0 引言

隨著國家電網(wǎng)公司信息化建設(shè)的快速發(fā)展,電網(wǎng)公司賴以正常運轉(zhuǎn)的重要數(shù)據(jù)信息越來越多,且這些數(shù)據(jù)越來越集中于電網(wǎng)公司的單一數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中。若單一數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)發(fā)生故障,對電網(wǎng)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(wǎng)公司的安全運轉(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)存儲系統(tǒng)的主、備建設(shè)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(shù)應(yīng)用上^[2]。

采用電網(wǎng)雙活數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的原因主要有以下2個方面：一是用電用戶對雙數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時效性和一致性有較高要求,顯而易見,在切換數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)時,電網(wǎng)數(shù)據(jù)的時效性或者一致性必然會有損失,將會對電網(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)存儲系統(tǒng)進(jìn)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(wǎng)關(guān)VIS設(shè)備為例,進(jìn)行電網(wǎng)公司“雙活存儲”技術(shù)的應(yīng)用
研究。

 1 雙活存儲技術(shù)概述

目前來看,實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)雙活存儲的關(guān)鍵是改變數(shù)據(jù)存儲與復(fù)制的方式。由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲與復(fù)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(dāng)數(shù)據(jù)由主存儲傳向備存儲進(jìn)行復(fù)制時,無法實現(xiàn)主、備存儲系統(tǒng)的主機同時或在極小時延內(nèi)對各自系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作,在災(zāi)難事件發(fā)生后會有備份數(shù)據(jù)以較大時延重新啟用的過程,無法做到在可接受時延內(nèi)的容災(zāi)切換^[4-5]。隨著云計算、云存儲等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,通過虛擬化存儲技術(shù)可以將存儲數(shù)據(jù)虛擬成一份邏輯數(shù)據(jù)供主、備存儲系統(tǒng)主機同時訪問修改,進(jìn)而建成跨存儲系統(tǒng)集群,實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲的真正“雙活”^[6]。以VIS設(shè)備的虛擬化存儲為例,虛擬化存儲的邏輯架構(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,提高電力公司運營生產(chǎn)的安全級別,本文研究對目前的電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化存儲整合,探討雙活存儲系統(tǒng)的可行性與實用性,保證電力業(yè)務(wù)所使用的主、備雙活數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)在即使有一臺存儲設(shè)備出現(xiàn)故障時也會在可接受的時延內(nèi)立即恢復(fù),不會出現(xiàn)業(yè)務(wù)停頓,從而保障電力生產(chǎn),大幅提升電網(wǎng)公司存儲系統(tǒng)的抗風(fēng)險
能力。

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

 2 雙活存儲分析

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

2.1 設(shè)計目標(biāo)

結(jié)合某電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的實際狀況,考慮到電網(wǎng)公司正常運轉(zhuǎn)、防災(zāi)容錯等需求,對電網(wǎng)雙活數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)提出以下設(shè)計目標(biāo)：

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(shù)據(jù)存儲備份正確率：>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)計目標(biāo),綜合考慮存儲系統(tǒng)現(xiàn)狀,某電網(wǎng)公司雙活存儲系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 存儲系統(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)中心的存儲域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network,SAN）中配置一套VIS設(shè)備作為存儲虛擬化設(shè)備,將機房現(xiàn)有的Huawei OceanStor系列設(shè)備接入該存儲虛擬化設(shè)備中,數(shù)據(jù)系統(tǒng)訪問VIS上的卷便可存儲或者讀取數(shù)據(jù),接入VIS的存儲系統(tǒng)或設(shè)備可以互為鏡像（雙活）或者級聯(lián)關(guān)系。通過備份軟件及存儲數(shù)據(jù)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程存儲備份以及數(shù)據(jù)恢復(fù)^[9-10]。

