CN107463339A - 一种nas存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种NAS存储系统，存储设备需要通过物理节点中建立的虚拟机连接外部网络，即虚拟机将NAS存储设备的文件系统与外部网络进行隔离；所述外部网络通常应用SAN存储网络技术，该网络的设计架构io栈通常是在用户态下设计的，SAN存储网络的文件系统也只能运行在用户态；而NAS中的文件系统需要运行在内核态，上述两个文件系统并不兼容，通过虚拟机将提供NAS服务的存储设备与外部网络隔开，让虚拟机运行NAS存储设备的文件系统，可以有效避免上述两个文件系统不兼容的问题，从而降低开发难度，缩短开发周期。

Description

一种NAS存储系统
技术领域
本发明涉及网络存储领域，特别是涉及一种NAS存储系统。
背景技术
随着近年来科技的不断进步，网络功能的愈发强大，在文件共享业务中，即需要通过网络将文件经过长距离传输到用户的客户端时，通常使用NAS(网络附加存储)来实现上述业务。
NAS就是连接在网络上，具备资料存储功能的装置，因此也称为“网络存储器”，是一种直接连接在网络上的存储结构，是一种专用数据存储服务器。NAS是以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，并对数据进行集中管理。由于NAS存储设备的文件锁定是由设备自身处理的，所以NAS可以提供可靠的文件级整合。
现有的NAS通常是基于存储设备中的存储映射卷来建立文件系统，并将所述文件系统直接连接在外部网络上以对用户提供NAS服务。
但是在实际情况中，通常情况下是同时使用NAS存储设备以及SAN存储网络，此时在开发上述NAS存储设备的文件系统时，为了与所述SAN存储网络相互兼容，需要改动大量的内容，从而使得NAS存储在开发时需要很长的开发周期。
发明内容
本发明的目的是提供一种NAS存储系统，所述系统包括物理节点和存储设备，所述存储设备连接所述物理节点，以在所述物理节点中映射存储映射卷；
所述物理节点中建立有虚拟机，所述虚拟机通过内部虚拟网桥连接所述存储设备的存储映射卷，相应的，所述虚拟机通过第一虚拟网卡连接所述内部虚拟网桥；所述虚拟机通过外部虚拟网桥连接物理网卡，以连接公共网络，相应的，所述虚拟机通过第二虚拟网卡连接所述外部虚拟网桥；所述存储映射卷用于建立文件系统，并通过所述虚拟机连接所述公共网络以提供NAS存储业务。
可选的，所述外部虚拟网桥连接两块物理网卡。
可选的，所述系统包括多个物理节点，多个所述物理节点均连接所述存储设备，多个所述物理节点中均应设有所述存储设备的存储映射卷；多个所述物理节点均建立有虚拟机，多个所述虚拟机通过各自的虚拟网桥连接各自的存储映射卷；多个所述虚拟机通过各自的外部虚拟网桥连接各自的物理网卡，以连接所述公共网络。
可选的，多个所述虚拟机之间通过NTB进行连接，以使多个所述虚拟机之间进行通讯。
可选的，多个所述虚拟机之间通过所述NTB发送心跳信号，当任一个所述虚拟机的心跳信号中断时，未中断所述心跳信号的虚拟机将连接所述中断心跳信号的虚拟机的线路切换至任一个所述未中断所述心跳信号的虚拟机。
可选的，所述物理节点的个数为4个。
本发明所提供的一种NAS存储系统，包括物理节点和存储设备，所述存储设备连接所述物理节点，以在所述物理节点中映射存储映射卷；所述物理节点中建立有虚拟机，所述虚拟机通过内部虚拟网桥连接所述存储设备的存储映射卷，相应的，所述虚拟机通过第一虚拟网卡连接所述内部虚拟网桥；所述虚拟机通过外部虚拟网桥连接物理网卡，以连接公共网络，相应的，所述虚拟机通过第二虚拟网卡连接所述外部虚拟网桥；所述存储映射卷用于建立文件系统，并通过所述虚拟机连接所述公共网络以提供NAS存储业务。
