（计算机软件与理论专业论文）存储区域网管理系统中数据备份与复制技术的研究与实现.pdf

受! ! 三些查兰堡圭堡壅 一 摘要 s a n 使存储资源与服务器分离，可以提供1 0 0 兆字节秒的商性能数据管道 和共享的集中管理的存储设备，使得数据的访问、备份和恢复不会大幅度降低网 络性能，消除人们对网络带宽的顾虑。同时，基于光纤通道仲裁环技术( f c - a l ) 的s a n 具有管理上的方便性、可扩展性、高容错能力、高可靠性和配置的灵活 性，并且支持异构服务器u n i x 、n t 和n e t w a r e 同时连接，能够有效地减少总 体拥有成本( t c o ) 。 目前，国外许多大公司和研究机构对基于s a n 网络协议的存储管理系统进 行了大量的研究工作，并推出了一些商业化的系统；然而，国内的科研机构对这 方面的研究却很少，还没有一个相关的产品。针对这种现状，作者对此进行了一 定的研究，并取得了部分成果。 我们开发的基于s a n 网络协议的存储资源管理系统( s t o r a g er e s o u r c e m a n a g e r ) 是一个功能完备的管理配置系统，拥有网络设备故障的自动检出和隔离 功能、数据管理功能、存储资源管理以及安全管理和文件管理等功能。由于该系 统的设计与实现是在一整套成熟的软件工程规范指导下完成的，因此，该系统具 有稳定、健壮、可维护型好等优点。在系统的研究、实现过程中，主要取得以下 成果： 】介绍了目前使用的存储系统类型，分析了传统存储模型的局限性。对 s a n 的一些概念进行了详细的说明，重点阐述了构成s a n 的三个要素。 2 对存储资源管理系统s r m 的系统结构、模块功能、各进程的工作流程 做了详细的分析。参与了整体控制模块和故障通报模块的设计与实现。 3 通过对几种备份系统的构成比较，定性地分析了基于存储区域网的备份 系统的优点，并且在此基础上得出影响备份系统性能的分析公式。另外 给出了数据备份的定义，对常用的几种备份和恢复操作进行了比较说 明。 4 提出基于s a n 的复制( r e p l i c a t i o n ) 概念，参与了复制模块的功能设计、 详细设计、编码及多平台移植和测试阶段的全部工作。 系统的实现利用标准c 开发，平台相关代码在源代码中用编译选项隔开， 同一份源代码经不同平台编译后可在w i n d o w s 、s o l a r i s 、l i n u x 等操作系统运行。 关键字：存储区域网( s a n ) 存储资源管理系统( s i t m ) 数据复制 动态数据备份( d d r ) 远程数据备份( 砌) r ) 西北工业大学硕士论文 a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a lc o n c e n t r a t e dp r o j e c tf o rb a c k u pd e p e n d so ni pn e t w o r ka sd a t a r o u t e ，s oo n l yt r a n s m i t e dd a t aw i l lc a u s eb a n d w i d t hs a t u r a t i o n t h er e s u l ti sp e r i o do f b a c k u po f t e n e x c e s s e s p r e p l a n n e dt i m e f o rs o l v i n gt h ep r o b l e mi n c o n c e n t r a t e d b a c k u p ，t h o s ec o m p u t e r s c i e n t i s t sb r o u g h tf o r w a r dan e w t y p eo f n e t w o r k c o n c e p t i o n ， t h a ti ss t o r a g ea r e a n e t w o r k ( s a n ) t h es a nm a k e si tt r u et h a ts t o r a g er e s o u r c e sc a l lb ed e v i d e df r o ms e r v e r s ，a n d c a np r o v i d eh i g hp e r f o r m a n c ed a t ap i p ew i t h10 0m b sa n ds h a r e ds t o r a g ed e v i c e s m a n a g e dc o n c e n t r i c a l l y t h i sm a k e sd a t aa c c e s s ，b a c k u pa n dr e s t o r ew i l ln o tr e d u c e p e r f o r m a n c eo fn e t w o r kl a r g e l y t h i sr e m o v e sp e o p l e sm i s g i v i n gf o rb a