CN201887800U

CN201887800U - 一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统

Info

Publication number: CN201887800U
Application number: CN2010206456405U
Authority: CN
Inventors: 孙志卓; 谭毓安; 周泽湘; 王道邦; 李艳国; 章珉; 武志民
Original assignee: BEIJING TOYOU FEIJI ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: BEIJING TOYOU FEIJI ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2020-12-01

Abstract

本实用新型涉及一种网络恢复系统，特别涉及一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统，属于计算机存储领域。本实用新型包括CDP服务器、网络接口和节能磁盘阵列，其中网络接口一端与CDP服务器相连，另一端与被保护系统或交换机相连；节能磁盘阵列适于连续数据存储，包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与CDP服务器另一端相连。本实用新型既满足了CDP的海量存储与数据保护需求，又克服了普通RAID为提供高性能，阵列中所有磁盘全天候并行工作，能耗高与磁盘寿命短的缺点。

Description

一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统

技术领域

本实用新型涉及一种网络恢复系统，特别涉及一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统，属于计算机存储领域。

背景技术

网络恢复系统NRS(Network Recovery System)是一种被广泛采用的容灾系统，NRS利用连续或间隔复制策略，复制被保护的信息系统到本地或异地，以确保信息系统瘫痪时，恢复数据到最新时间点。连续数据保护CDP(Continuous Data Protection)通过记录被保护数据的变化，实现任意时间点的快速恢复，是目前最有效的NRS实现方案。

为了保证数据的安全性，CDP一般采用独立磁盘冗余阵列(RAID)作为存储设备。RAID是一种将多块磁盘形成一个有机整体，使之能够在硬盘故障时提供数据保护的技术，RAID技术具有以下优点：海量存储，如RAID支持16个磁盘，还可外接磁盘扩展柜；数据保护，RAID中任意一块磁盘(如RAID 5)或两块磁盘(如RAID 6)损坏后，可重建该磁盘上的数据；高性能，由于连续数据按照指定的策略分割后，分散存储到RAID中的不同磁盘上，可并行访问多个磁盘，具有很高的顺序和随机读写性能。

CDP对存储设备的要求，主要体现在：

(1)海量存储需求。

如采用基于块级的CDP时，被保护数据中每个发生过修改的数据块，都要打上时间戳，按时间顺序保存起来，据统计，一个1T的数据卷，每天需要1～2T的空间来存储CDP数据。

(2)数据保护需求。

CDP数据的安全，是被保护系统能够从故障中恢复的基本保障，因此，CDP数据必须保证完好无损。

(3)性能需求。

CDP数据都可按复制时间进行顺序存储，对存储设备的随机性能要求低。

根据以上分析，在CDP中采用RAID存储设备，虽然能够提供海量存储和实现数据保护，但RAID中磁盘并行工作提供的高性能，尤其是很高的随机读写性能，并没有被有效利用。此外，还存在如下缺点：磁盘故障率高，磁盘寿命取决于磁盘的工作时间，所有磁盘全天候并行工作，即使某块磁盘当前没有读写任务，也必须空转；能耗高，所有磁盘全天候并行工作，消耗电能，并且磁盘工作时产生热量，需要风扇降温。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对上述现有技术现状而提供一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统。

本实用新型提供了一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统，采用连续数据保护方案，如图1所示，包括CDP服务器、网络接口和节能磁盘阵列，其中网络接口一端与CDP服务器相连，另一端与被保护系统或交换机相连；节能磁盘阵列包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与CDP服务器另一端相连。

本实用新型的工作原理为：CDP服务器通过网络接口，可直接与被保护系统相连，也可经交换机与被保护系统相连；节能磁盘阵列包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与CDP服务器相连，根据CDP服务器发来的读、写命令，控制磁盘组进行读、写操作，磁盘组负责数据存储。

