CN107846306A - 一种全冗余架构存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种全冗余架构存储系统，采用全冗余架构，部署支持异构阵列高可用的双存储阵列与双存储网关，形成管理节点与存储节点双冗余，存储网络部署双交换机构成冗余链路，进而实现了系统级全冗余架构，消除了所有单点故障隐患。该全冗余架构存储系统，实现了系统级全冗余架构，消除了所有单点故障隐患，提高了系统可用性，增加了业务的可持续性，使关键业务应用程序免受故障影响；同时还提高了业务服务水平，提升客户满意度，且不消耗主机系统的资源，能够保证相关主机上的应用高效运行。

Description

一种全冗余架构存储系统
技术领域
本发明涉及存储数据安全技术领域，特别涉及一种全冗余架构存储系统。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，企业越来越依赖于数据处理来进行业务运营，对IT系统的依赖性也随之增加。一旦数据由于某种原因丢失，就有可能造成整个组织在运营上的重大不便和经济损失，企业的信誉也将受到影响。如果核心数据丢失，严重时完全有可能造成整个企业的瘫痪。所以保证企业的业务连续运营及数据处理的高可靠性和高可用性，就成为所有IT人员在建设IT基础架构中首先要考虑的问题。
然而企业所面临的风险和挑战来自多方面：无法预知的IT硬件设备的损坏、断电、火灾、自然灾害、恐怖袭击等，造成数据丢失或业务的突然中断；系统人员误操作造成意外宕机或关键数据丢失，无法避免；手段频多的黑客攻击、病毒入侵、垃圾邮件、网络与系统的漏洞，造成网络瘫痪、系统崩溃；用户需要实时应用与访问机密、关键数据，向企业的服务提出更高的要求；行业与政府的标准与法规的不断变化，进一步增加了企业的压力与成本。
信息作为企业的最宝贵的资产之一，集中的数据备份、恢复和管理已经成为企业数据存储管理的重要任务。企业需要的是：
•数据与存储系统的高可用性，保证数据7*24小时的连续访问；
•将现有的存储技术集成，创造出一种更有效的数据存储管理，实现高效、高可靠性、低成本的数据管理；
•需要一套成熟度高，业内应用广泛的企业级软硬件整体解决方案。
在多年的项目实施过程中，技术人员发现，许多客户考虑到了服务器单点故障的因素，建立了服务器集群，但是集群却往往只是直连了单台存储阵列。一旦存储阵列出现故障，将直接造成集群不可用，前端应用立即中断运行。而传统的RAID磁盘保护技术最多只能在2块磁盘故障时保持应用继续运行，一旦2块以上的磁盘出现故障，将导致所有数据丢失。此外值得注意的是，互为RAID的磁盘往往为同一批次，出现2块磁盘相继损坏的概率比预计的大得多。
基于上述问题，本发明设计了一种全冗余架构存储系统。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的全冗余架构存储系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种全冗余架构存储系统，其特征在于：采用全冗余架构，部署支持异构阵列高可用的双存储阵列与双存储网关，形成管理节点与存储节点双冗余，存储网络部署双交换机构成冗余链路，进而实现了系统级全冗余架构，消除了所有单点故障隐患。
所述全冗余架构存储系统，包括应用服务层，网络链路层，存储管理层和存储设备层，所述存储管理层和存储设备层分别通过网络链路层连接到应用服务层；所述存储设备层包括至少两组存储阵列，所述存储管理层包括两个存储网关，所述网络链路层包括两个交换机，所述应用服务层包括多个前端服务器或服务器集群；利用冗余的连线方式，将上端的前端服务器与下端的存储网关和存储阵列连接在所述网络链路层的两个交换机上；所述存储设备层的各组存储阵列之间建立镜像关系，前端服务端下发的每个IO数据流分发写入各组存储阵列。
所述存储管理层的两个存储网关分别处于Primary状态和Standby状态，前端服务器从Primary状态的存储网关上读取数据，当Primary状态的存储网关宕机后处于Standby状态的存储网关将接替其正常工作，保障前端应用不中断；
在所述存储管理层的存储网关层面建立一个或多个存储池，所述存储设备层的各组存储阵列之间通过自身划出的LUN（Logical Unit Number，逻辑单元号）分别映射给两个存储网关，加入存储网关中的存储池，再由存储网关对存储池中的容量进行整合成一个存储空间，在此存储空间中划分出LUN映射至前端服务器使用。
互为镜像的两组存储阵列划出的LUN加入不同的存储池，并可以划分为多个LUN映射给前端服务器，在两组存储阵列中分别任意选取一个LUN并对这两个LUN建立镜像关系，即可做到数据冗余存储；前端服务器下发的每一个IO数据流，都将镜像为双份写入两个互为镜像关系的LUN，其后写入各自的存储阵列，当写IO数据流双份写入完成后，系统才会返回信息表示写入完成。
所述存储池为静态池，动态池和透明池中的任意一种。
