CN105630104A - 一种集群存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集群存储系统，包括多个微存储服务器、电源、交换机和机箱；机箱设置有多个服务器槽、电源槽和交换机槽，一微存储服务器收容于一服务器槽内，电源收容于电源槽内，交换机收容于交换机槽内；多个微存储服务器与交换机的内部网络接口连接，交换机的外部网络接口用于与客户端以及其它集群存储系统连接；多个微存储服务器独立并行运行，在接收到客户端的操作请求时，根据预定义存储规则并结合操作请求选择微存储服务器，以及向被选中的微存储服务器转发操作请求，被选中的微存储服务器根据操作请求进行操作。通过上述方式，本发明既提高集群存储系统的处理能力，又降低集群存储系统的体积和功耗。

Description

一种集群存储系统

技术领域

本发明涉及云存储技术领域，特别是涉及一种集群存储系统。

背景技术

随着科学技术的发展，计算机、移动终端等电子设备的价格越来越便宜，人们也越来越喜欢使用计算机或者移动终端进行办公、学习、娱乐等等，而无论是使用计算机或者移动终端进行办公、学习还是娱乐，均需要存储数据，由此造成存储数据呈现爆发式增长。

为了统一管理存储数据，通常存储服务器集中在一起，建立集群存储系统，由集群存储系统对所有存储数据集中管理。现有技术中，集群存储系统的实现主要有两类技术方案：一类采用SAN(StorageAreaNetwork，存储区域网络)专用技术，其需要有专用的FC网络、FC或SAS接口的高速硬盘、控制器等；另一类方案是采用商业通用服务器来实现，其一般采用标准19英寸机架式服务器，硬件配置包括了主板、CPU、内存、机械硬盘和固态硬盘、网卡、电源、风扇等。但是采用SAN专利技术集群存储系统存在性价比不高、扩展困难、功耗高、运维成本高的缺点，采用采用标准19英寸机架式服务器构建集群存储系统存在功耗高、密度低、运维成本高、维护困难等问题。

因此，迫切需要出现一种新型集群存储系统。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种集群存储系统，不仅能够提高集群存储系统的处理能力，又能够降低集群存储系统的体积和功耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种集群存储系统，包括多个微存储服务器、电源、交换机和机箱；所述机箱设置有多个服务器槽、电源槽和交换机槽，所述一微存储服务器收容于所述一服务器槽内，所述电源收容于所述电源槽内，所述交换机收容于所述交换机槽内；所述电源分别与微存储服务器和交换机连接，用于向所述微存储服务器和交换机供电，所述多个微存储服务器与交换机的内部网络接口连接，所述交换机的外部网络接口用于与客户端以及其它集群存储系统连接；所述多个微存储服务器独立并行运行，在接收到客户端的操作请求时，根据预定义存储规则并结合所述操作请求选择微存储服务器，以及向所述被选中的微存储服务器转发所述操作请求，所述被选中的微存储服务器根据操作请求进行操作。

其中，所述服务器槽的底部设置有第一电源接口和第一网络接口，所述电源槽的底部设置有第二电源接口，所述交换机槽的底部设置有第二网络接口和第三电源接口，所述第一电源接口、第二电源接口和第三电源接口连接，所述一第一网络接口与一第二网接口连接；在所述电源收容于所述电源槽时，所述电源与所述第二电源接口接通，在所述微存储服务器收容于所述服务器槽时，所述微存储服务器分别与第一电源接口和第一网络接口接通，在所述交换机收容于所述交换机槽时，所述交换机的内部网络接口与第二网络接口接通，所述交换机的外部网络接口与第三电源接口接通。

其中，所述多个服务器槽划分有前端服务器槽和后端服务器槽，其中，所述前端服务器槽位于所述机箱的前端，所述后端服务器槽位于所述机箱的后端，所述交换机槽和电源槽位于所述机箱的前端；所述前端服务器槽、交换机槽和电源槽并列布排，所述后端服务器槽并列布排。

其中，所述前端服务器槽、后端服务器槽、交换机槽和电源槽的底部均设置有通风孔；所述机箱还设置风扇槽和风扇，所述风扇槽位于所述前端服务器槽和后端服务器槽之间，并且所述风扇槽与所述通风孔连通，所述风扇固定于所述风扇槽内。

