CN103064769B - 双热备服务器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双热备服务器系统，包括外部网络和机箱，外部网络为级联的两个交换机；在机箱中集成有2块主板、互联背板、2块网卡、双冗余电源、冗余风扇和磁盘阵列(RAIDS)，互联背板包括CPCI总线、CPCI接口、CPLD控制器(即中央处理单元)以及CPLD控制器接口，2块主板通过CPCI总线与CPLD控制器相连；磁盘阵列及2块网卡均与CPLD控制器相连；且每一块网卡均与级联的两个交换机相连。该双热备服务器系统结构紧凑，体积小，可靠性高。

Description

双热备服务器系统

技术领域

本发明涉及一种双热备服务器系统。

背景技术

计算机服务器设备提供的功能，主要包括了科学计算、数据存储、通信交互和信息检索与显示等，其发展除功能完善和性能提升外，计算机服务器设备的可靠性、设备集成度底、低功耗成为目前发展的重要方向，随着信息技术的发展，各领域对计算机服务器设备的依赖性越来越高，必然要求计算机服务器产品进一步提高其集成度和可靠性。

现有产品的特点如下：

1)计算机服务器各设备独立配置，可配置独立的人机交互外设(如：键盘、鼠标、显示设备)和数据I/O设备(如：光驱、软驱、U盘等)。

2)使用独立的以太网网络接口设备进行网络互连；

现有产品的缺陷如下：

1)不能提供可靠的数据存储和访问服务；

2)不能提供双机热备份机制，无法保证7×24小时可靠性；

3)无法保证在系统出现异常时，系统在90毫秒内完成自动切换，业务执行无影响；

4)无法满足特种行业安装平台100％可靠工作要求。

因此，有必要设计一种双热备服务器系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双热备服务器系统，该双热备服务器系统结构紧凑，体积小，可靠性高。

发明的技术解决方案如下：

一种双热备服务器系统，其特征在于，包括外部网络和机箱，外部网络为级联的两个交换机；在机箱中集成有2块主板、互联背板、2块网卡、双冗余电源、冗余风扇和磁盘阵列(RAIDS)，互联背板包括CPCI总线、CPCI接口、CPLD控制器(即中央处理单元)以及CPLD控制器接口，2块主板通过CPCI总线与CPLD控制器相连；磁盘阵列及2块网卡均与CPLD控制器相连；且每一块网卡均与级联的两个交换机相连。

每一块网卡的两路物理接口采用相同的IP和MAC地址。

主板上的微处理器采用龙芯处理器。

磁盘阵列中集成有4块硬盘。

互联背板，即切换控制装置，用于主板和交换机之间、主板和磁盘阵列之间、主板和双冗余电源之间的互联。

所述的互联背板还包括键盘复用控制单元、HID(人机对话接口设备)复用控制单元、USB复用控制单元、VGA复用控制单元、串口复用控制单元和磁盘阵列接口，CPLD控制器采用ARM7系列微处理器。【在系统出现异常时，CPLD先等待系统命令调度冗余设备或主板切换；若长时间无系统命令,CPLD则直接切换主板。】

一种基于龙芯处理器的高性能低功耗双热备服务器系统，其特征在于，包括多个主板、冗余网卡、冗余电源、冗余风扇、磁盘阵列、双交换机接口，所述两个主板(即主机)集中安装在一个机箱内，本双热备服务器系统原理如下：

1)双热备服务器工作原理

双热备服务器系统采用双机容错机制实现，同时实现以软件方式对磁盘阵列柜内的卷进行镜像。

数据存储于双热备服务器系统内的磁盘阵列柜镜像盘上，通过EC镜像引擎或卷管理软件将数据进行实时镜像备份。在Active/Standy的工作模式下，应用主板作为活动主板，备份主板作为待机主板，当应用主板发生故障时(包括各种软硬件故障)，备份主板通过CPLD控制器侦测到服务器的故障并自动接管所有服务器上的各类资源(如IP地址、数据库服务、用户数据等)，在本机上将继续读取本地连接的磁盘柜镜像盘上的数据并继续运行相关应用服务。

2)应用及网络故障切换过程

由于冗余服务器都是处于热备状态，通信链路都是处于可到达状态，系统切换主要耗时在应用程序监听服务器断开时间和应用程序重新建立连接上，耗时不超过90ms。

3)热备服务器资源监控

双热备服务器的资源指某种业务运行过程中所依赖的最小的关联服务，在双机热备技术中提到的服务器资源主要包括，可切换的网络IP资源、计算机名、磁盘卷资源、服务器进程等。

4)系统故障时自动切换能力

当系统出现故障时(如：系统宕机、热备进程/应用进程被杀掉、RS-232、SCSI、光纤、网络线缆断开)，双机热备软件将确定故障原因，并采取相应对策，并将这些应用切换到备份服务器上。整个切换过程无需人工参与。

5)网络高可靠性

如果热备服务器系统的网络部分发生故障，会导致用户不能连接和访问到服务器，这同样是致命的故障。该热备服务器系统配备了冗余的网络接口，双机热备软件会使用它来恢复网络连接。

6)存储高可靠性

需要将应用的全部数据存储在双热备服务器系统随时能访问到的共享磁盘阵列中。双热备服务器系统提供了相应的处理程序，以保证磁盘阵列及数据的可靠性。

本发明公开的双热备服务器系统是一种全系统检测能力，其检测分为系统级、应用级、网络级三个方面，当其中任何一级出现问题时双机热备软件能自动运行到备用主板上，让备用主板接替主主板的工作，达到让服务器永不停机，数据永不丢失。

