基于存儲區域網絡的復制管理研究

摘要:有效的進行數據備份和數據災難恢復是數據存儲領域的一個重點需要解決的問題。該文提出了基于存儲區域網絡的復制管理的方案，首先詳細介紹了數據復制管理的相關概念，然后重點設計了SAN復制管理的體系結構，最后給出了復制機能的設計方法。

關鍵詞:存儲區域網絡;數據備份;數據復制

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)24-7062-02

Based on a Storage Area Network of Replication Management Research

SHI Peng

(Bin County Coal Limited CO.， LTD， Binxian 713500， China)

Abstract: Effective data backup and disaster recovery data is the field of data storage solution. This article has raised the based on a storage area network scenario， first introduced in detail the data reproduction management's related concept， then has designed the SAN duplication management architecture with emphasis， finally has given the duplication function design method.

Key words: storage area network; data backup; data reproduction

在當今應用程序使用的數據量高速的增長的時代，對數據的存儲也有了更高的要求。直連式存儲模式已經完全不能夠滿足要求。網絡直連存儲雖然在一定程度上緩解了直連式存儲模式的缺點，在速度、可靠性等方面有很大的改善，但是仍然存在一些難以解決的問題。如:傳輸能力有限，可擴展性有限，數據備份能力有限并且不能對數據庫服務提供有效的支持等。SAN(Storage Area Network)作為一種面向網絡的存儲結構，以數據存儲為中心[1]。SAN采用可擴展的網絡拓撲結構連接服務器和存儲設備[2]，具有較好的數據傳輸能力，高可擴展性，高安全性，提供了更多的可控存儲容量，可提供更高的傳輸帶寬，可以實現數據可用和共享等優勢。

1 數據復制管理的相關概念

復制就是將數據從一個磁盤拷貝到另一個磁盤。通過把重要數據復制到其它磁盤來保證數據的高可用性和安全性。要進行數據復制，當然需要兩個磁盤實現相互復制，因此先說明一下磁盤對PAIR的概念。PAIR就是將兩個獨立的磁盤連接到一起組成的一個磁盤對。通過發行pair命令可以將原本不相關的相互獨立的磁盤相互連接成一個磁盤對。并且該磁盤對是有序的，分為主磁盤和備份磁盤。其中一個是備份數據源所在的磁盤，稱其為MV，與之相互連接的用來存儲備份數據的磁盤稱為RV。MV和RV相互連接組成的這個有序的磁盤對稱為一個PAIR磁盤對。通過pair命令可以將兩個磁盤組成一個PAIR，也可以對一個PAIR磁盤對發行unpair命令，將一個PAIR分離使之成為互不相關的獨立的磁盤。MV和RV所在磁盤陣列可以是同一個也可以不同，因此PAIR有兩種類型:DDR的PAIR和RDR的PAIR。DDR (Dynamic Data Replication)即動態數據復制，DDR類型的PAIR的MV和RV在同一個磁盤陣列上。RDR (Remote Data Replication)即遠程數據復制，RDR類型的PAIR的MV和RV分別處于兩個磁盤陣列中，也可以處于同一數據中心里。由于PAIR的類型的不同，在PAIR中的RV也可以進一步細分為兩種:處于DDR連接的PAIR中的RV稱為dRV，處于RDR連接的PAIR中的RV稱為rRV。復雜的連接也都是這兩種PAIR通過串聯和并聯的組合而已。例如:可以進行多級volume串聯和并聯連接。最后，說明unpair命令和PAIR執行pair/unpair命令的變化過程。對于unpair命令有時發行后并不能保證一定順利成功執行。當有其它的操作在執行中時，unpair命令不會成功。如果用戶依然要執行unpair命令解除兩個磁盤的PAIR關系，可以通過強制unpair命令來實現。所謂強制unpair命令，在命令格式上需要在命令后加參數-force[all/mv/rv]，如果指定了強制解除PAIR關系，不管此時PAIR的狀態，直接解除PAIR關系，但是該方式一般情況下不要使用，可能會導致不應該出現的后果。其中可以強制MV和RV雙方解除，也可以強制MV或RV單方解除。

2 基于存儲區域網絡的數據復制管理系的體系結構

SAN的體系結構分為SAN的基礎結構、SAN服務器、存儲系統和軟件四層。

1)SAN的基礎結構

在SAN中，接口是一種物理連接，在存儲設備和服務器之間或接口所連接的連接部件提供一種通訊方式[3]。SAN接口為存儲數據提供了一種通用的方式，該方式只負責傳輸數據包而不管它連接的設備為何種類型。

SAN的連接部件將服務器和存儲設備連接在一起。連接部件也可以充當構造和接口之間的中間設備。SAN的連接部件包括以下7種:①線纜和連接器。②擴展器:擴展器用來連接超過理論最大值的超長距離節點。③集線器:通過集線器，一個邏輯環路上可以連接多達126個節點。④路由器:存儲路由器與網絡路由器的不同在于，存儲路由器數據的路由選擇使用的是FCP之類的存儲協議，而不是TCP/IP之類的通信協議。⑤網橋:網橋的作用是使LAN/SAN能夠與使用不同協議的其它網絡通信。⑥網關:網關是網絡上用來連接兩個或更多網絡或設備的站點，可能執行也可能不執行協議轉換。通過網關，SAN可以延伸并越過WAN。⑦交換機:交換機是用于連接大量設備、增加帶寬、減少阻塞和提供高吞吐量的一種高性能設備。