所述全冗余架构存储系统，前端服务器下发IO数据流后其走向如下：
（1）从应用服务层到存储管理层
所述存储管理层的两个存储网关分别处于Primary状态和Standby状态，因而从前端服务器到两个存储网关的路径分别为Primary路径和Standby路径，其中Primary路径为默认路径；
当Primary路径或/和Primary状态的存储网关发生故障时，前端服务器下发IO数据流前，MPIO（Native Multipathing）多路径软件检测到Primary路径不可用，则Standby路径自动设为优先路径，原先的Primary/Standby模式转换为Standby/Primary模式，IO数据流将通过Standby路径向下传输至Standby状态的存储网关；
若Standby路径或/和Standby状态的存储网关发生故障时，前端服务器下发IO数据流前，MPIO多路径软件检测到Standby路径不可用，IO数据流将继续由Primary路径向下传输至Primary状态的存储网关；
（2）从存储管理层到存储设备层
IO数据流到达Primary状态的存储网关后，Primary状态的存储网关将对后端路径进行判断，若Primary状态的存储网关到两组存储阵列的路径1与路径2均正常，IO数据流将自动分发为两份，向下分别写入OSN Volume1和OSN Volume2所指向的存储阵列空间中；
当路径1或/和对应的存储阵列1发生故障时，web控制界面上，两个存储网关都将提示“本地丢失”，IO数据流将从路径2写入其对应的存储阵列2；
当路径2或/和对应的存储阵列2发生故障时，web控制界面上，两个存储网关都将提示“镜像丢失”，IO数据流将从路径1写入其对应的存储阵列1；
当路径1或/和对应的存储阵列1以及路径2或/和对应的存储阵列2同时发生故障时，IO数据流将不会向下分发，而流向Standby状态的存储网关；
（3）存储管理层之间
当Primary状态的存储网关到两组存储阵列的路径1与路径2都发生故障时，Primary状态的存储网关即会将IO数据流发给Standby状态的存储网关，对Standby状态的存储网关到两组存储阵列的路径3与路径4进行判断，若路径3与路径4正常，则将IO数据流分发写入两组存储阵列。
当IO数据流从存储管理层到存储设备层时，若路径1故障，Primary状态的存储网关状态为local down，Standby状态的存储网关状态则为remote local down；
若路径1对应的存储阵列1故障，Primary状态的存储网关状态为local down与remotelocal down，Standby状态的存储网关状态则为remote local down；
若路径2故障，Primary状态的存储网关状态为mirror down，Standby状态的存储网关状态为remote mirror down；
若路径2对应的存储阵列2故障，Primary状态的存储网关状态为mirror down与remotemirror down，Standby状态的存储网关状态为remote mirror down。
本发明的有益效果：该全冗余架构存储系统，实现了系统级全冗余架构，消除了所有单点故障隐患，提高了系统可用性，增加了业务的可持续性，使关键业务应用程序免受故障影响；同时还提高了业务服务水平，提升客户满意度，且不消耗主机系统的资源，能够保证相关主机上的应用高效运行。
附图说明
附图1为本发明基于云架构的移动云桌面平台示意图。
附图2为本发明从应用服务层到存储管理层的数据流向示意图。
附图3为本发明从存储管理层到存储设备层的数据流向示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行详细的说明。
该全冗余架构存储系统，采用全冗余架构，部署支持异构阵列高可用的双存储阵列与双存储网关，形成管理节点与存储节点双冗余，存储网络部署双交换机构成冗余链路，进而实现了系统级全冗余架构，消除了所有单点故障隐患。
该全冗余架构存储系统，包括应用服务层，网络链路层，存储管理层和存储设备层，所述存储管理层和存储设备层分别通过网络链路层连接到应用服务层；所述存储设备层包括至少两组存储阵列，所述存储管理层包括两个存储网关，所述网络链路层包括两个交换机，所述应用服务层包括多个前端服务器或服务器集群；利用冗余的连线方式，将上端的前端服务器与下端的存储网关和存储阵列连接在所述网络链路层的两个交换机上；所述存储设备层的各组存储阵列之间建立镜像关系，前端服务端下发的每个IO数据流分发写入各组存储阵列。
所述存储管理层的两个存储网关分别处于Primary状态和Standby状态，前端服务器从Primary状态的存储网关上读取数据，当Primary状态的存储网关宕机后处于Standby状态的存储网关将接替其正常工作，保障前端应用不中断；
