宏杉存储双活技术白皮书

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1、MacroSAN SDAS 存储双活技术白皮书杭州宏杉科技股份有限公司1. 概述在信息社会里，数据的重要性已经毋容置疑，作为数据载体的存储阵列，其可靠性更是备受关 注。尤其在一些关键应用中，不仅需要单台存储阵列自身保持高可靠性，往往还需要二台存储阵列 组成高可靠的系统。一旦其中一台存储阵列发生故障，另一台可以无缝接管业务。这种两台存储都 处于运行状态，互为冗余，可相互接管的应用模式一般称之为双活存储。由于技术上的限制，传统的双活存储方案无法由存储阵列自身直接实现，更多的是通过在服务 器上增加卷镜像软件，或者通过增加额外的存储虚拟化引擎实现。通过服务器上的卷镜像软件实现 的双活存储，实施复杂，对

2、应用业务影响大，而且软件购买成本较高。通过存储虚拟化引擎实现的 双活存储，虽然实施难度有一定降低，但存储虚拟化引擎自身会成为性能、可靠性的瓶颈，而且存 在兼容性的限制，初次购买和维护成本也不低。宏杉科技的对称双活存储（Symmetrical Dual Active Storage，简称SDAS）是一项专门针对 双活存储方案的创新技术。通过宏杉科技对称双活存储技术，可以不需要引入任何第三方软硬件， 直接通过两台同档次的 MS 系列存储阵列实现两台存储的双活工作，互为冗余。当其中一台存储发生 故障时，可由另一台存储实时接管业务，实现RPO、RT0为0。这是一种简单、高效的新型双活存储 技术。宏杉科

3、技的 SDAS 技术，不仅支持近距离的双活存储系统，而且支持上百公里甚至更远的远距离 双活数据中心。近距离的双活存储可以采用更加高效的光纤交叉直连的方式进行组网部署，远距离 的双活数据中心采用交换机连接方式，再配以仲裁者机制进行组网部署。宏杉科技的SDAS两套存储 之间的链路不仅可以支持10GE以太网，而且在业界率先支持40GE以太网技术。40GE具有目前以太 网应用领域中的最高的传输带宽，可以大大降低同步数据传输时延。目前，宏杉科技的 MS2500、 MS3000、 MS5500、 MS7000 存储产品都已经支持存储双活技术。2. 技术介绍对称双活存储技术是在双控技术上的一次升级，与双控技

4、术相比，实现了两台双控存储设备之 间的冗余，双控在遇到双点故障时会导致业务中断，而对称双活在一台存储设备出现双点故障时仍 然能够由另一台存储设备提供存储服务，保证了业务的连续性。针对灾难备份和业务连续性的需求，出现了对称双活数据保护技术，其特征是：具备双活保护特性的两个LUN分别位于同一数据中心不同机柜，或者位于距离比较远的两 个数据中心。两个 LUN 可同时提供给服务器访问。 两个LUN的数据完全相同，相互保护。主机匕、厂裁据中心A数堀中心B数据中心UV44X3E存储引妙1 0存皓引单E4距高双活典型绡网因迈距高双活典型组网因宏杉科技的对称双活存储系统由两台存储阵列组成，分别对应存储引擎A、

5、引擎B。存储引擎A 和B上的卷可配置为双活镜像对，中间通过万兆以太网链路进行高速数据同步，数据完全一致。由 于采用虚拟卷技术，双活镜像对中的两个卷对外形成一个虚拟卷。对服务器而言，双活镜像对就是 可以通过多条路径访问的同一个数据卷，服务器可以同时对双活镜像对中两个卷进行读写访问。组 成双活镜像系统的两台存储互为冗余，当其中一台存储阵列发生故障时，可由另一台存储阵列直接 接管业务。服务器访问双活存储系统可根据实际需要，选用FC、iSCSI方式，服务器访问存储的SAN 网络与数据同步的万兆网络相互独立，互不干扰。宏杉科技的对称双活存储系统中间的双活组网可以有两种方式，第一种方式为通过10 GE 或

