光纖磁盤陣列

隨着信息技術的發展，磁盤陣列被越來越多地使用到各種應用系統中。開始只是簡單地作為某台主機或服務器的附加外置存儲設備，主要用於擴展單台主機或服務器的永久存儲空間，一般通過SCSI或其他接口與主機直接相連；後來隨着存儲網絡技術，尤其是光纖通道Fibre Channel技術的發展，磁盤陣列通過光纖通道FC接口接入到存儲區域網SAN中，為多台主機提供共享的存儲空間。目前人們一方面正在致力於開發更多的接口技術（如iSCSI、InfiniBand等）讓磁盤陣列接入到成本更低的存儲網絡（如IP網絡）、或性能更高、功能更全的存儲網絡（如InfiniBand網絡）中，一方面致力於通過存儲虛擬化技術、全局文件系統技術提高磁盤陣列的利用率。

從硬件構成來説它應當是由一堆磁盤和控制器及內外接口組成。一般的中、低端光纖磁盤陣列也正是這種結構：由一個或多個供大量磁盤放置的磁盤櫃、兩個陣列控制器、陣列背板、若干電源、風扇等硬件部件組成。

其中最為主要的部件就是陣列控制器和磁盤櫃。控制器通過其內置的控制軟件，實現整個陣列的管理。一般陣列對主機的接口就在陣列控制器上，一般每控制器至少有一個主機接口，有些控制器提供更多的主機接口；這些主機接口可以直接或通過光纖交換機與主機連接。此外各種管理接口（串口、以太網口等）也在控制器上。

而一般之所以採用兩個控制器，主要是從高可用性、提高性能和負載均衡的角度考慮的。很多陣列都可以通過這兩個控制器間的切換，防止控制器、連接線纜、網絡設備（如光纖通道交換機和集線器）、主機HBA的單點故障。某些陣列則可以通過主機或陣列軟件實現多通道的數據訪問和通道間的負載均衡。

可以説陣列控制器是中低端磁盤陣列的核心，相當於PC的主板、內存和CPU；而放置硬盤的磁盤櫃是陣列實際存儲數據的地方，相當於PC的硬盤。光纖磁盤陣列磁盤櫃的主要特點是內部一般至少採用冗餘的雙FC-AL仲裁環環路結構，內部硬盤實際上同時接在兩條仲裁環上。而中端磁盤陣列支持的環路數更多，可以達到4、8、16條之多。這種多冗餘仲裁環結構最主要的目的就是為了高可用性，它可以防止單個線路、接口的故障導致整個陣列的失效。而且每個環路採用旁路技術來防止無硬盤接入和硬盤故障對環路通信的影響。

當今世界信息爆炸式的增長，除了給科技與技術的發展帶來更大的發展動力外，也給企業的數據存儲帶來了巨大的挑戰。然而，作為企業信息存儲系統中的最關鍵部分??磁盤陣列，很多人未必能説得清楚。 磁盤陣列技術誕生於1987年，由美國加州大學伯克利分校提出。這項技術的核心設計理念是RAID技術。原來的名稱是“RedundantArrayofInexpensive Disk”，最初的研製它的目的是為了組合小型的廉價磁盤來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數據存儲的費用。同時也希望通過冗餘信息的方式，使得單一磁盤失效時不會丟失數據，因此開發出不同級別的RAID數據保護技術，並在此基礎上逐漸致力於提升數據訪問速度。這個名字後來改為“Redundant Array of Independent Disk”，但仍然稱作“RAID”。

經過多年的發展，企業中數據的價值越來越高，而承載這些數據的磁盤陣列也越發受到用户的重視。從市場分佈可以看出，存儲與服務器所佔比例呈逐年上升趨勢。用户的強大需求同時也給存儲系統供應商創造了巨大的商機。目前市場上不但有老牌廠商提供的各種產品，也有初創公司新推的各種系統。自然，當前市場上的磁盤陣列也是一番花團錦簇的景象。在用户有了眾多選擇的同時，也有了選擇上的困惑。因此，我們就從體系結構的角度，簡要分析目前磁盤陣列的差異性，希望可以給用户在選擇磁盤陣列時參考。

