數據中心信息系統本地磁盤保護和在線擴容技術的研究與實現

王鵬

（洛陽光電技術發展中心，洛陽471000）

0 引言

隨著信息技術的不斷發展，企業對數據的需求快速增長，大數據時代下如何確保數據存儲的安全性、穩定性和可擴展性成為企業信息化建設的重要環節。某企業將關鍵業務系統數據備份到虛擬帶庫和物理帶庫上，實現了數據的異地保護，但當服務器本地硬盤發生故障急需恢復時，信息系統數據保護方式單一，難以實現業務數據分級分層保護及快速恢復的要求。磁盤陣列RAID技術，將服務器本地存儲的多塊物理硬盤構建成磁盤組（RAID組），當本地硬盤出現故障時，可通過其余硬盤上的數據信息和校驗信息快速恢復損壞的數據，保證本地業務數據的完整性以及系統能夠正常運行；某企業采用傳統方法對關鍵業務系統進行擴容時，需要更換大容量物理硬盤，將原有業務數據完整復制到大容量文件系統上，數據拷貝時間較長，影響業務系統的連續性，利用LVM技術，將多個物理分區整合成一個邏輯卷組，可在線增加邏輯卷組的大小和擴展邏輯卷容量，建立一個可彈性調整容量的文件系統，能夠降低存儲擴容導致業務系統停機的時間。

1 本地磁盤保護技術

采用RAID 5技術的信息系統服務器，組成本地存儲的物理硬盤數量N≥3，業務數據分布存儲在N塊物理硬盤上，每塊磁盤不僅存放業務數據，還存放數據校驗信息，且校驗信息和相對應的數據分別存儲于不同的磁盤上。當N塊物理硬盤中的一塊發生故障，其余N-1塊物理磁盤將根據其上存儲的數據信息和校驗信息快速恢復損壞的數據，實現快速接管故障盤繼續進行I/O讀寫，保證本地業務數據不丟失，系統能夠正常運行；可將壞盤拔出，在線插入新盤，加入RAID 5磁盤組，自動同步數據，繼續實現本地磁盤保護(采用RAID 5技術的磁盤組，由于每塊數據盤上都需要存儲校驗信息，RAID 5磁盤組的實際可用容量為N-1塊物理磁盤容量之和)。如圖1所示。

磁盤A、磁盤B、磁盤C三塊物理硬盤構成RAID 5磁盤組，其中B盤發生故障，A盤和C盤利用其上存儲的數據信息和校驗信息恢復出B盤上損壞的數據2和5，數據 1、2、3、4、5、6沒有丟失，系統運行正常；將故障盤B拔出，在線插入新盤，完成數據同步，繼續實現RAID 5磁盤保護。

圖1 本地磁盤采用RAID 5技術方案

采用RAID 5+1技術的信息系統服務器，組成本地存儲的物理硬盤數量N≥4，其中N-1塊物理硬盤采用RAID 5技術，剩余的1塊物理硬盤作為RAID 5磁盤組的熱備盤，該熱備盤含有RAID 5磁盤組的校驗信息，當服務器本地1塊數據盤發生故障，熱備盤和其余數據盤將利用其上存儲的數據信息和校驗信息把故障盤上損壞的數據恢復出來存儲在熱備盤上，熱備盤自動頂替故障盤與其余數據盤組成新RAID 5磁盤組，新RAID 5磁盤組可繼續實現本地磁盤保護；當服務器本地2塊數據盤發生故障，熱備盤和其余數據盤將利用其上存儲的數據信息和校驗信息把2塊故障盤上損壞的數據恢復出來。

