（计算机软件与理论专业论文）基于san的存储备份服务器的设计与实现.pdf

西北工业大学硕士论文 摘 要 近年来， 计算 机网络的迅速发展使得越来越多 的信息 被数据化。 传统的存储 系统己 经不能 满足企业对存储系统高可靠性， 可扩展性和安全性的要求。 在这种 j清况下，出 现了存储区域网 络 ( s a n ) 。 这种新技术的 产生，也带来了与 之相关 的软件需求， 而其中的备 份/ 恢复功能则是存储管理系统的核 心功能之一， 在s a n 管理软件中占据十分重要的地位。 作者在 一 年多 的时间内参与了 一个基于s a n 的存储管理系统的研制与开发， 并在其中主要 负责备 份/ 恢复模块。 在项目的 研发期间， 作者对s a n的管 理技术 以及问题进行了细致的研究， 在探讨 s a n管理软件体系结构的基础上， 对备份/ 恢复管理软件进行了 深入分析， 完成了增强的备份/ 恢复 模块的设计与 实现， 并 在此基础上完成了本文。 本文首先简单介绍了 存储区域网以及存储管理系统的架构设计， 然后分析了 基本的备份/ 恢复 模块的 功能设计和实现。 在此基础上， 作者介绍了增强的备 份 复制模块中采用的新技术，包括原子中断组以 及快照 技术，同时 提出了 远程操 作的概念，并且详细的阐述了远程操作的 设计 和实 现;最后， 分析了 增强的备 份/ 恢复模块的优缺点， 提出了 p a i r g r o u p 的概念，并对后续工作做了 一些探 讨 。 关键字 存储管理系统 存储区域网 备份/ 恢复 原子中断组 数据快照 远程操作 西北工业大学硕士论文 ab s t r a c t r e c e n t y e a r s t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r n e t w o r k r e s u l t s i n m o r e a n d m o r e i n f o r m a t i o n b e i n g d i g i t a l i z e d . t h e t r a d i t i o n a l s t o r a g e s y s t e m h a s l o s t t h e a b i l i t y t o s a t i s f y e n t e r p r i s e s n e e d s f o r h i g h r e l i a b i l i t y , g o o d e x p a n d a b i l i t y a n d s e c u r i t y . a c c o r d i n g l y , s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k ) a p p e a r s a s a n e w n e t w o r k s t o r a g e c o n c e p t . s a n b r i n g s n e w r e q u i r e m e n t f o r t h e c o r r e s p o n d i n g s o f t w a r e . a s t o t h i s k i n d o f s o f t w a r e , r e p l i c a t i o n / r e s t o r e m o d u l e i s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t c o m p o n e n t s i n s t o r a g e m a n a g e m e n t s y s t e m . d u r i n g t h e p a s t o n e y e a r , t h e a u t h o r t o o k p a r t i n a s a n - b a s e d s t o r a g e m a n a g e m e n t p r o j e c t a n d w o r k e d o n t h e r e p l i c a t i o n / r e s t o r e m o d u l e . t h e a u t h o r s p e n t m u c h t i m e o n t h e t e c h n i q u e s a n d p r o b l e m s o f t h e s y s t e m . a t t h e s a m e t i m e , b a s e d o n s u m m a r i z i n g t h e e x i s t i n g m e t h o d s f o r s t o r a g e i m p l e m e n t a t i o n , h e p u t f o r w a r d a n e w i d e a a n d d i s c u s s e d t h e f u t u r e o f n e t w o r