雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)隨著我國科技的發(fā)展和信息化建設(shè)的不斷深入，各種數(shù)據(jù)量迅速增長，數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度也不斷增加。在英國工業(yè)革命之后，各種書籍等以文字為載體的知識(shí)大約每十年翻一番，１９世紀(jì)７０年代后，全球信息總量大約每三年就翻一番。而到了現(xiàn)如今，全球信息總量每兩年就可翻一番。２０1１年全球數(shù)據(jù)總量已經(jīng)達(dá)到１．８ＺＢ，并且根據(jù)預(yù)計(jì)每年以５０％的速度增長，我們己經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不僅是針對(duì)原生數(shù)據(jù)，更多的是第三方數(shù)據(jù)。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的不斷推進(jìn)，原生數(shù)據(jù)越來越呈現(xiàn)單一孤立化，而大數(shù)據(jù)處理就是要將眾多看似毫無聯(lián)系的單一孤立化數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，產(chǎn)生各種針對(duì)性很強(qiáng)的第三方數(shù)據(jù)。隨著大數(shù)據(jù)處理的發(fā)展，第Ｈ方數(shù)據(jù)量與日俱增，帶有各項(xiàng)綜合價(jià)值的第三方數(shù)據(jù)在質(zhì)量和數(shù)量上都遠(yuǎn)超單一的原生數(shù)據(jù)。特別是政府、金融、軍工、通信等特殊行業(yè)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全、可靠性等有更加特殊的技術(shù)要求。棱鏡門事件后有報(bào)告宣稱部分國外科技公司在我國很多關(guān)鍵領(lǐng)域特別是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域拓展業(yè)務(wù)的同時(shí)，與他國軍隊(duì)、政府等保持密切聯(lián)系，導(dǎo)致他國情報(bào)部門通過這些公司在關(guān)鍵領(lǐng)域鋪設(shè)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等非法獲取我國機(jī)密信息，給我國的信息安全帶來巨大威脅。特別是棱鏡門后，我國加大了政府信息工程的國產(chǎn)化工作。在這種情況下，存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)重要性日益凸顯，發(fā)展國產(chǎn)存儲(chǔ)對(duì)降低我國信息化成本、保障國家的信息安全有著非比尋常的意義。與此同時(shí)，隨著存儲(chǔ)需求的迅速膨脹，我國存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)己經(jīng)達(dá)到了上百億的規(guī)模。存儲(chǔ)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值也開始凸現(xiàn)出來。與此同時(shí)，保證數(shù)據(jù)的高可用和高可靠逐漸成為各大廠商存儲(chǔ)研究的熱點(diǎn)。磁盤陣列技術(shù)的不斷應(yīng)用使得存儲(chǔ)系統(tǒng)的故障單點(diǎn)有逐漸向控制器轉(zhuǎn)移的趨勢。在金融、電信、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)里，存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)生宕機(jī)會(huì)給用戶帶來致命問題。所以研制擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)就具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義和極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)最初采用串行的延遲線存儲(chǔ)器，不久又用磁鼓存儲(chǔ)器。50年代中期，主要使用磁芯存儲(chǔ)器作為主存。60年代中期以后，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器已取代磁芯存儲(chǔ)器。在邏輯結(jié)構(gòu)上，并行存儲(chǔ)和從屬存儲(chǔ)器技術(shù)的采用提高了主存的供數(shù)速度，緩和了主存和高速的中央處理器速度不匹配的矛盾。1968年IBM-360／85最早采用了高速緩沖存儲(chǔ)器——主存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。高速緩沖存儲(chǔ)器的存取周期與中央處理器主頻周期一樣，由硬件自動(dòng)調(diào)度高速緩沖存儲(chǔ)器與主存儲(chǔ)器之間信息的傳遞，使中央處理器對(duì)主存儲(chǔ)器的絕大部分存取操作，可以在中央處理器和高速緩沖存儲(chǔ)器之間進(jìn)行。1970年，美國RCA公司研究成功虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)。IBM公司于1972年在IBM370系統(tǒng)上全面采用了虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。