目前的磁盤接口有IDE、SATA、SCSI、SAS、FC等幾種。其中IDE接口磁盤正在被SATA接口硬盤取代，將逐漸退出歷史舞台，兩者主要多用於桌面；SAS接口磁盤也正在逐漸淘汰SCSI接口，很快將佔領企業應用的低端市場；而FC（FibreChannel，光纖）接口硬盤一出生就是專門針對高可靠、高可用、高性能的企業存儲應用的，不但接口速度快，而且支持雙端口訪問，又經過嚴格的生產工藝控制，可靠性很好。由於這些天生優勢，FC接口硬盤在企業用户中尤其是關鍵數據存儲應用中佔據着絕對優勢，也是高端存儲應用的首選磁盤。

基於SATA、SCSI接口的磁盤陣列大家見過很多了，這裏就不再贅述，重點説是所光纖接口磁盤陣列。光纖磁盤陣列又可進一步從體系結構細分成三大類：JBOD磁盤陣列、雙控制器磁盤陣列和多控制器磁盤陣列。

嚴格意義上講，JBOD還不能稱之為“陣列”。JBOD是JustBundleofDisk的縮寫，意即只是一串磁盤的組合。這樣的“磁盤陣列”也被稱為傻盤陣列，因為JBOD內部既沒有控制器，也沒有緩存，磁盤之間也沒有提高性能和安全性的任何手段。每個磁盤都獨立地接收來自主機的數據訪問。如果需要實現RAID級別的保護，主機不但要負擔磁盤讀寫等操作，還要進行RAID算法的處理，對主機資源的佔用率較大，嚴重影響系統整體性能。

因此，在採用光纖磁盤陣列時，一般都採用帶智能磁盤控制器的磁盤陣列。磁盤控制器是介於主機和磁盤之間的控制單元，配置有專門為I/O進行過優化的處理器以及一定數量的cache。控制器上的CPU和cache共同實現對來自主機系統I/O請求的操作和對磁盤陣列的RAID管理。相對於JBOD磁盤陣列，控制器磁盤陣列釋放了大量主機資源，來自主機的I/O請求由控制器接受並處理，陣列上的cache則作為I/O緩衝池，能夠大大提高了磁盤陣列的讀寫響應速度，顯著改善磁盤陣列的性能。又由於光纖磁盤天生擁有雙端口，所以，一般的光纖盤陣都採用雙控制器，從而充分發揮光纖磁盤的高可用特性。兩個控制器不管配置成active-active還是active-standby，都能為用户提供高可用特性，而且大都支持熱插拔功能，能夠實現簡單的無單點故障，為用户提供的7*24不間斷業務。

在配置了CPU和cache的磁盤陣列中，其部分高端產品還可以運行基於磁盤陣列的存儲軟件。因此，它可以提供比較全面的基於磁盤陣列的解決方案。

在當前存儲市場上，這一類的磁盤陣列種類繁多，數量巨大，同時也在質量和性能上也存在着巨大的差距，價格跨度也很大。其代表產品有IBMDS系列、HPEVA系列、EMCCLARⅡON系列、HDS Thunder 95系列等等。LSI也在這一檔次的磁盤陣列方面頗有建樹。尤其值得一提的是，IBM S-4000系列、STK D系列及SGI TP系列都是OEM LSI公司的E系列陣列控制器。

開始只是簡單地作為某台主機或服務器的附加外置存儲設備，主要用於擴展單台主機或服務器的永久存儲空間，一般通過SCSI或其他接口與主機直接相連；後來隨着存儲網絡技術，尤其是光纖通道Fibre Channel技術的發展，磁盤陣列通過光纖通道FC接口接入到存儲區域網SAN中，為多台主機提供共享的存儲空間。

目前人們一方面正在致力於開發更多的接口技術（如iSCSI、InfiniBand等）讓磁盤陣列接入到成本更低的存儲網絡（如IP網絡）、或性能更高、功能更全的存儲網絡（如InfiniBand網絡）中，一方面致力於通過存儲虛擬化技術、全局文件系統技術提高磁盤陣列的利用率。

