0 引言

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司信息化建設(shè)的快速發(fā)展,電網(wǎng)公司賴以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要數(shù)據(jù)信息越來(lái)越多,且這些數(shù)據(jù)越來(lái)越集中于電網(wǎng)公司的單一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中。若單一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)生故障,對(duì)電網(wǎng)公司以及用電用戶造成的損失將無(wú)法估量^[1]。因此,為了保證電網(wǎng)公司的安全運(yùn)轉(zhuǎn),非常有必要進(jìn)行數(shù)據(jù)的容災(zāi)建設(shè)。考慮到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的主、備建設(shè)模式運(yùn)維性價(jià)比較為可觀,因此本文將研究重點(diǎn)放在其“升級(jí)版”——虛擬化存儲(chǔ)雙活技術(shù)應(yīng)用上^[2]。

采用電網(wǎng)雙活數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的原因主要有以下2個(gè)方面：一是用電用戶對(duì)雙數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時(shí)效性和一致性有較高要求,顯而易見(jiàn),在切換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí),電網(wǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)效性或者一致性必然會(huì)有損失,將會(huì)對(duì)電網(wǎng)公司或用電用戶造成損失;二是電網(wǎng)公司現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行雙活存儲(chǔ)模式改造的難易程度^[3]。本文以Huawei存儲(chǔ)虛擬化網(wǎng)關(guān)VIS設(shè)備為例,進(jìn)行電網(wǎng)公司“雙活存儲(chǔ)”技術(shù)的應(yīng)用
研究。

 1 雙活存儲(chǔ)技術(shù)概述

目前來(lái)看,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)雙活存儲(chǔ)的關(guān)鍵是改變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與復(fù)制的方式。由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與復(fù)制大多都采用一個(gè)作為主存儲(chǔ)、另一個(gè)作為備存儲(chǔ)的方式,當(dāng)數(shù)據(jù)由主存儲(chǔ)傳向備存儲(chǔ)進(jìn)行復(fù)制時(shí),無(wú)法實(shí)現(xiàn)主、備存儲(chǔ)系統(tǒng)的主機(jī)同時(shí)或在極小時(shí)延內(nèi)對(duì)各自系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作,在災(zāi)難事件發(fā)生后會(huì)有備份數(shù)據(jù)以較大時(shí)延重新啟用的過(guò)程,無(wú)法做到在可接受時(shí)延內(nèi)的容災(zāi)切換^[4-5]。隨著云計(jì)算、云存儲(chǔ)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,通過(guò)虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)可以將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)虛擬成一份邏輯數(shù)據(jù)供主、備存儲(chǔ)系統(tǒng)主機(jī)同時(shí)訪問(wèn)修改,進(jìn)而建成跨存儲(chǔ)系統(tǒng)集群,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的真正“雙活”^[6]。以VIS設(shè)備的虛擬化存儲(chǔ)為例,虛擬化存儲(chǔ)的邏輯架構(gòu)如圖1
所示。

為了進(jìn)一步保障電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可用性,提高電力公司運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)的安全級(jí)別,本文研究對(duì)目前的電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化存儲(chǔ)整合,探討雙活存儲(chǔ)系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性,保證電力業(yè)務(wù)所使用的主、備雙活數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)在即使有一臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)也會(huì)在可接受的時(shí)延內(nèi)立即恢復(fù),不會(huì)出現(xiàn)業(yè)務(wù)停頓,從而保障電力生產(chǎn),大幅提升電網(wǎng)公司存儲(chǔ)系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)
能力。

圖1 虛擬化存儲(chǔ)的邏輯架構(gòu)Fig.1 Logic architecture of virtualized storage

 2 雙活存儲(chǔ)分析

整理目前電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的備份到存儲(chǔ)設(shè)備中的電網(wǎng)數(shù)據(jù)備份集存在各種各樣的問(wèn)題,導(dǎo)致相當(dāng)一部分備份集無(wú)法讀取,這將嚴(yán)重影響整個(gè)電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的效用,進(jìn)而可能影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此,本文對(duì)某省電網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行重新建設(shè)整合,采用更為安全、高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份方式來(lái)保障電網(wǎng)運(yùn)行安全^[7-8]。

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

結(jié)合某電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)際狀況,考慮到電網(wǎng)公司正常運(yùn)轉(zhuǎn)、防災(zāi)容錯(cuò)等需求,對(duì)電網(wǎng)雙活數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)提出以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：

1）主備切換時(shí)間：<120 s;

2）平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（MTBF）：>30 000 h;

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份正確率：>99.9%;

4）以太網(wǎng)誤碼率：<10^-5;

5）系統(tǒng)故障頻率：不大于1次/年。

2.2 總體架構(gòu)

結(jié)合以上設(shè)計(jì)目標(biāo),綜合考慮存儲(chǔ)系統(tǒng)現(xiàn)狀,某電網(wǎng)公司雙活存儲(chǔ)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 存儲(chǔ)系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 Overall architecture of storage system