在所述存储管理层的存储网关层面建立一个或多个存储池，所述存储设备层的各组存储阵列之间通过自身划出的LUN（Logical Unit Number，逻辑单元号）分别映射给两个存储网关，加入存储网关中的存储池，再由存储网关对存储池中的容量进行整合成一个存储空间，在此存储空间中划分出LUN映射至前端服务器使用。
互为镜像的两组存储阵列划出的LUN加入不同的存储池，并可以划分为多个LUN映射给前端服务器，在两组存储阵列中分别任意选取一个LUN并对这两个LUN建立镜像关系，即可做到数据冗余存储；前端服务器下发的每一个IO数据流，都将镜像为双份写入两个互为镜像关系的LUN，其后写入各自的存储阵列，当写IO数据流双份写入完成后，系统才会返回信息表示写入完成。
所述存储池为静态池，动态池和透明池中的任意一种。
该全冗余架构存储系统，前端服务器下发IO数据流后其走向如下：
（1）从应用服务层到存储管理层
所述存储管理层的两个存储网关分别处于Primary状态和Standby状态，因而从前端服务器到两个存储网关的路径分别为Primary路径和Standby路径，其中Primary路径为默认路径；
当Primary路径或/和Primary状态的存储网关发生故障时，前端服务器下发IO数据流前，MPIO（Native Multipathing）多路径软件检测到Primary路径不可用，则Standby路径自动设为优先路径，原先的Primary/Standby模式转换为Standby/Primary模式，IO数据流将通过Standby路径向下传输至Standby状态的存储网关；
若Standby路径或/和Standby状态的存储网关发生故障时，前端服务器下发IO数据流前，MPIO多路径软件检测到Standby路径不可用，IO数据流将继续由Primary路径向下传输至Primary状态的存储网关；
（2）从存储管理层到存储设备层
IO数据流到达Primary状态的存储网关后，Primary状态的存储网关将对后端路径进行判断，若Primary状态的存储网关到两组存储阵列的路径1与路径2均正常，IO数据流将自动分发为两份，向下分别写入OSN Volume1和OSN Volume2所指向的存储阵列空间中；
当路径1或/和对应的存储阵列1发生故障时，web控制界面上，两个存储网关都将提示“本地丢失”，IO数据流将从路径2写入其对应的存储阵列2；
当路径2或/和对应的存储阵列2发生故障时，web控制界面上，两个存储网关都将提示“镜像丢失”，IO数据流将从路径1写入其对应的存储阵列1；
当路径1或/和对应的存储阵列1以及路径2或/和对应的存储阵列2同时发生故障时，IO数据流将不会向下分发，而流向Standby状态的存储网关；
（3）存储管理层之间
当Primary状态的存储网关到两组存储阵列的路径1与路径2都发生故障时，Primary状态的存储网关即会将IO数据流发给Standby状态的存储网关，对Standby状态的存储网关到两组存储阵列的路径3与路径4进行判断，若路径3与路径4正常，则将IO数据流分发写入两组存储阵列。
当IO数据流从存储管理层到存储设备层时，若路径1故障，Primary状态的存储网关状态为local down，Standby状态的存储网关状态则为remote local down；
若路径1对应的存储阵列1故障，Primary状态的存储网关状态为local down与remotelocal down，Standby状态的存储网关状态则为remote local down；
若路径2故障，Primary状态的存储网关状态为mirror down，Standby状态的存储网关状态为remote mirror down；
若路径2对应的存储阵列2故障，Primary状态的存储网关状态为mirror down与remotemirror down，Standby状态的存储网关状态为remote mirror down。
该全冗余架构存储系统，前端服务器可以是客户应用环境或生产系统服务器，具有以下优势：
（1）100%的本地数据访问弹性；
（2）能够或使应用中断时间最小化，甚至完全避免受磁盘设备故障导致的应用中断时间；
（3）可与远程灾备系统相辅相成；
（4）提高了系统可用性，增加了业务的可持续性，使关键业务应用程序免受故障影响；
（5）实现了应用层面的透明接管与恢复，简化了数据恢复与应用恢复的流程；
（6）提高了业务服务水平，提升了客户满意度，且不消耗主机系统的资源，保证了相关主机上的应用高效运行。

Claims (7)

1.一种全冗余架构存储系统，其特征在于：采用全冗余架构，部署支持异构阵列高可用的双存储阵列与双存储网关，形成管理节点与存储节点双冗余，存储网络部署双交换机构成冗余链路，进而实现了系统级全冗余架构，消除了所有单点故障隐患。
