專利名稱：冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機數(shù)據(jù)存取領(lǐng)域，具體涉及一種冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在應(yīng)用服務(wù)器的過程中，說到數(shù)據(jù)存取的保護，人們首先想到的是RAID技術(shù)， 通過HBA
卡或主板集成的RAID控制器創(chuàng)建磁盤陣列，在服務(wù)器應(yīng)用不間斷的前提下，保證 在至少一塊硬盤出現(xiàn)故障時，可以對硬盤進行在線的替換，避免數(shù)據(jù)丟失及應(yīng)用 停止。然而，對于I/0子系統(tǒng)來說，僅僅是磁盤方面沒有單點故障還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 磁盤控制器(HBA卡)部分作為一個系統(tǒng)單點，沒有任何冗余措施。當(dāng)經(jīng)過長時間、 大數(shù)據(jù)量的讀寫應(yīng)用后，出現(xiàn)故障是在所難免的。尤其隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā) 展，網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增加，個人空間、視頻上傳等應(yīng)用變得越來越普遍的時候，每 臺服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存取的磁盤控制器所要承受的負(fù)載也在不斷增加，出現(xiàn)故障的 幾率也就相應(yīng)的增大了。這時如何實現(xiàn)磁盤控制器(HBA)的冗余就顯得很有現(xiàn)實 意義了。另一方面，參照以太網(wǎng)絡(luò)的冗余和聚合，除了實現(xiàn)磁盤控制器的冗余功 能，理論上還可以實現(xiàn)兩個磁盤控制器的負(fù)載均衡，以達到提高數(shù)據(jù)帶寬的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)。 本發(fā)明的目的是按以下方式實現(xiàn)的，實現(xiàn)步驟如下
在傳統(tǒng)服務(wù)器應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，增加一塊朋A卡，即在服務(wù)器主板上插兩 塊相同的HBA卡，每塊HBA卡都被認(rèn)為是相對獨立的，每一塊HBA卡均能與其它 所有部件組成一個完整的系統(tǒng)，兩塊HBA卡構(gòu)成了兩個互為冗余，互為備份的系 統(tǒng)，具體步驟如下-
系統(tǒng)硬件的設(shè)置
1) 選用雙端口的SAS硬盤或使用SATA硬盤通過接口轉(zhuǎn)換成SAS硬盤，轉(zhuǎn)換 用的接口芯片或適配器選用LSI SS1300芯片，通過該芯片將一個SATA接口模擬 成SAS接口 ，同時被兩個HBA卡識別到；
2) 作為連接HBA卡和硬盤的橋梁，針對HBA卡，背板必須提供兩組接口，要 支持更多的硬盤，背板上要提供磁盤擴展芯片SAS Expander,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有兩個HBA 卡時，背板上SAS Expander芯片的數(shù)量也必須是兩個，無論是否通過Expander 進行擴展，兩組SAS接口之間必須提供連接鏈路，以使兩個HBA卡通過該鏈路相 互通信，這對于兩個HBA卡互不沖突的協(xié)調(diào)工作是必須的；
4系統(tǒng)軟件的設(shè)置
采用高效穩(wěn)定的基于2.6內(nèi)核的Linux作為操作系統(tǒng)，實現(xiàn)冗余功能的大多 數(shù)功能模塊都通過開源實現(xiàn)，并在開源的基礎(chǔ)上進行修改和完善，軟件系統(tǒng)在各 個層面設(shè)計加入了高可用組件，在管理層面，高可用組件提供了控制管理同步功 能；在應(yīng)用層面，提供了配置同步模塊，實現(xiàn)對控制器配置的協(xié)調(diào)一致，心跳模 塊實現(xiàn)控制器的無縫切換；在內(nèi)核層，提供緩存鏡像模塊，保證應(yīng)用數(shù)據(jù)的一致 性、完整性；
