统构建方法，其特征在于包括控制节点、数据节点、存储网络、管理网络和数据网络，每个部分功能描述如下：

控制节点：一套NAS集群系统中包含2个控制节点，硬件构成为机架式服务器或刀片服务器，完成集群服务配置文件系统创建及目录管理、用户管理、系统监控和维护功能；控制节点负责向客户端提供整个文件系统的元数据，管理整个文件系统的命名空间，维护整个文件系统的目录结构、用户权限，并负责维护文件系统的数据一致性，通过控制节点的文件和目录访问管理，系统能控制客户端对文件系统中文件及目录的创建、删除、修改操作；通过控制节点，客户端得到数据所在的数据节点，并和其建立连接，此后的读写操作就在客户端和数据节点之间进行，除非有对命名空间的修改，将不再与控制节点有关系，这样就降低了控制节点的负载，在多个客户端的情况下，由于有多个数据节点的存在，上述的工作模式就把对文件系统的访问转换为并行操作，从而能较好地提高整个系统的性能；在NAS集群系统中，客户端使用写回式Cache来确保元数据的一致性，系统设置两个控制节点，其中一个作为备份，两个服务器采用共享存储的方式来存放元数据，当某个控制节点出现故障后，备份服务器能接管其服务，确保系统的正常运行；

数据节点：一套NAS集群系统中包含不少于2个数据节点，数据节点的个数最大为32个，硬件构成为机架式服务器或刀片服务器，完成对整个共享存储空间的管理，数据节点负责实际数据的存储，处理所有客户端和物理存储之间的交互，这种存储是基于对象Object-based的，数据节点将所有的对象数据放到物理存储设备上，并完成对每个对象的管理，数据节点和实际的物理存储设备之间通过设备驱动程序来实现交互，通过驱动程序的作用，NAS集群系统能继承新的物理存储技术及文件系统，实现对物理存储设备的扩展；

存储网络：通用IP SAN或FC SAN设备，搭配对应以太网络或者光纤交换机，为整个NAS集群系统提供共享磁盘空间；之所以提供共享磁盘空间，是因为NAS集群系统的高可用功能，在控制节点组或某一个数据节点组中，必须看到相同的共享磁盘，以确保磁盘在应用过程的实时不间断工作：管理磁盘应用的节点在意外发生故障时，同组的节点能通过高可用设置更快地接管服务；

数据网络：对外提供服务的主机接口，客户端可以使用同类网络进行连接，从而使用NAS集群系统的相关服务；根据实际需要，NAS集群系统海量系统提供InfiniBand接口、10GbE和1GbE数据网络接口，具有很强的适应性；

管理网络和接口：NAS集群系统的管理网络，是一个千兆以太网络，为用户提供NAS集群系统的管理接口；

结合各模块功能描述，NAS集群系统的工作流程如下：

客户端在需要访问文件系统的文件数据时，先访问控制节点，获取文件相关的基本数据信息，然后就直接和相关的数据节点通信，取得文件的实际数据；

模块化设计的NAS集群系统采用元数据和存储数据相分离的技术，充分分离计算和存储资源，使得客户端计算机专注于用户和应用程序的请求；数据节点专注于读、传输和写数据，数据节点的数据备份和存储配置以及存储扩充操作不会影响到客户端，从而系统本身存储配置不会成为性能瓶颈；

全局命名空间为文件系统的所有客户端提供了一个有效的全局唯一的目录树，全局目录树消除了在客户端的配置信息，并且在配置信息更新时仍然保持有效。