其中，所述微存储服务器包括托架、主板、中央处理器、内存、硬盘、外接电源接口和外接网络接口，所述主板固定于所述托架上，所述中央处理器、内存和硬盘插接于所述主板上，所述外接电源接口和外接网络接口均固定于所述主板，并且所述外接电源接口和外接网络接口突出于所述托架的后端；在所述微存储服务器收容服务器槽时，所述外接电源接口与第一电源接口插接连通，所述外接网络接口与第一网络接口插接连通。

其中，所述硬盘为M.2接口的固态硬盘，所述内存为小型双列直插式内存，所述外部网络接口、第一网络接口和第二网络接口均为万兆以太网接口。

其中，所述主板设置有4个M.2固态硬盘接口插座以及1个或者2个小型双列直插式内存插座，所述M.2接口的固态硬盘插接在所述M.2固态硬盘接口插座，所述小型双列直插式内存插接在所述小型双列直插式内存插座。

其中，所述托架的前端还设置有手把。

其中，所述托架的宽度和高度的尺寸分别为3.5寸硬盘托架的高度和宽度的尺寸。

其中，所述集群存储系统包括机架；所述机架设置有机箱槽，所述机箱收容于所述机箱槽。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明多个微存储服务器均与交换机连接，在接收到客户端的操作请求时，根据预定义存储规则,并结合操作请求选择微存储服务器，由所选择的微存储服务器对接操作请求，根据操作请求进行处理，实现微存储服务器与客户端直接对接，而多个微存储服务器独立并行运行，可实现不同操作请求同步处理，提高集群存储系统的处理能力；另外，每台微存储服务器均采用低功耗处理器、M.2接口的固态硬盘以及小型双列直插式内存，大大降低每一台微存储服务器的功耗和体积，从间接降低集群存储系统的体积和功耗。

附图说明

图1是本发明集群存储系统实施方式的一示意图；

图2是本发明集群存储系统实施方式的另一示意图；

图3是本发明集群存储系统实施方式中微存储服务器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1～图3，集群存储系统20包括多个微存储服务器21、电源22、交换机23和机箱24。

机箱24设置有多个服务器槽241、电源槽242和交换机槽243，一微存储服务器21收容于一服务器槽241内，电源22收容于电源槽242内，交换机23收容于交换机槽243内。电源22分别与微存储服务器21和交换机23连接，用于向微存储服务器21和交换机23供电，多个微存储服务器21与交换机23的内部网络接口(图未示)连接，交换机23的外部网络接口(图未示)用于与客户端以及其它集群存储系统连接，具体的，交换机23与其它集群存储系统的交换机连接。多个微存储服务器21独立并行运行，在接收到客户端的操作请求时，根据预定义存储规则并结合操作请求选择微存储服务器21，以及向被选中的微存储服务器21转发操作请求，被选中的微存储服务器21根据操作请求进行操作。

值得说明的是：交换机23通过内部网络接口与同一机箱内的微存储服务器连接，使得多个微存储服务器之间可以进行通信和传送数据，交换机23通过外部网络接口与客户端，微存储服务器21与客户端之间的连通，另外，交换机23也可以通过外部网络接口与其它机箱内的微存储服务器连接，扩展集群存储系统的容量。