k s t o r a g e f i r s t l y , t h e a u t h o r i n t r o d u c e d s a n b r i e f l y a n d e x p l a i n e d t h e w h o l e s t r u c t u r e d e s i g n o f t h e s a n - b a s e d m a n a g e m e n t s y s t e m . t h e n h e i n t r o d u c e d t h e b a s i c r e p l i c a t i o n m o d u l e d e t a i l e d l y . f i n a l l y , i t i n t r o d u c e d s o m e n e w t e c h n o l o g i e s i m p l e m e n t e d o n t h e e n f o r c e d r e p l i c a t i o n m o d u l e a n d p u t f o r w a r d a n e w c o n c e p t a n d d i s c u s s e d t h e f u t u r e o f n e t w o r k s t o r a g e . ke y w o r d s s t o r a g e m a n a g e m e n t s y s t e m s t o r a g e a r e a n e t w o r k r e p l i c a t i o n / r e s t o r e a t o m i c b r e a k g r o u p s n a p s h o t r e m o t e o p e r u t i o n 西北工业大学硕士论文 月 叮舀 研 究背景 计算机技术近五十年来不断的发展使得计 算机系统已 经开始由 硬件和软件环 境为中心向以应用和数据为中 心转变， 有人认为，在经历了处理器革命和互联 技术浪潮之后， 存储技 术正在引领计算机技术进入第三次技术浪潮的时代。这 是因为传统的直 接连接存 储 ( d a s ) 是将存储资 源以一种无序的方式存储到不同 类型的服务器上，不但浪费了大量空闲空间，而且难以管理。而且数据的备份 工作也非常困 难。 随着i t 应用 领域以 及互联网的 迅猛发 展， 计算机数据呈 现出 爆炸式增长的 趋势。同 时， 数据还需要每天2 4 小时、 每周7 天、 每年 3 6 5 天处 于可使用状态， 数据的 备份变得非常重要。 数据的爆炸要求存 储系统能 够提供 海量的存储能力以及极高的数据安全性和可靠性。 为了解决上述问 题， 目 前有两种流行的 方案， 即n a s ( n e t w o r k a t t a c h e d s y s t e m ) 和 s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k )。n a s ( n e t w o r k a t t a c h e d s t o r a g e ，网络附 属存储) 是一个大容量存储设备， 它通过集线器 ( h u b ) 或交换机 ( s w i t c h ) 直 接连在数据网络上， 使磁盘空间的扩展如同在网络上添加打印 机一样的简单方 便，同时n a s 具有r a i d 功能和完全的文件服务器功能。 s i n 是基于i s c s i 协议 或者光纤通道协议 ( f o 等将存储设备和服务器连接在一起而形成的网络，从 而可实现对存储资源的 集成化管理，降低管理成本， 提高存储速度和效率， 存 储系统的可扩充性变得更好，不同服务器之m存储资源的共享也成为可能。相 对于 n a s 而 言， s a n 在存储规模、可扩展性、灵活性、存储速度等方面更有发展 潜力。 存储系统有三大构成要素，即:存储设备 ( 主要是磁盘阵列)、联网设备和 协议、存储管理软件。存储管理软件在存储系统中的地位越来越重要，没有存 储管理软件的支持，再好的硬件也难以发挥作用。另外，对相应的协议以及标 准的制定和规范化也变得非常迫切。存储管理软件主要包括存储资源管理 ( 存 储介质、卷、文件管理)、数据备份和数据迁移、集群系统、灾难恢复以及存 储虚拟化等许多方面。 因此，一个设计良 好的健壮的存储管理软件是非常复杂 的。目前，存储管理软件的研究与 f = 发已 成为一个热点，存储区域网 络管理技 术的研究在t1 1 外己经有了定的发展，出现了很多各具特色的存储; f v 软件。 在囚内，学术界、 _ 业界和有关部门虽然已经怠1 1 1 7 ,习 信息存储拄术! u 潮的到 农 及终垂 要性，也 投入了很多 资 源未 进 1 t i) 叮艺 ， 11 日 前还没自自1 :. 知u ! l 权的产 西北工业大学硕士论文 月 叮舀 研 究背景 计算机技术近五十年来不断的发展使得计 算机系统已 经开始由 硬件和软件环 境为中心向以应用和数据为中 心转变， 有人认为，在经历了处理器革命和互联 技术浪潮之后， 存储技 术正在引领计算机技术进入第三次技术浪潮的时代。