| 出版日期：2004-02-09 总期号：1286 本年期号：07 |
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利用光纤磁盘阵列实现存储共享
杨军 磁盘阵列被越来越多地使用到各种应用系统中，开始只是简单地作为某台主机或服务器的附加外置存储设备，主要用于扩展单台主机或服务器的永久存储空间，一般通过SCSI或其它接口与主机直接相连；后来随着存储网络技术，尤其是光纤通道（Fibre Channel）技术的发展，磁盘阵列通过光纤通道接口接入到存储区域网（SAN）中，为多台主机提供共享的存储空间。 目前，人们一方面致力于开发更多的接口技术（如iSCSI、InfiniBand等），使磁盘阵列接入到成本更低的存储网络（如IP网络），或性能更高、功能更全的存储网络（如InfiniBand网络）中；另一方面致力于通过存储虚拟化技术、全局文件系统技术提高磁盘阵列的利用率。 实际上，日常所说的磁盘阵列一词的定义并不准确。根据SNIA（存储网络国际协会）的定义，磁盘阵列（Disk Array）就是通过一套控制软件结合在一起的、在一个或多个可访问磁盘子系统上的一系列磁盘；该控制软件将这些磁盘的存储空间以一个或多个虚拟磁盘的形式提供给主机；运行在控制器上的控制软件一般称为固件（Firmware）或微码（Microcode）；运行在主机上的通常称为卷管理器。磁盘阵列子系统（Disk Array Subsystem）才是通常所称的磁盘阵列，即具有可将其磁盘组织起来的控制软件的磁盘子系统。在后面的讨论中，仍将使用大家熟悉的磁盘阵列这个词汇来代替较为晦涩的磁盘阵列子系统一词。 何为光纤磁盘阵列呢？是指这种磁盘阵列采用光纤通道技术。采用光纤通道技术有两层含义，一层是指对外，即对主机使用光纤通道接口连接方式；另一层是指其内部采用光纤通道技术来连接内部的各个磁盘。通常来说，光纤磁盘阵列指的是后一种含义。最初，光纤磁盘阵列上市的时候，内部往往采用SCSI、SSA等存储接口，对外才是光纤通道接口。 现在，越来越多的光纤磁盘阵列逐渐向内外俱是光纤通道接口的方向发展。这里讨论的就是此种磁盘阵列。至于内部使用IDE、SCSI、SSA等接口技术，外部使用光纤通道技术，或者内部使用光纤通道技术，外部使用SCSI等其它接口技术的磁盘阵列（尽管这有些违背常识，但这种磁盘阵列的确存在），虽然也是光纤磁盘阵列，但不在本文的讨论范围内。 光纤磁盘阵列的构成 从光纤磁盘阵列的定义可以看出，从硬件构成来说，它应当是由一堆磁盘和控制器及内外接口组成。一般的中、低端光纤磁盘阵列也正是这种结构：由一个或多个供大量磁盘放置的磁盘柜、两个阵列控制器、阵列背板、若干电源、风扇等硬件部件组成。其中，最为主要的部件就是阵列控制器和磁盘柜。控制器通过其内置的控制软件，可实现整个阵列的管理。一般阵列对主机的接口就在阵列控制器上，一般每个控制器至少有一个主机接口，有些控制器则提供更多的主机接口。这些主机接口可以直接或通过光纤交换机与主机连接。此外，各种管理接口（串口、以太网口等）也在控制器上。 之所以采用两个控制器，主要是从高可用性、提高性能和负载均衡的角度考虑的。很多阵列都可以通过这两个控制器间的切换，防止控制器、连接线缆、网络设备（如光纤通道交换机和集线器）、主机HBA的单点故障。某些阵列则可以通过主机或阵列软件实现多通道的数据访问和通道间的负载均衡。 可以说，阵列控制器是中低端磁盘阵列的核心，它相当于PC的主板、内存和CPU。放置硬盘的磁盘柜是阵列实际存储数据的地方，相当于PC的硬盘。磁盘柜的主要特点是，内部一般至少采用冗余的双FC-AL仲裁环环路结构，内部硬盘实际上同时接在两条仲裁环上。 中端磁盘阵列支持的环路数更多，可以达到4、8、16条之多。这种多冗余仲裁环结构最主要的目的是为了高可用性，可以防止单个线路、接口的故障导致整个阵列的失效。此外，每个环路还采用旁路技术防止无硬盘接入和硬盘故障对环路通信的影响。高端光纤磁盘阵列采用的结构与此类似，但也有独特之处。比如EMC的DMX结构、HDS的Hi-Star Switched Architecture结构，都是为高端磁盘阵列而设计的，可以提供更高的性能、可靠性、可用性、可扩展性，以及更多的高级功能（如对业务连续性的支持）。 高性能与高可用 从光纤磁盘阵列的结构可以看出，它最突出的优势是存储共享。与其它阵列，如SCSI阵列不同，光纤磁盘阵列可以接入存储区域网，多台主机可以通过存储区域网同时访问一台或多台光纤磁盘阵列，这就为存储集中和共享提供了最为灵活的硬件和网络平台。 光纤磁盘阵列的另一个优势是高可用性。光纤磁盘阵列不但具有普通磁盘阵列所支持的各种高可用性功能，如对RAID的支持、Hot-Spare硬盘、RAID自动重建、后台在线重建、在线RAID扩容、硬盘热插拔、支持并发I/O及命令队列、磁盘阵列配置备份、缓存电池保护、硬盘故障自动检测等，而且双控制器、多冗余环路、多主机接口的冗余配置，也保证了本机的可用性，并可以防止存储区域网上其它设备故障对数据存取的影响。 