構造是用來將不同的連接設備連接起來的物理部件。構造與接口的不同之處在于接口連接的是設備和連接部件，而構造連接的是連接部件。

2)SAN服務器

在SAN中服務器是通過接口連接到存儲設備上的，而連接部分實現了SAN中數據的外向化存儲，就是存儲部件不在服務器中。服務器到存儲設備之間的連接可以通過各種形式的網絡拓撲結構實現連接。

3)存儲系統

在SAN中可采用一系列的存儲系統。常用的磁盤系統為RAID和JBOD統。其中RAID提供了一種高速、高可靠存儲和檢索數據的方法。RAID(Redundant Arrays of Independent Disks)存儲系統是一種快速存儲和共享數據的技術[4]。它是由多個磁盤驅動器的存儲容量結合在一起構成的磁盤陣列系統。RAID常用的級別有0， 1， 3， 5， 6五個:①RAID 0:將多個較小的磁盤合并成一個大的磁盤，不具有冗余，并行I/O速度最快。但是RAID 0沒有冗余功能的，如果一個物理磁盤損壞，則所有的數據都無法使用。②RAID 1:兩組相同的磁盤系統互作鏡像，速度沒有提高，但是允許單個磁盤出錯，可靠性最高。但是其磁盤的利用率卻只有50%，是所有RAID上磁盤利用率最低的一個級別。③RAID3:以一個硬盤來存放數據的奇偶校驗位，數據則分段存儲于其余硬盤中。不過，如果物理校驗盤損壞的話，則全部數據都無法使用。利用單獨的校驗盤來保護數據雖然沒有鏡像的安全性高，但是硬盤利用率得到了很大的提高，硬盤的利用率為n-l。④RAID:構成RAID 5至少要有三塊硬盤來實現。在向陣列中的磁盤寫數據時，奇偶校驗數據存放在陣列中的各個盤上，允許單個磁盤出錯。RAID5也是以數據的校驗位來保證數據的安全，但它不是以單獨硬盤來存放數據的校驗位，而是將數據段的校驗位交互存放于各個硬盤上。這樣，任何一個硬盤損壞，都可以根據其它硬盤上的校驗位來重建損壞的數據。硬盤的利用率為n- l。⑤RAID6:類似于RAID 5， RAID 6也是將數據分解為多個數據塊寫入磁盤陣列的，當主機讀取數據時要重新組合分散在各個磁盤上的數據。但是不像RAID 5， RAID 6采用2個盤存儲數據的校驗位，因此它允許二個盤出錯，更好的保證了數據的有效性和安全性。

4)SAN的軟件組成

SAN的軟件一般有以下幾種:操作系統組件，它不僅實現傳統驅動程序的功能，而且還要能夠實現了SAN的相關功能。存儲中間件，如卷管理器等。應用程序的中間件，如集群管理軟件和磁帶共享軟件，它們實現了SAN的可用性和可擴展性。應用程序和數據庫管理軟件，它們基于SAN并能夠充分利用SAN帶來的功能。備份管理軟件，當數據正在被應用程序使用的時候，備份管理軟件能夠在開銷最小的情況下進行一致的數據備份，且在發生災難時可以迅速的進行數據的恢復。專門管理SAN環境的新型軟件，如SAN的管理軟件等。

3 基于存儲區域網絡的復制管理的實現

數據復制的前提條件是發行對象是一個PAIR磁盤對，不能是相互沒有聯系的IV，且該PAIR的狀態為separate分離狀態。

首先要將兩個相互獨立的磁盤連接成一個PAIR，后對該PAIR通過發行replicate命令把存儲在MV上的數據拷貝到RV上。隨著數據拷貝的進行，MV和RV上數據的差分量將會隨著數據拷貝的進行逐漸減少，當存儲在MV上數據全部拷貝到RV上后，此次數據復制也就結束且達到數據一致，此時MV和RV中的數據的差分量為零。PAIR此時所處的狀態為replicate完了狀態。

數據恢復的前提條件與數據復制的相同，它是通過restore命令將存儲在RV中的數據向MV中拷貝，恢復之前存儲在RV上的MV中的數據。restore命令又可分為一般restore和保護restore。一般restore和保護restore的區別是:保護restore將RV中的數據拷貝到MV中后，PAIR的狀態變成separate分離狀態。而一般restore執行完后PAIR的狀態是restore完了狀態，但是并沒有分離，依然存在連接關系。

雖然可以對PAIR發行replicate和restore命令，但是并不是所有的PAIR都可以進行replicate或restore操作，對其操作對象還要有一定的約束，其約束條件如下:

1)處于replicate或restore執行中的PAIR不能再發行replicate或restore命令。

2)如果一個volume既是MV又是RV，而且它作為RV與它上位的MV正在執行replicate或restore操作，則該volume作為MV的PAIR不能執行replicate或restore操作。

3)如果一個volume既是MV又是RV，而且它作為MV與它下位的RV正在執行replicate或restore操作，則該volume作為RV的PAIR不能執行replicate或restore操作。

4 結論

本文對基于存儲區域網絡的復制管理系統的設計進行了詳細的討論，主要是復制機能的詳細設計方案，以及相應的實現方式，其中包括了各個命令的約束控制和組成條件。

參考文獻:

[1] 葉碩磊.存儲區域網(SAN)的基本結構與應用環境[J].中國科技信息，2005(17).

[2] 劉書香.建立基于SAN技術的存儲網絡[J].北京工業職業技術學院學報，2005，4(1).

[3] 吳凱峰.網絡存儲技術[J].電力信息化，2004，2(9).

[4] 汪社教，宋軍華，田毅農.網絡存儲技術及其應用研究[J].現代圖書情報技術，2004(3).