这 是因为传统的直 接连接存 储 ( d a s ) 是将存储资 源以一种无序的方式存储到不同 类型的服务器上，不但浪费了大量空闲空间，而且难以管理。而且数据的备份 工作也非常困 难。 随着i t 应用 领域以 及互联网的 迅猛发 展， 计算机数据呈 现出 爆炸式增长的 趋势。同 时， 数据还需要每天2 4 小时、 每周7 天、 每年 3 6 5 天处 于可使用状态， 数据的 备份变得非常重要。 数据的爆炸要求存 储系统能 够提供 海量的存储能力以及极高的数据安全性和可靠性。 为了解决上述问 题， 目 前有两种流行的 方案， 即n a s ( n e t w o r k a t t a c h e d s y s t e m ) 和 s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k )。n a s ( n e t w o r k a t t a c h e d s t o r a g e ，网络附 属存储) 是一个大容量存储设备， 它通过集线器 ( h u b ) 或交换机 ( s w i t c h ) 直 接连在数据网络上， 使磁盘空间的扩展如同在网络上添加打印 机一样的简单方 便，同时n a s 具有r a i d 功能和完全的文件服务器功能。 s i n 是基于i s c s i 协议 或者光纤通道协议 ( f o 等将存储设备和服务器连接在一起而形成的网络，从 而可实现对存储资源的 集成化管理，降低管理成本， 提高存储速度和效率， 存 储系统的可扩充性变得更好，不同服务器之m存储资源的共享也成为可能。相 对于 n a s 而 言， s a n 在存储规模、可扩展性、灵活性、存储速度等方面更有发展 潜力。 存储系统有三大构成要素，即:存储设备 ( 主要是磁盘阵列)、联网设备和 协议、存储管理软件。存储管理软件在存储系统中的地位越来越重要，没有存 储管理软件的支持，再好的硬件也难以发挥作用。另外，对相应的协议以及标 准的制定和规范化也变得非常迫切。存储管理软件主要包括存储资源管理 ( 存 储介质、卷、文件管理)、数据备份和数据迁移、集群系统、灾难恢复以及存 储虚拟化等许多方面。 因此，一个设计良 好的健壮的存储管理软件是非常复杂 的。目前，存储管理软件的研究与 f = 发已 成为一个热点，存储区域网 络管理技 术的研究在t1 1 外己经有了定的发展，出现了很多各具特色的存储; f v 软件。 在囚内，学术界、 _ 业界和有关部门虽然已经怠1 1 1 7 ,习 信息存储拄术! u 潮的到 农 及终垂 要性，也 投入了很多 资 源未 进 1 t i) 叮艺 ， 11 日 前还没自自1 :. 知u ! l 权的产 西北工业大学硕士论文 品问世。 基于以 上的原因，进行存储管理软件的研究与 开发具有特别重要的现实意义 和价值。作者在过去的一年多的 时间里 有幸参加了一 个 s a n 存储管理服务器软 件的设计和开发工作， 使得自己 有机会对存储管理软件的设计和开 发进行深入 的研究。 研 究意义 本文研究讨论的 存储管理系统 ( s ms ) 是作者所在的课题组与国外某大公 司共同 合作开发的，目 的是实现针对该公司生产的磁盘阵 列的管理和设置，并 在此基础上提供一套完整的应用解决方案。本文介绍的是该系统服务器端的 研 究与开发。目 前，该服务器己经完成了当前几乎所有主流操作系统平台 的开发 工作。而其内容也几乎涵盖了存储管理软件的所有重要功能.作者从事的是该 系统服务器端的备份 / 恢复模块的 研发 工作， 该模块负责着存储资 源管理系统的 主要核心功能。 在一年多的 开发 和研究工作中， 作者对存储资 源管理系统服务器的 架构设 计 和实现结构进行了 大量的 研究， 并且 根据当前复制技术的发展趋势和需 求，提 出了远程操作的概念。 作者通过大量的 研究，同时在硬件部门和同课题组的同 事的大力协助下， 在己 有的备份/ 恢复模块的 基础上，设计并实现了 远程操作模 块。并实现了该模块和以前的备份/ 恢复模块的整合，赋予了存储资源管理系统 远程操作和管 理的能力， 极大的提高了 存储管理系统 服务器的管理能力， 因此， 本文将结合备份/ 恢复功能的应用，着重介绍备份服务器的架构，设计和实现。 论文组织形式 本文的组织形式如下所示: 前言对本文的 研究背景、 研究内 容、 论文的 组织方式 进行概要说 明。 第一章:绪论 介绍存储技术与其体系结构的组成，发展过程及未来趋势。 第二 章:存储管理服务器架构设计 介绍存储管理系统的总体架构及各功能模块间的关系。 第三章:4本备份服务器的设计与实现 介绍存储v制服务器的设计结构以旋相应自 勺 功能和实现 ， 第四章:埔强备份服务器的设计与实现 西北工业大学硕士论文 品问世。 基于以 上的原因，进行存储管理软件的研究与 开发具有特别重要的现实意义 和价值。作者在过去的一年多的 时间里 有幸参加了一 个 s a n 存储管理服务器软 件的设计和开发工作， 使得自己 有机会对存储管理软件的设计和开 发进行深入 的研究。 