由于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求越來越高，需要不斷改進(jìn)已有的存儲(chǔ)技術(shù)，研究新型的存儲(chǔ)介質(zhì)，改善存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和管理。大規(guī)模集成電路和磁盤依然是主要的存儲(chǔ)介質(zhì)。利用新型材據(jù)也不會(huì)丟失?？蛻舳酥鳈C(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之間的連接方式可以采用故障轉(zhuǎn)移或者綁定虛擬IP地址的方式。鏡像控制器時(shí)刻監(jiān)控主控制器是否工作正常，當(dāng)主控制器發(fā)生異常后，客戶端接收不到數(shù)據(jù)請(qǐng)求響應(yīng)，會(huì)使用與鏡像控制器的連接發(fā)送命令。此時(shí)鏡像控制器上線代替主控制器處理請(qǐng)求，保證了高可用性。同時(shí)鏡像控制器將緩存中的備份數(shù)據(jù)做適當(dāng)處理，寫入磁盤，或直接作為緩存數(shù)據(jù)使用。Active-Standby設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)簡單，成本相對(duì)較低，但是同時(shí)只有一個(gè)控制器工作，降低了性能和利用率，主要面對(duì)中低端市場。2.Active-Active在Active-Actiive設(shè)計(jì)方案中，兩個(gè)控制器可以同時(shí)操作磁盤陣列，同時(shí)對(duì)外提供讀寫請(qǐng)求服務(wù)。兩個(gè)控制器的地位是對(duì)等的，不同的是兩個(gè)控制器接收到的數(shù)據(jù)請(qǐng)求是客戶端經(jīng)過協(xié)議分發(fā)之后的。為了保證緩存數(shù)據(jù)的可靠性，兩個(gè)控制器要分別備份對(duì)方控制器的緩存數(shù)據(jù)。每個(gè)控制器本身的緩存空間分為兩個(gè)部分，一部分是當(dāng)前控制器的緩存數(shù)據(jù)，另一部分氏對(duì)方控制器的緩存?zhèn)浞?。?dāng)其中一個(gè)控制器發(fā)生異常無法工作后，另一個(gè)接管所有的客戶端數(shù)據(jù)請(qǐng)求，不會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)服務(wù)中斷，并且緩存里的數(shù)據(jù)沒有丟失。由于連個(gè)控制器可以同時(shí)上線工作，所以Active-Active的性能和資源利用率要比Active-Standby方式高，但同時(shí)緩存的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜，成本高，主要面向中高端市場。雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)利用增加磁盤控制器來處理系統(tǒng)的單點(diǎn)故障。雙控制器之間通過ＮＴＢ高速鏈路通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存鏡像，控制器之間通過心跳鏈路來實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)方狀態(tài)。每個(gè)控制器都單獨(dú)通過ＳＡＳ接口與后端磁盤陣列相連，并且在單一控制器巖機(jī)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)控制器切換，最大程度的減少控制器故障帶來的損失ＢＢＵ系統(tǒng)會(huì)在在整機(jī)系統(tǒng)掉電時(shí)進(jìn)行緩存數(shù)據(jù)往ＳＳＤ的寫入，做到意外掉電不丟數(shù)據(jù)。雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則１、模塊化原則雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)嚴(yán)格遵從整體到局部，自上而下的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，軟硬組件依據(jù)不同功能進(jìn)行劃分，雙控系統(tǒng)內(nèi)部的按制流、數(shù)據(jù)流和管理流彼此分離，管理與控制任務(wù)不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問造成任何影響，從而有力的保證數(shù)據(jù)訪問的離效性與存儲(chǔ)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。２、高性能原則雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)為各個(gè)應(yīng)用場景提供髙帶寬、高性能、低延遲的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，能夠承擔(dān)大規(guī)模的數(shù)據(jù)吞吐量和大量用戶的并發(fā)訪問，這就要求系統(tǒng)以提高整體性能為目標(biāo)，優(yōu)化內(nèi)部數(shù)據(jù)流程，提高用戶訪問效率。３、高可靠、高可用原則雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)的處理的數(shù)據(jù)量很大，但是無論多大的數(shù)據(jù)量丟失都會(huì)給客戶帶來無可彌補(bǔ)的損失。