n d w i d t ho f n e t w o r k s i m u l t a n e o u s l y , t h es a n b a s e do nf i b r ec h a n n e l a r b i t r a t e dl o o p ( f c a l l h a sc o n v e n i e c e ，e x p a n s i b i l i t y ，h i g hf a u l t _ t o l e r a t e da b i l i t y , h i 曲r e l i a b i l i t ya n d a g i l i t y o f c o n f i g u r a t i o n ，a n ds u p p o r t sh e t e r o g e n e o u ss e r v e r ss u c ha su n i x ，n ta n dn e t w a r e t ol i n ka tt h es a m et i m es oa st ob ea b l et or e d u c et o t a lh o l d i n gc o s t t h e s t o r a g em a n a g i n gs y s t e mb a s e do ns a n ，s t o r a g er e s o u r c em a n a g e r , w h i c h i sam a n g e m e n tc o n f i g u r a t i o ns y s t e mw i t hc o m p l e t ef u n c t i o n s i t p r o v i d e s w i t h a b i l i t i e so f d e t e c t i n gb r o k e n _ d o w no f n e t w o r kd e v i c e sa n ds e p a r a t i n ga u t o m a t i c a l l y , d a t a m a n a g e m e n t ，s t o r a g e r e s o u r c e s m a n a g e m e n t , s e c u r i t ym a n a g e m e n ta n df i l e m a n a g e m e n t t h es o f t w a r ew a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e da c c o r d i n gt oap e r f e c ts e t o fs o f t w a r ee n g i n e e r i n gs p e c i f i c a t i o n t h e r f o r e ，i th a st h ea d v a n t a g e so fs t a b i l i t y , r o b u s t i c i t ya n dc o n v e n i e n tm a i n t e n a n c e a n dt h ef o l l o w i n gr e s u l t sa r ea c h i e v e d ： 1 i n t r o d u c t i o nt h ea l l - i n c l u s i v e c o n c e p t o f s a n ，e s p e c i a l l y t h et h r e e c o m p o n e n t s o fs a ns t r u c t u r e ：t h eh a r d w a r e ，t h es o f t w a r ea n dt h e p r o t o c 0 1 2 a n a l y z e dt h es y s t e ma r c h i t e c t u r eo fs t o r a g er e s o u r em a n a g e m e n tw h i c h b a s e do n s a n p a r t i c i p a t e di nd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h em a i n m o d u l ea n dt h ef a u l tc i r c u l a r i z a t i o nm o d u l e 3 c o m p a r i s o nc o n s t r u c tb e t w e e ns a n b a s e db a c k u ps y s t e ma n do t h e rb a c k u p s y s t e m s a n a l y s i st h ep e r f o r l t l a n c e f a c t o rt h a tc a ni n f l u e n c et h e b a c k u p s y s t e m ，a n da l s oc