研 究意义 本文研究讨论的 存储管理系统 ( s ms ) 是作者所在的课题组与国外某大公 司共同 合作开发的，目 的是实现针对该公司生产的磁盘阵 列的管理和设置，并 在此基础上提供一套完整的应用解决方案。本文介绍的是该系统服务器端的 研 究与开发。目 前，该服务器己经完成了当前几乎所有主流操作系统平台 的开发 工作。而其内容也几乎涵盖了存储管理软件的所有重要功能.作者从事的是该 系统服务器端的备份 / 恢复模块的 研发 工作， 该模块负责着存储资 源管理系统的 主要核心功能。 在一年多的 开发 和研究工作中， 作者对存储资 源管理系统服务器的 架构设 计 和实现结构进行了 大量的 研究， 并且 根据当前复制技术的发展趋势和需 求，提 出了远程操作的概念。 作者通过大量的 研究，同时在硬件部门和同课题组的同 事的大力协助下， 在己 有的备份/ 恢复模块的 基础上，设计并实现了 远程操作模 块。并实现了该模块和以前的备份/ 恢复模块的整合，赋予了存储资源管理系统 远程操作和管 理的能力， 极大的提高了 存储管理系统 服务器的管理能力， 因此， 本文将结合备份/ 恢复功能的应用，着重介绍备份服务器的架构，设计和实现。 论文组织形式 本文的组织形式如下所示: 前言对本文的 研究背景、 研究内 容、 论文的 组织方式 进行概要说 明。 第一章:绪论 介绍存储技术与其体系结构的组成，发展过程及未来趋势。 第二 章:存储管理服务器架构设计 介绍存储管理系统的总体架构及各功能模块间的关系。 第三章:4本备份服务器的设计与实现 介绍存储v制服务器的设计结构以旋相应自 勺 功能和实现 ， 第四章:埔强备份服务器的设计与实现 西北工业大学硕士论文 品问世。 基于以 上的原因，进行存储管理软件的研究与 开发具有特别重要的现实意义 和价值。作者在过去的一年多的 时间里 有幸参加了一 个 s a n 存储管理服务器软 件的设计和开发工作， 使得自己 有机会对存储管理软件的设计和开 发进行深入 的研究。 研 究意义 本文研究讨论的 存储管理系统 ( s ms ) 是作者所在的课题组与国外某大公 司共同 合作开发的，目 的是实现针对该公司生产的磁盘阵 列的管理和设置，并 在此基础上提供一套完整的应用解决方案。本文介绍的是该系统服务器端的 研 究与开发。目 前，该服务器己经完成了当前几乎所有主流操作系统平台 的开发 工作。而其内容也几乎涵盖了存储管理软件的所有重要功能.作者从事的是该 系统服务器端的备份 / 恢复模块的 研发 工作， 该模块负责着存储资 源管理系统的 主要核心功能。 在一年多的 开发 和研究工作中， 作者对存储资 源管理系统服务器的 架构设 计 和实现结构进行了 大量的 研究， 并且 根据当前复制技术的发展趋势和需 求，提 出了远程操作的概念。 作者通过大量的 研究，同时在硬件部门和同课题组的同 事的大力协助下， 在己 有的备份/ 恢复模块的 基础上，设计并实现了 远程操作模 块。并实现了该模块和以前的备份/ 恢复模块的整合，赋予了存储资源管理系统 远程操作和管 理的能力， 极大的提高了 存储管理系统 服务器的管理能力， 因此， 本文将结合备份/ 恢复功能的应用，着重介绍备份服务器的架构，设计和实现。 论文组织形式 本文的组织形式如下所示: 前言对本文的 研究背景、 研究内 容、 论文的 组织方式 进行概要说 明。 第一章:绪论 介绍存储技术与其体系结构的组成，发展过程及未来趋势。 第二 章:存储管理服务器架构设计 介绍存储管理系统的总体架构及各功能模块间的关系。 第三章:4本备份服务器的设计与实现 介绍存储v制服务器的设计结构以旋相应自 勺 功能和实现 ， 第四章:埔强备份服务器的设计与实现 西北工业大学硕士论文 第 丘章:存储管理服务器的评价和未来展望 对复制服务器的优缺点进行描述，并对新功能进行展望。 结束语 致谢 参考文献 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 在本章 将对s a n存储体系的组成结构、发 展过程以 及未来趋 势进行总体的 介绍和展望，目的是为读者提供阅读的背景知识和上下文，使读者能够对本文 内容有一个总体的把握和认识。 1 . s a n存储体系结构的组成要素 s a n存储系统的三个构成要素是互连协议、 硬件和软件 ( 包括管理软件和应 用软件)。硬件设备构成了整个系统的运行基础平台;而软件则在硬件的支持 下实现系统的功能并提供服务;互联协议定义了系 统设备之间 通信的规则和方 式。因此这三个要素是紧密联系在一起的。 s a n存储体系的硬件基础 s a n 上的 硬件主要包 括主机 ( h o s t )、 存储设 备 ( s t o r a g e d e v i c e ) 、互连设 备以及其他设备等。 1 .业务主机和管理主机 业务主 机 ( b u s i n e s s h o s t ) 可以 是各种不同 型号、不同规模的计算机，既可 以 是大型 机也可以 是小型的工作站。 它是用户运行应用程 序和完成日 常业务的 机器。业务主机的角色其实就是数据的来源和加工者，而s a n 则为这些数据源 提供安 全、可靠并高效的存储资源。 