本发明所提供的NAS存储系统，存储设备需要通过物理节点中建立的虚拟机连接外部网络，即虚拟机将NAS存储设备的文件系统与外部网络进行隔离；所述外部网络通常应用SAN存储网络技术，该网络的设计架构io栈通常是在用户态下设计的，SAN存储网络的文件系统也只能运行在用户态；而NAS中的文件系统需要运行在内核态，上述两个文件系统并不兼容，通过虚拟机将提供NAS服务的存储设备与外部网络隔开，让虚拟机运行NAS存储设备的文件系统，可以有效避免上述两个文件系统不兼容的问题，从而降低开发难度，缩短开发周期。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的第一种NAS存储系统的结构框图；
图2为本发明实施例中物理节点中虚拟机系统的结构框图；
图3为本发明实施例所提供的第二种NAS存储系统的结构框图；
图4为本发明实施例所提供的物理节点之间通讯网络的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种NAS存储系统。在现有技术中，NAS通常是基于存储设备来建立文件系统，并将所述文件系统直接连接在外部网络上以对用户提供NAS服务。
但是在实际情况中，通常情况下是同时使用NAS存储设备以及SAN存储网络，而SAN存储网络的文件系统通常是运行在用户态，而NAS中的文件系统需要运行在内核态，用户态与内核态相当于是CPU的两个权限等级，用户态只能受限的访问内存，而内核态可以访问所有数据；从另一方面将，用户态相当于用户空间，是应用程序所被允许的活动空间，而内核态相当于内核，是控制计算机的硬件资源，并为应用程序提供硬件环境。分别设置在用户态与内核态的文件系统原则上并不兼容，需要在开发时重新构建其结构，例如io栈等等，这需要改动大量的内容，从而使得NAS存储在开发时需要很长的开发周期。
而本发明所提供的一种NAS存储系统，存储设备200需要通过物理节点100中建立的虚拟机101连接外部网络，即虚拟机101将NAS存储设备200的文件系统与外部网络进行隔离；所述外部网络通常应用SAN存储网络技术，该网络的设计架构io栈通常是在用户态下设计的，SAN存储网络的文件系统也只能运行在用户态；而NAS中的文件系统需要运行在内核态，上述两个文件系统并不兼容，通过虚拟机101将提供NAS服务的存储设备200与外部网络隔开，让虚拟机101运行NAS存储设备200的文件系统，可以有效避免上述两个文件系统不兼容的问题，从而降低开发难度，缩短开发周期。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，图1为本发明实施例所提供的第一种NAS存储系统的结构框图；图2为本发明实施例中物理节点中虚拟机系统的结构框图。
本发明实施例所提供的系统包括物理节点100和存储设备200。
其中，所述存储设备200连接所述物理节点100，以在所述物理节点100中映射存储映射卷102。所述物理节点100中建立有虚拟机101，所述虚拟机101是在连接所述存储设备200映射在所述物理节点100的存储映射卷102的虚拟机101，所述虚拟机101通常是由Linux操作系统在2.6.20版本之后集成在Linux中的KVM(Kernel-based Virtual Machine)系统虚拟化模块进行虚拟化后产生的，当然，也可以通过其他方法产生所述虚拟机101，在本发明实施例中不做具体限定，但是通常情况下是选择使用Linux操作系统中的KVM系统虚拟化模块来产生虚拟机101，因为Linux操作系统中的KVM系统虚拟化模块是一个开源的系统虚拟化模块，其核心源代码很少，在具体使用过程中非常方便。
在本发明实施例中，所述虚拟机101通过内部虚拟网桥103连接所述存储映射卷102，所述存储映射卷102是存储设备200映射到上述物理节点100的存储空间，所述存储映射卷102是所述物理节点100中的虚拟机101所看到的存储设备200，所述虚拟机101可以将数据存储到所述存储映射卷102，也可以从所述存储映射卷102中读取数据，上述虚拟机101实际上是将数据存储到存储设备200，以及从存储设备200中读取数据。
