基于双活虚拟化存储系统技术设计与实现

郑朋飞　高淼　郑朋举

摘 要：随着信息技术的快速发展及公司业务逐渐走向快速、灵活、多变，河南中烟对于存储解决方案的要求也更加灵活。通过对现有存储系统的整合，构建能够支撑河南中烟未来业务发展的核心存储系统，通过双活数据存储系统的建设，初步形成本地高业务连续性解决方案，保障烟草生产调度指挥体系的安全运转。

关键词：存储虚拟化；双活；异构存储

中图分类号：TP308 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0023-02

1 虚拟化存储系统建设的背景

根据建设时期和年代不同，以及一些历史原因，不同的系统分别部署在不同的集群。每个集群都有相对独立的服务器集群系统、SAN网络及存储系统。由于业务系统的不断发展，管理水平的不断增强，随着与计算技术的不断应用，IT系统集中化进程的加快，现有的存储环境，已经无法满足现有业务系统的发展的需要，主要问题如下：

1.1 现有存储容量扩展性不高

现有存储系统都为各个厂商的中端存储，存储容量扩展性不高，且在应对大数据量和复杂的容灾架构的时候能力较弱，无法满足未来数据中心的大数据量需求。

1.2 存储孤岛不利于数据统一管理

目前，虽然在两台AMS2500上实现了重要业务系统相对集中存储，但仍存在现有存储系统各自形成孤立的数据孤岛，在资源统一管理上捉襟见肘。每套存储系统只能利用自身的空间，而无法利用其它存储的空间，造成很大的存储资源浪费和重复投资。

1.3 异构存储整合问题

现有存储系统由不同厂商的不同存储系统构成，扩容成本大，不同业务应用和厂商的设备独立扩容，无法集中选择性价比更高和服务更优的产品；共享难，各业务系统独立使用存储资源，即使其他存储设备有闲置容量也无法加以利用，导致额外的容量浪费；管理难，各厂商的存储管理软件互不兼容，无法统一管理，导致运维难度大；业务和数据保护难，各厂商数据保护技术多样，部署新功能困难，成本高昂。

1.4 缺乏业务连续性

目前存储系统的部署方式存没有实现高可用性架构，存在单点故障，不能够有效的保护数据安全和业务连续性。

2 双活虚拟化存储系统技术的设计与实现

针对目前存储系统存在的问题，通过构建双活存储系统实现存储系统的高可用性，并利用存储虚拟化技术对存储孤岛和异构存储进行整合，实现存储资源的统一管理。

2.1 整体架构设计

双活存储系统其中一台使用智能异构虚拟化功能，将现网两台磁盘阵列进行接管，并通过LUN迁移功能，在保证原有上层业务无感知的情况下，把磁盘阵列中核心生产系统的LUN迁移到新购高端存储上，利用新购存储更好的性能，提升业务质量，同时将非核心业务系统的LUN部署在原磁盘阵列上，实现数据分级存储，使得整体资源合理利用。这样通过存储异构虚拟化技术，接管现有存储，实现存储资源的大整合，通过建立虚拟存储资源池，统一为业务提供存储空间服务，实现基于虚拟化的统一存储平台，完成存储整合任务。

2.2 存储虚拟化详细设计

异构虚拟化技术就是着眼于客户的存量设备，为异构设备提供丰富的异构虚拟化功能。通过异构接管功能降低用户管理不同异构阵列的复杂度并提升异构LUN性能；通过提供异构LUN在线迁移实现在不断业务的情况下实现异构LUN之间数据平滑的迁移；通过提供异构远程复制技术实现异构LUN间的容灾；通过提供异构快照技术实现异构LUN的快速备份。

2.3 双活存储详细设计

双活存储解决方案指两个存储均处于运行状态，可以同时承担生产业务，从而提高数据中心的整体服务能力和系统资源利用率。

双活数据中心解决方案为AA双活架构，以业界领先的OceanStor V3 HyperMetro功能为基础，与Web、数据库集群、负载均衡、传输设备和网络等组件相结合，为客户提供100km内的端到端双活数据中心解决方案，确保业务系统发生设备故障、甚至单数据中心故障时，业务无感知，自动切换，实现RPO（Recovery Point Objective）=0，RTO（Recovery Time Objective）=0（RTO与应用系统及部署方式有关）。