通常， 业务主机是工作在前端网 络_ 匕 的， 并通过互联设备连接到后端的存储区域网络，以实现计算资源和存储资源的分 离。 因此严格意义上说， 业务主机并不是s a n 的 1 部分， 与s a n 本身的关系不大。 管理主机( m a n a g e m e n t l o s t ) 就是用于 运行存储管理软 件的服务器，为用户 提供一个管理s a n 上的各种设备和资源的平台。 管理主机在s a n 中起着核心的作 用。业务主机要求的所有业务和s a n 上的所有管理任务部是通过该服务器进行 的， 因此， 管理主机必须具有较强的计算处理能力以及.就度的安个性和川靠性， 能够随时为s a n 提供安全可1的计算资源: 2 .存储设备 s a n 的存储设务包括磁盘阵列， 磁光k 4 娜、 改游巧等人下 剐i1 存m设务， f i. 足。 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 在本章 将对s a n存储体系的组成结构、发 展过程以 及未来趋 势进行总体的 介绍和展望，目的是为读者提供阅读的背景知识和上下文，使读者能够对本文 内容有一个总体的把握和认识。 1 . s a n存储体系结构的组成要素 s a n存储系统的三个构成要素是互连协议、 硬件和软件 ( 包括管理软件和应 用软件)。硬件设备构成了整个系统的运行基础平台;而软件则在硬件的支持 下实现系统的功能并提供服务;互联协议定义了系 统设备之间 通信的规则和方 式。因此这三个要素是紧密联系在一起的。 s a n存储体系的硬件基础 s a n 上的 硬件主要包 括主机 ( h o s t )、 存储设 备 ( s t o r a g e d e v i c e ) 、互连设 备以及其他设备等。 1 .业务主机和管理主机 业务主 机 ( b u s i n e s s h o s t ) 可以 是各种不同 型号、不同规模的计算机，既可 以 是大型 机也可以 是小型的工作站。 它是用户运行应用程 序和完成日 常业务的 机器。业务主机的角色其实就是数据的来源和加工者，而s a n 则为这些数据源 提供安 全、可靠并高效的存储资源。 通常， 业务主机是工作在前端网 络_ 匕 的， 并通过互联设备连接到后端的存储区域网络，以实现计算资源和存储资源的分 离。 因此严格意义上说， 业务主机并不是s a n 的 1 部分， 与s a n 本身的关系不大。 管理主机( m a n a g e m e n t l o s t ) 就是用于 运行存储管理软 件的服务器，为用户 提供一个管理s a n 上的各种设备和资源的平台。 管理主机在s a n 中起着核心的作 用。业务主机要求的所有业务和s a n 上的所有管理任务部是通过该服务器进行 的， 因此， 管理主机必须具有较强的计算处理能力以及.就度的安个性和川靠性， 能够随时为s a n 提供安全可1的计算资源: 2 .存储设备 s a n 的存储设务包括磁盘阵列， 磁光k 4 娜、 改游巧等人下 剐i1 存m设务， f i. 足。 西北工业大学硕士论文 用于s a n 上的存储设备 和普通的存储设备( 例如主机上的磁 盘) 有着本质的区别， s a n 上的存储设备其实 是一个智能子系统， 是存储介质和处理器的集成。 该子系 统主要包括存储介质及其控制器，网络适配器等硬 件和内 部控制软件 ( 以固 件 的形式存在)等，能够提供和配置许多管理功能。它的典型代表就是具有存储 网络接 口的磁盘阵列系统，其它老式的存储设备可通过控制卡或服务器等代理 方式构成类似的智能子系统。本文讨论 的s a n 管理软件就是以 磁盘阵列为管理 对象的。下图是一个典型的磁盘阵列构成示意图: f c 端口( p o r t ) . . f c 端口 ( p o r t ) hd c a c h e c a c h e ! dd id dd dd d! a dap ter a da pter 控制器 存储介质 图1 一 1磁盘阵列构成示意图 各组成部分名称及功能如下: . h d ( h o s t d i r e c t o r ) : 控制磁盘阵列与外界的数 据传 输， 由多个端口( p o r t ) 组成 。 . r d ( r e p l i c a t e d i r e c t o r ) : 控制磁盘1炸 列il l ) 数 据传 输，山多个端 组 成。 . c a c i i i: :负责 缓存以 祠存 取的数据。 . d d ( d i s k d i : 。 f o r ) :控制物理磁盘一 与内部总线的数从 传输，i i i 多个端1 1 组 ) 戊。 . i d( n h v s i c a l l d i s k ) :数私 : 存储1 r 质 西北工业大学 硕士论文 由此可见，磁盘阵列并不是简单的磁盘的集合， 它通过使用 r a i d 和热冗余技 术向服务器提供高可靠性的 存储服务。在磁盘阵列 和主机之间只 有通过光纤连 接的接口，主机通过 f c 协议上的 s c s i 协议识别并且使用磁盘阵列中的资源。 