l)控制管理同步用戶對任意HBA卡的操作，實現(xiàn)對整個磁盤系統(tǒng)的控制，從 管理層面對兩控制器進行協(xié)調(diào)控制；
2) 配置同步模塊在該服務(wù)器系統(tǒng)中，每一個控制器的配置和狀態(tài)信息變化 都會即時同步到另一個控制器，避免單一控制器失效丟失配置及運行信息，為高 可用系統(tǒng)的運行提供保障；
3) 配置傳輸采用CRC校驗或者MD5校驗方式，確保配置信息的完整性和正確性；
4) 心跳模塊支持Active-Take over、 Active-Active兩種模式，當(dāng)其中的一 塊RAID卡失效的時候，系統(tǒng)無縫切換到另一個HBA卡，并實時接管失效HBA卡運行 的服務(wù)，避免單一HBA卡失效所引起的存儲服務(wù)故障；其中
Active-Take over模式正常情況下，只有一片HBA卡對外提供服務(wù)，另一片 HBA卡處于熱備狀態(tài)，當(dāng)Active的RAID卡失效的時候，熱備HBA卡自動接管，并提 供I/0服務(wù)；
Active-Active模式兩塊HBA卡同時提供I/0服務(wù)，互為熱備，提高系統(tǒng)帶寬， 并具有路徑冗余功能；
5)寫緩存鏡像模塊提供對HBA卡緩存內(nèi)數(shù)據(jù)鏡像的功能，實時備份寫數(shù)據(jù) 到另一片HBA卡的緩存中，保證寫數(shù)據(jù)的完整性，在HBA卡接替前者所做的工作時， 會造成由于前者故障導(dǎo)致緩存中沒有寫入磁盤的數(shù)據(jù)丟失，緩存鏡像就是解決雙 HBA卡服務(wù)器系統(tǒng)的兩片HBA卡之間切換時的緩存數(shù)據(jù)丟失的問題；
系統(tǒng)運行控制
服務(wù)器啟動進入操作系統(tǒng)后，根據(jù)關(guān)機前的狀態(tài)，進入一種工作模式 Active-Active or Active-Take over,在操作系統(tǒng)下，通過一個隱卡對全部磁 盤進行控制管理；與此同時，生成的磁盤配置信息通過SAS鏈路被同步到另一塊磁 盤控制器HBA卡中；另一塊控制器HBA卡會通過心跳監(jiān)控處于Active狀態(tài)的磁盤控 制器，并對它是否發(fā)生故障進行判別；兩片HBA卡還要時刻保持緩存內(nèi)數(shù)據(jù)完全一 致，以保證在一片HBA卡發(fā)生故障時，緩存數(shù)據(jù)不丟失并被寫入磁盤，當(dāng)某一片 ActiveHBA卡發(fā)生故障時，另一片HBA卡首先作出判別，然后會接管系統(tǒng)硬盤，并 將緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)刷入磁盤，最后全面接管工作，對外提供服務(wù)。
本發(fā)明的有益效果是適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增加，減少服務(wù)器的故障幾率，還可以實現(xiàn)兩個磁盤控制器的負(fù)載均衡，以達到提高數(shù)據(jù) 帶寬的目的。


附圖1是冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)硬件組成及架構(gòu)示意圖； 附圖2是冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)的工作原理圖。
具體實施例方式
參照附圖對本發(fā)明的冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)作以下詳細(xì)的說明。 一、冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)硬件組成及架構(gòu)