CDP服务器包括数据备份模块和数据恢复模块。写入被保护系统的数据，同时也传给CDP服务器，CDP服务器的数据备份模块进行如下操作：

(1)生成该写操作的元数据，元数据一般包括：本次写操作的时间戳、数据长度、在CDP中的起始块号、在被保护系统中的起始块号，元数据标识。

(2)令元数据占一个扇区，其后是本次写操作的写数据，然后把元数据与写数据顺序写入节能磁盘阵列。

进行数据恢复时，CDP服务器的数据恢复模块根据恢复时间点，从节能磁盘阵列中先找出符合要求的元数据(根据元数据的时间戳)，再根据元数据，进行数据恢复。

节能磁盘阵列具有如下特点：

磁盘组由N(N≥3)个磁盘构成，全部磁盘划分成N个条带，每个条带上有N个存储块，其中M个(M＝1为单盘容错；M＝2为双盘容错)为校验块，其余N-M个为数据块，M个校验块由相同条带内的N-M个数据块运算得出(M＝1时，采用异或运算；M＝2时，一个校验块采用异或运算，另一个采用伽罗华域运算)。数据块内部的逻辑地址相邻，同一磁盘中位置相邻数据块(如果是分布式校验，校验块两侧的数据块认为是位置相邻)的逻辑地址相邻，阵列中前一磁盘的末尾数据块与下一磁盘的首个数据块逻辑地址相邻。进行数据存储时，数据顺序写入第一块磁盘的第一个数据块、第二个数据块、……、该盘最后一个数据块；第一块磁盘全部数据块写满后，再写入第二块磁盘的第一数据块、第二数据块、……、该盘最后一个数据块；……；最后写入第N块磁盘的第一数据块、第二数据块、……、该盘最后一个数据块。

磁盘组中每块磁盘都具有停止、运行、就绪三种状态：停止时磁盘转轴停止旋转、磁头停止寻道；运行时磁盘执行读写操作，转轴旋转、磁头寻道；就绪时磁盘将要被访问，磁盘转轴旋转、磁头不寻道。进行顺序数据访问时，根据访问的逻辑地址，调度访问数据所在磁盘、同条带检验数据所在磁盘运行，其余磁盘暂时没有任务，调度到停止状态，实现节能和减轻磁盘损耗的目的。阵列中某块磁盘故障，需要数据重构时，需要调度所有磁盘工作。

磁盘组的数据写入操作以“读-改-写”的方式实现。为了提高写性能，进行了写优化，即把用于产生新校验数据的旧数据与旧校验数据预读到缓冲区，以便从预读区读取旧数据与旧校验数据，磁盘可以连续执行写操作，只有预读区中的数据用完后，才进行一次预读来填满预读区，写优化后，多个读操作被转换为一个连续的读操作，减少了磁盘寻道次数，阵列的连续写带宽接近单块磁盘连续写带宽的一半，能够满足对带宽没有苛刻要求的CDP系统。

当CDP系统需要更高的带宽时，可采用分组并行的磁盘组，工作原理如下：将每个条带上的数据块平均分成p组，每组包含q个数据块，可并行访问组内的q个数据块，其余p-1组数据块所在磁盘停止工作，写优化处理后，其连续写带宽约为q·BW_Disk/2，连续读带宽约q·BR_Disk，其中BW_Disk为单块磁盘的连续写带宽，BR_Disk单块磁盘的连续读带宽，当p＝1时，磁盘组还原为普通RAID形式。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

采用节能磁盘阵列存储CDP数据，既满足了CDP的海量存储与数据保护需求，又克服了普通RAID为提供高性能，阵列中所有磁盘全天候并行工作，能耗高与磁盘寿命短的缺点。

节能磁盘阵列绝大部分时间里，只进行CDP数据的写入操作，此时只有1+M块磁盘工作，功耗约为相同盘数普通RAID的(1+M)/N；设单块磁盘的使用寿命为h小时，普通RAID中所有磁盘并行工作，其使用寿命也为h小时，节能磁盘阵列的寿命约为h·N/(1+M)小时，其中M＝1或2，N为磁盘数，N值越大节能与寿命延长效果越好。对于分组并行的节能磁盘阵列，在绝大部分时间里，只有q+M块磁盘工作，其功耗约为相同盘数普通RAID的(q+M)/N，q为组内磁盘数，阵列的寿命h·N/(q+M)。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构图；

图2为本实用新型实施例的结构图；

图3为本实用新型实施例中磁盘组的总体数据布局；

图4为本实用新型实施例中磁盘组的详细数据布局。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本实用新型的优选实施方式。