o m p a r e ds o m ek i n d so fb a c k u po p e r a t i o na n dr e s t o r e o p e r a t i o n 4 b r o u g h tf o r w a r dt h ep o i n tf o rr e p l i c a t i o nb a s e do ns a n p a r t i c i p a t e di n d e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o n ，t r a n s p o r t i n ga n dt e s t i n go f t h er e p l i c a t i o nm o d u l e t h es y s t e mi si m p l e m e n t e di na n s i c ，a c c o r d i n gw i t hp o s i xs p e c i f i c a t i o n t h e p l a t f o r m d e p e n d e n tc o d ei ss e p a r a t e db yc o m p i l eo p t i o ni ns o u r c ec o d e a f t e rt h e 2 西北工业大学硕士论文 s o u r c ec o d ei s c o m p i l e di n e a c hp l a t f o r m ，i tc a r lb eu s e di nw i n d o w s ，s o l a r i sa n d l i n u xp l a t f o r m k e y w o r d s ： s t o r a g e a r e a n e t w o r k ( s a n ) s t o r a g er e s o u r c em a n a g e r ( s r m ) d a t ar e p l a c a t i o n d y n a m i c d a t a r e p i i c a t i o n ( d d r ) r e m o t ed a t a r e p l i e a t e ( r d r 、 3 第一章引言 1 1研究背景及内容 随着i n t e m e t 在全球范围内的快速发展，特别是电子商务，在线事务处理， 数据仓库，多媒体传输，大容量电子邮件系统，远程医疗图像传输等应用的发展， 数据已呈爆炸趋势增长。除了对存储容量的需求外，越来越多的企业要求能够提 供2 4 7 ( 每天2 4 小时，每周7 天) 不间断的数据服务。人们迫切地希望能对 他们拥有的海量数据实现共享，快速访问，高效集中的管理，保证数据的安全性。 这些都对存储技术提出了更高的要求。在继c p u 技术、网络技术之后，存储技 术已成为i t 领域内的下一个市场热点。存储技术的研究与推广应用在国外已经 有了一定的发展，但还没有达到成熟阶段，一些行业标准还有待于制定。 存储区域网( s a n ) 的出现，较好的解决了数据的高可用性、安全性以及存 储性能方面的问题。由于s a n 具有管理方便、扩展性强、容错能力好、高可靠 性、配置灵活、支持异构服务器等优点，已经被越来越多的使用在存储系统的建 构中。存储区域网有着无法替代的优点和巨大的潜在价值，而一个性能优良的存 储管理软件更能够充分发挥存储区域网的强大优势。从存储系统的组成角度上来 说，存储管理软件在存储系统中的地位已经越来越重要，没有存储管理软件的支 持，再好的硬件也难发挥作用。存储管理软件主要包括存储资源管理( 存储媒介、 卷、文件管理) 、数据备份和数据迁移、远程备份、集群系统、灾难恢复以及存 储虚拟化等。存储管理可以提高资源的利用率、系统的可用性和人们的工作效率。 在这方面，国外许多公司已经开发出了种类繁多的存储管理软件，但是在国内， 目前还没有具有自己自主知识产权的产品问世。 在这样的形势之下，我们开发了基于s a n 的存储区域网资源管理系统 s r m ( s t o r a g e r e s o u r c em a n a g e r ) 。该系统采用c s 模式实现客户端对存储设备的 管理，支持包括h pu n i x 、s o l a r i s 、w i n d o w s 在内的多个操作系统。本系统严 格依照s a n 管理软件的要求设计并开发，实现了s a n 管理软件的大部分功能。 s r m 具体可以分为以下几个模块：m a i n 模块、a g e n t 管理模块、c l i e n t 管理模 块、状态监视模块、存储配置模块、性能监视模块、数据复制( r p l ) 模块、性 能最优化模块、f 1 志输出模块、故障通报模块。 1 2主要工作 本文对存储区域网络的概念进行了全面的介绍，讨论了存储区域网络管理软 件的功能，并详细介绍了数据备份和恢复模块的系统设计与实现。主要的研究成 西北工业大学硕士论文 果如f ： 1 介绍了目前使用的存储系统类型，分析了传统存储模型的局限性。对 s a n 的一些概念进行了详细的说明，重点阐述了构成s a n 的三个要素。 