0 引言

隨著國家電網公司信息化建設的快速發展,電網公司賴以正常運轉的重要數據信息越來越多,且這些數據越來越集中于電網公司的單一數據存儲系統中。若單一數據存儲系統發生故障,對電網公司以及用電用戶造成的損失將無法估量^[1]。因此,為了保證電網公司的安全運轉,非常有必要進行數據的容災建設。考慮到傳統數據存儲系統的主、備建設模式運維性價比較為可觀,因此本文將研究重點放在其“升級版”——虛擬化存儲雙活技術應用上^[2]。

采用電網雙活數據存儲系統的原因主要有以下2個方面：一是用電用戶對雙數據存儲系統的數據時效性和一致性有較高要求,顯而易見,在切換數據存儲系統時,電網數據的時效性或者一致性必然會有損失,將會對電網公司或用電用戶造成損失;二是電網公司現有的數據存儲系統進行雙活存儲模式改造的難易程度^[3]。本文以Huawei存儲虛擬化網關VIS設備為例,進行電網公司“雙活存儲”技術的應用
研究。

 1 雙活存儲技術概述

目前來看,實現電網數據雙活存儲的關鍵是改變數據存儲與復制的方式。由于現有的數據存儲與復制大多都采用一個作為主存儲、另一個作為備存儲的方式,當數據由主存儲傳向備存儲進行復制時,無法實現主、備存儲系統的主機同時或在極小時延內對各自系統內數據進行讀寫操作,在災難事件發生后會有備份數據以較大時延重新啟用的過程,無法做到在可接受時延內的容災切換^[4-5]。隨著云計算、云存儲等相關技術的發展,通過虛擬化存儲技術可以將存儲數據虛擬成一份邏輯數據供主、備存儲系統主機同時訪問修改,進而建成跨存儲系統集群,實現電網數據存儲的真正“雙活”^[6]。以VIS設備的虛擬化存儲為例,虛擬化存儲的邏輯架構如圖1
所示。

為了進一步保障電網公司數據系統的穩定性與可用性,提高電力公司運營生產的安全級別,本文研究對目前的電網公司數據系統進行虛擬化存儲整合,探討雙活存儲系統的可行性與實用性,保證電力業務所使用的主、備雙活數據存儲系統在即使有一臺存儲設備出現故障時也會在可接受的時延內立即恢復,不會出現業務停頓,從而保障電力生產,大幅提升電網公司存儲系統的抗風險
能力。

圖1 虛擬化存儲的邏輯架構Fig.1 Logic architecture of virtualized storage

 2 雙活存儲分析

整理目前電網數據存儲系統的數據,發現現有的備份到存儲設備中的電網數據備份集存在各種各樣的問題,導致相當一部分備份集無法讀取,這將嚴重影響整個電網數據存儲系統的效用,進而可能影響到電網的安全穩定運行。因此,本文對某省電網存儲系統進行重新建設整合,采用更為安全、高效的數據存儲備份方式來保障電網運行安全^[7-8]。

2.1 設計目標

結合某電網公司數據存儲系統的實際狀況,考慮到電網公司正常運轉、防災容錯等需求,對電網雙活數據存儲系統提出以下設計目標：

1）主備切換時間：<120 s;

2）平均無故障運行時間（MTBF）：>30 000 h;

3）數據存儲備份正確率：>99.9%;

4）以太網誤碼率：<10^-5;

5）系統故障頻率：不大于1次/年。

2.2 總體架構

結合以上設計目標,綜合考慮存儲系統現狀,某電網公司雙活存儲系統總體架構如圖2所示。

圖2 存儲系統總體架構Fig.2 Overall architecture of storage system

在圖2中,在該省電網公司數據中心的存儲域網絡（Storage Area Network,SAN）中配置一套VIS設備作為存儲虛擬化設備,將機房現有的Huawei OceanStor系列設備接入該存儲虛擬化設備中,數據系統訪問VIS上的卷便可存儲或者讀取數據,接入VIS的存儲系統或設備可以互為鏡像（雙活）或者級聯關系。通過備份軟件及存儲數據對電網數據進行本地和遠程存儲備份以及數據恢復^[9-10]。

總體架構設計方案的組成如下。

1）主存儲系統—光纖交換機。由2臺交換能力為8.8 Gbps的光纖以太網交換機組成光纖交換網絡,為數據應用系統以及存儲系統提供支持光纖協議的訪問;2臺光纖交換機冗余配置,保障交換網絡可靠性。

2）主存儲系統—主存儲設備。在已有OceanStor設備基礎上,配置另外一臺OceanStor存儲設備,與已有的OceanStor存儲通過虛擬化存儲進行本地數據保護,對外提供統一的訪問接口;電網公司的重要數據都保存在這2臺OceanStor設備上。

3）主存儲系統—存儲虛擬化。以配置的VIS作為存儲虛擬化設備;數據應用系統不需要訪問具體的存儲系統,只需訪問虛擬化存儲設備;存儲虛擬化的應用,能夠使2個存儲形成雙活,同時兼容異構的存儲系統,能夠跨存儲地對重要數據進行本地及遠程保護,并統一訪問、管理接口。