本文我們主要想討論目前使用最為廣泛的光纖磁盤陣列。之前我們先來看什麼是光纖磁盤陣列，或者説討論一下光纖磁盤陣列的定義。

名詞分解：

磁盤陣列：實際上我們日常所説的磁盤陣列一詞的定義並不準確，根據SNIA（存儲網絡國際協會）的定義解釋，磁盤陣列（disk array）就是通過一套控制軟件結合在一起的、在一個或多個可訪問磁盤子系統上的一系列磁盤；該控制軟件將這些磁盤的存儲空間以一個或多個虛擬磁盤的形式提供給主機；運行在控制器上的控制軟件一般稱為固件（firmware）或微碼（microcode）；運行在主機上的通常稱為卷管理器。而磁盤陣列子系統（disk array subsystem）才是我們通常所稱的磁盤陣列，即具有可將其磁盤組織起來的控制軟件的磁盤子系統。

為了不引起誤解，在此我們只是告訴大家要注意區分磁盤陣列disk array和磁盤陣列子系統disk array subsystem的細微區別，在後面的討論中我們還是使用大夥熟悉的磁盤陣列這個詞彙來代替較為晦澀的磁盤陣列子系統一詞。

而為什麼又稱為光纖磁盤陣列呢？這是指這種磁盤陣列採用光纖通道技術。採用光纖通道技術有兩層含義，一層是指其對外--即對主機--使用光纖通道接口連接方式，一層是指其內部採用光纖通道技術來連接其內部的各個磁盤。

通常意義來説，光纖磁盤陣列指的是後一種含義。

但在最初光纖磁盤陣列上市的時候，內部往往採用SCSI、SSA等存儲接口，對外才是光纖通道接口。現在越來越多的光纖磁盤陣列逐漸向內外俱是光纖通道接口的方向發展，這裏我們想討論的就是這種磁盤陣列。至於內部使用IDE、SCSI、SSA等接口技術、外部使用光纖通道技術，或者內部使用光纖通道技術，外部使用SCSI等其他接口技術的磁盤陣列（儘管這有些違背常識，但這種磁盤陣列的確存在），雖然也是光纖磁盤陣列，但不在我們的討論範圍內。

從光纖磁盤陣列的名詞解釋我們可以看出，從硬件構成來説它應當是由一堆磁盤和控制器及內外接口組成。一般的中、低端光纖磁盤陣列也正是這種結構：由一個或多個供大量磁盤放置的磁盤櫃、兩個陣列控制器、陣列背板、若干電源、風扇等硬件部件組成。

其中最為主要的部件就是陣列控制器和磁盤櫃

控制器：通過其內置的控制軟件，實現整個陣列的管理。

一般陣列對主機的接口就在陣列控制器上，一般每控制器至少有一個主機接口，有些控制器提供更多的主機接口；這些主機接口可以直接或通過光纖交換機與主機連接。此外各種管理接口（串口、以太網口等）也在控制器上。

而一般之所以採用兩個控制器，主要是從高可用性、提高性能和負載均衡的角度考慮的。很多陣列都可以通過這兩個控制器間的切換，防止控制器、連接線纜、網絡設備（如光纖通道交換機和集線器）、主機HBA的單點故障。某些陣列則可以通過主機或陣列軟件實現多通道的數據訪問和通道間的負載均衡。

可以説陣列控制器是中低端磁盤陣列的核心，相當於PC的主板、內存和CPU；而放置硬盤的磁盤櫃是陣列實際存儲數據的地方，相當於PC的硬盤。

光纖磁盤陣列磁盤櫃：主要特點是內部一般至少採用冗餘的雙FC-AL仲裁環環路結構，內部硬盤實際上同時接在兩條仲裁環上。而中端磁盤陣列支持的環路數更多，可以達到4、8、16條之多。這種多冗餘仲裁環結構最主要的目的就是為了高可用性，它可以防止單個線路、接口的故障導致整個陣列的失效。而且每個環路採用旁路技術來防止無硬盤接入和硬盤故障對環路通信的影響。

操作如下

一、集羣的基本概念 有一種常見的方法可以大幅提高服務器的安全性，這就是集羣。Cluster集羣技術可如下定義：一組相互獨立的服務器在網絡中表現為單一的系統，並以單一系統的模式加以管理。此單一系統為客户工作站提供高可靠性的服務。大多數模式下，集羣中所有的計算機擁有一個共同的名稱，集羣內任一系統上運行的服務可被所有的網絡客户所使用。Cluster必須可以協調管理各分離的組件的錯誤和失敗，並可透明地向Cluster中加入組件。一個Cluster包含多台（至少二台）擁有共享數據存儲空間的服務器。任何一台服務器運行一個應用時，應用數據被存儲在共享的數據空間內。每台服務器的操作系統和應用程序文件存儲在其各自的本地儲存空間上。Cluster內各節點服務器通過一內部局域網相互通訊。當一台節點服務器發生故障時，這台服務器上所運行的應用程序將在另一節點服務器上被自動接管。當一個應用服務發生故障時，應用服務將被重新啓動或被另一台服務器接管。當以上任一故障發生時，客户將能很快連接到新的應用服務上。