对于s a n 和n a s 在接口、协议、访问单位、文件系统等方面作了对比。 2 对存储资源管理系统s r m 的系统结构、模块功能、各进程的工作流程 做了详细的分析。参与了整体控制模块和故障通报模块的设计与实现。 3 通过对几种备份系统的构成比较，定性地分析了基于存储区域网的备份 系统的优点，并且在此基础上得出影响备份系统性能的分析公式。另外 给出了数据备份的定义，对常用的几种备份和恢复操作进行了比较说 明。 4 提出基于s a n 的复制( r e p l i c a t i o n ) 概念，参与了复制模块的功能设计、 详细设计、编码及多平台移植和测试阶段的全部工作。 1 3本文的组织 全文的组织结构如下： 第一章：引言。介绍研究背景及内容、主要工作和论文组织。 第二章：存储区域网概述。对s a n 的基础知识进行简要的介绍，使读者了 解s a n 的优越性，对s a n 有一个整体的认识。 第三章：s r m 系统的设计与实现。对存储资源管理系统s r m 系统进行分析， 对其中的功能模块分别进行说明，包括它们的结构构成、各模块工作流程以 及它们彼此之间的关系。对参与的整体控制模块和故障通报模块做了详细的 分析。 第四章：数据备份及备份系统分析。给出数据备份的定义，对几种备份系统 的优劣进行比较，得出了影响备份系统性能的分析公式。 第五章：数据备份功能的设计与实现。提出了复制的观点，对复制模块里的 所有功能、操作进行了详细的介绍，并且说明了它们之间的状态转移过程； 对各进程具体实现和内部工作流程进行了分析说明；并举例说明了数据备份 功能的一些重要应用。 第六章：结束语。对主要工作进行总结。 第二章存储区域网概述 存储酝域网络( s t o r a g e a r e an e 帆o r k ) 璐数据存储为中心，采焉甜伴缩的两络 掭拎结构，通过爨蠢窟佟输速率的龙纤通道，提供s a n 内部任意节点之间的多 路可选耩静数据交羧，并豢将数禚存褚警璃集中衣裙对独立浆存储霹络内a 在多 种光通道传输协议逐渐走向标准化并且跨平台群嶷文件慈统投入使用后，s a n 最终薅实现在多静操俸系统下，最大蔽度戆数据共事和数瓣锯纯繁理，鼓疑系襞 的茏缝扩充。 本章将薅s a n 鼢基磷知 j = l 遵行简要黪分缓，使读者了解s a n 虢魏逮缝，霹 s a n 有一个整体的认识。 2 。1存储系统的类型 从存储设备和其主机的连接方式来看，目前存储系统的类型可以分为以下三 耪： ( 1 ) 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) 是传统的蘩予文件服务器 数存璐模型。在该模型率，掰眷对数攒约请求部经过与存键磁蕊捆连娩文 争 服务器，并鼠只有一个文件服务器可以通过s c s i 总线，在一个特殊磁盘上 存取数拯。这；降模型蠢几个缺感。一方题，当撑德容蹙增加对，这弛方式缀 难扩袋；勇方谣，警服务器躲玩异常馥孝，会健数据不可获褥。男外还存在 诸如带宽耗尽，难于餐理等非常不利的条件。 ( 2 ) n a s ( n e t w o r k sa t t a c h e ds t o r a g e ) 愚解决黎瓣文锋滕务器模鼙存在筒寇静 一条途径。它使用标凇协议如n f s ( n e t w o r kf i l es y s t e m ) 或c i f s ( c o m m o n i n t e m e tf i l es y s t e m ) 农文律豢箍揆数据鹣共事访簿。主疆骧文释秀擎键涛藏 网络文件系统。n a s 材散的将= i 簪储的数据从服务器后端移出，豳接将数据放 在健赣霹终主，龛许麓户套秘络上存敬数豢，数螽蔽文静瓣形式按熙掇络谤 议在客户机与存储设备之间流动，可实现异构平台的密户机对数据的熬享。 n a s 豹一个敬意是浚霄解决备登中麓带宽蘧籁趣蘸。 二$ 霹户端。、。 ” ，l 暖司一一一屯一i ，一。 酋 3 蘸袭芏韭丈学矮士论文 图2 。ln a s 稳成示懑圈 ( 3 ) s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k ) 使用光纤通路技术，将存储设备和主机连入 光纤网络中，使用e s c o n 、s c s t 或光纡通道连接。从主枫嘉l 要对磁擞阵列 进行格式化，创建文静系统，并以物联炔为单位访问存储系统。 n a s 和s a n 都是解决存储系统扩展闷题的解决方案，但是它们各有所长， 具体眈较冤下表： l s a nn a s l 接口 f i b r ec h a n n e l ，e t h e m e te t h e m e t ，f d d i j 协议f c 协议( s c s i )n f s ，c i f s 。h t t p l 文件系统由s e r v e r 构建 由s t o r a g e 构建 i 存取单位物理单位( b l o c k )逻辑雎位( 文件) | 不同系统闯文件共享难于实现易于实现 l 适用范围熏视性能的数据库( 如不是必须使用r a wd i s k o r a c l e ) 菇及对安全往要的领域，鲡都件服务，搜 求较高的应用索引擎，多媒体服务等 大多采穗蓬接谤游磁盘戆 方式( r a wd i s k ) 强2 2s a n 蓐n a s 魄较 2 。