數(shù)據(jù)無價(jià)，所Ｗ存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須以保證高可靠和高可用為最大原則。系統(tǒng)采用冗余方式設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)沒有單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，建設(shè)完巧善的系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和糾錯(cuò)算法，對(duì)重點(diǎn)部件進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)。數(shù)據(jù)在內(nèi)部采用兀余存儲(chǔ)，并形成一套完整的災(zāi)難恢復(fù)策略，確保系統(tǒng)被破壞后可及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。４、可擴(kuò)展原則雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)力求靈活且可擴(kuò)展，能夠在規(guī)模、容量和性能等幾個(gè)方面依據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)整，動(dòng)態(tài)増刪磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與存儲(chǔ)服務(wù)器，以適應(yīng)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率的需求。５、易管理原則雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)包含數(shù)量眾多的磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和存儲(chǔ)服務(wù)器，內(nèi)部運(yùn)行功能各異的存儲(chǔ)核屯、軟件，需要對(duì)各種資源進(jìn)行有效的管理，使用繞一視圖的方式提供給管理員，方便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與管理。６、經(jīng)濟(jì)性原則雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)需要整機(jī)各個(gè)部件搭配合適才能發(fā)揮出每個(gè)部件的最大性能，而且也有利于控制整機(jī)的成本，降低不必要的開銷。７、保障性原則雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)以最大程度保證高性能、易擴(kuò)展、髙可用、易管理為核屯、出發(fā)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)出現(xiàn)沖突時(shí)以此為基礎(chǔ)進(jìn)行折衷，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的有效性。系統(tǒng)實(shí)施后可保證對(duì)用戶的訪問請(qǐng)求進(jìn)行快速響應(yīng)，確保數(shù)據(jù)的安全可靠存儲(chǔ)，并可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的各類資源進(jìn)行方便的統(tǒng)一監(jiān)控與管理，為各種類型的用戶提供良好的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。架構(gòu)設(shè)計(jì)雙控制器存儲(chǔ)系統(tǒng)由兩臺(tái)軟硬件完全相同的計(jì)算機(jī)作為列陣控制器，兩個(gè)控制器通過高速通道連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，用于一共高速緩存同步、心跳信號(hào)傳輸、控制切換等功能。雙控制器及背板之間殘念用無線纜設(shè)計(jì)，將大大減少信號(hào)間的串?dāng)_。每個(gè)控制器搭載一顆P3041斯和控制器，向外拓展8個(gè)PCIE插槽，可以連接萬兆等設(shè)備。控制器通過SAS驅(qū)動(dòng)卡或者RAID卡連接到磁盤陣列，對(duì)外提供ISCSI和FC網(wǎng)絡(luò)接口，為客戶及提供高速的數(shù)據(jù)傳輸。為了防止突然斷電造成數(shù)據(jù)損壞，平臺(tái)提供了備用電源，在斷電時(shí)將內(nèi)存的數(shù)據(jù)寫入到其他設(shè)備中，通電后可恢復(fù)。雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)勢普通的基于Ｘ％平臺(tái)架構(gòu)的２Ｕ／３Ｕ單控存儲(chǔ)系統(tǒng)在遇到系統(tǒng)單點(diǎn)故障特別是控制器故障時(shí)極易宕機(jī)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)是一種潛在的巨大危機(jī)。雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)利用增加磁盤控制器來處理系統(tǒng)的單點(diǎn)故障。