另外，本发明的集群存储系统采用软件定义存储的方式，集群存储系统还可以包括控制器(图未示)，控制器预先对每个微存储服务器进行定义，每一个微存储服务器获得预定义存储规则，预定义存储规则用于定义每个微存储服务器如何进行存储处理。而每一个微存储服务器均与外界的客户端连通，在其中一个微存储服务器接收到操作请求时，根据预定义存储规则选择微存储服务器，由选中的微存储服务器进行处理。当然，控制器还可用于统筹管理微存储服务器21，其中，控制器维护微存储服务器21的状态列表状态列表用于记录微存储服务器21当前处理状态以及微存储服务器21的硬盘剩余的空间，控制器定期广播通知，微存储服务器21接到通知后向控制器返回消息，返回的消息中携带微存储服力器当前处理状态以及硬盘剩余的空间，控制器根据当然状态列表对每个微存储服务器进行定义，以在整体上控制集群存储系统。控制器也可以通过该通知，维护在线的微存储服务器21，比如：在广播该通知之前，存在某一微存储服务器21，但是在广播该通知之后，没有收到该微存储服务器21的返回的消息，则说明该微存储服务器21已经掉线，或者，在广播该通知之前，不存在某一微存储服务器21，但是在广播该通知之后，收到该微存储服务器21的返回的消息，则说明该微存储服务器21是新接入的。而操作请求包括存储数据请求和访问数据请求，若操作请求为存储数据请求，则微存储服务器根据预定义存储规则，获取所请求的数据位于哪个微存储服务器上，然向对应的微存储服务器转发；若操作请求为访问数据请求，则选择合适的微存储服务器，其中，在选择微存储服务器时，还可以结合负载均衡原则进行选择，以提高整个集群存储系统的处理效率。

由于各个微存储服务器21均是独立运行的，因此，多个微存储服务器21之间可以并行处理不同操作请求，提高云服务器集群存储系统20的处理效率，提高集群存储系统20的IO吞吐能力；另外，各个微服务器均与交换机23连接，若需要扩展集群存储系统20的存储容量，直接增加微存储服务器21即可，方便集群存储系统20的扩容。

为了方便集群存储系统20的扩展，微存储服务器21与交换机23之间设计成插拔连接，具体的，服务器槽241的底部设置有第一电源接口(图未示)和第一网络接口(图未示)，电源槽242的底部设置有第二电源接口(图未示)，交换机槽243的底部设置有第二网络接口(图未示)和第三电源接口(图未示)，第一电源接口、第二电源接口和第三电源接口连接，一第一网络接口与一第二网接口连接。在电源22收容于电源槽242时，电源22与第二电源接口接通，在微存储服务器21收容于服务器槽241时，微存储服务器21分别与第一电源接口和第一网络接口接通，在交换机23收容于交换机槽243时，交换机23的内部网络接口与第二网络接口接通，交换机23的电源接口与第三电源接口接通，从而实现电源22向交换机23和微存储服务器21向供电，微存储服务器21与交换机23连接。而当需要扩展集群存储系统20的容量时，直接在服务器槽241插接微存储服务器21即可，控制器定期广播通知，微存储服务器21接到通知后向控制器返回消息，则控制器根据返回的消息获知有新的微存储服务器21接入。值得说明的是：微存储服务器21是热插拔的，在插拔微存储服务器21时，不需要关闭集群存储系统20的，方便扩展集群存储系统20的容量。

进一步的，多个服务器槽241划分有前端服务器槽(未标示)和后端服务器槽(未标示)，其中，前端服务器槽位于机箱24的前端，后端服务器槽位于机箱24的后端，交换机槽243和电源槽242位于机箱24的前端,前端服务器槽、交换机槽243和电源槽242并列布排，后端服务器槽并列布排。在机箱24上设置两排槽结构，充分利用机箱24的体积，以使机箱24可以设置最多的槽。

前端服务器槽、后端服务器槽、交换机槽243和电源槽242的底部均设置有通风孔(图未示)。机箱24还设置风扇槽244和风扇245，风扇槽244位于前端服务器槽和后端服务器槽之间，并且风扇槽244与通风孔连通，风扇245固定于风扇槽244内，从而使得前端服务器槽与后端服务器槽之间、交换机槽243与后端服务器槽之间以及电源22槽与后端服务器槽之间连通，方便对交换机23、微存储服务器21和电源22进行散热，并且实现微存储服务器21共用风扇245，无需要为每一个微存储服务器21均配置风扇245，降低成本。

集群存储系统20包括机架。机架设置有机箱槽，机箱24收容于机箱槽。通过机架和机箱24收容微存储服务器21，有利于微存储服务器21的布局和摆设。当然，各个机箱24中的交换机23通过外部网络接口与外接交换机23进行连接，以使各个机箱24的微存储服务器21均连通。