2.根据权利要求1所述的全冗余架构存储系统，其特征在于：包括应用服务层，网络链路层，存储管理层和存储设备层，所述存储管理层和存储设备层分别通过网络链路层连接到应用服务层；所述存储设备层包括至少两组存储阵列，所述存储管理层包括两个存储网关，所述网络链路层包括两个交换机，所述应用服务层包括多个前端服务器或服务器集群；利用冗余的连线方式，将上端的前端服务器与下端的存储网关和存储阵列连接在所述网络链路层的两个交换机上；所述存储设备层的各组存储阵列之间建立镜像关系，前端服务端下发的每个IO数据流分发写入各组存储阵列。
3.根据权利要求2所述的全冗余架构存储系统，其特征在于：所述存储管理层的两个存储网关分别处于Primary状态和Standby状态，前端服务器从Primary状态的存储网关上读取数据，当Primary状态的存储网关宕机后处于Standby状态的存储网关将接替其正常工作，保障前端应用不中断；
在所述存储管理层的存储网关层面建立一个或多个存储池，所述存储设备层的各组存储阵列之间通过自身划出的LUN分别映射给两个存储网关，加入存储网关中的存储池，再由存储网关对存储池中的容量进行整合成一个存储空间，在此存储空间中划分出LUN映射至前端服务器使用。
4.根据权利要求3所述的全冗余架构存储系统，其特征在于：互为镜像的两组存储阵列划出的LUN加入不同的存储池，并可以划分为多个LUN映射给前端服务器，在两组存储阵列中分别任意选取一个LUN并对这两个LUN建立镜像关系，即可做到数据冗余存储；前端服务器下发的每一个IO数据流，都将镜像为双份写入两个互为镜像关系的LUN，其后写入各自的存储阵列，当写IO数据流双份写入完成后，系统才会返回信息表示写入完成。
5.根据权利要求3或4所述的全冗余架构存储系统，其特征在于：所述存储池为静态池，动态池和透明池中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的全冗余架构存储系统，其特征在于：前端服务器下发IO数据流后其走向如下：
（1）从应用服务层到存储管理层
所述存储管理层的两个存储网关分别处于Primary状态和Standby状态，因而从前端服务器到两个存储网关的路径分别为Primary路径和Standby路径，其中Primary路径为默认路径；
当Primary路径或/和Primary状态的存储网关发生故障时，前端服务器下发IO数据流前，MPIO多路径软件检测到Primary路径不可用，则Standby路径自动设为优先路径，原先的Primary/Standby模式转换为Standby/Primary模式，IO数据流将通过Standby路径向下传输至Standby状态的存储网关；
若Standby路径或/和Standby状态的存储网关发生故障时，前端服务器下发IO数据流前，MPIO多路径软件检测到Standby路径不可用，IO数据流将继续由Primary路径向下传输至Primary状态的存储网关；
（2）从存储管理层到存储设备层
IO数据流到达Primary状态的存储网关后，Primary状态的存储网关将对后端路径进行判断，若Primary状态的存储网关到两组存储阵列的路径1与路径2均正常，IO数据流将自动分发为两份，向下分别写入OSN Volume1和OSN Volume2所指向的存储阵列空间中；
当路径1或/和对应的存储阵列1发生故障时，web控制界面上，两个存储网关都将提示“本地丢失”，IO数据流将从路径2写入其对应的存储阵列2；
当路径2或/和对应的存储阵列2发生故障时，web控制界面上，两个存储网关都将提示“镜像丢失”，IO数据流将从路径1写入其对应的存储阵列1；
当路径1或/和对应的存储阵列1以及路径2或/和对应的存储阵列2同时发生故障时，IO数据流将不会向下分发，而流向Standby状态的存储网关；
（3）存储管理层之间
当Primary状态的存储网关到两组存储阵列的路径1与路径2都发生故障时，Primary状态的存储网关即会将IO数据流发给Standby状态的存储网关，对Standby状态的存储网关到两组存储阵列的路径3与路径4进行判断，若路径3与路径4正常，则将IO数据流分发写入两组存储阵列。
7.根据权利要求6所述的全冗余架构存储系统，其特征在于：当IO数据流从存储管理层到存储设备层时，若路径1故障，Primary状态的存储网关状态为local down，Standby状态的存储网关状态则为remote local down；
若路径1对应的存储阵列1故障，Primary状态的存储网关状态为local down与remotelocal down，Standby状态的存储网关状态则为remote local down；
若路径2故障，Primary状态的存储网关状态为mirror down，Standby状态的存储网关状态为remote mirror down；
若路径2对应的存储阵列2故障，Primary状态的存储网关状态为mirror down与remotemirror down，Standby状态的存储网关状态为remote mirror down。
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