主要用于低温和车载、舰载等恶劣环境下，该热备服务器系统提高服务器设备集成度、科学能力、数据存储能力、自动切换能力，保证数据的快速、及时、可靠处理和存储，进一步使得热备系统的维护、维修、升级换代、现场重构等更为便利，也降低了双机热备服务器系统购置成本和运行成本。

有益效果：

本发明的双热备服务器系统，其特征在于采用双冗余结构，包括主机板、冗余网卡、冗余电源、冗余风扇，将上述设备安装在同一个机箱中；通过双面主机背板集成系统硬件从而可以大大减小系统体积、通过CPCI总线和CPLD控制器灵活切换主板和外设以实现系统的冗余热备，进一步提高服务器系统的集成度和可靠性。对外连接上采用冗余网卡，两路物理接口采用相同的IP和MAC地址；全部电路模块采用CPCI规范，可实现较好的集成度和兼容性；外部网络采用双交换机级联方式互联，连接方式见摘要附图，主板切换采用CPLD控制器调度实现。本发明主要用于数据的集中可靠存储和访问服务，采用双机热备份机制，保证7×24小时可靠稳定运行，双热备服务器系统自动切换在90毫秒内完成。实现了高存储密度、高扩展性、高可使用性以及空间的高效运用，具有体积小、重量轻，较强的抗振动、抗冲击特性，较宽的环境温度适应范围，防潮、防尘的特性。适合于低温和车载、舰载等恶劣环境下使用。

本发明的突出优点有：

(1)集成度高、体积小。系统采用背板集中连接并安装在同一个机箱中，使得主机的集成度高、所占的空间小，便于集中维护。

(2)冗余设备可灵活切换，系统灵活性增强。所有外部设备接口均汇接到CPCI总线上，所有设备均由CPLD控制器进行调度管理，可形成一种全新的服务器设备热备形式，整个过程无需人工参与。由此节约了外部设备的数量，降低购置成本和能耗成本，节省设备费用和人工费用。

(3)增强了系统的稳定性和可靠性。通过CPLD控制器对多外部设备的灵活配对，在需要冗余备份的高可靠性服务器系统中，使得服务器切换过程在90ms内完成，有利于保证关键任务系统的连续、可靠运行。

(4)采用集中的冗余电源，也进一步提高了系统的运行可靠性，而且节约了成本，降低了能耗。

附图说明

图1为双热备服务器系统的总体结构图；

图2为切换控制装置的结构框图。

图3为系统切换流程。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

本实施例的双热备服务器系统，是一种基于龙芯处理器的高性能低功耗双热备服务器系统，其系统逻辑题如图1所示，说明如下：

(1)热备服务器的主板模块(第一主板、第二主板)：该例中配置主机板(即主板)的数量为2片，设计为6U CPCI模块机械规范；

(2)主板网络接口连接千兆冗余网卡，经互联背板与CPCI总线模块相连，实现高速的内部数据交换通道；

(3)主板存储接口连接RAID卡，经互联背板与CPCI总线模块相连，实现数据实时交互；

(4)主板电源接口连接冗余电源，经互联背板与CPCI总线模块相连，通过冗余电源给服务器供电；

(5)主板外设接口标识为KVMU包括了键盘(K)、显示器(V)、鼠标(M)、USB(U)接口汇接到了智能型外部设备接口切换控制装置；

(6)磁盘阵列通过内部PCIE总线与主机相连，用于数据的冗余存储。

(7)交换机采用14GE端口的以太网交换机，也设计为6U规格，4个接口用于内部主板间互联，其余1个端口经互联背板外接，用于与外部设备的网络互通；

(8)冗余电源(即共用电源)采用最基本的1+1热备份模式，提供冗余的电源保证；

(9)互联背板是系统内模块间数据和电能交互的连接中枢。

切换控制装置即互联背板的一种具体实现方式如图2所示，中央处理器单元选ATMEL的ARM7系列微处理器。因为该处理器提供的外部通信处理接口完全适用，可以尽量采用一个处理器，减少了硬件和软件的开发工作量，提高集成度，提高设计水平，提高可靠性和保证研制周期，确保切换控制装置接口复用。

双热备服务器结构设计为6U高度的19英寸插箱。

基于龙芯处理器的高性能低功耗双热备服务器系统检测到服务器宕机后，将宕机的服务器使用的资源(磁盘阵列、IP/MAC地址、启用的进程或服务等)转移到其他服务器上，在备用服务器上启动应用程序/服务。同时进行转移的资源的集合，被称作失效切换组。从使用者角度看，可以将失效切换组看作是虚拟计算机。

由于从服务器一直处于热备状态，故服务器切换时间可控制在90ms以内，整个切换过程不会影响相关业务的执行，切换过程如图3所示。

Claims (1)

1.一种双热备服务器系统，其特征在于，包括外部网络和机箱，外部网络为级联的两个交换机；在机箱中集成有2块主板、互联背板、2块网卡、双冗余电源、冗余风扇和磁盘阵列，互联背板包括CPCI总线、CPCI接口、CPLD控制器以及CPLD控制器接口，2块主板通过CPCI总线与CPLD控制器相连；磁盘阵列及2块网卡均与CPLD控制器相连；且每一块网卡均与级联的两个交换机相连；

每一块网卡的两路物理接口采用相同的IP和MAC地址；

主板上的微处理器采用龙芯处理器；

磁盘阵列中集成有4块硬盘；

所述的互联背板还包括键盘复用控制单元、HID复用控制单元、USB复用控制单元、VGA复用控制单元、串口复用控制单元和磁盘阵列接口，CPLD控制器采用ARM7系列微处理器。