CN109871299A - 一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法，包括主机A和主机B，主机A和主机B集成在机箱中，主机A和主机B内分别设置有两个主存储设备、一个嵌入式计算机主控板和总线切换器，主机A内的总线切换器和主机B内的总线切换器通过存储总线(2)连接，当班机同时访问两个存储设备，当其中一个存储设备出现故障时，当班机剔除该存储设备，同时从另一个存储设备存取数据，实现了数据的冗余备份。本发明可以确保嵌入式计算机系统在长期工作情况下不会由于单个存储设备损坏造成系统崩溃或重要数据丢失。
Description
技术领域
本发明属于嵌入式计算机技术领域，具体涉及一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法。
背景技术
目前常用的嵌入式计算机系统中数据存储大多采用“单机+单存储设备”的模式，其数据可靠性主要是通过提高元器件的质量等级等措施来保证，但该架构不能避免由于存储设备的单点故障引起的系统崩溃或重要数据丢失等风险，在某些对数据存储有高可靠性要求的情况下，该风险明显不受控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法，用于恶劣环境条件下对数据存储有高可靠性要求的嵌入式计算机系统。
本发明采用以下技术方案：
一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统，包括主机A和主机B，主机A和主机B集成在机箱中，主机A和主机B内分别设置有两个主存储设备、一个嵌入式计算机主控板和总线切换器，主机A内的总线切换器和主机B内的总线切换器通过存储总线连接，当班机同时访问两个存储设备，当其中一个存储设备出现故障时，当班机剔除该存储设备，同时从另一个存储设备存取数据，实现了数据的冗余备份。
具体的，主机A内设置有第一嵌入式计算机主控板、第一主存储设备和第二主存储设备，第一嵌入式计算机主控板通过存储总线与第一主存储设备连接，第一嵌入式计算机主控板通过存储总线依次经第一总线切换器和第二总线切换器与第二主存储设备联通。
具体的，主机B内设置有第二嵌入式计算机主控板、第三主存储设备和第四主存储设备，第二嵌入式计算机主控板通过存储总线与第四主存储设备连接，第二嵌入式计算机主控板通过存储总线依次经第三总线切换器和第四总线切换器与第三主存储设备联通。
进一步的，主机A内设置的第一总线切换器通过存储总线与主机B内设置的第三总线切换器联通。
具体的，主机A和主机B机采用独立供电系统，工作模式为双机冷备份冗余工作模式，同一时刻主机A和主机B只有单机加电工作。
本发明的另一技术方案是，一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统的存储方法，若主机A为当班机，主机A系统加电后，第一总线切换器分别通过存储总线连通第一嵌入式计算机主控板、第二总线切换器和第三总线切换器；第二总线切换器通过存储总线连通第二主存储设备，第三总线切换器通过存储总线连通第四总线切换器，第四总线切换器通过存储总线连通第三主存储设备，第三总线切换器和第二嵌入式计算机主控板之间的存储总线断开，第一嵌入式计算机主控板的存储总线信号经过第一总线切换器、第二总线切换器与第二主存储设备联通，第一总线切换器还通过第三总线切换器和第四总线切换器与第三主存储设备联通，进行数据存取操作，主机B处于断电状态，第二嵌入式计算机主控板和第三总线切换器之间的存储总线断开形成物理隔离，将第二嵌入式计算机主控板与第二主存储设备和第三主存储设备之间的通路切断。
具体的，若第一嵌入式计算机主控板出现故障，则断开主机A的供电电源，接通主机B的供电电源，由B机当班，此时第三总线切换器通过存储总线与第二嵌入式计算机主控板联通，第一总线切换器与第一嵌入式计算机主控板之间的存储总线断开，由主机B访问第二主存储设备和第三主存储设备，主机A的第一嵌入式计算机主控板与第一总线切换器之间的通路断开。
具体的，在使用过程中，同时将数据备份到第二主存储设备和第三主存储设备上，当任一块存储设备或其上存储的数据损坏，从另一块存储设备上读取备份数据，实现数据冗余存储。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统，将A、B机两套功能相同的计算机硬件集成在同一个机箱中，同一时刻只有其中一台计算机加电，一旦当班计算机出现故障，可以快速切换到备份机重新执行任务，实现整机层面的冗余。
进一步的，基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统，主机A和主机B内部分别设置有嵌入式计算机主控板、第一主存储设备和第二主存储设备，主机A和主机B的嵌入式计算机主控板通过存储总线与各自的第一主存储设备连接。主机A和主机B各自的第二存储设备之间通过切换器连接到一起，可以提供主机A与主机B之间互相访问对方存储设备的通路。
本发明还公开一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储方法，可以满足恶劣环境条件下对数据存储有高可靠性要求的嵌入式计算机系统的使用要求，对降低产品单点故障，提高产品的可靠性有实质帮助，可以减少嵌入式计算机系统的维修频次，降低了由于维修引起的任务延迟的风险及影响，特别适用于拆卸不便的使用环境。
