CN201781507U - 一种共享Cache结构的高性能VTL系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种共享Cache结构的高性能VTL系统，属于计算机存储领域。本实用新型包括两台交换机、两套VTL系统、储存池、共享USB Hub、两套存储设备；集合LUN A中的每台被保护主机通过一台交换机同时与两套VTL系统连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过另一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块数据连接，储存池同时与两套VTL系统连接，共享USBHub的两个上行USB端口分别与两套VTL系统连接，共享USB Hub的下行交换逻辑同时与两套VTL系统连接，共享USB Hub的两个下行USB端口各连接一个的存储设备。本实用新型结构简单，易于操作，有效提高了数据备份的性能和系统整体的可靠性。

Description

一种共享Cache结构的高性能VTL系统

技术领域

本实用新型涉及一种共享高速缓冲存储器(Cache)结构的高性能虚拟磁带库系统(VTL)系统，属于计算机存储领域。

背景技术

随着信息技术的不断发展，数据信息已在越来越多的企业和组织中扮演着至关重要的角色。但是，数据信息同时也正面临着各种潜在的风险，例如人为或者技术上的错误，自然灾害，甚至恐怖袭击。长久以来，为了应付各种可能发生的数据破坏和丢失问题，用户不得不部署一套数据备份系统，借助备份软件，每天将数据增量备份的磁带库上。但是，实用物理磁带库仍然存在几个弊病。首先，由于物理磁带库机械结构复杂机械故障多，维修费用高。物理磁带库是一个非封闭的物理机械设备，物理磁带库核心部件，如磁带驱动器、机械手、传送装置等均为机械易损件，故障率非常高，致使设备使用率低。并且数据备份作业无法正常连续运行，维修成本也颇为昂贵。其次，备份失效率高。备份是数据保护的手段，恢复是数据保护的目的。采用物理磁带库进行数据保护的磁带为非封闭介质，且磁带之间没有容错保护。备份业务涉及到的磁带组中，如果发生任一盘磁带磨损、卡带、霉点、粘连等状况，就会导致整个备份数据无法恢复。又由于磁带备份手动程度高，人为操作更是加大了备份的失效率。再次，数据备份/恢复复杂冗长。随着数据量呈几何级数增长，以及对IT应用连续性的要求越来越高，备份和恢复窗口也越来越少。虽然磁带本身的读写速度已有很大提高，但备份/恢复时，需要抓取磁带、加载、机械定位文件等机械动作。此外，等待时间长。再加上备份/恢复时还涉及多带查找，应用端被迫延长待机时间，这些都将影响数据业务的正常工作。而对于现有虚拟磁带库(VTL)系统，虽然使用了磁盘阵列模拟了物理磁带库，一定程度上提高了系统性能，但对于大规模的数据备份，性能仍有不足。并且对于因磁盘故障导致的虚拟磁带库故障，缺乏高效的容错机制。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决传统物理磁带库备份/恢复数据时，存在故障率高、失效率高、备份/恢复时间长等问题，而提供一种共享Cache结构的高性能VTL系统，该系统具有高效数据备份能力，同时对于系统可能出现的故障具有良好的容错性能。

本实用新型的目的是通过下属技术方案实现的。

本实用新型的一种共享Cache结构的高性能VTL系统，包括两台交换机、两套VTL系统、储存池、共享USB Hub、两个存储设备；

VTL系统为虚拟磁带库系统，即用磁盘阵列设备，模拟磁带备份；包括：集成化VTL控制器，光纤接口模块、千兆以太网接口模块、RAID控制器模块、USB接口模块、锂电池保护模块；

集成化VTL控制器用于执行模拟物理磁带库系统的各种工作方式；

光纤接口模块用于连接至光纤交换机；

千兆以太网接口模块用于连接至千兆网络交换机；

RAID控制器模块用于连接至存放备份数据的储存池；

锂电池保护模块用于常规电源出现故障时为系统提供电源。

共享USB Hub包括：两个上行USB端口、USB控制器、下行交换逻辑、事务处理转译器、下行USB端口；两个上行USB端口分别通过各自连接的USB控制器与下行交换逻辑数据线连接，下行交换逻辑通过数据线连接事务处理转译器，事务处理转译器通过下行USB端口与存储设备数据线连接。

连接的所有被保护主机分为两个集合LUN A和LUN B，集合LUN A中的每台被保护主机通过一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块或光纤接口模块数据线连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过另一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块或光纤接口模块数据线连接，储存池同时与两套VTL系统各自的RAID控制器通过数据线连接，共享USB Hub的两个上行USB端口分别与两套VTL系统各自的USB接口模块数据线连接，共享USB Hub的下行交换逻辑同时与两套VTL系统各自的USB接口模块数据线连接，共享USB Hub的两个下行USB端口分别通过数据线各连接一个的存储设备。