與一般的服務(wù)器相比，這種冗余I/O架構(gòu)的服務(wù)器的差別主要就是增加一組 1/0子系統(tǒng)，換句話說，傳統(tǒng)的服務(wù)器系統(tǒng)， 一般都通過一塊HBA卡(RAID卡) 控制所有磁盤，通過該HBA卡可以看到所有磁盤，可以對磁盤配置RAID，還可以 對RAID的屬性進行修改，最終控制所有磁盤的讀寫操作。 一般情況下，HBA卡與 硬盤之間通過背板相連。該發(fā)明就是在傳統(tǒng)服務(wù)器應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，增加一塊 HBA卡(RAID卡)，這樣就是在服務(wù)器主板上插兩塊相同的HBA卡。對于整個系 統(tǒng)來說，每塊HBA都被認(rèn)為是相對獨立的，也就是說每一塊HBA卡與其它所有部 件都可以組成一個完整的系統(tǒng)，兩塊HBA卡構(gòu)成了兩個互為冗余，互為備份的系 統(tǒng)。
為了使上述想法成立，還需要具備以下條件首先必須選用雙端口的硬盤。 我們知道，SATA硬盤是單端口的，因此SATA硬盤只能夠被一個RAID卡識別到， 要想使一塊硬盤同時被兩個RAID卡都識別到，必須選用具有雙端口的硬盤，如SAS 硬盤。其實SATA硬盤通過接口轉(zhuǎn)換也可以模擬成SAS硬盤，目前業(yè)界也有類似的 接口芯片或適配器可用，如LSI SS1300芯片，該芯片就可以將一個SATA接口模 擬成SAS接口，同時被兩個RAID卡識別到。
其次，作為連接RAID卡和硬盤的橋梁，針對RAID卡，背板必須提供兩組接 口 。如果想要支持更多的硬盤，背板上可能還要提供磁盤擴展芯片(SAS Expander), 同樣的，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有兩個HBA卡時，背板上Expander芯片的數(shù)量也必須是兩個。 無論是否通過Expander進行擴展，兩組SAS接口之間還都必須提供連接鏈路，以 使兩個HBA卡可以通過該鏈路相互通信，這對于兩個HBA卡可以互不沖突的協(xié)調(diào) 工作是必須的。
二、冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
上面陳述了這種冗余磁盤控制服務(wù)器的硬件架構(gòu)組成。然而，要想使服務(wù)器 的磁盤控制系統(tǒng)實現(xiàn)可以做到冗余或者負(fù)載均衡，僅僅具備了硬件條件是不夠的。 必須有軟件對硬件進行控制，以達到使兩個HBA卡協(xié)調(diào)工作，不互相沖突的目的。
采用高效穩(wěn)定的基于2.6內(nèi)核的Linux作為操作系統(tǒng)，實現(xiàn)冗余功能的大多 數(shù)功能模塊都可以通過開源實現(xiàn)，并在開源的基礎(chǔ)上進行修改和完善。
6軟件系統(tǒng)在各個層面設(shè)計加入了高可用組件。在管理層面，高可用組件提供 了控制管理同步功能；在應(yīng)用層面，提供了配置同步模塊，實現(xiàn)對控制器配置的 協(xié)調(diào)一致。心跳模塊實現(xiàn)控制器的無縫切換；在內(nèi)核層，提供緩存鏡像模塊，保 證應(yīng)用數(shù)據(jù)的一致性、完整性。
控制管理同步用戶對任意RAID卡的操作即可實現(xiàn)對整個磁盤系統(tǒng)的控制，從 管理層面對兩控制器進行協(xié)調(diào)控制。
配置同步模塊在該服務(wù)器系統(tǒng)中，每一個控制器的配置和狀態(tài)信息變化都會 即時同步到另一個控制器，避免單一控制器失效丟失配置及運行信息，為高可用 系統(tǒng)的運行提供保障。
配置傳輸釆用CRC校驗或者MD5校驗方式，確保配置信息的完整性和正確性。
心跳模塊支持Active-Take over、 Active-Active兩種模式，當(dāng)其中的一塊 RAID卡失效的時候，系統(tǒng)無縫切換到另一個RAID卡，并實時接管失效RAID卡運行 的服務(wù)，避免單一RAID卡失效所引起的存儲服務(wù)故障。