进一步的，若主机A为当班机，主机A系统加电后，主机A则可以访问自身的第一存储设备和第二存储设备，还可以通过总线切换器访问主机B的第二存储设备，此时数据可同时从三个存储设备上读取或者写入。实现主机A的第二存储设备和主机B的第二存储设备的共享存储访问。
进一步的，当主机A的嵌入式计算机主控板出现故障，则可以断开主机A的供电电源，接通主机B的供电电源，由B机当班，此时主机B则可以访问自身的第一存储设备和第二存储设备，还可以通过总线切换器方位主机A的第二存储设备，则可以实现主机B的第二存储设备和主机A的第二存储设备的共享存储访问。实现数据的无缝交互。
进一步的，该系统在使用过程中，可以将数据同时备份到主机A的第二存储设备和主机B的第二主存储设备上，当这两块存储设备的任一块存储设备或其上存储的数据损坏，则可以从另一块存储设备上读取备份数据，实现数据冗余存储。若两块共享存储设备全部损坏，则当班机可从自身的第一存储设备上进行数据读取或者写入。可以确保不会由于单个存储设备损坏造成系统崩溃或重要数据丢失。
综上所述，本发明通过设置两套独立的主机并集成在同一机箱中，且分别设置独立的主存储设备和两块共享存储设备，当班机可同时访问主存储设备和两块共享存储设备，当其中任何一个存储设备出现故障时，当班机可以剔除该存储设备，同时从其它存储设备存取数据，实现了数据的冗余备份，可以确保嵌入式计算机系统在长期工作情况下不会由于单个存储设备损坏造成系统崩溃或重要数据丢失。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明冗余设计架构框图。
其中：1.第一嵌入式计算机主控板；2.存储总线；3.第一主存储设备；4.第一总线切换器；5.第二总线切换器；6.第二主存储设备；7.第二嵌入式计算机主控板；8.第三总线切换器；9.第四总线切换器；10.第三主存储设备；11.第四主存储设备。
具体实施方式
本发明提供了一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法，主机采用双机(以A、B机标记)冷备份工作模式，将A、B机两套功能相同的计算机硬件集成在同一个机箱中，同一时刻只有其中一台计算机加电，一旦当班计算机出现故障，可以快速切换到备份机重新执行任务，实现整机层面的冗余；物理隔离的双存储设备采用冗余工作模式，当班机可同时访问两个存储设备，当其中一个存储设备出现故障时，当班机剔除该存储设备，同时可以从另一个存储设备存取数据，实现了数据的冗余备份。
请参阅图1，基于物理隔离的双机冷备份共享存储设备包括一套主机机箱、两套功能相同的主机A和B、四块存储设备和四个总线切换器。主机机箱主要用于将两套功能相同的硬件系统集成在一起，通过相关的四个总线切换器对外提供一套硬件接口，主机A和B之间通过存储总线连接。
主机A内设置有第一嵌入式计算机主控板1、第一主存储设备3和第二主存储设备6，第一嵌入式计算机主控板1通过存储总线2与第一主存储设备3连接，第一嵌入式计算机主控板1通过存储总线2依次经第一总线切换器4和第二总线切换器5与第二主存储设备6联通。
主机B内设置有第二嵌入式计算机主控板7、第三主存储设备10和第四主存储设备11，第二嵌入式计算机主控板7通过存储总线2与第四主存储设备11连接，第二嵌入式计算机主控板7通过存储总线2依次经第三总线切换器8和第四总线切换器9与第三主存储设备10联通。
第一总线切换器4通过存储总线2与第三总线切换器8联通。
本发明一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储方法，
主机A、B机采用独立的供电系统，工作模式为双机冷备份，同一时刻A、B机只有单机在加电工作。
若A机为当班机，A机系统加电后，第一总线切换器4分别通过存储总线2连通第一嵌入式计算机主控板1、第二总线切换器5和第三总线切换器8；第二总线切换器5通过存储总线2连通第二主存储设备6，第三总线切换器8通过存储总线2连通第四总线切换器9，第四总线切换器9通过存储总线2连通第三主存储设备10，第三总线切换器8和第二嵌入式计算机主控板7之间的存储总线2断开，第一嵌入式计算机主控板1的存储总线信号经过第一总线切换器4、第二总线切换器5与第二主存储设备6联通，第一总线切换器4还通过第三总线切换器8和第四总线切换器9与第三主存储设备10联通，进行数据存取操作，而此时B机系统处于断电状态，第二嵌入式计算机主控板7和第三总线切换器8之间的存储总线断开形成物理隔离，将第二嵌入式计算机主控板7与第二主存储设备6和第三主存储设备10之间的通路切断，防止双机之间形成潜通路。
使用过程中，若A机主控板出现故障，则断开A机的供电电源，接通B机的供电电源，由B机当班，此时第三总线切换器8通过存储总线2与第二嵌入式计算机主控板7联通，第一总线切换器4与第一嵌入式计算机主控板1之间的存储总线2断开，由B机访问第二主存储设备6和第三主存储设备10，而A机的第一嵌入式计算机主控板1与第一总线切换器4之间的通路断开。
在加电工作过程中，第二主存储设备6和第三主存储设备10作为冗余工作模式，在图1的连接方式下，A机或B机加电时，可同时访问第二主存储设备6和第三主存储设备10，
在使用过程中，可以同时将重要数据备份到第二主存储设备6和第三主存储设备10上，一旦其中一块存储设备或其上存储的数据损坏，可以从另一块存储设备上读取备份数据，实现了数据的冗余存储；