在磁盘阵列内部， 首先将多个物理磁盘组成r a i d , 根据r a i d 级别的不同，此时 的磁盘组己经具有较强的性能和可靠性， 这时这样的磁盘组被称为r a n k ; 然后在 r a n k 的基础上划分逻辑磁盘 ( l d )，这时逻辑磁盘就具有了r a i d 的特性。从主 机来看， 每一个l d 相当于一个s c s i 硬盘。由于磁盘阵列的上述的特性，因此， 磁 盘阵列当之无愧成为了s a n 上典型的存储设备。 3 .互联设备和其他设备 s a n 网络设备 用于实现业务 / 管理主机与存储设备以及存储设备 之间的光纤连 接，主要有如下几种: 1 .桥接设备 ( b r i d g e ) 用于连接不支持光纤协议的磁带库和光纤设备 如光纤集线器或光纤交换 机)，实现s c s i和f c 之间的协议转换。 2 .光纤集线器 ( f c h u b ) 和光纤 交换机 ( f i b e r s w i t c h ) 用于在s a n 环境下连接主机、存储设备以及其它的光纤集线器 ( f c h u b )和光 纤交换机 ( f i b e r s w i t c h )，形 成各拓扑结构，并为各种设备之间的路由和寻 址提供物理支持。 3 . 光纤通道主机总线适配器 ( f c h b a ) 即f i b e r c h a n n e l h o s t b u s a d a p t e r ，用十为业务主机和管理主机提供光纤 接 口，使得这些服务器/ 主机能够接入光纤网络，访问其中的存储资源。我们也 可通俗地将之称为“ 光纤卡” 。 并且每个h b a 都有一个全球唯一的标识符， 即w w n . s a n 的拓朴结构一般可分为f c - a l ( f i b e r c h a n n e l - a r b i t r a t e d l o o p ， 光纤通道 仲裁环)和f i b r i c( 光纤交换结构)两种。 另外，还存在一些其它的设各，主要是指连接网络 设备和存储设备的电缆等 附加器件。在基于f c协议的s a n 中，既可以使用光纤， 也可以使用同轴电缆。 . 1 . 2 s a n存储体系中的协议 l . s a n 环境下的协议 s a n环境 卜 f 吏 1 1 1 的协议通常有光纤通道协议、t i : 行s c ti ! i办i 义 等。， ) 外，还有 一些 专1 11 协i 义 。 专i l l 协议般) 1 1 1 - 少 川t i勺 封x4 1 系统 ， ，忆拍)衍少，没有致 的标准，i r i 此本交 不11 l特定的训 1 1 协i it 西北工业大学 硕士论文 由此可见，磁盘阵列并不是简单的磁盘的集合， 它通过使用 r a i d 和热冗余技 术向服务器提供高可靠性的 存储服务。在磁盘阵列 和主机之间只 有通过光纤连 接的接口，主机通过 f c 协议上的 s c s i 协议识别并且使用磁盘阵列中的资源。 在磁盘阵列内部， 首先将多个物理磁盘组成r a i d , 根据r a i d 级别的不同，此时 的磁盘组己经具有较强的性能和可靠性， 这时这样的磁盘组被称为r a n k ; 然后在 r a n k 的基础上划分逻辑磁盘 ( l d )，这时逻辑磁盘就具有了r a i d 的特性。从主 机来看， 每一个l d 相当于一个s c s i 硬盘。由于磁盘阵列的上述的特性，因此， 磁 盘阵列当之无愧成为了s a n 上典型的存储设备。 3 .互联设备和其他设备 s a n 网络设备 用于实现业务 / 管理主机与存储设备以及存储设备 之间的光纤连 接，主要有如下几种: 1 .桥接设备 ( b r i d g e ) 用于连接不支持光纤协议的磁带库和光纤设备 如光纤集线器或光纤交换 机)，实现s c s i和f c 之间的协议转换。 2 .光纤集线器 ( f c h u b ) 和光纤 交换机 ( f i b e r s w i t c h ) 用于在s a n 环境下连接主机、存储设备以及其它的光纤集线器 ( f c h u b )和光 纤交换机 ( f i b e r s w i t c h )，形 成各拓扑结构，并为各种设备之间的路由和寻 址提供物理支持。 3 . 光纤通道主机总线适配器 ( f c h b a ) 即f i b e r c h a n n e l h o s t b u s a d a p t e r ，用十为业务主机和管理主机提供光纤 接 口，使得这些服务器/ 主机能够接入光纤网络，访问其中的存储资源。我们也 可通俗地将之称为“ 光纤卡” 。 并且每个h b a 都有一个全球唯一的标识符， 即w w n . s a n 的拓朴结构一般可分为f c - a l ( f i b e r c h a n n e l - a r b i t r a t e d l o o p ， 光纤通道 仲裁环)和f i b r i c( 光纤交换结构)两种。 另外，还存在一些其它的设各，主要是指连接网络 设备和存储设备的电缆等 附加器件。在基于f c协议的s a n 中，既可以使用光纤， 也可以使用同轴电缆。 . 1 . 2 s a n存储体系中的协议 l . s a n 环境下的协议 s a n环境 卜 f 吏 1 1 1 的协议通常有光纤通道协议、t i : 行s c ti ! i办i 义 等。