其中，交换机为光纤交换机或千兆网络交换机；

储存池为可与RAID控制器连接的磁盘阵列。

本实用新型的工作原理如下：

1、正常工作时，根据工作负载情况，对两套VTL系统进行配置，第一套VTL系统管理集合LUN A中的每台被保护主机，第二套VTL系统管理集合LUN B中的每台被保护主机；对于LUN A中每台被保护主机的写入操作，第一套VTL系统使用第一个存储设备作为Cache；对于LUN B的写入操作，第二套VTL系统使用第二个存储设备作为Cache。两套VTL系统的数据写操作首先写入各自的存储设备，即通知主机写操作已完成，经存储设备内的Cache数据排序后再写入储存池，减少储存池的磁盘寻道时间。

2、当第一套VTL系统出现故障时，共享USB Hub中的USB Hub控制器检测到与第一套VTL系统连接的上行USB端口的数据传输中断，连接丢失，并通知下行交换逻辑。下行交换逻辑通过第二套VTL系统的USB接口模块将此消息通知第二套VTL系统。第二套VTL系统检测到此消息后，通过自身的USB接口模块发送信号给共享USB Hub，通知其下行交换逻辑，对第一个存储设备连接的下行USB端口的路由转至第二套VTL系统里连接的USB控制器，从而接管第一套VTL系统用作Cache的第一个存储设备。同时，第二套VTL系统通过集合LUN A主机连接的千兆网络交换机，接管第一套VTL系统管理集合LUN A中的每台被保护主机，第一个存储设备继续作为LUN A的Cache，系统仍然可以较低的性能继续工作。

第一套VTL系统的故障恢复后，共享USB Hub中的USB Hub控制器检测到与第一套VTL系统连接的上行USB端口的连接恢复，并通知下行交换逻辑。下行交换逻辑通过第二套VTL系统的USB接口模块将此消息通知第二套VTL系统。第二套VTL系统检测到此消息后，通过自身的USB接口模块发送信号给共享USB Hub，通知其下行交换逻辑，对第一个存储设备连接的下行USB端口的路由转回第二套VTL系统里连接的USB控制器，从而归还第一套VTL系统用作Cache的第一个存储设备。同时，第二套VTL系统不再通过集合LUN A主机连接的千兆网络交换机管理集合LUN A中的每台被保护主机。此时第一套VTL系统重新接管自己的工作，第一个存储设备继续作为集合LUN A中每台被保护主机的Cache，系统恢复高性能工作。

有益效果：本实用新型由磁盘阵列模拟物理磁带库，提供大规模数据备份、压缩和归档等以往由传统物理磁带库完成的功能。同时采用了两套虚拟磁带库系统，可以对更多的主机提供保护。采用高速U盘作为Cache，提高了数据备份的性能，从而减少了对应用系统的影响。另外，在一套VTL系统出现故障时，可以由另一套系统接管其保护保护主机的数据备份任务，提高了系统整体的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的共享Cache结构的高效VTL系统总体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中采用的VTL系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中采用的共享USB Hub的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述。

实施例

如图1所示，本实用新型的一种共享Cache结构的高效VTL系统，包括千兆网络交换机A、千兆网络交换机B、VTL系统A、VTL系统B、储存池、共享USB Hub、U盘A、U盘B；

如图2所示，VTL系统包括集成化VTL控制器，4Gb光纤接口模块、千兆以太网接口模块、RAID控制器模块、USB接口模块、锂电池保护模块；

集成化VTL控制器用于执行模拟物理磁带库系统的各种工作方式；

光纤接口模块用于连接至光纤交换机；

千兆以太网接口模块用于连接至千兆网络交换机；

RAID控制器模块用于连接至存放备份数据的储存池；

锂电池保护模块用于常规电源出现故障时为系统提供电源。

如图3所示，共享USB Hub包括：上行USB端口A、上行USB端口B、USB控制器A、USB控制器B、下行交换逻辑、事务处理转译器、下行USB端口A、下行USB端口B、下行USB端口C和下行USB端口D；上行USB端口A通过USB控制器A与下行交换逻辑数据线连接，上行USB端口B通过USB控制器B与下行交换逻辑数据线连接；下行交换逻辑通过数据线连接事务处理转译器，事务处理转译器通过数据线连接下行USB端口A、下行USB端口B、下行USB端口C和下行USB端口D。

