[发明专利]一种多控制器存储阵列的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机应用技术，具体地说是一种高可靠，高性能的多控制器存储阵列架构设计方法。

背景技术

存储磁盘阵列系统是随着计算机技术发展起来的，特别是随着信息化应用的范围越来越大，互联网技术的兴起，数据承载量越来越大，磁盘阵列技术也向着大容量，高可靠方向发展。最初磁盘阵列形式是低端的DAS(直连存储)产品，随着技术发展和业务需求，SAN(网络存储)逐渐进入主流应用，相对DAS产品，SAN设备具有更加智能，易管理，高性能，支持更多高端应用的特点，其应用也更灵活。

不管是DAS还是SAN产品，控制器部分都是存储阵列的核心组件，其作用包括后端磁盘控制，协议转换，前端服务提供，系统管理等主要功能，因此，控制器的可靠性，性能是影响整个系统的主要因素。目前，低端磁盘阵列一般配置一个控制器，中高档产品则一般配置两个控制器。两个控制器在一定程度上满足了系统应用高可靠的要求，但在一些应用苛刻的场合，双控制器架构性能提升有限，而且双控制器架构仍然存在一定风险，当一个控制器故障后，系统性能下降明显。

为了提供存储系统的可靠性，有必要采用一种多控制器的设计方法，多控制器可以做到同时工作，负载均衡，性能可以随控制器个数近似线性增长，控制器间实时交互各自的健康状态信息，出现某个控制器故障时能够自动接管，切换，同时系统部件可以实现在线热拔插，自动检测，提供系统可用性，可维护性，高性能。

双控制器架构设计中，每个控制器上都有一个数据缓冲池，其中保存对后端磁盘IO的数据，两控制器间通过网络连接实现数据交换，保持缓冲池内数据镜像，在某一控制器故障时，另一控制器便可以无缝接管。两控制器间通过交换网络还进行健康状态，管理配置信息的交互。

在多控制器系统中，如果仍旧采取控制器加各自缓冲的方式，那么每个控制器上缓冲池的利用率会大大降低，其控制器间的数据通讯负载大大加重，数据缓存的分布策略也较复杂，传统双控制器的设计方法已经不适应多控制器存储架构的方法。

发明内容

本发明涉及的多控存储架构区别于以往的单控或双控存储阵列采用的设计方法。本设计体系中，控制器可以做到多个，多控制器可以实现实时状态监控，故障接管，热拔插等功能，系统性能随着控制器个数增加可以近似线性增长。在该设计架构中，主要模块为控制器单元，交换单元，数据缓存单元，存储单元，电源散热单元。数据缓存单元不依附于控制器，是一个独立的功能单元。控制器单元，缓存单元通过高速网络单元实现互联，各种配置管理，状态信息的共享。其中，各个功能模块的作用如下：

1.控制器单元：对前端服务器提供SCSI Target服务，解析各种协议如FCIP，ISCSI、把客户机对存储的读写数据通过互联单元发送到缓存单元中，进行RAID XOR运算，操作后端磁盘IO，将数据写入磁盘中，交换各自的健康状态信息，对外提供管理接口，供管理员进行配置使用。控制器通过交换彼此的状态信息，互相健康，发现异常后立即进行在线切换和隔离报警。当有新的控制器进入系统后，会进行广播通知，控制器间自动负载均衡，保证系统性能表现良好。

2.缓冲模块单元：其最主要的作用是保存前端客户端发生的IO操作数据。由于写缓冲的速度远大于后端磁盘的写入速度，当前端服务器的请求达到控制器单元后，控制器先将数据和地址信息发送到缓存单元，若某个控制器发生故障，正常控制器便可根据缓存单元中的数据和地址实时接管故障控制器的任务。缓存单元配置为偶数配置，两两缓存单元间保持数据镜像，提高系统可用性。缓冲单元按照既定的组织策略，对外形成一个统一的存储空间池，控制器对这一统一空间存储池进行操作。缓存单元和控制器上都有网络通讯接口，通过在相关网络上开发对应的缓存操作协议，实现对统一缓存单元的操作。

3.高速交换单元：处在控制器和缓存单元之间，是两者信息数据交换的通路。高速交换单元采用全双工工作方式，保证数据通路高速运行，保证交换单元不会成为系统瓶颈。交换架构采用cross-bar无阻塞交换矩阵架构，多端口设计。系统中，采用两套交换单元同时工作，提高系统冗余度，增强运行可靠性。

4.存储单元包括FC交换机和磁盘柜，是数据最终载体。磁盘与控制器间采用交换式结构。控制器通过光纤通道与FC交换机连接。每个控制器都有冗余链路连接到后端盘柜，提高系统读写性能。

5.电源散热单元：为系统提供AC-DC转换，保证系统稳定工作。采用1+1冗余架构。

本发明的有益效果是：