二、集羣的硬件配置 鏡像服務器雙機 集羣中鏡像服務器雙機系統是硬件配置最簡單和價格最低廉的解決方案，通常鏡像服務的硬件配置需要兩台服務器，在每台服務器有獨立操作系統硬盤和數據存貯硬盤，每台服務器有與客户端相連的網卡，另有一對鏡像卡或完成鏡像功能的網卡。鏡像服務器具有配置簡單，使用方便，價格低廉諸多優點，但由於鏡像服務器需要採用網絡方式鏡像數據，通過鏡像軟件實現數據的同步，因此需要佔用網絡服務器的CPU及內存資源，鏡像服務器的性能比單一服務器的性能要低一些。有一些鏡像服務器集羣系統採用內存鏡像的技術，這個技術的優點是所有的應用程序和網絡操作系統在兩台服務器上鏡像同步，當主機出現故障時，備份機可以在幾乎沒有感覺的情況下接管所有應用程序。因為兩個服務器的內存完全一致，但當系統應用程序帶有缺陷從而導致系統宕機時，兩台服務器會同步宕機。這也是內存鏡像卡或網卡實現數據同步，在大數據量讀寫過程中兩台服務器在某些狀態下會產生數據不同步，因此鏡像服務器適合那些預算較少、對集羣系統要求不高的用户。硬件配置範例：網絡服務器 兩台 服務器操作系統硬盤 兩塊 服務器數據存貯硬盤 視用户需要確定 服務器鏡像卡（部分軟件可使用標準網卡） 兩塊 網絡服務網卡 兩塊三、雙機與磁盤陣列櫃 與鏡像服務器雙機系統相比，雙機與磁盤陣列櫃互聯結構多出了第三方生產的磁盤陣列櫃，目前，豪威公司、精業公司等許多公司都生產有磁盤陣列櫃，在磁盤陣列櫃中安裝有磁盤陣列控制卡，陣列櫃可以直接將櫃中的硬盤配置成為邏輯盤陣。磁盤陣列櫃通過SCSI電纜與服務器上普通SCSI卡相連，系統管理員需直接在磁盤櫃上配置磁盤陣列。雙機與磁盤陣列櫃互聯結構不採用內存鏡像技術，因此需要有一定的切換時間（通常為60？D？D180秒），它可以有郊的避免由於應用程序自身的缺陷導致系統全部宕機，同時由於所有的數據全部存貯在中置的磁盤陣列櫃中，當工作機出現故障時，備份機接替工作機，從磁盤陣列中讀取數據，所以不會產生數據不同步的問題，由於這種方案不需要網絡鏡像同步，因此這種集羣方案服務器的性能要比鏡像服務器結構高出很多。雙機與磁盤陣列櫃互聯結構的缺點是在系統當中存在單點錯的缺陷，所謂單點錯是指當系統中某個部件或某個應用程序出現故障時，導致所有系統全部宕機。在這個系統中磁盤陣列櫃是會導致單點錯，當磁盤陣列櫃出現邏輯或物理故障時，所有存貯的數據會全部丟失，因此，在選配這種方案時，需要選用一個品質與售後服務較好的產品。硬件配置範例：網絡服務器 兩台 服務器操作系統硬盤 兩塊 第三方生產的磁盤陣列櫃 一台 磁盤櫃專用SCSI電線 兩根 磁盤陣列櫃數據存貯硬盤 視用户需求確定 網絡服務網卡 兩塊 除此之外，一些廠商還有更優秀的技術的解決方案，比如 HP. 四、HP雙機雙控容錯系統 HP NetServer為雙機雙控容錯系統提供了高品質和高可靠的硬件基礎…… HP雙機雙控容錯系統結合了HP服務器產品的安全可靠性與Cluster技術的優點，相互配合二者的優勢。