4）主存儲系統—利舊存儲。除了現有用來做“雙活存儲”的OceanStor設備外,如還有其他兼容VIS的SAN存儲設備,通過VIS虛擬化功能可將這些舊存儲設備加入到VIS虛擬化存儲中,這些舊存儲數據將作為存儲資源池共享,以便日后使用。

5）主存儲系統—備份技術。設備采用Huawei云操作系統FusionSphere備份技術,為所有存儲系統提供數據備份功能,根據需要可進行全備或者部分備份;此外FusionSphere提供了LAN-Free備份功能,能夠將目標數據通過SAN網絡從存儲設備直接寫入虛擬帶庫,以此縮短備份時間,減小網絡壓力,提高備份效率。

6）備存儲系統—備份存儲。為了防止主存儲機房遭受地震、洪水等災害時數據丟失,保證備份數據的安全性,設計在距主存儲機房相距較遠的城市（遠端）建設備份機房,備份一份數據在遠端備存儲系統中。主存儲機房通過電網公司企業網向遠端備份機房傳輸數據;為了提高備存儲的速度并加強對備份存儲的管理,在備存儲系統中另外配置1臺Huawei虛擬帶庫（Virtual Tape Library,VTL）設備,作為備存儲設備;2臺VTL設備之間復制經過濾重的電網數據,以此降低復制數據對網絡的壓力。

7）備存儲系統—備份服務器。為了防止主存儲系統中的備份服務器崩潰而無法恢復數據,在遠端備份機房架設一套備份服務器,這臺備份服務器僅在需要時啟用,平時處于關機狀態。

 3 雙活存儲功能

3.1 本地雙活存儲

數據應用系統通過虛擬化存儲VIS設備訪問存儲數據,VIS不僅提供虛擬化存儲功能,同時還對電網重要數據進行本地保護。

本地存儲雙活示意如圖3所示,VIS通過鏡像虛擬卷向數據應用系統提供訪問路徑。在后端,VIS鏡像虛擬卷將數據寫入2臺獨立的OceanStor存儲設備中,以達到數據本地保護的目的。

圖3 本地存儲雙活示意Fig.3 Active-Active local storage diagram

VIS可保障數據的可用性,當存儲系統或VIS系統自身出現故障時,虛擬化存儲仍可正常使用,且不會產生數據丟失的問題。

1）當2臺存儲設備OceanStor中的1臺發生故障時,得益于VIS的鏡像存儲功能,2臺存儲之間是RAID1關系,能夠保障系統正常運行,不需要停機。

2）當VIS系統自身出現故障時,根據VIS自身的設置,并不會修改存儲系統的邏輯單元號（Logical Unit Number,LUN）的配置信息,即用戶可以將任何一個存儲設備的LUN直接加入到數據應用系統,保證數據應用系統正常運行^[11-12]。

3.2 主備雙活存儲系統

為保證備份數據的安全性,需在主存儲系統遠端搭建一套備存儲系統,在主備系統之間進行存儲雙活配置。使用VIS進行雙活數據存儲系統建設,數據應用系統統一通過VIS的分布式虛擬卷訪問主、備數據存儲系統。主備存儲系統雙活示意如圖4所示。

圖4 主備存儲系統雙活示意Fig.4 Active-Active main and standby storage diagram

對于數據應用系統來說,訪問虛擬卷時不必考慮實際的物理存儲^[13-14]。

1）當數據應用系統寫數據時,VIS自動將所寫數據復制到遠端的備存儲系統,寫數據與復制數據同步進行,確保電網數據的時效性與安全性;

2）當數據應用系統讀數據時,VIS采用AccessAnywhere技術,數據應用系統只需訪問最方便的一臺存儲系統,以此節省網絡傳輸帶寬;

3）當主存儲系統故障時,VIS結合服務器的集群文件系統,采用Active-Active技術保證數據應用系統實時切換到備存儲系統,無需人工操作,大大縮減了故障切換時間,確保電力系統的穩定性與高可用性。

3.3 存儲系統利舊

VIS不僅可提供虛擬化存儲的訪問,同時也可以很容易地對存儲系統進行擴展。當出現存儲系統容量不足等情況時,可以通過VIS的虛擬卷將多個存儲系統組成一個卷,供數據應用系統使用。通過這種級聯方式,數據應用系統仍是直接訪問VIS的虛擬卷便可讀寫數據,而VIS后端接入的多個舊存儲系統只是作為存儲資源池使用,從而實現更合理的資源分配^[15]。

同時將電網公司舊存儲系統掛接到虛擬化存儲VIS上,作為電網數據存儲資源池,實現存儲系統利舊。需要注意的是,掛接到VIS的電網舊數據存儲系統需與VIS兼容。

3.4 本地數據備份與恢復

1）電網公司數據備份。通過備份軟件平臺對所有備份數據進行管理,并將數據備份到虛擬帶庫VTL中;通過備份服務器對數據備份集、備份磁盤、備份進程調度進行管理,備份服務器對所有寫入的準備進行備份的數據進行濾重。

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