， ) 外，还有 一些 专1 11 协i 义 。 专i l l 协议般) 1 1 1 - 少 川t i勺 封x4 1 系统 ， ，忆拍)衍少，没有致 的标准，i r i 此本交 不11 l特定的训 1 1 协i it 西北工业大学硕士论文 i ) 并行s c s i 协议 并行s c s i 协议在传统的以服务器为中心的系统中使用很广泛， 但有以 下 缺点:单主机连接，最多支持1 5台外设，连接距离限制在1 2米等，难以 实现多主 机间的存储资 源共享，扩展性和可维护性差，在替换故障设备时 需要关闭电源等，不适于远距离的高可靠性的容灾和备份。 2 ) 光纤通道 ( f c , f i b e r c h a n n e t )协议 f c 协议簇是一个开放的国际标准，它可以光纤或铜缆作为传输介质，以 极高的速率和可靠性来收发数据。 使用铜缆时的传输速率与光纤相同，但 连接距离短很多。 f c 协议簇是一套完整的标准， 它可以支持多种上层协议。 2 . s a n 管理软件采用的协议 s a n 管理软件除了接收用户的命令，对存储在磁盘阵列上的数据进行复制/ 恢 复等操作外，它的另一项重要任务是监视存储资源的状态，维护系统的正 常运 行，使网络中的存储资源得到更加有效的利用，并在存储设备出现故障时能及 时报告和处理。因 此，采用s n m p 协议 ( s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c o l , 简单网络管理协议)是非常自然而合理的。 s n m p 协议建立在u d p ( u s e r d a t a g r a m p r o t o c o l ， 用户数据报协议) 之上， 用 于控制信息如何在网络管理系统的各种构成要素间进行传输和交换，但是它并 未规定有哪些管理信息。基于s n m p 协议的网络管理系统的基本模型基本上可以 看成是一种c / s 架构， 管理者 ( m a n a g e r ) 在此处担当了 c l i e n t 的角色， 而远程 机器上运行的代理 ( a g e n t ) 则作为s e r v e r 。每个被管理对象中都运行的a g e n t 程序可由软件或固件 ( f i r m w a r e )实现。a g e n t 解释s n m p 的请求，并进行响应。 同时， 当被管理对象发生重大变化时， a g e n t 能 够主动向管理者发送s n m p :通 知报 文。 3 s a n 存储管理软件 s a n 环境下运行的软件分为存储管理软件和业务软件两类。 s a n 环境下的业务 软件与普通的业务软件没有什么两样，因此在本文不加讨论。存储管理软件按 功能来说分为如下三类: i .驱动程序 包括使m光纤通道适配 目时需要特定的驱动 程i i 以及增强功能的v动程序附 仁 卜 2 存储网络计理软件 、1 移 夕 齐 流 ; 1 1- f l i 14 1 络 j i 点( i 1 活 =)j 1 1行i 1 n 1 1 l l , g f ! 方式显 j 、 卜 u 络( 1 i f t ! 扑结 1 2 西北工业大学硕士论文 i ) 并行s c s i 协议 并行s c s i 协议在传统的以服务器为中心的系统中使用很广泛， 但有以 下 缺点:单主机连接，最多支持1 5台外设，连接距离限制在1 2米等，难以 实现多主 机间的存储资 源共享，扩展性和可维护性差，在替换故障设备时 需要关闭电源等，不适于远距离的高可靠性的容灾和备份。 2 ) 光纤通道 ( f c , f i b e r c h a n n e t )协议 f c 协议簇是一个开放的国际标准，它可以光纤或铜缆作为传输介质，以 极高的速率和可靠性来收发数据。 使用铜缆时的传输速率与光纤相同，但 连接距离短很多。 f c 协议簇是一套完整的标准， 它可以支持多种上层协议。 2 . s a n 管理软件采用的协议 s a n 管理软件除了接收用户的命令，对存储在磁盘阵列上的数据进行复制/ 恢 复等操作外，它的另一项重要任务是监视存储资源的状态，维护系统的正 常运 行，使网络中的存储资源得到更加有效的利用，并在存储设备出现故障时能及 时报告和处理。因 此，采用s n m p 协议 ( s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c o l , 简单网络管理协议)是非常自然而合理的。 s n m p 协议建立在u d p ( u s e r d a t a g r a m p r o t o c o l ， 用户数据报协议) 之上， 用 于控制信息如何在网络管理系统的各种构成要素间进行传输和交换，但是它并 未规定有哪些管理信息。基于s n m p 协议的网络管理系统的基本模型基本上可以 看成是一种c / s 架构， 管理者 ( m a n a g e r ) 在此处担当了 c l i e n t 的角色， 而远程 机器上运行的代理 ( a g e n t ) 则作为s e r v e r 。