總體架構(gòu)設(shè)計方案的組成如下。

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

2）主存儲系統(tǒng)—主存儲設(shè)備。在已有OceanStor設(shè)備基礎(chǔ)上,配置另外一臺OceanStor存儲設(shè)備,與已有的OceanStor存儲通過虛擬化存儲進(jìn)行本地數(shù)據(jù)保護(hù),對外提供統(tǒng)一的訪問接口;電網(wǎng)公司的重要數(shù)據(jù)都保存在這2臺OceanStor設(shè)備上。

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

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

5）主存儲系統(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SAN網(wǎng)絡(luò)從存儲設(shè)備直接寫入虛擬帶庫,以此縮短備份時間,減小網(wǎng)絡(luò)壓力,提高備份效率。

6）備存儲系統(tǒng)—備份存儲。為了防止主存儲機房遭受地震、洪水等災(zāi)害時數(shù)據(jù)丟失,保證備份數(shù)據(jù)的安全性,設(shè)計在距主存儲機房相距較遠(yuǎn)的城市（遠(yuǎn)端）建設(shè)備份機房,備份一份數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)端備存儲系統(tǒng)中。主存儲機房通過電網(wǎng)公司企業(yè)網(wǎng)向遠(yuǎn)端備份機房傳輸數(shù)據(jù);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(tǒng)中另外配置1臺Huawei虛擬帶庫（Virtual Tape Library,VTL）設(shè)備,作為備存儲設(shè)備;2臺VTL設(shè)備之間復(fù)制經(jīng)過濾重的電網(wǎng)數(shù)據(jù),以此降低復(fù)制數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的壓力。

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

 3 雙活存儲功能

3.1 本地雙活存儲

數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)通過虛擬化存儲VIS設(shè)備訪問存儲數(shù)據(jù),VIS不僅提供虛擬化存儲功能,同時還對電網(wǎng)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行本地保護(hù)。

本地存儲雙活示意如圖3所示,VIS通過鏡像虛擬卷向數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)提供訪問路徑。在后端,VIS鏡像虛擬卷將數(shù)據(jù)寫入2臺獨立的OceanStor存儲設(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)存儲系統(tǒng)或VIS系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障時,虛擬化存儲仍可正常使用,且不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失的問題。

1）當(dāng)2臺存儲設(shè)備OceanStor中的1臺發(fā)生故障時,得益于VIS的鏡像存儲功能,2臺存儲之間是RAID1關(guān)系,能夠保障系統(tǒng)正常運行,不需要停機。

2）當(dāng)VIS系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障時,根據(jù)VIS自身的設(shè)置,并不會修改存儲系統(tǒng)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(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)正常運行^[11-12]。

3.2 主備雙活存儲系統(tǒng)

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

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

對于數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)來說,訪問虛擬卷時不必考慮實際的物理存儲^[13-14]。

1）當(dāng)數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)寫數(shù)據(jù)時,VIS自動將所寫數(shù)據(jù)復(fù)制到遠(yuǎn)端的備存儲系統(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,VIS采用AccessAnywhere技術(shù),數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)只需訪問最方便的一臺存儲系統(tǒng),以此節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬;

3）當(dāng)主存儲系統(tǒng)故障時,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)實時切換到備存儲系統(tǒng),無需人工操作,大大縮減了故障切換時間,確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與高可用性。

3.3 存儲系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行擴展。當(dāng)出現(xiàn)存儲系統(tǒng)容量不足等情況時,可以通過VIS的虛擬卷將多個存儲系統(tǒng)組成一個卷,供數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)使用。通過這種級聯(lián)方式,數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)仍是直接訪問VIS的虛擬卷便可讀寫數(shù)據(jù),而VIS后端接入的多個舊存儲系統(tǒng)只是作為存儲資源池使用,從而實現(xiàn)更合理的資源分配^[15]。

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

3.4 本地數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)

1）電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)備份。通過備份軟件平臺對所有備份數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,并將數(shù)據(jù)備份到虛擬帶庫VTL中;通過備份服務(wù)器對數(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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