2存储区域阚终篱套 ( 1 ) 什么是存馈送域网络s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k ) ? 存储隧域网络是一种类似于普通局域网的一种高速存储网络，它通过专月j 的 集线器、交换机和网关建立起与服务器和磁盘阵列之阐的囊接连接。s a n 不是 一种产品丽是配置阕络化存储的种方法。这种网络技术支持远躐离通信，并允 许存储设锯真正与服务器隔离，便存储成为可由所有服务器共享的资源，s a n 也允许各个存储予系统，如磁盘阵列和磁带库，无需通过专用的中闻服务器郎可 互相协作。其接口通常不怒以太网，而是e s c o n 、s c s i 、s s a 、h i p p i 或光纤 遥孟遴。s a n 解决方案是觚罄本功熊裁离出存储功麓，所醴执行数据的访阕、备 份和恢复操作时不会影响l a n 的性能，当存在大爨数据访问时，对网络总体性 麓瓣影舔缀小。s a n 示意黼麴下： 9 翌篓三兰查堂篓：! 鲨茎 一一一 霪2 。3s a n 豹示爨圈 ( 2 ) s a n 与l a n 的比较 基于l a n 下的存姥模式可以安现对数据的集中备份和管理，健随着瞬络数 据传输流黛的增长，网络的传输速度和性能将会大大降低。s a n 具备所有传统 存储模式的优势，以光纤通道为基础豹区域存储网络极大掇离了数据存储豹性能 和炎活性。s a n 和l a n 的根本区掰在于l a n 是计算机之间的互联，而s a n 是 计算机之间及其和存储器之间的互联。s a n 消除了服务器处理瓶颈，使实际可 甬带宽谈逶实际的隧络传输带宽，逡合大数据量传输、安辩数据处理。 ( 3 ) s a n 的优势 传统鹃集中式备傍解决方案依赖l p 两络作为獒数据鼹径。这榉，仅传输的 数掘量就衾使带宽处于饱和状态。结果备份周期经常超过预先计划好的备份时间 塞。麓解决集中式餐份中存在熬阏蘧，多数公司采用了一秘分布式静备徐琵饕， 将存储设备宜接与服务器避接。这种方式不会受到网络带宽的制约，但由于服务 嚣铰分数，疆瑟它对管理缒力提毽了较裹静要求。霹予分布式骚务器瓣络，鞫络 管理员们面临一个很大的问题：如何管理和备份这魑对机构来说甚为关键而且不 叛增长豹数据。 s a n 是构建谯存储器接口上的，使存储资源能够被构建于服务器之外。这 样，多个主极服务器就能够在不影响系统热怒或主耀终靛携提下分攀这些存键资 源。 s a n 能够解决与网络存储备份有关的润题，它可以提供1 0 0 熬字节缈戆赢 蘸恕王监大学磷论文 性能数据蛰道和共事的集中管理的存储设备。它将消除人们对网络带宽的顾虑， 大幅度地减少管理费用支磁，并将减少备份系统的总体拥裔成本。 s a n 楚将l a n 上的襻储转换到主要幽存储设备组成的s a n 上，使得数据 酶访阏、备份和俊笈不影桶l a n 的往髓，在有大熬数据访问蘸，不会大禚瘦降 低网络性能。 ) s a n 貔为躅产带来盼么? 首先，管理上的方便性，集中式管理软件允许远程配鼹、监管和无人德守运 嚣；第二，霹扩震瞧，容豢鼍扩震菝符台嬲络需求，在不影薅l a n 洼毵浆l 主凝 下充分发挥存储硬件的功能；第三，容错能力、商可靠性和高可获性，s a n 就 绪豹磁謦簿其备霹热捶拔黪茏余磁豢掇、分蔟、彀源露冷粒系统敷确傈哥纛经； 第四，配鼹的灵活性，具铸长达2 0 公里躐离的远程功能以及灵活的网络部件， 基于光绥邋道兹s a n 可以鬏摇要求送行瑟嚣；第五，支转舜秘羧务器，u n x 、 n t 和n e t w a r e 服务器可同时连接；第六，自2 够有效地减少总体拥有成本( t c o ) 。 2 3构成s a n 的兰个要素 构成s a n 系统的三个溪素是网络互逢协议、存储系统和管理软件 ( 1 ) 网络互连协议 光纤逶道( f i b r ec h a n n e l ) 是s a n 环境下的主要连接方式，它提侯了许多 优秀的性能，例如多主机逡接、支持最高1 6 0 0 万节点连接、区域阃连接躐离远 至l o 公鼙等，壳暇了s c s l 技术程传输速度耪传输距离上静限裁。在建浚 氐延 迟的s a n 过程中，光纤通道技术暇示出在超高性能表现、可扩充性、可管理性 豁致灵活瞧等方蟊豹强大貔势。它允诲瘸户在不重耩配置驻务器费情况下增秘存 储客量，在网管方预它能税整个网络结构中被当成一个元素进行整体管理，还能 攥馁抉速赦瘴定位移捧豫。毙纾逶邋馒震较大兹数据块黄羧，稚在羧舞级鼹保障 正确的传输。 凌在露键区域嬲孛使弱的按议主要是炎线通遴协议。