在存储共享和高可用性之后，还要提到磁盘阵列的高性能。光纤通道较传统存储技术，如SCSI来说，可以支持更高的性能。目前，光纤磁盘阵列对内、对外都可以支持200MB/s的全双工读写，不久的将来，1GB/s的产品也将上市。 此外，光纤磁盘阵列的另一个优势是高可扩展性。一方面，对于同一个磁盘阵列来说，由于采用仲裁环结构，理论上，一个环上可以接多达126块硬盘，这相对于SCSI总线上最多15块硬盘的容量明显高了很多，而且还可以通过增加同一个磁盘阵列支持的环路数来增加支持的硬盘数；另一方面，在由光纤通道构成的存储网络中，由于光纤磁盘阵列可以被共享，当某台主机访问某台阵列上安装的硬盘达到最大而不能再扩充容量时，完全可以通过将另一个阵列上的存储空间共享给该主机，从而实现存储空间的扩展。 适用于SAN 根据其优势和特点，光纤磁盘阵列主要应用在对数据共享、高可用性、高可靠性、高性能和高扩展性要求很高的行业或应用环境中。对于国内的用户来说，像金融、电信、电力、税务、化工、冶金等关键业务部门的数据中心采用共享磁盘阵列存储数据是非常必要的，它可以满足这些行业对存储的苛刻要求。像媒体、图书档案馆、科技研究、监听等数据量要求非常大的行业数据中心，采用光纤磁盘阵列则可以很好地满足大容量存储、不断扩展等方面的要求。 需要注意的是，在选择光纤磁盘阵列时，一般会选择SAN作为整个IT信息系统的基本架构。在SAN架构中，由服务器或主机、光纤交换机、光纤磁盘阵列、光纤磁带库共同组成一个存储网络，客户端和其它存储需求不大的服务器则通过常用的IP网络与存储网络中的服务器通信。 此外，在高端的NAS应用中，往往会采用NAS机头（NAS head）作为NAS服务器的控制端，光纤磁盘阵列通过SAN或直接连接到NAS head上，为它提供高性能、大容量、高可用性的存储后端。 
采用光纤磁盘阵列的SAN典型架构 产品选购 十全才能十美 选择哪种光纤磁盘阵列才能够满足自身的需要呢？除了价格因素以外，主要从以下10个方面考虑。 1.存储共享的能力 如果采用SAN架构，如果有很多台服务器或主机共享一个光纤磁盘阵列，首先考虑的是，此阵列最多可以支持多少台服务器或主机。此参数每个供货商都会提供，只是不同的磁盘阵列支持的数量不同。 2.可用性和可靠性 如果要设计的方案对于可用性的要求非常高，就要考虑阵列的可用性。光纤磁盘阵列的可用性主要从控制器的冗余切换能力来考虑，包括：主机接口数，提供的主机接口数越多，意味着可供冗余连接的连接路径越多；对于路径切换软件的支持能力，很多阵列需要专用的路径切换软件才能实现切换，其它一些则可以使用类似VERITAS DMP的第三方软件实现，且不同环境的支持程度不同，选择阵列一定要结合实际情况加以考虑；切换时间，切换时I/O读写可以有一定的延时，一般不能短于切换时间，否则会有数据丢失。 3.互操作性和兼容性 选择磁盘阵列时，一定要检查互操作性。一般每个供货商都会给出其阵列的兼容性列表，确定其是否支持已有的或可能会使用的网络存储设备，包括OS、交换机、HBA、SFP等。 4.容量和扩展能力 每种磁盘阵列的初始磁盘容量、容量扩展方式和最大的可扩展容量不尽相同，而且不同配置的价格也不同，在选择磁盘阵列时要选择最适合的。 5.性能 目前的磁盘阵列都支持200Mb/s全双工带宽接口，但实际的读写能力不尽相同。有的阵列可以利用主机接口和控制器的负载均衡，提供非常高的读写带宽和IOPS。如果应用要求很高的性能，可以考虑采用这种磁盘阵列。 6.易用性 磁盘阵列的配置越简单、越人性化，配置中越不容易出现错误，越应当优先考虑。 7.可管理性 一般磁盘阵列的管理可以通过两种途径：In-Band和Out-of-Band。这两种途径各有优缺点：In-Band的管理可以得到整个存储网络结构的拓扑，而且不需要其它网络（如以太网）连接的支持，但是网络出现故障（如阵列的主机接口失效）就无法进行管理；Out-of-Band的管理需要连接其它网络，但不会因为诸如阵列主机接口失效这种故障导致无法管理阵列的问题，所以Out-of-Band的管理更为可靠，而且往往可以在磁盘阵列出现问题时通过修改配置、热启动等操作恢复其正常运行状态。建议最好是选择两种管理途径都支持的磁盘阵列。 8.业务连续性的能力 很多中高端光纤磁盘阵列都提供保证业务连续性的能力，但这一般要通过两台甚至两台以上阵列间的镜像或复制来实现，所以往往会导致成本的大幅上升。 9.安全性 光纤磁盘阵列的安全性主要表现在，是否支持主机分区或者LUN Masking功能。可以设置主机只能访问哪个LUN，或主机只能通过哪个主机端口进行访问，这样可以防止数据被不相干的主机访问，还可以减少SAN内通信的相互干扰。 10.对阵列基本功能的支持能力 |
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