Active-Take over模式正常情況下，只有一片RAID卡對外提供服務(wù)，另一片RAID 卡處于熱備狀態(tài)。當(dāng)Active的RAID卡失效的時候，熱備RAID卡自動接管，并提供 1/0服務(wù)。
Active-Active模式兩塊RAID卡同時提供I/0服務(wù)，互為熱備。提高系統(tǒng)帶寬， 并具有路徑冗余功能。
寫緩存鏡像模塊提供對RAID卡緩存內(nèi)數(shù)據(jù)鏡像的功能，實時備份寫數(shù)據(jù)到 另一片RAID卡的緩存中，保證寫數(shù)據(jù)的完整性。在RAID卡接替前者所做的工作時，
會造成由于前者故障導(dǎo)致緩存中沒有寫入磁盤的數(shù)據(jù)丟失。緩存鏡像就是解決雙 RAID卡服務(wù)器系統(tǒng)的兩片RAID卡之間切換時的緩存數(shù)據(jù)丟失的問題。
三、系統(tǒng)運行控制
服務(wù)器啟動進入操作系統(tǒng)后，根據(jù)關(guān)機前的狀態(tài)，進入一種工作模式 Active-Active or Active-Take over。在操作系統(tǒng)下，通過一個Active控制器(RAID 卡)對全部磁盤進行控制管理；與此同時，生成的磁盤配置信息通過SAS鏈路被同 步到另一塊磁盤控制器(RAID卡)中；另一塊控制器(RAID卡)會通過心跳監(jiān)控 處于Active狀態(tài)的磁盤控制器，并對它是否發(fā)生故障進行判別；兩片RAID卡還要 時刻保持緩存內(nèi)數(shù)據(jù)完全一致，以保證在一片RAID卡發(fā)生故障時，緩存數(shù)據(jù)可以 不丟失并被寫入磁盤。當(dāng)某一片Active RAID卡發(fā)生故障時，另一片RAID卡首先作 出判別，然后會接管系統(tǒng)硬盤，并將緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)刷入磁盤，最后全面接管工作， 對外提供服務(wù)。
權(quán)利要求
1、冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)，其特征在于，在傳統(tǒng)服務(wù)器應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，增加一塊HBA卡，即在服務(wù)器主板上插兩塊相同的HBA卡，每塊HBA卡都被認(rèn)為是相對獨立的，每一塊HBA卡均能與其它所有部件組成一個完整的系統(tǒng)，兩塊HBA卡構(gòu)成了兩個互為冗余，互為備份的系統(tǒng)，具體步驟如下系統(tǒng)硬件的設(shè)置1)選用雙端口的SAS硬盤或使用SATA硬盤通過接口轉(zhuǎn)換成SAS硬盤，轉(zhuǎn)換用的接口芯片或適配器選用LSI SS1300芯片，通過該芯片將一個SATA接口模擬成SAS接口，同時被兩個HBA卡識別到；2)作為連接HBA卡和硬盤的橋梁，針對HBA卡，背板必須提供兩組接口，要支持更多的硬盤，背板上要提供磁盤擴展芯片SAS Expander，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有兩個HBA卡時，背板上SAS Expander芯片的數(shù)量也必須是兩個，無論是否通過Expander進行擴展，兩組SAS接口之間必須提供連接鏈路，以使兩個HBA卡通過該鏈路相互通信，這對于兩個HBA卡互不沖突的協(xié)調(diào)工作是必須的；系統(tǒng)軟件的設(shè)置采用高效穩(wěn)定的基于2.6內(nèi)核的Linux作為操作系統(tǒng)，實現(xiàn)冗余功能的大多數(shù)功能模塊都通過開源實現(xiàn)，并在開源的基礎(chǔ)上進行修改和完善，軟件系統(tǒng)在各個層面設(shè)計加入了高可用組件，在管理層面，高可用組件提供了控制管理同步功能；在應(yīng)用層面，提供了配置同步模塊，實現(xiàn)對控制器配置的協(xié)調(diào)一致，心跳模塊實現(xiàn)控制器的無縫切換；在內(nèi)核層，提供緩存鏡像模塊，保證應(yīng)用數(shù)據(jù)的一致性、完整性；1)控制管理同步用戶對任意HBA卡的操作，實現(xiàn)對整個磁盤系統(tǒng)的控制，從管理層面對兩控制器進行協(xié)調(diào)控制；2)配置同步模塊在該服務(wù)器系統(tǒng)中，每一個控制器的配置和狀態(tài)信息變化都會即時同步到另一個控制器，避免單一控制器失效丟失配置及運行信息，為高可用系統(tǒng)的運行提供保障；3)配置傳輸采用CRC校驗或者MD5校驗方式，確保配置信息的完整性和正確性；4)心跳模塊支持Active-Take