數(shù)據(jù)中心信息系統(tǒng)本地磁盤保護(hù)和在線擴(kuò)容技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

王鵬

（洛陽光電技術(shù)發(fā)展中心，洛陽471000）

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的需求快速增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)時(shí)代下如何確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性成為企業(yè)信息化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。某企業(yè)將關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份到虛擬帶庫和物理帶庫上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的異地保護(hù)，但當(dāng)服務(wù)器本地硬盤發(fā)生故障急需恢復(fù)時(shí)，信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護(hù)方式單一，難以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分級(jí)分層保護(hù)及快速恢復(fù)的要求。磁盤陣列RAID技術(shù)，將服務(wù)器本地存儲(chǔ)的多塊物理硬盤構(gòu)建成磁盤組（RAID組），當(dāng)本地硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，可通過其余硬盤上的數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息快速恢復(fù)損壞的數(shù)據(jù)，保證本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性以及系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行；某企業(yè)采用傳統(tǒng)方法對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)，需要更換大容量物理硬盤，將原有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完整復(fù)制到大容量文件系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)拷貝時(shí)間較長(zhǎng)，影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性，利用LVM技術(shù)，將多個(gè)物理分區(qū)整合成一個(gè)邏輯卷組，可在線增加邏輯卷組的大小和擴(kuò)展邏輯卷容量，建立一個(gè)可彈性調(diào)整容量的文件系統(tǒng)，能夠降低存儲(chǔ)擴(kuò)容導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)停機(jī)的時(shí)間。

1 本地磁盤保護(hù)技術(shù)

采用RAID 5技術(shù)的信息系統(tǒng)服務(wù)器，組成本地存儲(chǔ)的物理硬盤數(shù)量N≥3，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)在N塊物理硬盤上，每塊磁盤不僅存放業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還存放數(shù)據(jù)校驗(yàn)信息，且校驗(yàn)信息和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于不同的磁盤上。當(dāng)N塊物理硬盤中的一塊發(fā)生故障，其余N-1塊物理磁盤將根據(jù)其上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息快速恢復(fù)損壞的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速接管故障盤繼續(xù)進(jìn)行I/O讀寫，保證本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不丟失，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行；可將壞盤拔出，在線插入新盤，加入RAID 5磁盤組，自動(dòng)同步數(shù)據(jù)，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)本地磁盤保護(hù)(采用RAID 5技術(shù)的磁盤組，由于每塊數(shù)據(jù)盤上都需要存儲(chǔ)校驗(yàn)信息，RAID 5磁盤組的實(shí)際可用容量為N-1塊物理磁盤容量之和)。如圖1所示。

磁盤A、磁盤B、磁盤C三塊物理硬盤構(gòu)成RAID 5磁盤組，其中B盤發(fā)生故障，A盤和C盤利用其上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息恢復(fù)出B盤上損壞的數(shù)據(jù)2和5，數(shù)據(jù) 1、2、3、4、5、6沒有丟失，系統(tǒng)運(yùn)行正常；將故障盤B拔出，在線插入新盤，完成數(shù)據(jù)同步，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)RAID 5磁盤保護(hù)。

圖1 本地磁盤采用RAID 5技術(shù)方案

采用RAID 5+1技術(shù)的信息系統(tǒng)服務(wù)器，組成本地存儲(chǔ)的物理硬盤數(shù)量N≥4，其中N-1塊物理硬盤采用RAID 5技術(shù)，剩余的1塊物理硬盤作為RAID 5磁盤組的熱備盤，該熱備盤含有RAID 5磁盤組的校驗(yàn)信息，當(dāng)服務(wù)器本地1塊數(shù)據(jù)盤發(fā)生故障，熱備盤和其余數(shù)據(jù)盤將利用其上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息把故障盤上損壞的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來存儲(chǔ)在熱備盤上，熱備盤自動(dòng)頂替故障盤與其余數(shù)據(jù)盤組成新RAID 5磁盤組，新RAID 5磁盤組可繼續(xù)實(shí)現(xiàn)本地磁盤保護(hù)；當(dāng)服務(wù)器本地2塊數(shù)據(jù)盤發(fā)生故障，熱備盤和其余數(shù)據(jù)盤將利用其上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息把2塊故障盤上損壞的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來。

圖2 本地磁盤采用RAID 5+1技術(shù)方案

保證數(shù)據(jù)的完整性；采用RAID 5+1最大可允許2塊物理硬盤發(fā)生故障而不影響系統(tǒng)正常使用。對(duì)于壞盤，可將其拔出，在線插入新盤，加入RAID 5+1磁盤組，同步數(shù)據(jù)，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)本地磁盤保護(hù)（采用RAID 5+1技術(shù)的磁盤組，由于每塊數(shù)據(jù)盤上都需要存儲(chǔ)校驗(yàn)信息，熱備盤上存儲(chǔ)磁盤組的校驗(yàn)信息，RAID 5+1磁盤組的實(shí)際可用容量為N-2塊物理磁盤容量之和）。如圖2所示。磁盤A、B、C、D構(gòu)成RAID 5+1磁盤組，若B盤發(fā)生故障，A、C、D利用其上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息把數(shù)據(jù)2、5以及校驗(yàn)信息2恢復(fù)出來存儲(chǔ)在D盤上，D盤與 A、B組成新的 RAID 5磁盤組，數(shù)據(jù) 1、2、3、4、5、6沒有丟失，系統(tǒng)運(yùn)行正常；若A、B盤均發(fā)生故障，D盤作為熱備盤，利用恢復(fù)的數(shù)據(jù)1、3以及校驗(yàn)信息3替代磁盤A進(jìn)行I/O讀寫，同時(shí)D盤與C盤利用RAID 5保護(hù)機(jī)制通過其上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息恢復(fù)出磁盤 B 上損壞的數(shù)據(jù) 2、5,數(shù)據(jù) 1、2、3、4、5、6均沒有丟失，業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行正常。