圖2 本地磁盤采用RAID 5+1技術方案

保證數據的完整性；采用RAID 5+1最大可允許2塊物理硬盤發生故障而不影響系統正常使用。對于壞盤，可將其拔出，在線插入新盤，加入RAID 5+1磁盤組，同步數據，繼續實現本地磁盤保護（采用RAID 5+1技術的磁盤組，由于每塊數據盤上都需要存儲校驗信息，熱備盤上存儲磁盤組的校驗信息，RAID 5+1磁盤組的實際可用容量為N-2塊物理磁盤容量之和）。如圖2所示。磁盤A、B、C、D構成RAID 5+1磁盤組，若B盤發生故障，A、C、D利用其上存儲的數據信息和校驗信息把數據2、5以及校驗信息2恢復出來存儲在D盤上，D盤與 A、B組成新的 RAID 5磁盤組，數據 1、2、3、4、5、6沒有丟失，系統運行正常；若A、B盤均發生故障，D盤作為熱備盤，利用恢復的數據1、3以及校驗信息3替代磁盤A進行I/O讀寫，同時D盤與C盤利用RAID 5保護機制通過其上存儲的數據信息和校驗信息恢復出磁盤 B 上損壞的數據 2、5,數據 1、2、3、4、5、6均沒有丟失，業務系統運行正常。

某企業一關鍵業務系統本地存儲由4塊300GB物理 SAS盤組成，如圖 3所示，磁盤 A、B、C、D采用RAID 5+1技術組成磁盤組；磁盤正常工作時，狀態指示燈為綠色，出現故障時狀態指示燈變為橙色，磁盤C、D同時出現故障，由于采用RAID 5+1技術進行了本地磁盤保護，本地數據仍保持完整，系統運行正常；將故障盤C、D拔出，在線插入新盤E、F，自動完成數據同步后，繼續實現RAID 5+1磁盤保護。

圖3 采用RAID 5+1業務系統

2 文件系統在線擴容

將物理磁盤 A、B、C（A、B、C分別作為單獨的物理分區）整合在一起，形成由大小相等的基本單元PE組成的資源卷組VG（根據業務系統I/O的需求，本項目中PE大小參數可設置為16MB、32MB），VG的大小為磁盤A、B、C容量之和，PE的數量=VG大小/PE大小；根據業務系統對存儲空間的需求，在資源卷組VG上劃分邏輯卷LV用來存放業務數據，LV由VG中可用的PE組成；根據業務數據對于文件類型的要求，將劃分的邏輯卷LV格式化為相應文件系統后掛載給業務系統（安全郵件、裝配MES、AEPCS、PDM文件系統均為Linux下的EXT3格式），完成對磁盤I/O的讀寫；當業務數據的存儲空間不足需要進行擴容時，新增物理分區D，將其整合至資源卷組VG，VG中可使用的PE個數增加，將新增的PE擴展給存放業務數據的LV，即完成對文件系統的擴容。

圖4 LVM技術的可彈性擴展的文件系統

某企業一關鍵業務系統數據庫本地存儲空間使用率已達75%，數據量達300GB，該業務系統采用LVM技術，擴容前VG大小為400GB，PE大小為16MB，PE總數量（Total PE）為25000,已分配PE（Alloc PE）25000，全部分配給該數據庫LV使用，可用PE數量（Free PE）為0；將新增的物理硬盤2.4TB（5塊600GB物理磁盤組成RAID 5磁盤組，實際可用容量為4×600GB=2.4TB）加入資源卷組VG，PE總數量（Total PE）擴展為 175000，可用 PE數量（Free PE）為 150000，將VG中可用PE全部分配給該業務數據庫使用的LV，其容量擴展為2.8TB，實現系統快速在線擴容，如圖5所示。

圖5 擴容前該業務數據庫VG、PE、LV

3 結語

本文通過研究和應用RAID 5、RAID 5+1以及LVM技術，實現了信息系統服務器本地硬盤保護、文件系統在線擴容，提升了業務數據的完整性指標，降低了存儲擴容導致業務系統停機的時間，與采用RAID 1、RAID 10技術相比，采用RAID 5、RAID 5+1技術更節省成本、存儲空間利用率更高。

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