運營商業務平臺資源池集群文件系統

鄔宏 耿燕

摘要

集群文件系統可解決網絡中心當前遇到的存儲管理的難題，兼有主機層虛擬化功能和存儲層的高級管理功能，能夠簡化存儲虛擬化的實現。一是完成所有主機平臺的邏輯卷和文件系統操作，提供超強的在線管理功能;二足完成磁盤陣列具有的高級存儲管理功能，如數據遷移、復制、多路徑等。本文描述了集群文件系統研究的必要性和關鍵技術，并對實例應用進行評測，淺析集群文件系統在解決異構存儲方面有較好應用效果。

【關鍵詞】集群文件 故障轉移 數據一致性

1 引言

運營商網絡中系統存現的停機和不可用現象持續在增加。運營商要求服務器廠商的服務質量及水平變得越來越苛刻，在無附加高價值組件時，傳統單實例文件系統高可用性無法得到保障。非結構化數據和數據庫需配套其他中間件產品，造成系統本身故障恢復機制難以運轉，系統復雜度增加。

集群文件系統作為分布式文件系統的一個子集，具備高性能和無單節點風險等優勢，可控制多節點實現全局高可用、高性能或負載均衡的文件處理系統。集群文件系統本身被封裝成一個單獨的、透明的、被標記的全局空間，所有文件訪問請求均被調度至這個封裝的空間中進行集群式處理。

2 集群文件系統關鍵技術

2.1 故障轉移

故障遷移是指系統采用多類型快照方式和跨陣列模式，通過低成本的卷（磁盤陣列），基于測試、數據分析、快速恢復等手段對在線數據的邏輯錯誤進行處理。在不改變集群文件系統架構下，跨卷（磁盤陣列）在線數據遷移成為可能，同時系統管理者可將任何文件在任何時間點上任意遷移至所有卷（磁盤陣列）上，這些都是在不暫停應用軟件的背景下進行的。

運營商生產系統的存儲根據不同類型的需求，往往同時使用兩種或多種不同應用廠商的存儲，這就要求文件系統可以把不同廠商、不同類型的陣列做成一個鏡像，當其中的任一存儲出現物理故障時，對業務系統無感知，真正實現業務系統的RPO=0。鏡像中任一存儲宕機，都不會導致應用中斷，從而消除存儲的單點故障。同時支持對鏡像在突然斷電或在人為拆分后的快速同步恢復。

2.2 數據一致性及完整性

數據庫在執行任意數據操作時，操作結果不損壞數據，并保證數據庫狀態從某——致性穩態轉換至另——致性穩態，此過程稱為數據一致性及完整性。當事務執行完成，所有數據狀態保持一致，數據庫一致性被保證。保證數據一致性要從兩方面考慮，即數據的“讀”和“寫”，保證數據庫的一致性是數據庫管理系統的一項功能。

一套業務平臺資源池的所有節點在訪問任意文件時，集群文件系統必須保持統一版本。資源池中緩存一致性是基礎，這在多服務器節點有權限訪問資源池的應用軟件架構中尤為重要。集群文件系統可以多用戶同時訪問，而不造成系統延誤。但是同時只有單一用戶可對文件進行寫操作，保證數據的有效及安全，分配文件鎖定權限基于跨集群文件中的所有節點，集群文件可伸縮性接近線性。

3 實例方案分析

某運營商省公司業務平臺資源池系統采用X86架構服務器實現分布式集群化部署，因系統架構需多個存儲訪問節點，存儲設備采用EMC和HDS兩個廠家。兩廠家多路徑功能軟件不能同時在一臺服務器上共存，導致每個服務器只能使用同一廠家的存儲空間。為保證業務平臺資源池的順利部署及實施，需具備集群文件共享能力。

3.1 測試環境

在現有業務平臺資源池的測試區搭建網絡、安全、X86服務器、異構存儲等組成的測試環境。軟件開放性應遵循SNIA開放式存儲管理標準。保證長期提供對第三方設備的管理接口。可以同主流總控系統緊密集成，實現統一的網絡及系統管理。在主流UNIX平臺具有統一的存儲格式，實現跨平臺數據共享。

3.2 對集群文件部署進行評測

存儲虛擬化實現對現有的“主機+交換機+磁盤陣列”的磁盤陣列訪問物理連接方式未做任何調整，未增加系統硬件連接的復雜度;系統響應能力大于等于單個磁盤陣列、未虛擬化以前的性能;兼容現網廠商的主機設備及操作系統、存儲設備和數據庫平臺;具備分級存儲能力，對存儲并發訪問的能力，對數據庫訪問存儲的速度優化，實現容災功能。

業務平臺資源池在采用集群文件系統后，不僅解決了異構存儲的多路徑問題，同時提升了系統以下幾個方面的性能：在線存儲遷移：老舊陣列退網時遷移數據工作全部在線完成，保證應用系統不停機，業務不受影響;保證數據一致及完整：系統通過對文件訪問以及寫入的控制，保證了整個文件系統中數據的一致性和完整性，確保數據不丟失，不損壞;同步復制不停機切換：通信行業對數據保存要求保證系統7*24小時不間斷的特性，為防止陣列問題時引起的數據丟失或應用停機，滿足RTO等于。的應用環境，采用集群文件系統的鏡像切換，沒有任何停機時間;快照數據備份與恢復：傳統的磁帶備份不滿足一些應用的備份窗口和恢復要求，數據快照是傳統備份的有力補充，SF能夠將數據快照到低端存儲上，達到改善備份和恢復性能的同時，降低成本，提高靈活性。

4 結論

本次研究介紹了集群文件系統在運營商領域應用的價值，對集群文件系統的故障轉移和數據一致性等關鍵技術進行了簡要分析。針對實例應用中遇到的問題，采用集群文件系統進行解決，并搭建集群文件系統網絡測試環境，對解決方案的功能、性能、安全、互通等指標進行模擬驗證，證明集群文件系統不僅解決了業務平臺資源池的異構存儲多路徑問題，也對數據存儲性能方面給予提升。

參考文獻

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