每个被管理对象中都运行的a g e n t 程序可由软件或固件 ( f i r m w a r e )实现。a g e n t 解释s n m p 的请求，并进行响应。 同时， 当被管理对象发生重大变化时， a g e n t 能 够主动向管理者发送s n m p :通 知报 文。 3 s a n 存储管理软件 s a n 环境下运行的软件分为存储管理软件和业务软件两类。 s a n 环境下的业务 软件与普通的业务软件没有什么两样，因此在本文不加讨论。存储管理软件按 功能来说分为如下三类: i .驱动程序 包括使m光纤通道适配 目时需要特定的驱动 程i i 以及增强功能的v动程序附 仁 卜 2 存储网络计理软件 、1 移 夕 齐 流 ; 1 1- f l i 14 1 络 j i 点( i 1 活 =)j 1 1行i 1 n 1 1 l l , g f ! 方式显 j 、 卜 u 络( 1 i f t ! 扑结 1 2 西北工业大学硕士论文 构，能对网络性能和q o s 进行一定的分析。 3 .存储设备管理软件 对存储设备的构成设定、存取访问控制、性能监视与优化、设备故障的监测 与报告、 数据复制/ 恢复等功能。 其中对对数据和应用进行备份和恢复是一个存 储管理软件 的必须实现的核心功能，很多存储管理软件厂商的主打产品都是备 份与恢复解决方案。 2 存储体系的发展过程 早期的存储方式称为直接连接存储， 这是一种以服务器为中心的存储方式。 随着计算机技术的发展， 这种存储体系已 经无法满足日 益增长的需要。由 此出 现了以网络为中心以及数据为中心的存储体系。 这三种存储体系分别说明如下: 1 .直接连接存储 ( d a s ) d a s ( d i r e c t a t t a c h e d s t o r a g e ， 直接连接存储) 也称为 s a s ( s e r v e r a t t a c h e d s t o r a g e ，服务器连接存储) ，它实际上是传统 c / s架构中的文件服务器存储方 式。存储资源被一台服务器所独占，同一 l a n上的其它工作站或服务器必须通 过这台服务器刁能访问存储设备上的数据。不同类型的计算机间要想实现数据 共享，必须通过 n f s( 网络文件系统)等协议来进行。 d a s 存储的缺点非常明 显: 存储资 源的利用率很低， 不同 机器间共享数据困 难， 且文件服务器常常成为访问的瓶颈。而且因为数据分布在系统中的不同服务器 上，难以进行有效的备份和管理。 d a s 是以服务器为中心的存储体系，其构成如 图卜z 所示: p er s o n a l co m p u t e rm ai n t r am 已 . . 翼 ser ver - cen t r i c 界洪群鲜 呼 net么 t i 3e r v e r - at t a c h e d sl ar a g e ( sas ) 图 t 一 2 以if ix 务器为， l 、 的存f it, 西北工业大学硕士论文 构，能对网络性断h o o s 进行一定的分析。 3 存储设备管理软件 对存储设备的构成设定、存取访问控制、性能监视与优化、设备故障的监测 与报告、数据复n 恢复等功能。其中对对数据和应用进行备份和恢复是一个存 储管理软件的必须实现的核心功能，很多存储管理软件厂商的主打产品都是备 份与恢复解决方案。 1 2 存储体系的发展过程 早期的存储方式称为直接连接存储，这是一种以服务器为中心的存储方式。 随着计算机技术的发展，这种存储体系已经无法满足r 益增长的需要。由此出 现了以网络为中心以及数据为中心的存储体系。这三种存储体系分别说明如下： 1 直接连接存储( d a s ) 1 ) a s ( d i r e c ta t t a c h e ds t o r a g e ，直接连接存储) 也称为s a s ( s e r v e ra t t a c h e d s t o r a g e ，服务器连接存储) ，它实际上是传统c s 架构中的文件服务器存储方 式。存储资源被一台服务器所独占，同一l a n 上的其它工作站或服务器必须通 过这台服务器才能访问存储设备上的数据。不同类型的计算机间要想实现数据 共享，必须通过n f s ( 网络文件系统) 等协议来进行。 d a s 存储的缺点非常明显：存储资源的利用率很低，不同机器问共享数据困难， 且文件服务器常常成为访问的瓶颈。而且因为数据分布在系统中的不同服务器 上，难以进行有效的备份和管理。d a s 是以服务器为中心的存储体系，其构成如 西北工业大学硕士论文 2 网络附属存储( n a s ) n a g ( n e t w o r ka t t a c h e ds t o r a g e ，网络附属存储) 是一个大容量存储设备， 它通过集线器( h u b ) 或交换机( s wl t c h ) 直接连在数据网络上，使磁盘空间的 扩展如同在网络上添加打印机一样的简单方便，同时n a g 具有r a i d 功能和完全 的文件服务器功能。n a s 通常在一个l a n 上占有自己的节点，其物理位置灵活， 它基本上是一种结合了网络与容错的即插即用存储技术。 n a s 包