当第二主存储设备6和第三主存储设备10任意一块存储设备出现物理短路或损坏时，通过断开第二总线切换器5或第四总线切换器9即可将出现故障的存储设备与计算机系统物理隔离，防止存储设备损坏对系统的影响。
此时A机或B机的存储设备将使用第一主存储设备3或第四主存储设备11和未损坏的第二总线切换器5或第四总线切换器9组成冗余存储系统，防止数据单点故障。
依据上述工作原理，可以实现物理隔离的双机冷备份共享存储设备，且测试结果表明本发明具有很好的可实施性，且性能满足预期。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
采用本发明所提出的基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法已成功应用于5种嵌入式计算机产品中，且稳定运行时间超过5年，从未出现过由于单个存储设备损坏造成系统崩溃或重要数据丢失的案例。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统，其特征在于，包括主机A和主机B，主机A和主机B集成在机箱中，主机A和主机B内分别设置有两个主存储设备、一个嵌入式计算机主控板和总线切换器，主机A内的总线切换器和主机B内的总线切换器通过存储总线(2)连接，当班机同时访问两个存储设备，当其中一个存储设备出现故障时，当班机剔除该存储设备，同时从另一个存储设备存取数据，实现了数据的冗余备份。
2.根据权利要求1所述的基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统，其特征在于，主机A内设置有第一嵌入式计算机主控板(1)、第一主存储设备(3)和第二主存储设备(6)，第一嵌入式计算机主控板(1)通过存储总线(2)与第一主存储设备(3)连接，第一嵌入式计算机主控板(1)通过存储总线(2)依次经第一总线切换器(4)和第二总线切换器(5)与第二主存储设备(6)联通。
3.根据权利要求1所述的基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统，其特征在于，主机B内设置有第二嵌入式计算机主控板(7)、第三主存储设备(10)和第四主存储设备(11)，第二嵌入式计算机主控板(7)通过存储总线(2)与第四主存储设备(11)连接，第二嵌入式计算机主控板(7)通过存储总线(2)依次经第三总线切换器(8)和第四总线切换器(9)与第三主存储设备(10)联通。
4.根据权利要求2或3所述的基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统，其特征在于，主机A内设置的第一总线切换器(4)通过存储总线(2)与主机B内设置的第三总线切换器(8)联通。
5.根据权利要求1所述的基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法，其特征在于，主机A和主机B机采用独立供电系统，工作模式为双机冷备份冗余工作模式，同一时刻主机A和主机B只有单机加电工作。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统的存储方法，其特征在于，若主机A为当班机，主机A系统加电后，第一总线切换器(4)分别通过存储总线(2)连通第一嵌入式计算机主控板(1)、第二总线切换器(5)和第三总线切换器(8)；第二总线切换器(5)通过存储总线(2)连通第二主存储设备(6)，第三总线切换器(8)通过存储总线(2)连通第四总线切换器(9)，第四总线切换器(9)通过存储总线(2)连通第三主存储设备(10)，第三总线切换器(8)和第二嵌入式计算机主控板(7)之间的存储总线(2)断开，第一嵌入式计算机主控板(1)的存储总线信号经过第一总线切换器(4)、第二总线切换器(5)与第二主存储设备(6)联通，第一总线切换器(4)还通过第三总线切换器(8)和第四总线切换器(9)与第三主存储设备(10)联通，进行数据存取操作，主机B处于断电状态，第二嵌入式计算机主控板(7)和第三总线切换器(8)之间的存储总线(2)断开形成物理隔离，将第二嵌入式计算机主控板(7)与第二主存储设备(6)和第三主存储设备(10)之间的通路切断。
7.根据权利要求6所述的基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法，其特征在于，若第一嵌入式计算机主控板(1)出现故障，则断开主机A的供电电源，接通主机B的供电电源，由B机当班，此时第三总线切换器(8)通过存储总线(2)与第二嵌入式计算机主控板(7)联通，第一总线切换器(4)与第一嵌入式计算机主控板(1)之间的存储总线(2)断开，由主机B访问第二主存储设备(6)和第三主存储设备(10)，主机A的第一嵌入式计算机主控板(1)与第一总线切换器(4)之间的通路断开。
8.根据权利要求6所述的基于物理隔离的双机冷备份共享存储系统及方法，其特征在于，在使用过程中，同时将数据备份到第二主存储设备(6)和第三主存储设备(10)上，当任一块存储设备或其上存储的数据损坏，从另一块存储设备上读取备份数据，实现数据冗余存储。
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