具体的讲，所述虚拟机101是运行预先设置的iscsi initiator通过虚拟网桥连接所述存储映射卷102iscsi target。当然，也可以通过其他方式连接所述虚拟机101以及所述存储映射卷102，在此不做具体限定，视具体的情况而定。
在物理节点100中，所述虚拟机101是通过所述内部虚拟网桥103连接所述存储映射卷102，而虚拟机101需要通过虚拟网卡才能连接所述虚拟网桥，其中连接所述虚拟机101与所述内部虚拟网桥103的虚拟网卡在本发明实施例中称作是第一虚拟网卡105。
在本发明实施例中，所述虚拟机101通过外部虚拟网桥104连接物理网卡107，以连接公共网络。其中，公共网络是用户可以访问的网络，连接所述公共网络必须经过物理网卡107，但是对于所述物理网卡107的型号以及个数在本发明实施例中均不作具体限制，所述物理网卡107通常是万兆网卡，其个数可以是两个、四个、八个等等。
上述虚拟机101是通过外部虚拟网桥104连接所述物理网卡107，而虚拟机101需要通过虚拟网卡才能连接所述虚拟网桥，其中连接所述虚拟机101与所述外部虚拟网桥104的虚拟网卡在本发明实施例中称作是第二虚拟网卡106。
在本发明实施例中，所述存储设备200是通过预先设置在所述存储设备200中用于管理和存储文件信息的文件系统对外提供NAS服务，换句话说，所述文件系统是是基于上述存储映射卷102建立的文件系统，在本发明实施例中，所述文件系统是通过上述虚拟机101来连接上述公共网络以提供NAS服务。
在通过虚拟机101将所述文件系统共享在公共网络时，可以使用开源的网络共享协议，例如ftp，nfs，cifs等，此时对于所述文件系统不需要进行二次开发。当然，亦可以不使用开源的网络共享协议而是使用其他网络共享协议均可，在此不做具体限定。
本发明实施例所提供的一种NAS存储系统，存储设备200需要通过物理节点100中建立的虚拟机101连接外部网络，即虚拟机101将NAS存储设备200的文件系统与外部网络进行隔离；所述外部网络通常应用SAN存储网络技术，该网络的设计架构io栈通常是在用户态下设计的，SAN存储网络的文件系统也只能运行在用户态；而NAS中的文件系统需要运行在内核态，上述两个文件系统并不兼容，通过虚拟机101将提供NAS服务的存储设备200与外部网络隔开，让虚拟机101运行NAS存储设备200的文件系统，可以有效避免上述两个文件系统不兼容的问题，从而降低开发难度，缩短开发周期。
请参考图3和图4，图3为本发明实施例所提供的第二种NAS存储系统的结构框图；图4为本发明实施例所提供的物理节点之间通讯网络的结构示意图。
请参考图3，该系统与上述发明实施例所提供的NAS存储系统相比，包括了多个物理节点，每个物理节点均连接所述存储设备200，多个所述物理节点中均应设有所述存储设备200的存储映射卷；多个所述物理节点均建立有虚拟机，多个所述虚拟机通过各自的内部虚拟网桥连接各自的存储映射卷；多个所述虚拟机通过各自的外部虚拟网桥连接各自的物理网卡，以连接所述公共网络。
在本发明实施例中，相当于有多个物理节点，每个物理节点均设置有上述发明实施例中的NAS存储系统，每个物理节点都连接所述存储设备200，存储设备200在每个物理节点中的映射均为存储映射卷，映射在每个物理节点中的存储映射卷的内容相同，从每个物理节点的角度上来看，每个存储映射卷均代表着所述存储设备200。
有关上述NAS存储系统中物理节点的个数在此不做具体限定，其个数可以是2个，4个，6个等等。其余有关各个物理节点的结构与上述发明实施例中的物理节点大体相同，详细情况请参照上述实施例，在此不再进行赘述。
请参考图4，进一步的，在本发明实施例中，建立在每个物理节点中的虚拟机之间可以进行相互通讯，各个所述虚拟机之间通过网桥进行连接以实现通讯。由于NTB所构成的NTB网络比一般的网络更稳定，效率更高，并且没有例如掉线，交换机出现问题等外部干扰，可以通过NTB连接本发明实施例中的多个物理节点，实现虚拟机之间的通讯。NTB作为一种特殊的桥设备，可以连接多个主机系统，其中NTB是扮演着一个在本地系统和远端系统之间的高性能、低开销的通讯网关角色，可以提供远端主机与本地主机之间内存区域的隔离，同时启用多个主机之间的状态以及数据交换。