2.3.1 存储层双活架构

（1）并行结构。HyperMetro特性基于两套存储阵列实现AA（Active-Active）双活，两端阵列的双活LUN数据实时同步，且双端能够同时处理应用服务器的I/O读写请求，面向应用服务器提供无差异的AA并行访问能力。当任何一台磁盘阵列故障时，业务自动无缝切换到对端存储访问，业务访问不中断。

（2）免网关设计。HyperMetro双活架构无需额外部署虚拟化網关设备，直接使用两套存储阵列组成跨站点集群系统。最大支持32个存储控制器，即两套16控存储阵列组建双活关系。

（3）I/O访问路径。HyperMetro在应用主机侧，通过Ultra Path主机多路径软件，将两台存储阵列上的双活成员LUN聚合为一个双活LUN，以多路径vdisk方式对应用程序提供I/O读写能力。应用程序访问vdisk时，Ultrapath根据选路模式，选择最佳的访问路径，将I/O请求下发到存储阵列。

2.3.2 高可靠技术

HyperMetro在继承OceanStor存储系统高可靠设计的基础上，全新设计了一些解决方案级高可靠技术，最大化提高了存储双活方案的可靠性。

（1）跨磁盘阵列集群。两套独立的存储阵列组建成本地高可用集群，提供双活存储架构，向应用服务器提供无差异的并行访问，处理应用服务器的I/O请求。集群节点具有并发访问能力。当出现单个控制器故障时，其承接的业务将被切换到本阵列的其它工作控制器；当阵列的工作控制器全故障时，则切换至另一个阵列。在跨磁盘阵列集群基础上，HyperMetro以双活Pair或双活一致性组为单位提供服务和进行状态管理。

（2）数据实时镜像。HyperMetro 通过实时镜像功能，保证两个存储阵列之间数据的实时同步。主机写操作通过实时镜像技术同时写入两个数据中心的双活成员LUN，保持数据实时一致。

HyperMetro支持断点续传功能。当某些故障场景（如单套存储故障）导致双活Pair关系异常断开时，HyperMetro通过记录日志的方式，记录主机新产生的写I/O。当故障恢复时，HyperMetro将自动恢复双活Pair关系，并且将所记录的增量数据自动同步到远端，无需全量同步所有数据，整个过程对主机“透明”，不会影响主机业务。

（3）跨磁盘阵列坏块修复。硬盘在使用过程中可能因为掉电等异常情况出现坏块，如果是可修复错误但是本端已经无法修复时，HyperMetro将自动从远端阵列获取数据，修复本地数据盘的坏块，进一步提高系统的可靠性。

（4）冲裁设计。当提供双活LUN的两套阵列之间的链路故障时，阵列已经无法实时镜像同步，此时只能由其中一套阵列继续提供服务。为了保证数据一致性，HyperMetro通过仲裁机制决定由哪套存储继续提供服务。

2.3.3 高性能技术

在双活镜像数据的初始同步或者恢复过程中的增量同步过程中，差异数据块通常有大量的零数据块，无需逐块复制，通过硬件芯片，对数据拷贝源端进行快速识别，找出零数据，在拷贝过程中，对全零数据特殊标识，只传输一个较小的特殊页面到对端，不再全量传输。该技术可有效减少同步数据量，减少带宽消耗，缩短同步时间。

2.4 原有存儲系统利旧使用

对于原有的存储系统可以分两类来用：对于购置时间较长和性能不高的存储系统用来组件集中备份系统。对于性能较好的2台原核心存储，用新购置的华为OceanStor 18500 V3存储系统的异构存储虚拟化功能进行接管，继续作为生产存储使用，可以存储一些非关键应用的数据。

3 实施效果

通过本项目的实施，利用双活存储解决方案提供了存储系统的高可用性架构，双活存储的高可用性架构消除了数据中心存储系统的单点故障，当任一存储系统发生故障时，另一存储系统可自动接管业务，能够充分保证业务系统连续性，任意单个存储系统发生故障时，业务数据无丢失，业务系统不会中断。双活存储解决方案还提供了全自动的故障处理机制，故障切换无需人工干预，大幅降低容灾系统维护成本，使得维护与管理变得更加规范。并通过对现有存储系统的整合，充分利用现有资源，构建能够支撑河南中烟未来业务发展的核心存储系统，初步形成本地高业务连续性解决方案，保障河南中烟应用系统的安全运行。