6、者 40GE 的以太网链路进行高速数据同步，两个存储阵列之间使用四条光纤交叉直连的方式进行组网， 这种方式可以组建近距离的双活存储系统；第二种方式为通过交换机和仲裁者模块的组网方式进行 数据同步，两个存储阵列之间通过两台交换机进行组网，交换机之间只需要链路可达即可，同时再 配以仲裁者技术进行故障仲裁，这种组网方式可以组建远距离的双活数据中心。3. 实现方式3.1. 组网架构F面以MS7000为例，介绍对称双活技术的实际应用。部署 SDAS使用MS7020+前端FC连接+双活网络10GE连接举例，SDAS的典型应用组网图如下图所示:UA)SP1SP1.L 1 .:GE?1麻W；、依EI1CGE2

7、叶1CGE1 10GEfcfMS7020FC （必选）：FC可选）；10GE；服务器服务器5 AM岡給lOGtjti 卡1CGF1VOA弹有冏谿lOGEjfMS7020J10GE1FQ交换机FC交换机如上图所示，在部署SDAS时，两台存储设备之间使用私有双活网络互连，以避免双活10 和前端业务 IO 的相互干扰，用户可以根据情况，灵活的选择是否需要仲裁者。宏杉科技的 SDAS 技术是在存储上实现的双活，对上层的组网和连接方式没有任何影响，具 有灵活部署的特点。上图采用的是4条光纤采用MESH直连的方式组网，具有高带宽、低延时、 低成本、高可靠的诸多优势， 4条光纤直连的私有双活组网如下图所示。

8、如果采用SDAS双活数据中心技术，两个数据中心之间采用交换机连接，支持仲裁者机制来解决脑裂问题，可以构建上百公里的远距离双活存储系统，具体的双活组网如下图所示。存储弓攣IP数据中之同双活组网示富图双活存储的组网无论是私有组网方式还是交换机方式，都可以配合仲裁者机制来解决脑裂 问题，仲裁者是一个软件，可以灵活的部署，其中远距离的双活数据中心仲裁者是一个必须的 组成部分，本地的双活存储可以灵活的选配仲裁者。部署双活镜像对部署 SDAS 后，可在 SDAS 的两台引擎上配置双活镜像对。双活镜像对的两个 LUN 分别位于 引擎A和引擎B其容量完全相同，同时，为了便于管理，名称完全相同。两个LUN的镜像

9、角 色分为主LUN和镜像LUN，可同时分配给客户端服务器访问。客户端服务器登录引擎A、引擎B 后，通过多路径软件会把镜像对的两个物理LUN识别为同一个LUN，即，该LUN同时具有两台 存储设备的路径，在任一台存储设备出现双点故障时，另一台存储设备都能继续提供存储服务， 客户端服务器上业务可实现无缝切换，从而保证业务连续性。在下图中，左边区域表示两台存储设备各自为客户端服务器提供存储服务，两台存储设备 独立存在；右边区域表示配置SDAS后，两台引擎上LUN-1配置双活镜像对，客户端服务器识别 为一个LUN,该LUN具有4条访问路径，分别对应客户端服务器到两台引擎中四个控制器。引擎A引擎BSP1

10、； SP2i1 234径径径径路路路路10GE双活镜像同步双活镜像对通过私有双活网络进行数据传输。部署双活镜像对时，将触发主LUN到镜像LUN 的数据同步，同步过程中，主 LUN 和镜像 LUN 可继续访问，其不影响主 LUN 上已有数据；同步 完成后，双活镜像对将变成已同步状态，客户端服务器上新数据将同时写入主LUN和镜像LUN。 在SDAS正常运行过程中，因为引擎关机/重启、链路中断等，导致主LUN和镜像LUN数据存在 差异时，在SDAS恢复正常时，将立即触发数据同步，把差异数据进行同步，以保证双活镜像对 的两个LUN中数据完全一致。3.2. 故障处理在具有仲裁服务器机制下，先由数据中心的