在圖2中,在該省電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network,SAN）中配置一套VIS設(shè)備作為存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備,將機(jī)房現(xiàn)有的Huawei OceanStor系列設(shè)備接入該存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備中,數(shù)據(jù)系統(tǒng)訪問(wèn)VIS上的卷便可存儲(chǔ)或者讀取數(shù)據(jù),接入VIS的存儲(chǔ)系統(tǒng)或設(shè)備可以互為鏡像（雙活）或者級(jí)聯(lián)關(guān)系。通過(guò)備份軟件及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)備份以及數(shù)據(jù)恢復(fù)^[9-10]。

總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案的組成如下。

1）主存儲(chǔ)系統(tǒng)—光纖交換機(jī)。由2臺(tái)交換能力為8.8 Gbps的光纖以太網(wǎng)交換機(jī)組成光纖交換網(wǎng)絡(luò),為數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)以及存儲(chǔ)系統(tǒng)提供支持光纖協(xié)議的訪問(wèn);2臺(tái)光纖交換機(jī)冗余配置,保障交換網(wǎng)絡(luò)可靠性。

2）主存儲(chǔ)系統(tǒng)—主存儲(chǔ)設(shè)備。在已有OceanStor設(shè)備基礎(chǔ)上,配置另外一臺(tái)OceanStor存儲(chǔ)設(shè)備,與已有的OceanStor存儲(chǔ)通過(guò)虛擬化存儲(chǔ)進(jìn)行本地?cái)?shù)據(jù)保護(hù),對(duì)外提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口;電網(wǎng)公司的重要數(shù)據(jù)都保存在這2臺(tái)OceanStor設(shè)備上。

3）主存儲(chǔ)系統(tǒng)—存儲(chǔ)虛擬化。以配置的VIS作為存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備;數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)不需要訪問(wèn)具體的存儲(chǔ)系統(tǒng),只需訪問(wèn)虛擬化存儲(chǔ)設(shè)備;存儲(chǔ)虛擬化的應(yīng)用,能夠使2個(gè)存儲(chǔ)形成雙活,同時(shí)兼容異構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng),能夠跨存儲(chǔ)地對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行本地及遠(yuǎn)程保護(hù),并統(tǒng)一訪問(wèn)、管理接口。

4）主存儲(chǔ)系統(tǒng)—利舊存儲(chǔ)。除了現(xiàn)有用來(lái)做“雙活存儲(chǔ)”的OceanStor設(shè)備外,如還有其他兼容VIS的SAN存儲(chǔ)設(shè)備,通過(guò)VIS虛擬化功能可將這些舊存儲(chǔ)設(shè)備加入到VIS虛擬化存儲(chǔ)中,這些舊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)將作為存儲(chǔ)資源池共享,以便日后使用。

5）主存儲(chǔ)系統(tǒng)—備份技術(shù)。設(shè)備采用Huawei云操作系統(tǒng)FusionSphere備份技術(shù),為所有存儲(chǔ)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)備份功能,根據(jù)需要可進(jìn)行全備或者部分備份;此外FusionSphere提供了LAN-Free備份功能,能夠?qū)⒛繕?biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)SAN網(wǎng)絡(luò)從存儲(chǔ)設(shè)備直接寫入虛擬帶庫(kù),以此縮短備份時(shí)間,減小網(wǎng)絡(luò)壓力,提高備份效率。

6）備存儲(chǔ)系統(tǒng)—備份存儲(chǔ)。為了防止主存儲(chǔ)機(jī)房遭受地震、洪水等災(zāi)害時(shí)數(shù)據(jù)丟失,保證備份數(shù)據(jù)的安全性,設(shè)計(jì)在距主存儲(chǔ)機(jī)房相距較遠(yuǎn)的城市（遠(yuǎn)端）建設(shè)備份機(jī)房,備份一份數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)端備存儲(chǔ)系統(tǒng)中。主存儲(chǔ)機(jī)房通過(guò)電網(wǎng)公司企業(yè)網(wǎng)向遠(yuǎn)端備份機(jī)房傳輸數(shù)據(jù);為了提高備存儲(chǔ)的速度并加強(qiáng)對(duì)備份存儲(chǔ)的管理,在備存儲(chǔ)系統(tǒng)中另外配置1臺(tái)Huawei虛擬帶庫(kù)（Virtual Tape Library,VTL）設(shè)備,作為備存儲(chǔ)設(shè)備;2臺(tái)VTL設(shè)備之間復(fù)制經(jīng)過(guò)濾重的電網(wǎng)數(shù)據(jù),以此降低復(fù)制數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的壓力。

7）備存儲(chǔ)系統(tǒng)—備份服務(wù)器。為了防止主存儲(chǔ)系統(tǒng)中的備份服務(wù)器崩潰而無(wú)法恢復(fù)數(shù)據(jù),在遠(yuǎn)端備份機(jī)房架設(shè)一套備份服務(wù)器,這臺(tái)備份服務(wù)器僅在需要時(shí)啟用,平時(shí)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。