f c 捺议羧定了网络孛 传输数据使用的格式和控制方法及其他高胺协议的接口，其结构如下 f c - - 4 裹层撩议映射 l if c - - 3 通用，成组控制 f c 2 网络访闯和数据链貉控制 ；f c - - 1 传输控制 f c o 介质和收发器 鹜2 4 免绎嚣邀诲议豹结褥 壅整兰些盔兰篓主望茎 一一 f c o 为物理层，包含线缆、连接器和收发嚣，在不同的介质上规定了传 输的速度并建立连接；f c - - 1 为线缆发送协议，德括编确、时问和错误发现r 目前使用的编码方式是4 b 5 b 或8 b 1 0 b ；f c - - 2 为传输和信号协议，包括端口操 乍釉服务等缀，蕊定tf r a m e 格式懿及f l o w c o n t r o lf c 一3 定义了通用的协议， 对* 丌发人员开放，w 以为多个端口提供服务：f c 一4 是上层协议( 如i p 和s c s i ) 酶淤象器，楚移冀稳高瑟旃议懿菝掰，这层主要使舔s c s i ( s m a l lc o m p u t e rs y s t e m i n t e r f a c e ) 协议。 舀子s c s i 秘议翁罱羧淫，最麓豹s c s i 3 串行滋滚餐羯率褥豹方式箍供7 同s c s i 协议一样的磁盘读写命令鬃，可蛆使用光纤通道，该协议提供了更高的 逮瑾，更远豹逶褰秘莛磐翡装骞缝。狳戴之癸，怼s c s i 蛰议携箨修敬嚣懿a n s i s c s i 一3 串行协议还提供了一个全新的命令集，称为s c s ie n c l o s u r es e r v i c e s ( s e s ) ，s e s 霹以取褥綦避设善款攘态，铡如奄灏狭态，滋度，溅赢速发等其 他的s c s i 设备参数，成为并行s c s i 的一个灵活的替代方案。s e s 还增强了f c - - a l ( f i b r ec h a n n e l a r b i t r a t e dl o o p ) 黥管理能力，搜褥该揍议适合予环形 拓扑结构网络。现在的存储设备嫩产厂商多采用旗于s e s 的s n m p ( s i m p l e n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 协议实现s a n 管理。 另矫，i p - - s a n 正成沟譬前s a n 发展的一个热点方向，由于光纤通邋技术 复杂度高，用户需要学习光纤的使用和管理技术使褥管理成本提商，特殊设备的 使褥导致总体拥寄成本穰离，互操作性差祷原因，使新一代的网络存储架构停 - - s a n - 丌始受到关注。它w 以在i p 网络中传输块级数据，使缛服务器可以通过 l p 瓣络连接s c s i 设各，势蠡像健糟本地静设备一样，无需关心设备的地谶或位 霭。i p s a n 使用以廉价丽成熟的i p 和以太网技术，替代了s a n 中的光纾通道 技术，莫上的协滚主要露i s c s i 稆s c s i 秀圭，处于佟输层蠢s c s i 菇之阕的i s c s i 协议提供致陆，认证，安全控制和s e s s i o n 嚣机制。目前i p s a n 难处于研究和 发羧中，器要考瘗安全程、复杂瞧，成本等嚣素。 ( 2 ) 存储系统 夺镶系绞包摇存健设餐，遂务主援，恕缆及耀络设蚕。箕中存继设警圭嫠包 括磁盘阵列，磁带库，磁光盘库等；业务主机与日常应用的业务主机相同，主要 为大型规，工 蕈站，鬏务器等；电缆包括巍缍积弱融电缆；溺终设备嚣羲怒疆辏 接嚣( b r i d g e ) 、光纤集线器和交换机( h u b s w i t c h ) 、主机总线适配器( h b a ) ， 辑接器用予非光纤设备( 例如磁带艨、毙骢等) 和光纾设签( 如h u b s w i t c h ) 互 连，光纤集线器和交换机嗣于连接s a n 环境中的光纤设备，主机总线适配器则 用于为服务器提供光纤接 。 许多s a n 的部件，如磁盘系统、磁带系统以及连接部件都有一定程度的管 理熊力，并且都提供管理接口。s a n 中的光纤通道交换机和存姥服务器也具各 嚣鼗王整大学鹱士蹙文 各自的管理能力，所以在熬个s a n 中的锷能是分露在全嘲中的。存储子系统也 可以包括毫无智能的设备，如磁赣和r a d 设备，它们仅仪有一定的内部控制功 能，完成镜像等数据功能。它也可以包含带有很强智能的存储服务器，同时带有 专箱的处琏器和管理软件。存储系统还可黻连接磁带和光疆等设舔，其最俊方式 是通过光纤通道进行互连，此外还可以通过光纤通道到s c s i 的网桥设备搬s c s i 设螯连连接超来。露兹，存储系统正赣着麓佳麓、离冒焉瞧和可管疆性酶方自发 展。 下鼙嚣示了存诺区域蹒构裁酶篱蕈堰繁。 强2 。5 存旗联域疆搀成捱架 下面对存储设备中磁擞阵列的的使用作简单介绍。 磁盘黪列通常会在其内部实现块映像服务，将多个物理磁盘缌残r a i d ，物 理磁盘可按需求便用不同的块映豫技术( 如：r a i d l ，r a i d 5 等) 进行块映像， 块映像以多个物理磁盘组成的r a n k 为单位；在r a n k 上通过冗余或并发等技 术向数据库、文件服务等外部系统提供逻辑存储空间，在遮种情况下，外部系统 所访问的存储空间是在块映像服务控制下豹逻辑磁盘( l d ：l o g i c a ld i s k ) 。映射 关系如下黼： r a n k i 。p d 0 0j p d 0 1 。 图2 6 磁盘阵列的块映像关系 鎏中l pl 、l d2 等才跫舞部搡律系统粪正看翊静存储空闻，渫作系统将这 些l d 看作是本地的物理磁盘，每个l d 都有一个本地的物理磁盘号与之对应， 在这些虚羧貔本楚物理羹士哥鞋逡行分区，擦式诧，建立文 牛系统筹操作，形成 逻辑盘。 ( 3 ) 管褒软转 目前，国外许多公司融经开发出了种类繁多的存储管理软件，如i b m 公司 弱存旗管瑗软件a d s m ，h p 公司躲n e t w o r kn o d em a n a g e rf o rw i 感。姚k 繁，廉 西北工业大学硬士论文 柏公司的不停顿自动实时存储管理软件n o n s t o ps t o r a g em a n a g e m e n t f o u n d a t i o n f s m f ) _ 手 n o n s t o p a u t o m a t e ds t o r a g em a n a g e r ( a s m ) 以及s t o r a g e t e k ( 美国存储技 术公司) 的s t o r a g e n e t6 0 0 0 系列存储区域管理器等。 存储区域网的管理软件重要的管理方面有：行政级管理、数据管理、存储资 源管理、安全管理、文件管理，它们所包括的主要功能如下： 行政级管理： 监视网络流量和各节点的活动 存储资源控制，监视和更改存储设备的构成 显示网络拓扑结构 配置管理各种网络设备 网络故障隔离 数据管理 数据备份 数据的复制和恢复 数据镜像管理以及数据分层存储管理 存储资源管理 v ，监视和优化存储设备的性能 数据、设备和介质的迁徙管理 系统发生异常时通知管理者 安全管理 存储设备的访问控制，保证各个存储服务器中的数据不被非法改写 文件管理 异种机之间共享文件系统 对已有文件系统功能的增强 针对目前存储网络应用中多种操作系统并存的特点，并结合具体应用领域， 我们研制开发的存储系统管理软件，分为三个部分，分别完成存储管理、监控 ( s r m ) ，异种主机之间文件共享( r e f a m ) ，存储设备的扩展监控( s u b m a n a g e r ) 功能。由于采用了一元化代码技术进行设计、编码，使得这一软件支持包括 w i n d o w s ，s o l a r i s ，l i n u x 和h p u x 在内的多个操作系统。 2 4 小结 本章首先介绍了目前使用的存储系统类型，对于s a n 和n a s 在接v i 、协议、 访问单位、文件系统等方面作了对比；接着对s a n 的一些基本概念进行说明， 重点介绍了构成s a n 的三个要素：网络互连协议、存储系统和管理软件，并结 两北工业大学硕士论文 合具体开发的存储系统管理软件进行了说明。 西北工业火学硕j 论文 第三章s r m 系统的设计与实现 我们丌发的存储管理系统s r m ( s t o r a g er e s o u r c em a n a g e r ) 是对存储区域 网中磁盘阵列进行管理的软件。它属于s a n 的管理软件，采取服务器客户模式， 服务器端对磁盘阵列进行控制，客户端通过服务器端对磁盘阵列进行监视与操 作。s r m 除了拥有数据管理、存储资源管理、安全管理以及文件管理等功能， 在管理广泛的资源上也拥有强有力的监控能力，具备从网络或存储设备中检测出 即将产生的故障或即将发生的传输瓶颈的能力，以l o g 输出和e m a i l 的形式报告 给用户，从而可以提前进行预防。 下面将从介绍s r m 系统的整体结构开始，逐步对各个系统模块进行说明。 3 1s r m 结构 s r m 分为s e r v e r 和c l i e n t 两个部分，系统构成如图3 1 所示。s e r v e r 部分通 过光纤和t c p i p 与磁盘阵列连接：客户端与s e r v e r 之间通过t c p i p 连接，使 用不同的b r o w s e r 得到s e r v e r 提供的各个功能。客户端通过s e r v e r 可以进行监视 磁盘阵列状态，配置存储资源，进行数据复制等操作。s r m 中用户不再担心磁 盘阵列的状况，如何划分磁盘，建立文件系统等棘手的问题，这些都能由s r m 完成，并且具有安全性高，性能优，速度快等好处。 图3 1s l i m 系统构成图 从功能上看，s r m 系统s e r v e r 部分主要由六个模块组成，分别是m a i n 模块、 c l i e n t 模块、a g e n t 模块、基本功能模块、扩展功能模块和消息处理模块。具体 的结构划分如下图： 薄蘸王监大学联壹论文 s r ms e r v e r c l i e n t 赞理 ；c o m m a f f r 睦箨 一 。m a i n 进程， _ 状态般视 i 卜厂一葚磊i 一 一一= = 二 一：= = 二= ：二 故障通报臼志输出 t 一+ + 一一。一i 一。l j 图3 2s r m 模块构成圈 每个禳缺包含的有关避程及其功能请参考下表： 磁 盘 阵 列 圩 二 i 酬理 幻营 凰 西北工业大学硕士论文 j模块 进程功能 由c o m m a n d 进程创建，负责起动各个控制 m a i n 模块m a i n 进程进程，并且当系统发生异常时进彳亍 r e c o v e r y ( 恢复) 处理。 对磁盘阵列的各组成部分进行监视，对构成 基本功能 状态监视进程 信息进行设定、变更和表示。 模块对磁盘阵列进行构成设定，向用户提供磁盘 存储配置进程 阵列资源配置、安全控制功能。 