本实施例提供的一种基于节能磁盘阵列的NRS系统如图2所示，采用块级CDP方案，包括被保护计算机、CDP服务器、节能磁盘阵列，其中节能磁盘阵列由节能磁盘阵列控制器和磁盘组组成。被保护计算机通过网络接口与CDP服务器连接。

被保护计算机的工作状况为：每天写入的数据总量不大与1TB，平均每秒写入的数据不大与20MB；对CDP系统的要求：能够提供1周5个工作日的连续数据保护。

磁盘组结构如下：

本实施例中，采用分布式校验，单盘容错(M＝1)，未分组并行的磁盘组，阵列由6块ST32000542AS磁盘组成，参数见表1。如图3所示，划分6个条带，每个条带包含5个数据块和1个校验块，校验块由同条带的5个数据块异或运算得出。如第1条带的数据块的编号为11、21、31、41、51，该条带校验块P(1)由数据块11、21、31、41、51异或运算而得。

令数据子块大小为4KB，把每个数据块分成K(K＝磁盘容量/条带数/4KB)个数据子块，如图4所示，位置相邻的数据子块的逻辑地址是相邻的；每个校验块也分成K个校验子块，校验子块由同条带各个数据块中偏移位置相同的5个数据子块异或运算得出。对全部数据子块编号，同一磁盘中位置相邻数据块的逻辑地址相邻，前一磁盘的末尾数据块与下一磁盘的首个数据块逻辑地址相邻。

表1ST32000542AS磁盘的相关参数

顺序访问时，如向数据块11写数据时，只有磁盘1和数据块11同条带校验块P(1)所在磁盘6工作，其余磁盘没有任务停止工作；数据块11写满后，向数据块12写数据，磁盘6停止工作，磁盘1和数据块12同条带校验块P(2)所在磁盘5工作；……，数据块15写满后，向数据块21写数据，磁盘1停止工作，磁盘2和数据块21同条带校验块P(1)所在磁盘6工作；依此类推，直到阵列中所有数据块写满。

数据写入被保护计算机时，也传送到CDP服务器，CDP服务器进行如下操作：

(1)生成该写操作的元数据，元数据包括：本次写操作的时间戳、数据长度、在CDP中的起始块号、在被保护计算机中的起始块号，元数据标识。

进行数据恢复时，CDP服务器根据恢复时间点，从节能磁盘阵列中先找出符合要求的元数据(根据元数据的时间戳)，再根据元数据，进行数据恢复。

写优化后，节能磁盘阵列连续写带宽接近单块磁盘连续写带宽的一半，本例中单块磁盘连续写、读带宽分别为84MB、95MB(见表1)，故节能磁盘阵列的连续写带宽约为42MB，而被保护计算机平均每秒的写入数据量不大于20MB，即使考虑到数据重建时的带宽开销，也能够满足性能需求。节能磁盘阵列的有效存储容量为2000GB×6×5/6＝10000GB，当每天产生的CDP数据为1TB时，约能提供10天的连续数据保护，满足CDP系统对存储容量需求。当任意磁盘出现故障后，都可利用其余磁盘恢复故障磁盘上的数据，也能满足CDP对数据保护需求。

节能磁盘阵列绝大部分时间里，只有两块(只进行写操作，CDP系统的主要工作模式)磁盘工作，其功耗约为相同盘数普通RAID的2/N，这里N＝6，即1/3，假定单块磁盘的使用寿命为h小时，由于普通RAID所有磁盘并行工作，其使用寿命也为h小时，而节能型磁盘阵列的寿命约为h·N/2，即3h小时，约为普通RAID的3倍。

本实用新型不仅限于以上实施例，凡是利用本实用新型的设计思路，做一些简单变化的设计，都应计入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统，其特征在于，包括连续数据保护服务器、网络接口和节能磁盘阵列，其中网络接口一端与连续数据保护服务器相连，另一端与被保护系统或交换机相连；节能磁盘阵列包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与连续数据保护服务器另一端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统，其特征在于，所述连续数据保护服务器包括数据备份模块和数据恢复模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于节能磁盘阵列的网络恢复系统，其特征在于：所述节能磁盘阵列为适于连续存储的节能磁盘阵列。