每一台微存储服务器21相当于一台独立计算机，其可独立运行的，具体的微存储服务器21包括托架211、主板212、中央处理器213、内存214、硬盘215、外接电源接口216和外接网络接口217，主板212固定于托架211上，中央处理器213、内存214和硬盘215插接于主板212上，外接电源接口216和外接网络接口217均固定于主板212，其中，外接电源接口216和外接网络接口217突出于托架211的后端。在微存储服务器21收容服务器槽241时，外接电源接口216与第一电源接口插接连通，外接网络接口217与第一网络接口插接连通。

优选的，中央处理器213为低功耗处理器，硬盘215为M.2接口的固态硬盘，内存214为小型双列直插式内存，所述主板设置有4个M.2固态硬盘接口插座以及1个或者2个小型双列直插式内存插座，所述M.2接口的固态硬盘插接在M.2固态硬盘接口插座，小型双列直插式内存插接在所述小型双列直插式内存插座。而每一个微存储服务器21包括4个M.2接口和固态硬盘和4个小型双列直插式内存，外部网络接口、第一网络接口和第二网络接口均为万兆以太网接口，外部网络接口的数量为两个，所述每一服务器槽241的底部的第一网络接口的数量也为两个。采用低功耗处理器、M.2接口的固态硬盘、内存为小型双列直插式内存以及4个外部网络接口具有以下好处：(1)低功耗处理器的功耗比较低，不需要额外配置风扇散热，固态硬盘的功耗也比机械硬盘的功耗要低，大大降低了微存储服务器21的功耗，具体的，本发明的一台微存储服务器21的功耗可以控制在20瓦以内，而通用的服务器的功耗不低于200瓦。(2)低功耗处理器和小型双列直插式内存比普通中央处理器213和内存条的体积要小，M.2接口的固态硬盘的体积更是远远小于其它类型的固态硬盘和机械硬盘，大大降低微存储服务器21的体积。(3)每台微存储服务器21配置2个万兆以太网接口，4块M.2接口的固态硬盘，则平均每块固态硬盘可获得的网络带宽为20000/4＝5000兆比特/秒。现有技术中，插满24块固态硬盘的2U通用服务器也只有2个万兆以太网接口，平均每块固态硬盘可获得的网络带宽为20000/24＝833兆比特/秒，仅为前者的16.7％。可见，采用本发明提出的方案，可使得集群存储系统20的密度在提高2倍的同时，还使得群集的IO吞吐能力提升5倍((5000-833)/833。(4)低功耗处理器采购成本比1U服务器采用的中央处理器213更低，微存储服务器21更没有传统服务器主板212上必有的SATA口以及相关的元器件，其它接口如USB也要少得多，主板212的尺寸也要小得多并且与低功耗处理器集成在一起，使得微存储服务器21主板212加低功耗处理器的成本比通用服务器主板212加中央处理器213的成本低不少，再加上电源22、机箱24是与其它存储微服务器模块和交换模块共用，使得存储微服务器群集的成本比通用服务器构建的集群存储系统20的采购成本低不少。

为了方便插拔微存储服务器21，托架211的前端还可设置手把2111，在本实施方式中，手把2111的形状为弧形；另外，托架211的宽度和高度的尺寸分别为3.5寸硬盘托架的高度和宽度的尺寸，微存储服务器21模块的宽度和高度不大于带托架211可拔插的3.5寸，在2U机箱24中前端可插接12个微存储服务器21，后面板可插6个微存储服务器21，2个交换机23和2个电源22，因此，在一个2U机箱24中，每台3.5寸微存储服务器21共有4x18＝72块固态硬盘，一台2U通用服务器一般只能放置24块2.5寸固态硬盘，72块固态硬盘需要3台2U通用服务器，采用本发明的技术方案可减少2/3的空间占用。

在本发明实施方式中，多个微存储服务器21与交换机23连接，在接收到客户端的操作请求时，根据预定义存储规则，并结合操作请求选择微存储服务器21，由所选择的微存储服务器21对接操作请求，根据操作请求进行处理，实现微存储服务器21与客户端直接对接，而多个微存储服务器21独立并行运行，可实现不同操作请求同步处理，提高集群存储系统20的处理能力；另外，每台微存储服务器21均采用低功耗处理器、M.2接口的固态硬盘以及小型双列直插式内存，大大降低每一台微存储服务器21的功耗和体积，从间接降低集群存储系统20的体积和功耗。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种集群存储系统，其特征在于，包括多个微存储服务器、电源、交换机和机箱；

