基于雙活虛擬化存儲系統技術設計與實現

鄭朋飛　高淼　鄭朋舉

摘 要：隨著信息技術的快速發展及公司業務逐漸走向快速、靈活、多變，河南中煙對于存儲解決方案的要求也更加靈活。通過對現有存儲系統的整合，構建能夠支撐河南中煙未來業務發展的核心存儲系統，通過雙活數據存儲系統的建設，初步形成本地高業務連續性解決方案，保障煙草生產調度指揮體系的安全運轉。

關鍵詞：存儲虛擬化；雙活；異構存儲

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0023-02

1 虛擬化存儲系統建設的背景

根據建設時期和年代不同，以及一些歷史原因，不同的系統分別部署在不同的集群。每個集群都有相對獨立的服務器集群系統、SAN網絡及存儲系統。由于業務系統的不斷發展，管理水平的不斷增強，隨著與計算技術的不斷應用，IT系統集中化進程的加快，現有的存儲環境，已經無法滿足現有業務系統的發展的需要，主要問題如下：

1.1 現有存儲容量擴展性不高

現有存儲系統都為各個廠商的中端存儲，存儲容量擴展性不高，且在應對大數據量和復雜的容災架構的時候能力較弱，無法滿足未來數據中心的大數據量需求。

1.2 存儲孤島不利于數據統一管理

目前，雖然在兩臺AMS2500上實現了重要業務系統相對集中存儲，但仍存在現有存儲系統各自形成孤立的數據孤島，在資源統一管理上捉襟見肘。每套存儲系統只能利用自身的空間，而無法利用其它存儲的空間，造成很大的存儲資源浪費和重復投資。

1.3 異構存儲整合問題

現有存儲系統由不同廠商的不同存儲系統構成，擴容成本大，不同業務應用和廠商的設備獨立擴容，無法集中選擇性價比更高和服務更優的產品；共享難，各業務系統獨立使用存儲資源，即使其他存儲設備有閑置容量也無法加以利用，導致額外的容量浪費；管理難，各廠商的存儲管理軟件互不兼容，無法統一管理，導致運維難度大；業務和數據保護難，各廠商數據保護技術多樣，部署新功能困難，成本高昂。

1.4 缺乏業務連續性

目前存儲系統的部署方式存沒有實現高可用性架構，存在單點故障，不能夠有效的保護數據安全和業務連續性。

2 雙活虛擬化存儲系統技術的設計與實現

針對目前存儲系統存在的問題，通過構建雙活存儲系統實現存儲系統的高可用性，并利用存儲虛擬化技術對存儲孤島和異構存儲進行整合，實現存儲資源的統一管理。

2.1 整體架構設計

雙活存儲系統其中一臺使用智能異構虛擬化功能，將現網兩臺磁盤陣列進行接管，并通過LUN遷移功能，在保證原有上層業務無感知的情況下，把磁盤陣列中核心生產系統的LUN遷移到新購高端存儲上，利用新購存儲更好的性能，提升業務質量，同時將非核心業務系統的LUN部署在原磁盤陣列上，實現數據分級存儲，使得整體資源合理利用。這樣通過存儲異構虛擬化技術，接管現有存儲，實現存儲資源的大整合，通過建立虛擬存儲資源池，統一為業務提供存儲空間服務，實現基于虛擬化的統一存儲平臺，完成存儲整合任務。

2.2 存儲虛擬化詳細設計

異構虛擬化技術就是著眼于客戶的存量設備，為異構設備提供豐富的異構虛擬化功能。通過異構接管功能降低用戶管理不同異構陣列的復雜度并提升異構LUN性能；通過提供異構LUN在線遷移實現在不斷業務的情況下實現異構LUN之間數據平滑的遷移；通過提供異構遠程復制技術實現異構LUN間的容災；通過提供異構快照技術實現異構LUN的快速備份。

2.3 雙活存儲詳細設計

雙活存儲解決方案指兩個存儲均處于運行狀態，可以同時承擔生產業務，從而提高數據中心的整體服務能力和系統資源利用率。

雙活數據中心解決方案為AA雙活架構，以業界領先的OceanStor V3 HyperMetro功能為基礎，與Web、數據庫集群、負載均衡、傳輸設備和網絡等組件相結合，為客戶提供100km內的端到端雙活數據中心解決方案，確保業務系統發生設備故障、甚至單數據中心故障時，業務無感知，自動切換，實現RPO（Recovery Point Objective）=0，RTO（Recovery Time Objective）=0（RTO與應用系統及部署方式有關）。