雙控制器之間通過ＮＴＢ高速鏈路通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存鏡像，控制器之間通過也跳鏈路來實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)方狀態(tài)，并且在單一控制器若機(jī)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)控制器切換，最大程度的減少控制器故障帶來的損失。此外，ＢＢＵ系統(tǒng)會(huì)在在整機(jī)系統(tǒng)掉電時(shí)進(jìn)行緩存數(shù)據(jù)往ＳＳＤ的寫入，做到意外掉電不丟數(shù)據(jù)。增加了系統(tǒng)整體可靠性。而且本雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)還可搭配相應(yīng)的磁盤擴(kuò)展柜進(jìn)行磁盤擴(kuò)展，支持大容量磁盤陣列控制。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著技術(shù)進(jìn)步，存儲(chǔ)系統(tǒng)的接入形式由最初的ＤＡＳ演變到ＮＡＳ、ＳＡＮ，磁盤陣列的結(jié)構(gòu)也由最初的單控逐漸發(fā)展到雙控，目前國外公司己經(jīng)推出成熟的雙控產(chǎn)品，如ＥＭＣＣＸ系列、舊ＭＤＳ系列、ＮｅｔａｐｐＥ５系列產(chǎn)品。國內(nèi)一些存儲(chǔ)領(lǐng)域研巧知名高校如清華、華中科技大學(xué)，企業(yè)如浪潮、華為等在雙控存儲(chǔ)產(chǎn)品的開發(fā)方面投入了大量的資源，有了較強(qiáng)的技術(shù)積累。但在各自的研巧方向上，這些機(jī)構(gòu)又有所分別，如高校機(jī)構(gòu)的技術(shù)研究比較前沿，但產(chǎn)品化有所欠缺，企業(yè)研究的技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，但前瞻性不夠。在雙控存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)有了一些技術(shù)基礎(chǔ)，但還沒有形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式可以分為兩種：純軟件方式和硬件共享磁盤架構(gòu)。前者主要是利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的鏡像，但是兩個(gè)控制器之間是完全獨(dú)立的，可以理解為兩套一樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。純軟件方式的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)硬件的需求較小，而且方便部署安裝，缺點(diǎn)就是難于進(jìn)行數(shù)據(jù)管理而且容易損失整機(jī)性能。后者則是兩個(gè)控制器利用ｉＳＣＳＩ總線訪問同一個(gè)磁盤組的硬件共享磁盤架構(gòu)。從本質(zhì)上來講，只有硬件共享磁盤架構(gòu)才是真正的雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的架構(gòu)方式。采用這種架構(gòu)的雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)在發(fā)生單一控制器故障時(shí)可ｙＡ不用考慮數(shù)據(jù)一致性的問題而僅僅進(jìn)行控制器的切換，可Ｗ更加及時(shí)有效而且準(zhǔn)確的進(jìn)巧數(shù)據(jù)保護(hù)。目前國內(nèi)采用純軟件方式進(jìn)行雙控系統(tǒng)搭建一般是利用LIFEＫｅｅｐｅｒ、ＲｏｓｅＨＡ等雙控方案，其中ＬｉFEＫｅｅｐｅｒ是當(dāng)前比較常用的集群軟件，致力于解決控制故障容錯(cuò)的問題。它除了可支持創(chuàng)建集群，也可以支持雙機(jī)工作。ＬｉｆｅＫｅｅｐｅｒ在擴(kuò)展鏡像方式下可從相互熱備份且實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制器各自運(yùn)行不同應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)雙Ａｃｔｉｖｅ工作模式。當(dāng)出現(xiàn)控制器故障時(shí)，ＬｉｆｅＫｅｅｐｅｒ可實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)資源切換。ＲｍｃＨＡ雙控系統(tǒng)采用兩個(gè)控制器與磁盤陣列直連的方式，控制器應(yīng)用軟件和ＲｏｓｅＨＡ分別安裝在兩個(gè)控制器上，兩個(gè)控制器之間通過也跳鏈路連接曰－Ｗ。ＲｏｓｅＨＡ軟件通過監(jiān)控也跳信息來實(shí)時(shí)采集對(duì)方控制器的運(yùn)行狀態(tài)。這類純軟件的方式易于搭建而且對(duì)硬件平臺(tái)的要求不髙，但是配置過程異常的繁瑣，后期還需要專業(yè)人員進(jìn)行定期維護(hù)。國外一些存儲(chǔ)公司的存儲(chǔ)產(chǎn)品比如舊Ｍ的ＳｔｏｒｗｉｚｅＶ７０００就是采用硬件共享磁盤架構(gòu)模式，兩個(gè)控制器都通過ＳＡＳ接口與后端磁盤陣列相連。大致來看，國內(nèi)的雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)還不能完全與海外公司競爭。而且國外的中高端雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)成本高昂，對(duì)國內(nèi)企事業(yè)單位有著不低的價(jià)格口檻和安全風(fēng)險(xiǎn)。所研制擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目