所述机箱设置有多个服务器槽、电源槽和交换机槽，所述一微存储服务器收容于所述一服务器槽内，所述电源收容于所述电源槽内，所述交换机收容于所述交换机槽内；

所述电源分别与微存储服务器和交换机连接，用于向所述微存储服务器和交换机供电，所述多个微存储服务器和控制器均与交换机的内部网络接口连接，所述交换机的外部网络接口用于与客户端以及其它集群存储系统连接；

所述多个微存储服务器独立并行运行，在接收到所述客户端的操作请求时，根据预定义存储规则并结合所述操作请求选择微存储服务器，以及向所述被选中的微存储服务器转发所述操作请求，所述被选中的微存储服务器根据操作请求进行操作。

2.根据权利要求1所述的集群存储系统，其特征在于，

所述服务器槽的底部设置有第一电源接口和第一网络接口，所述电源槽的底部设置有第二电源接口，所述交换机槽的底部设置有第二网络接口和第三电源接口，所述第一电源接口、第二电源接口和第三电源接口连接，所述一第一网络接口与一第二网接口连接；

在所述电源收容于所述电源槽时，所述电源与所述第二电源接口接通，在所述微存储服务器收容于所述服务器槽时，所述微存储服务器分别与第一电源接口和第一网络接口接通，在所述交换机收容于所述交换机槽时，所述交换机的内部网络接口与第二网络接口接通,所述交换机的电源接口与第三电源接口接通。

3.根据权利要求1所述的集群存储系统，其特征在于，

所述多个服务器槽划分有前端服务器槽和后端服务器槽，其中，所述前端服务器槽位于所述机箱的前端，所述后端服务器槽位于所述机箱的后端，所述交换机槽和电源槽位于所述机箱的前端；

所述前端服务器槽、交换机槽和电源槽并列布排，所述后端服务器槽并列布排。

4.根据权利要求3所述的集群存储系统，其特征在于，

所述前端服务器槽、后端服务器槽、交换机槽和电源槽的底部均设置有通风孔；

所述机箱还设置风扇槽和风扇，所述风扇槽位于所述前端服务器槽和后端服务器槽之间，并且所述风扇槽与所述通风孔连通，所述风扇固定于所述风扇槽内。

5.根据权利要求2所述的集群存储系统，其特征在于，

所述微存储服务器包括托架、主板、中央处理器、内存、硬盘、外接电源接口和外接网络接口，所述主板固定于所述托架上，所述中央处理器、内存和硬盘插接于所述主板上，所述外接电源接口和外接网络接口均固定于所述主板，并且所述外接电源接口和外接网络接口突出于所述托架的后端；

在所述微存储服务器收容服务器槽时，所述外接电源接口与第一电源接口插接连通，所述外接网络接口与第一网络接口插接连通。

6.根据权利要求5所述的集群存储系统，其特征在于，

所述硬盘为M.2接口的固态硬盘，所述内存为小型双列直插式内存，所述外部网络接口、第一网络接口和第二网络接口均为万兆以太网接口。

7.根据权利要求6所述的集群存储系统，其特征在于，

所述主板设置有4个M.2固态硬盘接口插座以及1个或者2个小型双列直插式内存插座，所述M.2接口的固态硬盘插接在所述M.2固态硬盘接口插座，所述小型双列直插式内存插接在所述小型双列直插式内存插座。

8.根据权利要求5所述的集群存储系统，其特征在于，

所述托架的前端还设置有手把。

9.根据权利要求5所述的集群存储系统，其特征在于，

所述托架的宽度和高度的尺寸分别为3.5寸硬盘托架的高度和宽度的尺寸。

10.根据权利要求1所述的集群存储系统，其特征在于，

所述集群存储系统包括机架；

所述机架设置有机箱槽，所述机箱收容于所述机箱槽。