扩展功能 性能监视进程对磁盘阵列的管理要素进行监视及分析。 r p l 管理进程控制数据的复制、备份和恢复 模块 性能最优化进程解决磁盘阵列管理要素的性能瓶颈问题。 c l i e n t 模块c l i e n t 管理进程负责c l i e n t 和s e r v e r 之间的通信工作。 a g e n t 模块a g e n t 管理进程 负责s e r v e r 和磁盘阵列之间的通信工作。 消息处理 日志输出进程负责输出各种日志信息。 把故障、警告等信息通知近端或远端维护人 模块故障通报进程 员。 图3 3s r l v i 系统模块功能表 下面对各模块的实现及其相互关系作具体介绍。 3 2m a i n 模块 m a i n 模块是整个s r m 系统的总领模块。它负责创建并启动系统的其他各个 进程。系统创建后，m a i n 进程可以接受命令并通知相应的子进程进行处理。如 果发生异常，m a i n 进程可以进行恢复处理( r e c o v e r y ) 或停止系统运行。 m a i n 进程有以下主要功能： 控制整个系统的启动和停止，创建并启动系统的其他各个进程。 发生异常时，针对不同的子进程进行恢复处理，收集异常信息。 接受用户命令，转发给相应的管理进程，并返回执行结果。 对用户预设的配置文件进行解析，将信息提供给其他管理进程。 3 2 1 进程起动顺序 m a i n 进程将按照以下的顺序依次起动各个进程 1 l o g 控制进程 2 故障通报进程 嚣筵互韭天学颟士论文 3 ，c l i e n t 管理进程 4 a g e n t 管理进程 5 狡念监视遴程 6 性能监视进程 7 r e p l i c a t i o n 管理进程 8 。搜能最傥仡进程 各个进程的起动过程如下： 进程由m a i n 进程创建并且完成初始化之后，向m a i n 进程发遴通知 攮文表明起动皴功； ) m a i n 谶程收到通知报文后，起动下一个进程： ( 蚕) m a i n 谶程收鳓所有进程的通翔缀文后，向全部进程发送报文，指示 正常的工作可以开始了。 具体情况请参考下图。 图3 4 进程扁动顺序 西北工业大学硕士论文 3 2 2 进程结束顺序 m a i n 进程将按照以下的顺序依次终止各个进程，这一顺序恰好和进程起动 顺序相反： 1 性能最优化进程 2 r e p l i c a t i o n 管理进程 3 性能监视进程 4 状态监视进程 5 a g e n t 管理进程 6 c l i e n t 管理进程 7 故障通报进程 8 l o g 控制进程 进程终止方式有两种，一种是延迟终止方式，另一种是紧急终止方式， 下面将分别予以说明。 紧急终止方式 无论有无l 3 级别的用户通过s r m c l i e n t 登录，或者c o n f i g 机能正在运 行，所有控制进程必须立即终止。 以下是紧急终止处理概要： m a i n 进程向控制进程发送紧急终止要求报文； 该控制进程收到紧急终止要求报文后，立即进行终止处理，直到结束： ( 9 m a i n 进程收到该控制进程终止信号后，向下一个控制进程发送紧急 终止要求报文。 具体情况请参考下图。 2 0 瑟袭五监大学联士论文 銎3 ，5 逮稔紧急终盎方式 延迟终止方式 当脊l 3 级别的用户通过s r m c l i e n t 登录时，必须等待该级别用户返回 终止可能通知搬文；如果c o n f i g 机能援在运行时，也必须等待其运行结束之 后，其它控制进程才可以终止。 以下是延迟终止处理概要： 对于所肖的控制进程，都要发送终止开始通知报文； 鲻采有l 3 级尉的用户嚣录，必须等待从c l i e n t 管理进稷返回终止可 能通知报文： 等待c o n f i g 机能运行结束； 备个控铡避程投骜终壹嚣求逶翔惹，骰完结寨簸理，淘m a i 矗逡程发 送终止结束通知报文： o m a i n 避程收髫终丘结束遴稚嚣，切断与所有按翻进程静通信述绥。 具体情况请参考下图。 嚣麓王韭丈学磷论文 主挂程ll 滟i n 进程l 控割遴礁 llc l i e n t 罄壤l 获态整撬 l 终止通知 一1 ”+ 收到终止通知 _ 一 ) 终i 开始遴籀一 终止开始通知 终止开始通知 终止可能通知 l 等待l 3 缓剐用户道出l 终止要求通知 煞止结豪谶纽一 l 等待e o n f i g 处域完戒1 终i p 兽求通知 馨盘绫褒疆知 喜幻 终i t 耍求通知 终止结寨满址。 图3 6 进程延迟退出方式 3 2 3 恢复( r e c o v e r y ) 处理 当控制进程( m a i n 进程的子谶程) 由于程序缘故a b o r t 。或者被用户不小心 杀摊，或者套接字通讯被切断两出现异常时，或者m a i n 进程本身机能发生闭塞 时，系统都会进幸亍恢复( r e c o v e r y ) 处理，以保证系统能够继续正常运行。 其锌溃提请参考下霆。 lm a i n 进程i 。遮嚣壁羹= l r e c o v e r y 处理 i 图3 。7r e c o v e r y 处理 当控制进程发生异常时，如果该进程是基本进程，那么s r ms e r v e r 将异常 终止：如果该进程怒可选