11、存储系统间的心跳来判断存储系统是否正常工 作，一旦出现任一数据中心整体故障或中间链路故障时，仲裁服务器发起仲裁，仲裁获胜的一 方继续提供服务，仲裁失败方停止服务，优先站点具有仲裁优先权。以数据中心A作为优先为例进行说明，根据不同的故障场景，仲裁服务器提供不同的仲裁 策略，如下所示： 故障：当一个数据中心A或者B的存储系统与仲裁服务器之间的链路出现故障。 双活状态：双活存储正常运行。仲裁机制：数据中心A存储与数据中心B存储继续运行双活系统，相关业务不受影响。 故障：仲裁服务器出现故障。双活状态：双活存储正常运行。仲裁机制：数据中心A存储与数据中心B存储继续运行双活系统，相关业务不受影响。忡裁换统

12、3诫 者物理服务賢；双活飓络塔豁敖抿中心A存储裁抿中心B存储 故障：数据中心A存储与数据中心B存储间的双活链路出现故障。 双活状态：双活存储运行不正常。仲裁机制：数据中心A存储作为优先级更高的存储，将会对外提供业务，而数据中心B存储将 停止运行相关业务，失效。 故障：数据中心 A 存储出现故障。双活状态：双活存储运行不正常。仲裁机制：数据中心B存储将会对外提供业务，而数据中心A存储将停止运行相关业务,失效。忡裁系统5诫 者物理服务器）数据中心A存储 故障：数据中心A存储与仲裁服务器网络链路出现故障，并且数据中心A存储与数据中心B 存储间链路出现故障。双活状态：双活存储运行不正常。仲裁机制：数据

13、中心B存储将会对外提供业务，而数据中心A存储将停止运行相关业务,失效。 故障：数据中心A存储出现故障，且数据中心B存储与仲裁服务器间链路出现故障。 双活状态：双活存储运行不正常。仲裁机制：数据中心A将停止业务并失效，数据中心B存储将停止业务，此时需要人为干 预，将数据中心B存储进行启动。藪据中心A存储数抿中忡裁系统5忒 者物理服双活网络殖路 故障：数据中心A存储出现故障并且仲裁服务器出现故障。 双活状态：双活存储运行不正常。仲裁机制：数据中心A将停止业务并失效，数据中心B存储将停止业务，此时需要人为干 预，将数据中心B存储进行启动。 故障：数据中心A存储与数据中心B存储间链路出现故障并且仲裁服

14、务器出现故障。 双活状态：双活存储运行不正常。仲裁机制：此种故障模式下，将会两种不同的仲裁机制启用： 仲裁服务器故障且数据中心间存储网络链路中断故障，两个故障之间的时间间隔超过仲裁时间设定的阈值（如设定为30s），数据中心A继续运行业务，数据中心B停止运行业务。 仲裁服务器故障且数据中心间存储网络链路中断故障，两个故障之间的时间间隔在仲裁时间设定的阈值（如设定为30s）内，数据中心A存储和数据中心B存储均停止运行业务，此时需要人为干预，将数据中心A或者数据中心B的存储启动提供业务。仲裁系统W戚 者物理服务器）数振中心A存储数据中心B存储孜活甌緡链路故障：数据中心A存储仲裁服务器间链路出现故障且

15、仲裁服务器故障。双活状态：双活存储运行正常。仲裁机制：数据中心A存储和数据中心B存储正常提供业务。双活网络链堵仲瞬缩0戚 者物理服务器）数捱中心A存储麺抿中心日存鶴4. 用户价值（一）双活工作模式，支持同时并发读写对称双活存储系统中的两台存储阵列同时处于工作模式，组成双活镜像对的数据卷可同时被服 务器进行读写访问。得益于系统内部高效的数据同步技术，在两台存储同时进行数据写入时，数据 的一致性也能得到有效保证。这种高效的双活工作模式，不仅有效的利用了两台存储阵列的资源， 而且大大提高了故障切换的速度。（二）快速的故障切换，无须人工干预对称双活存储系统中的两台存储阵列相互冗余，当其中一台存储阵列发