在本发明实施例中，同一时刻通常情况下只有一个物理节点对外提供NAS服务，而其余物理节点可以作为备用的物理节点，当正在对外提供NAS服务的物理节点通常被称作是主用物理节点，而其余的物理节点通常被称作是备用物理节点。而备用物理节点的作用是当主用物理节点发生故障时，及时的将连接主用物理节点的线路切换至连接任一个备用物理节点。当然，在切换至备用物理节点时，可以根据预先设定的顺序进行切换，也可以是随机切换至任一个备用物理节点，还可以是根据各个备用节点的状态参数，决定切换至哪一个备用物理节点。具体的方法有很多种，在此不做具体限定。
在将连接主用物理节点的线路切换至备用物理节点之后，相当于换了一个虚拟机提供NAS业务。由于数据均是存储在所述存储设备200中，更换虚拟机之后不会影响NAS业务的运行。
有关如何判断物理节点发生故障，有很多种方法，在本发明实施例中是在建立在每个物理节点中的虚拟机上安装pacemaker软件，通过pacemaker软件建立虚拟机之间的心跳信号，安装在各个虚拟机的所述pacemaker软件可以通过本发明实施例中的NTB进行通讯。所述心跳信号是虚拟机会每隔一个预设的时间就向其他讯你急发送一个很小的数据包，通过上述心跳信号可以判断虚拟机是否在线，若没有在线，则判断为该虚拟机发生故障，此时需要将连接故障虚拟机的线路切换至可以正常工作的虚拟机。
当然，还可以通过其他的方式来判断物理节点发生故障，有关具体的操作在此不做具体限定，视具体的情况而定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种NAS存储系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种NAS存储系统，其特征在于，所述系统包括物理节点和存储设备，所述存储设备连接所述物理节点，以在所述物理节点中映射存储映射卷；
所述物理节点中建立有虚拟机，所述虚拟机通过内部虚拟网桥连接所述存储设备的存储映射卷，相应的，所述虚拟机通过第一虚拟网卡连接所述内部虚拟网桥；所述虚拟机通过外部虚拟网桥连接物理网卡，以连接公共网络，相应的，所述虚拟机通过第二虚拟网卡连接所述外部虚拟网桥；所述存储映射卷用于建立文件系统，并通过所述虚拟机连接所述公共网络以提供NAS存储业务。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外部虚拟网桥连接两块物理网卡。
3.根据权利要求1或2任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述系统包括多个物理节点，多个所述物理节点均连接所述存储设备，多个所述物理节点中均应设有所述存储设备的存储映射卷；多个所述物理节点均建立有虚拟机，多个所述虚拟机通过各自的虚拟网桥连接各自的存储映射卷；多个所述虚拟机通过各自的外部虚拟网桥连接各自的物理网卡，以连接所述公共网络。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，多个所述虚拟机之间通过NTB进行连接，以使多个所述虚拟机之间进行通讯。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，多个所述虚拟机之间通过所述NTB发送心跳信号，当任一个所述虚拟机的心跳信号中断时，未中断所述心跳信号的虚拟机将连接所述中断心跳信号的虚拟机的线路切换至任一个所述未中断所述心跳信号的虚拟机。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述物理节点的个数为4个。
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