连接的所有被保护主机分为两个集合LUN A和LUN B，集合LUN A中的每台被保护主机通过千兆网络交换机A同时与VTL系统A和VTL系统B各自的千兆以太网接口模块数据线连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过千兆网络交换机B同时与VTL系统A和VTL系统B各自的千兆以太网接口模块数据线连接，储存池与VTL系统A和VTL系统B各自的RAID控制器通过数据线连接，共享USB Hub的上行USB端口A和下行交换逻辑同时与VTL系统A的USB接口模块通过数据线连接，共享USBHub的上行USB端口B和下行交换逻辑同时与VTL系统B的USB接口模块通过数据线连接，共享USB Hub的下行USB端口A通过数据线连接作为VTL系统A的Cache使用的U盘A，共享USB Hub的下行USB端口B通过数据线连接作为VTL系统B的Cache使用的U盘B。

其中储存池为由可与RAID控制器连接的磁盘阵列组成。

本实用新型的工作原理如下：

1、正常工作时，根据工作负载情况，对VTL系统A和VTL系统B进行配置，其中VTL系统A管理集合LUN A中的每台被保护主机，VTL系统B管理集合LUN B中的每台被保护主机；对于LUN A中每台被保护主机的写入操作，VTL系统A使用U盘A作为Cache；对于LUN B中每台被保护主机的写入操作，VTL系统B使用U盘B作为Cache。VTL系统A和VTL系统B的数据写操作首先写入各自的U盘A和U盘B，即通知主机写操作已完成，经U盘A和U盘B内的Cache数据排序后再写入储存池，减少储存池的磁盘寻道时间。

2、VTL系统A出现故障时，共享USB Hub中的USB Hub控制器A检测到上行USB端口A的数据传输中断，连接丢失，并通知下行交换逻辑。下行交换逻辑通过VTL系统B的USB接口模块将此消息通知VTL系统B。VTL系统B检测到此消息后，通过USB接口模块发送信号给共享USB Hub，通知其下行交换逻辑，将对下行USB端口A的路由从USB控制器A转至USB控制器B，从而接管VTL系统A用作Cache的U盘A。同时，VTL系统B通过千兆网络交换机A，接管VTL系统A管理集合LUN A中的每台被保护主机，U盘6a继续作为集合LUN A中每台被保护主机的Cache，系统仍然可以较低的性能继续工作。

VTL系统A的故障恢复时，共享USB Hub中的USB Hub控制器A检测到上行USB端口A的连接恢复，并通知下行交换逻辑。下行交换逻辑通过VTL系统B的USB接口模块将此消息通知VTL系统B。VTL系统B检测到此消息后，通过USB接口模块发送信号给共享USB Hub，通知其下行交换逻辑，将对下行端口A的路由从USB控制器B转至USB控制器A，从而归还VTL系统A用作Cache的U盘A。同时，VTL系统B不再通过千兆网络交换机A处理VTL系统A管理集合LUN A中的每台被保护主机。此时VTL系统A通过千兆网络交换机A，接管自己的工作，U盘A继续作为集合LUN A中每台被保护主机的Cache，系统恢复高性能工作。

3、VTL系统B出现故障时，按照VTL系统A故障处理方法对称的方式处理。

Claims (1)

1.一种共享Cache结构的高性能VTL系统，其特征在于：包括两台交换机、两套VTL系统、储存池、共享USB Hub、两个存储设备；

VTL系统为虚拟磁带库系统，即用磁盘阵列设备，模拟磁带备份；包括：集成化VTL控制器，光纤接口模块、千兆以太网接口模块、RAID控制器模块、USB接口模块、锂电池保护模块；

集成化VTL控制器用于执行模拟物理磁带库系统的各种工作方式；

光纤接口模块用于连接至光纤交换机；

千兆以太网接口模块用于连接至千兆网络交换机；

RAID控制器模块用于连接至存放备份数据的储存池；

锂电池保护模块用于常规电源出现故障时为系统提供电源；

共享USB Hub包括：两个上行USB端口、USB控制器、下行交换逻辑、事务处理转译器、下行USB端口；两个上行USB端口分别通过各自连接的USB控制器与下行交换逻辑数据线连接，下行交换逻辑通过数据线连接事务处理转译器，事务处理转译器通过下行USB端口与存储设备数据线连接；

连接的所有被保护主机分为两个集合LUN A和LUN B，集合LUN A中的每台被保护主机通过一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块或光纤接口模块数据线连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过另一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块或光纤接口模块数据线连接，储存池同时与两套VTL系统各自的RAID控制器通过数据线连接，共享USB Hub的两个上行USB端口分别与两套VTL系统各自的USB接口模块数据线连接，共享USB Hub的下行交换逻辑同时与两套VTL系统各自的USB接口模块数据线连接，共享USB Hub的两个下行USB端口分别通过数据线各连接一个的存储设备；

其中，交换机为光纤交换机或千兆网络交换机；

储存池为由可与RAID控制器连接的磁盘阵列组成。

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