16、生故障时，可由另一台 存储阵列直接接管。对于服务器而言，由于看到的是一个虚拟卷，因此存储阵列的故障切换仅相当 于一次存储访问路径切换，切换速度为秒级，业务无须中断，且不需任何人工干预。（三）专用10/4OGE以太网传输，高速数据同步对称双活存储系统中的两台存储阵列采用10GE或者40GE以太网进行数据同步。通过在两台 存储阵列上配置10GE或者40GE以太网接口卡，利用光纤直接连接或者利用交换机组网来构建双 活存储系统的私有网络来进行数据同步。宏杉科技的双活存储在业界率先支持40GE以太网技术， 40GE是目前业界以太网实际应用中具有最高带宽的传输技术，SDAS基于40GE以太网的数据同 步，

17、不仅保证了数据同步速率，而且简化了对网络链路的要求。（四）支持RDMA技术，显著降低时延宏杉科技的SDAS支持RDMA网卡技术，支持在本地直接存取对端引擎的内存，可以将需要同 步的数据从一个系统通过网络快速传送到远程系统内存中，不需要经过CPU耗时的传输，从而减少 对总线带宽和CPU的开销，采用RDMA技术可以将链路时延减少80%。同时，宏杉科技存储设备 的ODSP软件平台优化支持RDMA存取方式，大大提高数据传输的性能。（五）虚拟卷技术，服务器不需额外软件对称双活存储系统采用了虚拟卷技术，组成双活镜像对的数据卷虽然物理位置在两台存储阵列 上，但被虚拟成了一个逻辑卷。对服务器而言，双活镜像卷就

18、是一个普通的数据卷，只不过可以通 过多条路径访问。服务器上不需安装任何的第三方软件，只需通过服务器操作系统中自带的多路径 软件（支持ALUA），就可以实现对数据卷的正常读写和故障切换控制，实施非常的简单方便。（六）单阵列双控冗余，双活四控高可靠对称双活存储系统是一个高度可靠的系统，每一台存储阵列本身就是一台双控冗余存储阵列， 其自身具备了很高的可用性。通过两台双控存储阵列组成双活存储系统，这个系统相当于具备了四 个控制器的冗余保护，而且有两份完全相同的数据，并且可以实时切换，这为应用系统提供了非常 高的业务连续性保障。（七）支持仲裁者机制，解决脑裂问题当双活存储系统中的双活私有网络全部断开时，

19、两个存储引擎A和B通过心跳检测不到对方， 但是两个引擎事实上都是active的，此时两个引擎都想接管对方进行双活的切换，这样就会导致数 据混乱和不一致，这种现象就是脑裂。为了有效的防止脑裂问题的发生，宏杉科技的对称双活存储 系统支持仲裁者机制。仲裁者是通过IP网络监控双活存储系统中两个引擎的运行状态，当检测到一 个引擎故障后，另外一个引擎根据仲裁者提供的信息自动将业务切换到本端引擎上继续运行，这种 判断和切换的操作都是全自动的，不需要任何的人为干预。（八）支持交换机连接方式，实现远距离双活数据中心宏杉科技的对称双活存储系统支持10GE或者40GE以太网交换机的组网方式。在每一个数据 中心都部署一台交换机，两个数据中心之间通过两台交换机连接构建双活数据中心。在允许的网络 延时范围内，这种方式不仅简化了双活数据中心之间的组网，而且可部署在相距数百公里甚至更远 的两个数据中心之间，构建远距离的双活存储。同时能够与主流应用厂商的双机、集群系统兼容，可实现双服务器 +双阵列的高可用部署；在两个数据中心之间，通过配合远距离集群软件（比如VMware FT），可实现双数据中心的自动故障切换。