 3 雙活存儲(chǔ)功能

3.1 本地雙活存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)虛擬化存儲(chǔ)VIS設(shè)備訪問(wèn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),VIS不僅提供虛擬化存儲(chǔ)功能,同時(shí)還對(duì)電網(wǎng)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行本地保護(hù)。

本地存儲(chǔ)雙活示意如圖3所示,VIS通過(guò)鏡像虛擬卷向數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)提供訪問(wèn)路徑。在后端,VIS鏡像虛擬卷將數(shù)據(jù)寫入2臺(tái)獨(dú)立的OceanStor存儲(chǔ)設(shè)備中,以達(dá)到數(shù)據(jù)本地保護(hù)的目的。

圖3 本地存儲(chǔ)雙活示意Fig.3 Active-Active local storage diagram

VIS可保障數(shù)據(jù)的可用性,當(dāng)存儲(chǔ)系統(tǒng)或VIS系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障時(shí),虛擬化存儲(chǔ)仍可正常使用,且不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。

1）當(dāng)2臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備OceanStor中的1臺(tái)發(fā)生故障時(shí),得益于VIS的鏡像存儲(chǔ)功能,2臺(tái)存儲(chǔ)之間是RAID1關(guān)系,能夠保障系統(tǒng)正常運(yùn)行,不需要停機(jī)。

2）當(dāng)VIS系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障時(shí),根據(jù)VIS自身的設(shè)置,并不會(huì)修改存儲(chǔ)系統(tǒng)的邏輯單元號(hào)（Logical Unit Number,LUN）的配置信息,即用戶可以將任何一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的LUN直接加入到數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng),保證數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行^[11-12]。

3.2 主備雙活存儲(chǔ)系統(tǒng)

為保證備份數(shù)據(jù)的安全性,需在主存儲(chǔ)系統(tǒng)遠(yuǎn)端搭建一套備存儲(chǔ)系統(tǒng),在主備系統(tǒng)之間進(jìn)行存儲(chǔ)雙活配置。使用VIS進(jìn)行雙活數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè),數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一通過(guò)VIS的分布式虛擬卷訪問(wèn)主、備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。主備存儲(chǔ)系統(tǒng)雙活示意如圖4所示。

圖4 主備存儲(chǔ)系統(tǒng)雙活示意Fig.4 Active-Active main and standby storage diagram

對(duì)于數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō),訪問(wèn)虛擬卷時(shí)不必考慮實(shí)際的物理存儲(chǔ)^[13-14]。

1）當(dāng)數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)寫數(shù)據(jù)時(shí),VIS自動(dòng)將所寫數(shù)據(jù)復(fù)制到遠(yuǎn)端的備存儲(chǔ)系統(tǒng),寫數(shù)據(jù)與復(fù)制數(shù)據(jù)同步進(jìn)行,確保電網(wǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)效性與安全性;

2）當(dāng)數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)讀數(shù)據(jù)時(shí),VIS采用AccessAnywhere技術(shù),數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)只需訪問(wèn)最方便的一臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng),以此節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬;

3）當(dāng)主存儲(chǔ)系統(tǒng)故障時(shí),VIS結(jié)合服務(wù)器的集群文件系統(tǒng),采用Active-Active技術(shù)保證數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)時(shí)切換到備存儲(chǔ)系統(tǒng),無(wú)需人工操作,大大縮減了故障切換時(shí)間,確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與高可用性。

3.3 存儲(chǔ)系統(tǒng)利舊

VIS不僅可提供虛擬化存儲(chǔ)的訪問(wèn),同時(shí)也可以很容易地對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。當(dāng)出現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)容量不足等情況時(shí),可以通過(guò)VIS的虛擬卷將多個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)組成一個(gè)卷,供數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)使用。通過(guò)這種級(jí)聯(lián)方式,數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)仍是直接訪問(wèn)VIS的虛擬卷便可讀寫數(shù)據(jù),而VIS后端接入的多個(gè)舊存儲(chǔ)系統(tǒng)只是作為存儲(chǔ)資源池使用,從而實(shí)現(xiàn)更合理的資源分配^[15]。

同時(shí)將電網(wǎng)公司舊存儲(chǔ)系統(tǒng)掛接到虛擬化存儲(chǔ)VIS上,作為電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源池,實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)利舊。需要注意的是,掛接到VIS的電網(wǎng)舊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)需與VIS兼容。

3.4 本地?cái)?shù)據(jù)備份與恢復(fù)

1）電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)備份。通過(guò)備份軟件平臺(tái)對(duì)所有備份數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,并將數(shù)據(jù)備份到虛擬帶庫(kù)VTL中;通過(guò)備份服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)備份集、備份磁盤、備份進(jìn)程調(diào)度進(jìn)行管理,備份服務(wù)器對(duì)所有寫入的準(zhǔn)備進(jìn)行備份的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾重。

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