2.3.1 存儲層雙活架構

（1）并行結構。HyperMetro特性基于兩套存儲陣列實現AA（Active-Active）雙活，兩端陣列的雙活LUN數據實時同步，且雙端能夠同時處理應用服務器的I/O讀寫請求，面向應用服務器提供無差異的AA并行訪問能力。當任何一臺磁盤陣列故障時，業務自動無縫切換到對端存儲訪問，業務訪問不中斷。

（2）免網關設計。HyperMetro雙活架構無需額外部署虛擬化網關設備，直接使用兩套存儲陣列組成跨站點集群系統。最大支持32個存儲控制器，即兩套16控存儲陣列組建雙活關系。

（3）I/O訪問路徑。HyperMetro在應用主機側，通過Ultra Path主機多路徑軟件，將兩臺存儲陣列上的雙活成員LUN聚合為一個雙活LUN，以多路徑vdisk方式對應用程序提供I/O讀寫能力。應用程序訪問vdisk時，Ultrapath根據選路模式，選擇最佳的訪問路徑，將I/O請求下發到存儲陣列。

2.3.2 高可靠技術

HyperMetro在繼承OceanStor存儲系統高可靠設計的基礎上，全新設計了一些解決方案級高可靠技術，最大化提高了存儲雙活方案的可靠性。

（1）跨磁盤陣列集群。兩套獨立的存儲陣列組建成本地高可用集群，提供雙活存儲架構，向應用服務器提供無差異的并行訪問，處理應用服務器的I/O請求。集群節點具有并發訪問能力。當出現單個控制器故障時，其承接的業務將被切換到本陣列的其它工作控制器；當陣列的工作控制器全故障時，則切換至另一個陣列。在跨磁盤陣列集群基礎上，HyperMetro以雙活Pair或雙活一致性組為單位提供服務和進行狀態管理。

（2）數據實時鏡像。HyperMetro 通過實時鏡像功能，保證兩個存儲陣列之間數據的實時同步。主機寫操作通過實時鏡像技術同時寫入兩個數據中心的雙活成員LUN，保持數據實時一致。

HyperMetro支持斷點續傳功能。當某些故障場景（如單套存儲故障）導致雙活Pair關系異常斷開時，HyperMetro通過記錄日志的方式，記錄主機新產生的寫I/O。當故障恢復時，HyperMetro將自動恢復雙活Pair關系，并且將所記錄的增量數據自動同步到遠端，無需全量同步所有數據，整個過程對主機“透明”，不會影響主機業務。

（3）跨磁盤陣列壞塊修復。硬盤在使用過程中可能因為掉電等異常情況出現壞塊，如果是可修復錯誤但是本端已經無法修復時，HyperMetro將自動從遠端陣列獲取數據，修復本地數據盤的壞塊，進一步提高系統的可靠性。

（4）沖裁設計。當提供雙活LUN的兩套陣列之間的鏈路故障時，陣列已經無法實時鏡像同步，此時只能由其中一套陣列繼續提供服務。為了保證數據一致性，HyperMetro通過仲裁機制決定由哪套存儲繼續提供服務。

2.3.3 高性能技術

在雙活鏡像數據的初始同步或者恢復過程中的增量同步過程中，差異數據塊通常有大量的零數據塊，無需逐塊復制，通過硬件芯片，對數據拷貝源端進行快速識別，找出零數據，在拷貝過程中，對全零數據特殊標識，只傳輸一個較小的特殊頁面到對端，不再全量傳輸。該技術可有效減少同步數據量，減少帶寬消耗，縮短同步時間。

2.4 原有存儲系統利舊使用

對于原有的存儲系統可以分兩類來用：對于購置時間較長和性能不高的存儲系統用來組件集中備份系統。對于性能較好的2臺原核心存儲，用新購置的華為OceanStor 18500 V3存儲系統的異構存儲虛擬化功能進行接管，繼續作為生產存儲使用，可以存儲一些非關鍵應用的數據。

3 實施效果

通過本項目的實施，利用雙活存儲解決方案提供了存儲系統的高可用性架構，雙活存儲的高可用性架構消除了數據中心存儲系統的單點故障，當任一存儲系統發生故障時，另一存儲系統可自動接管業務，能夠充分保證業務系統連續性，任意單個存儲系統發生故障時，業務數據無丟失，業務系統不會中斷。雙活存儲解決方案還提供了全自動的故障處理機制，故障切換無需人工干預，大幅降低容災系統維護成本，使得維護與管理變得更加規范。并通過對現有存儲系統的整合，充分利用現有資源，構建能夠支撐河南中煙未來業務發展的核心存儲系統，初步形成本地高業務連續性解決方案，保障河南中煙應用系統的安全運行。