CN204166521U - 一种多控磁盘阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多控磁盘阵列，包括：磁盘柜、交换机和多个控制器；多个该控制器划分为多个控制器组，在控制器组内的控制器之间通过缓存镜像通道互相连接，并且每个控制器设置有前端接口通过一心跳线进行互连，控制器设置有后端接口通过交换机与磁盘柜相连；其中，多个控制器组并行工作且互为备份冗余。

Description

一种多控磁盘阵列

技术领域

本实用新型涉及计算机信息存储技术领域，特别是涉及一种多控磁盘阵列。

背景技术

随着信息技术和网络技术的迅猛发展，互联网上的信息总量以爆炸式的增长，同时信息的重要性和价值也不断地增长，信息技术行业也逐步进入了以信息存储为核心的时代。在云存储技术快速发展的背后，是对海量信息存储系统提出的更高要求和挑战：存储容量更大、存取速度更快、可靠性更强、稳定性更优等。现代存储系统应当具备高性能、高可用性、高可靠性、易扩展性、易使用性和易维护性等特征。磁盘阵列控制器作为磁盘阵列的核心部件，它的性能高低已经成为影响磁盘阵列系统整体性能的关键因素，与之相应的磁盘阵列存储系统的故障单点开始逐渐向控制器端转移，通过控制器的冗余机制，保证了在控制器端出现单点故障的情况下，系统不会瘫痪，仍能对外提供不间断服务。然而，这种方式仅仅只是避免了应用的单点故障，面对如今对于数据的安全性有着更高要求的情况，尤其是某些部门需要提供7*24的不间断服务，仅仅控制端的冗余远远达不到要求，系统还应该保证数据存储端的可靠性，对于这种系统，数据高可用性的要求被提上日程。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种多控磁盘阵列，以克服现有技术中磁盘阵列的控制器容易出现单点故障，可靠性低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种多控磁盘阵列，包括：磁盘柜、交换机和多个控制器，其特征在于：

所述多个控制器划分为多个控制器组，在所述控制器组内的所述控制器之间通过缓存镜像通道互相连接，并且每个所述控制器通过一心跳线进行互连，所述控制器通过所述交换机与所述磁盘柜相连；

其中，所述多个控制器组并行工作且互为备份冗余。

上述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器组中包含多个所述控制器，当同一个所述控制器组中一个控制器出现故障，由所述同一个控制器组内的其他所述控制器接管。

上述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器控制的条带化数据分布在所述磁盘柜中磁盘的不同区域上。

上述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器还包括：SCSI/SATA卡和PCI总线。

上述多控磁盘阵列，其特征在于，所述缓存镜像通道包含多个数据通道。

上述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器通过所述SCSI/SATA卡与所述磁盘柜相连。

上述多控磁盘阵列，其特征在于，所述缓存镜像通道为PCIE总线。

上述多控磁盘阵列，其特征在于，所述后端接口为SAS接口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型的磁盘阵列通过控制器组间冗余，组内高速缓存镜像的方式实现多个内部控制器协同工作。控制器并行采用基于条带的任务分割负载均衡策略实现高IO性能，有效规避了传统多控磁盘阵列系统内部的高效数据通讯开销。

附图说明

图1为本实用新型多控磁盘阵列结构示意图；

图2是本实用新型实施例结构示意图；

图3是本实用新型控制器结构示意图。

其中，附图标记：

1 磁盘柜                                2 交换机

3 控制器                                4 控制器组

5 缓存镜像通道                          6 前端接口

7 心跳线                                8 后端接口

31 控制器一                             32 控制器二

33 控制器三                             34 控制器四

35 控制器五                             36 控制器六

41 控制器组A                            42 控制器组B

43 控制器组C

71 心跳线

91 中央处理器                           92 缓存

93 SCSI/SATA卡                          94 PCI总线

95 千兆网卡                             96 PCIE总线接口

97 PCIE总线

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

本实用新型提供的一种多控磁盘阵列，该磁盘阵列通过控制器组间冗余，组内高速缓存镜像的方式控制多个内部控制器协同工作，共同提升磁盘阵列的可用性和稳定性。

如图1所示，一种多控磁盘阵列，包括：磁盘柜1、交换机2和多个控制器3：

多个控制器3(控制器1、控制器2…控制器n)划分为多个控制器组4，在控制器组4内的控制器3之间通过缓存镜像通道5互相连接，并且每个控制器3设置有前端接口6和后端接口8，每个控制器3的前端接口6通过一心跳线7进行互连，每个控制器3通过交换机2与磁盘柜1相连；

其中，多个控制器组4并行工作且互为备份冗余。

其中，控制器组4中包含多个控制器3，当同一个控制器组4中一个控制器3出现故障，由同一个控制器组4内的其他控制器3接管。

其中，控制器3控制的条带化数据分布在磁盘柜1中磁盘的不同区域上。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对实用新型的限定。