over、Active-Active兩種模式，當(dāng)其中的一塊RAID卡失效的時候，系統(tǒng)無縫切換到另一個HBA卡，并實時接管失效HBA卡運行的服務(wù)，避免單一HBA卡失效所引起的存儲服務(wù)故障；其中Active-Take over模式正常情況下，只有一片HBA卡對外提供服務(wù)，另一片HBA卡處于熱備狀態(tài)，當(dāng)Active的RAID卡失效的時候，熱備HBA卡自動接管，并提供I/O服務(wù)；Active-Active模式兩塊HBA卡同時提供I/O服務(wù)，互為熱備，提高系統(tǒng)帶寬，并具有路徑冗余功能；5)寫緩存鏡像模塊提供對HBA卡緩存內(nèi)數(shù)據(jù)鏡像的功能，實時備份寫數(shù)據(jù)到另一片HBA卡的緩存中，保證寫數(shù)據(jù)的完整性，在HBA卡接替前者所做的工作時，會造成由于前者故障導(dǎo)致緩存中沒有寫入磁盤的數(shù)據(jù)丟失，緩存鏡像就是解決雙HBA卡服務(wù)器系統(tǒng)的兩片HBA卡之間切換時的緩存數(shù)據(jù)丟失的問題；系統(tǒng)運行控制服務(wù)器啟動進入操作系統(tǒng)后，根據(jù)關(guān)機前的狀態(tài)，進入一種工作模式Active-Active or Active-Take over，在操作系統(tǒng)下，通過一個HBA卡對全部磁盤進行控制管理；與此同時，生成的磁盤配置信息通過SAS鏈路被同步到另一塊磁盤控制器HBA卡中；另一塊控制器HBA卡會通過心跳監(jiān)控處于Active狀態(tài)的磁盤控制器，并對它是否發(fā)生故障進行判別；兩片HBA卡還要時刻保持緩存內(nèi)數(shù)據(jù)完全一致，以保證在一片HBA卡發(fā)生故障時，緩存數(shù)據(jù)不丟失并被寫入磁盤，當(dāng)某一片ActiveHBA卡發(fā)生故障時，另一片HBA卡首先作出判別，然后會接管系統(tǒng)硬盤，并將緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)刷入磁盤，最后全面接管工作，對外提供服務(wù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種冗余磁盤控制服務(wù)器系統(tǒng)，是在傳統(tǒng)服務(wù)器應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，增加一塊HBA卡，即在服務(wù)器主板上插兩塊相同的HBA卡，每塊HBA卡都被認(rèn)為是相對獨立的，每一塊HBA卡均能與其它所有部件組成一個完整的系統(tǒng)，兩塊HBA卡構(gòu)成了兩個互為冗余，互為備份的系統(tǒng)，本發(fā)明的系統(tǒng)好現(xiàn)有技術(shù)相比能夠很好適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增加，減少服務(wù)器的故障幾率，還可以實現(xiàn)兩個磁盤控制器的負(fù)載均衡，以達到提高數(shù)據(jù)帶寬的目的。
文檔編號G06F3/06GK101488077SQ20091001419
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者強 張, 李瑞東 申請人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司