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DCS存儲操作系統成為浪潮高端存儲的“智慧引擎”

2014-10-15 10:04:28作者:來源:

摘要  存儲操作系統:實現數據逍遙游  《逍遙游》是《莊子》一書的第一篇,作者用天馬行空的想象描述了一種理想狀態:乘天地之正,馭六氣之 ...

  存儲操作系統:實現數據“逍遙游”

  《逍遙游》是《莊子》一書的第一篇,作者用天馬行空的想象描述了一種理想狀態:“乘天地之正,馭六氣之變,以游無窮”,即順應天地萬物的本性,把握環境的變化,不受任何束縛,自由自在地活動,實現“逍遙”的境界?!跺羞b游》很能代表莊子的哲學思想,因其寓哲理于離奇想象,寫的奇偉瑰麗而為人稱道。

  無獨有偶,云計算、大數據時代,隨著數據量、應用數量和使用者數量的增加,企業存儲系統面臨著擴容不易、效率不高、管理復雜和可用性差等難題,成為困擾高端存儲發展的一道道“繩索”。如何突破限制,將存儲操作系統打造為高端存儲的“智慧引擎”,統籌管理整個存儲系統的軟硬件資源,實現數據的“逍遙”流動,發揮出高端存儲設備應有功能、性能、可靠性,成為存儲廠商技術實力的核心展現。

  操作系統大家都很熟悉,是一種特殊的系統軟件,它負責管理整個計算機系統的軟硬件資源,一個良好的操作系統對計算機至關重要。同理,存儲操作系統就是存儲系統中負責管理所有存儲資源的系統軟件,它對于存儲設備的可靠性、功能、性能起決定性作用。

  很多存儲廠商都有自己的存儲操作系統,如NetApp的統一存儲操作系統Data ONTAP,EMC Symmetrix的存儲操作系統Enginuity,華為的虛擬化存儲操作系統XVE等。而存儲操作系統對存儲系統的市場競爭力有很大影響,比如說Data ONTAP在設計之初即采用統一存儲的設計理念,通過WAFL融合了文件系統和塊設備層,同時在底層RAID技術、快照技術等關鍵點上具有創新性的設計,使Data ONTAP成為業界最優秀的存儲操作系統。NetApp憑借這款先進的存儲操作系統快速推出產品,成為存儲市場的三強之一。

  DCS,打造高端存儲核心競爭力

  如今,浪潮自研的DCS(Data Control System)存儲操作系統,是浪潮高端存儲的技術基石,存儲系統的各種高級軟件功能都運行在DCS存儲操作系統之上;今后DCS將進一步遷移到浪潮全系列的存儲系統上。如下是DCS存儲操作系統的架構圖。

  DCS存儲操作系統示意圖

  在常規軟件層,DCS存儲操作系統是存儲系統配置管理、遠程復制、快照、克隆、服務質量管理、監控與告警、存儲虛擬化等軟件子系統的平臺,為高端存儲提供豐富的增值功能。

  在DCS操作系統層,DCS具備統一存儲資源管理、多協議主機接口、全局高速共享緩存、智能存儲資源池、高速互聯通信、全局資源調度等功能。

  而在存儲硬件層,DCS可以兼容多種平臺。

  整體上DCS實現了真正的虛擬化設計,重點在穩定性、實時性、可靠性、管理部署等方面進行了優化,打造浪潮高端存儲的四大核心競爭力。

  No.1實時響應,業務效率提升

  存儲系統的實時性是關鍵,計算服務器發送過來的IO數據必須及時得到處理,否則將造成IO超時,進而影響前端計算業務。因此,對于存儲系統來說,存儲操作系統的實時性必須得到有效的保障。針對存儲系統的特點,DCS操作系統在線程調度方面做了特殊的優化,保證任務運行的實時性。

  在優化線程調度算法時,DCS存儲操作系統特別針對多處理器進行了相關優化。主要考慮到存儲系統性能更多的還是需要硬件的支持,因此2路或者4路控制器上的線程調度優化顯得尤為必要。多處理器實時任務調度研究主要包含三個方面的問題:實時任務的分派策略、調度算法和可調度性判定邊界。這三個方面都會對系統的實時性和性能產生明顯的影響,因此DCS存儲操作系統對其分別進行了優化。