某企業(yè)一關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)本地存儲(chǔ)由4塊300GB物理 SAS盤組成，如圖 3所示，磁盤 A、B、C、D采用RAID 5+1技術(shù)組成磁盤組；磁盤正常工作時(shí)，狀態(tài)指示燈為綠色，出現(xiàn)故障時(shí)狀態(tài)指示燈變?yōu)槌壬疟PC、D同時(shí)出現(xiàn)故障，由于采用RAID 5+1技術(shù)進(jìn)行了本地磁盤保護(hù)，本地?cái)?shù)據(jù)仍保持完整，系統(tǒng)運(yùn)行正常；將故障盤C、D拔出，在線插入新盤E、F，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)同步后，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)RAID 5+1磁盤保護(hù)。

圖3 采用RAID 5+1業(yè)務(wù)系統(tǒng)

2 文件系統(tǒng)在線擴(kuò)容

將物理磁盤 A、B、C（A、B、C分別作為單獨(dú)的物理分區(qū)）整合在一起，形成由大小相等的基本單元PE組成的資源卷組VG（根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)I/O的需求，本項(xiàng)目中PE大小參數(shù)可設(shè)置為16MB、32MB），VG的大小為磁盤A、B、C容量之和，PE的數(shù)量=VG大小/PE大小；根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)空間的需求，在資源卷組VG上劃分邏輯卷LV用來存放業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，LV由VG中可用的PE組成；根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)于文件類型的要求，將劃分的邏輯卷LV格式化為相應(yīng)文件系統(tǒng)后掛載給業(yè)務(wù)系統(tǒng)（安全郵件、裝配MES、AEPCS、PDM文件系統(tǒng)均為L(zhǎng)inux下的EXT3格式），完成對(duì)磁盤I/O的讀寫；當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間不足需要進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)，新增物理分區(qū)D，將其整合至資源卷組VG，VG中可使用的PE個(gè)數(shù)增加，將新增的PE擴(kuò)展給存放業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的LV，即完成對(duì)文件系統(tǒng)的擴(kuò)容。

圖4 LVM技術(shù)的可彈性擴(kuò)展的文件系統(tǒng)

某企業(yè)一關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫本地存儲(chǔ)空間使用率已達(dá)75%，數(shù)據(jù)量達(dá)300GB，該業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用LVM技術(shù)，擴(kuò)容前VG大小為400GB，PE大小為16MB，PE總數(shù)量（Total PE）為25000,已分配PE（Alloc PE）25000，全部分配給該數(shù)據(jù)庫LV使用，可用PE數(shù)量（Free PE）為0；將新增的物理硬盤2.4TB（5塊600GB物理磁盤組成RAID 5磁盤組，實(shí)際可用容量為4×600GB=2.4TB）加入資源卷組VG，PE總數(shù)量（Total PE）擴(kuò)展為 175000，可用 PE數(shù)量（Free PE）為 150000，將VG中可用PE全部分配給該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫使用的LV，其容量擴(kuò)展為2.8TB，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速在線擴(kuò)容，如圖5所示。

圖5 擴(kuò)容前該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫VG、PE、LV

3 結(jié)語

本文通過研究和應(yīng)用RAID 5、RAID 5+1以及LVM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息系統(tǒng)服務(wù)器本地硬盤保護(hù)、文件系統(tǒng)在線擴(kuò)容，提升了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性指標(biāo)，降低了存儲(chǔ)擴(kuò)容導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)停機(jī)的時(shí)間，與采用RAID 1、RAID 10技術(shù)相比，采用RAID 5、RAID 5+1技術(shù)更節(jié)省成本、存儲(chǔ)空間利用率更高。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉敏.大數(shù)據(jù)時(shí)代之下Raid的過去與未來[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2017(10):50-52.

[2]張新諾.淺析RAID技術(shù)在信息化建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)管理信息化，2017（09）：139-142.

[3]張華，鄭建志，鄭永通，王紹然，賴福霖.地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器RAID選擇[J].黑龍江科技信息，2017（11）：110-116.

[4]Zhu Xu-dong，XuWei，Mao Yu-xin，Zhu Ping.RabbetUsing Layout-Aware Backup for RAID Reconstructiong[J].Chinese Journal of Electronics，2017(04):710-719.

[5]李振華，樓向雄.固態(tài)硬盤RAID陣列技術(shù)進(jìn)展[J].世界科技研究與發(fā)展，2017（01）：33-3