本实用新型多控磁盘阵列架构的实施例主要由控制器、磁盘柜、SAS交换机组成，其中本实施例采用控制器为6个，系统中每2个控制器为一组，但本发明并不以此为限，组内的控制器与控制器间采用高速PCIE总线连接来实现高效的缓存镜像，每个控制器都具有3组接口，分别是前端主机接口、后端接口和控制器高速互联接口，用于对外提供存储访问接口：后端接口即SAS接口，通过SAS交换机连接后端磁盘柜，以实现控制器与海量磁盘的连接；组内控制器间基于PCIE总线实现高速互联，每个控制器内部配置大容量RAM，作为磁盘阵列系统的缓存。每组控制器通过条带化的策略只控制存储空间的三分之一，以此来提高数据的并行访问速度。

每一组控制器之间的两个控制器组成的缓存镜像系统有两个数据通道，每个通道都有对方的一份缓存的副本镜像。控制器正常运行时实现实时的缓存数据备份。当任意一组控制器中的一个控制器出现故障时，由同组内另外一个控制器接管其工作，将缓存镜像中的数据写入磁盘，防止故障控制器导致的内存中的数据丢失，保证业务能连续执行。

当缓存数据成功写入磁盘后，将本组控制器管辖的存储空间移交给另一组正常运行的控制器，本组控制器停止工作。当接管工作的控制器也发生故障后，同理也将工作移交至另一组正常工作的控制器。从而实现了控制其组间冗余。

本实用新型的控制器组间互为冗余，组内进行高速的缓存镜像防止数据的丢失。

如图2所示，多控磁盘阵列采用6个控制器3，从左到右依次为控制器一31、控制器二32、控制器三33、控制器四34、控制器五35和控制器六36。其中控制器一31与控制器二32组成控制器组A41。控制器三33与控制器四34组成控制器组B42，控制器五35与控制器六36组成控制器组C43。但本发明并不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，可根据需要设置其他数量的控制器和控制器组。

控制器组A、B和C之间均采用心跳线71相连，用于交换对方健康状态信息以及故障切换命令信息。每组控制器内部使用高速PCIE总线进行相连，使两个控制器可以检测到对方状态以及进行缓存镜像。

本实用新型中的多控磁盘阵列具有48块3TB SATA硬盘,总共可用存储空间为144TB,每组控制器控制有效存储空间的三分之一。系统采用负载均衡方法进行数据访问控制，该方法主要由多路径软件与阵列控制软件协同完成，组内控制器之间采用Round-robin的负载均衡策略，而不同组间采用基于Raid分条散列的负载均衡策略，保证不同控制器组不需要处理相同分条的IO，因而控制器组之间不需要进行缓存景象和一致性保证。有效减少了控制器之间的数据通讯。

如图3所示，显示的是一组控制器3，单个控制器3主要由中央处理器91(CPU)，缓存92(cache)，SCSI/SATA卡93，PCI总线94和千兆网卡95、PCIE总线接口96等组成。PCIE总线97主要作用是作为缓存镜像通道，用于快速的交换缓存92中的信息，SCSI/SATA卡93用于与磁盘相连。控制器3故障处理为组失效策略，以多控磁盘阵列系统中存在6个控制器为例，6个控制器分为控制器组A41、控制器组B42、控制器组C43，每组包含2个控制器3，当控制器组A的控制器一31故障，同组的控制器二32检测到该故障后，立刻将缓存数据刷到磁盘中，同时通知多路径软件控制器组A的控制器失效。多路径软件得到控制器组A的控制器失效的通知后，调整分条散列策略，将原先分布到控制器组A的控制器上的IO请求重新散列到控制器组B的控制器上。若控制器组B的控制器发生故障依次类推。待控制器组A的控制器完全修复后，其他控制器组先执行刷缓存操作，再通知多路径软件重新调整分条散列策略以实现负载均衡。该策略的主要优点是系统一直处于无单点故障的状态，高度可靠。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种多控磁盘阵列，包括：磁盘柜、交换机和多个控制器，其特征在于： 

所述多个控制器划分为多个控制器组，在所述控制器组内的所述控制器之间通过缓存镜像通道互相连接，并且每个所述控制器通过一心跳线进行互连，所述控制器通过所述交换机与所述磁盘柜相连； 

其中，所述多个控制器组并行工作且互为备份冗余。 

2.根据权利要求1所述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器组中包含多个所述控制器，当同一个所述控制器组中一个控制器出现故障，由所述同一个控制器组内的其他所述控制器接管。 

3.根据权利要求1所述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器控制的条带化数据分布在所述磁盘柜中磁盘的不同区域上。 

4.根据权利要求1所述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器还包括：SCSI/SATA卡和PCI总线。 

5.根据权利要求1所述多控磁盘阵列，其特征在于，所述缓存镜像通道包含多个数据通道。 

6.根据权利要求4所述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器通过所述SCSI/SATA卡与所述磁盘柜相连。 

7.根据权利要求1或5所述多控磁盘阵列，其特征在于，所述缓存镜像通道为PCIE总线。 

8.根据权利要求1所述多控磁盘阵列，其特征在于，所述控制器的后端接口为SAS接口。