  No.2安如磐石,捍衛數據資產

  可靠性是存儲的基石,只有穩定可靠的存儲才能為用戶持續的提供服務,保證用戶數據的安全。DCS存儲操作系統在可靠性方面做了諸多優化和改進,具體包括磁盤系統的優化、RAID系統的優化和緩存系統的優化等等。從多個方面保證存儲操作系統本身的可靠性,進而為存儲系統提供了可靠的保障。

  磁盤子系統方面,DCS采用多個層次增加磁盤子系統的可靠性。首先,針對存儲系統后端鏈路的不可靠性,采用鏈路故障判定算法。該算法可以有效的處理后端鏈路的閃斷問題,保證對后端磁盤陣列訪問的連續性。其次,針對磁盤壞塊/壞道問題,采用跳躍磁盤掃描和修復算法。該算法通過對磁盤特定區域進行測試驗證,將損壞的磁盤通過校驗碼進行恢復,并重映射到磁盤的其它區域。同時本算法可以根據磁盤的負載情況動態調整掃描的頻度。再次,針對磁盤壽命問題,采用磁盤智能替換算法。該算法通過統計磁盤壞塊數量和使用時間等參數決定是否替換磁盤,當滿足要求時,該算法將在不影響前端業務的情況下將舊磁盤的數據遷移到新的磁盤上,實現磁盤的替換。

  No.3全局加速,數據自動遷移

  為了提供高性能的存儲系統,DCS存儲操作系統在兩個方面進行了高性能相關設計,分別是高性能存儲池和高性能緩存。高性能存儲池可以將數百塊硬盤整合成為一個容錯的大存儲池,再提供給上層使用。高性能緩存提供大容量的緩存系統,降低訪問后端存儲的概率,從而提高計算節點訪問存儲的性能。

  存儲池層將磁盤數據分塊,按指定單條帶成員盤(塊)數、負載均衡、離散分布原則進行組織,可靈活更改條帶塊。當單個盤失效時,存儲池層可以智能計算熱備塊在池中的分布,使用多塊成員盤進行重構,避免傳統單盤寫入性能瓶頸造成RAID重構時間過長帶來的數據可靠性風險。在可靠分布式RAID基礎上,將數據進一步分塊虛擬化,形成邏輯卷,使用分布式和多副本元數據組織。同時,存儲池層還實現了分級混合存儲,可以構建基于SSD和普通機械硬盤的混合存儲池,通過SSD硬盤實現更高性能的存儲池。

  高性能緩存通過全局共享緩存實現,采用全局共享緩存的方式可以實現緩存空間的共享,從而提高緩存命中率,提升計算節點訪問存儲的性能。

  No.4智慧管理,釋放存儲潛力

  傳統的存儲系統中,當計算節點需要一部分存儲空間的時候,往往是預先從后端存儲系統中劃分出一部分足夠大的空間。這個空間往往不是被馬上用掉,而是需要一個月甚至是更長時間才能用到的空間;但由于這部分存儲空間已經被預留了出來,其它計算節點將無法利用這些已經部署但閑置的存儲容量。這種情況下,尤其是有多個計算節點連接統一存儲的情況下,就會預分配很多空間,進而造成存儲空間的極大浪費。

  在DCS存儲操作系統的存儲池層,采用一種基于自動精簡配置的資源分配算法。在初始階段,計算系統會感知到一個與傳統存儲相同的存儲空間,但該空間為虛擬空間,并不占用實際的存儲資源;存儲資源不是即刻被分配給計算節點,而是根據實際使用量逐步分配,從而實現空間的高效利用。

  不滯于物,以游無窮

  一言以蔽之,存儲系統,尤其是高端存儲,往往服務于大型企業的核心業務系統,如何保證關鍵數據不丟失、全年業務不中斷,是高端存儲的終極使命,對企業生存和發展至關重要;DCS可以集數據管理功能、可用性和出色效能表現與一體,幫助客戶提高存儲架構效率,實現高效的訪問數據和不受限制的發展業務,實現數據“隨需而用、不滯于物”的逍遙境界。

  如今,浪潮存儲發展迅猛,H1市場增長149.3%,DCS已在高端存儲系統上規?;瘧?。在DCS等核心技術的支持下,如同Data ONTAP推動NetApp成為全球領先的存儲廠商那樣,浪潮將在高端存儲市場有所建樹。


(本文不涉密)
責任編輯:anne

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