学校数据中心存储系统的设计

班级：07级计算机与技术2班 姓名：xx 学号：2007004102xx

摘要：存储系统作为数据的载体，是高校信息化设施的重要系统。针对高校业务特点以及存储系统的技术发展，提出高校数据中心的存储系统的规划设计和建设思路。

关键词：数据中心；集中存储；D2D；应用系统；灾难备份

1 概述

伴随着信息化建设的深入，高校信息化的应用系统构架和数据存放模式也逐渐发生着变化，正在向着海量存储，集中管理的数据中心模式转变。数据中心IDC是数据运算／交换／存储的中心，通过IDC实现对用户的数据、应用程序、物理构架的全面整合和集中管理。在信息社会的今天，存储系统作为数据的载体，其重要性也越来越大，甚至成为决定高校信息化系统建设成败的关键因素，所以，数据中心建设要周密考虑存储系统的规划方案和建设思路。

高校数据中心包含邮件服务、门户网站、FTP、VOD、办公系统、一卡通系统等多种应用，还需要为教育系统内其他部门提供服务器托管业务，满足存储空间的扩展需求。除海量数据以外，数据中心还拥有20～30台服务器，属于典型的多服务器集中，海量数据存储的环境。高校信息化数据中心往往运用多套应用系统，为了提高存储设备的应用效率降低整体拥有成本，需要建设集中的存储系统，搭建性能优异、经济高效、方便管理、扩展性强的存储平台,需要建立数据备份机制，保障办公系统、基础数据信息、电子资源、邮件系统的数据安全。此外应用系统的保护和快速恢复、灾难备份也是关注的重点。如图1-1，一个中等规模数据中心的数据需求如表。

图1-1数据中心日常业务表2 数据中心存储系统需求分析

（1）具备极高的安全性存储系统采用的是应用与数据分离的方式和结构，因此，系统必须考虑如何保障应用服务器与存储系统之间的连接和访问的安全性。

（2）具有先进的体系结构，易于扩充采用先进、成熟的技术，使存储系统整体上具有较快的响应速度和更高的数据带宽，可以长时间承受大量用户极高频率和速度的访问，同时，还必须保障系统具有良好的架构，产品具备良好的扩充性。

（3）具有运行稳定，关键应用无单点故障的特点图书馆所有应用数据及全校的应用数据集中后，数据的安全性和稳定性非常重要，因此，存储系统应考虑冗余配置，减少单点故障，使其能够支持对图书馆所有应用眼务器的不问断访问。

（4）具有较高的性价比采用优良的系统设计及多种存储架构，并充分考虑到存储系统的性能、价格、使用寿命以及系统投产后的后续成本等因素，以满足未来数年图书馆网络及校园网对存储容量及性能的要求。

（5）具备良好的兼容性存储系统应能够同网络及主流的操作系统、主流的服务器平台、数据库系统、应用软件较好

地结合，并保证应用系统在升级后能够进行平稳的数据迁移及系统过渡。

（6）具有高可用性保障存储系统应能实现可靠的系统备份和重要历史数据的有效归档及恢复，为应用系统提供高可用性保障。通过使用可靠、便捷、功能强大的管理软件，实现数据自动化存储，减少对人工

干预的依赖。

3 存储系统的原理和技术

3.1 常用的海量信息存储系统模式

随着信息数据成几何级数增长，海量信息的出现对数据的存储、访问、共享、备份等提出了更高、更多的要求。信息数据的存储方式从最初的直接存储，到光盘、光盘塔、光盘库存储，再到后来的磁盘阵列存储，其随数据量的增长而不断发展的速度非常之快，然而，单一的盘阵如今已不能很好地满足海量数据存储的需求了。图书馆因所收藏的信息资源量大，数字资源多而对此感受尤深。

因此，各种基于海量数据存储的新型存储构架模式应运而生，如近两年在IT界颇受关注和重视的SAN、NAS及DAS存储模式就是能较好地满足海量信息存储需求的先进存储模式，自然也是我们优先选择的对象。

3.1.1 DAS存储

DAS存储(direct attached storage，直接附加存储，或称“直连存储”)是将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接在各种服务器或客户端扩展接口下的存储方式。这种存储方式通常也能存储一定数量的信息数据，但其数据的共享具有很大的局限性，服务器无法扩展为更大的集群，在数据访问速度和存储系统的扩展上，较难形成大规模集群存储的能力，比较适合于存储数量少、扩展较慢的核心数据口。

3.1.2 NAS存储

NAS存储(network attachment storage，网络附加存储)是一个有很大存储容量的设备，通过集线器(hub)或交换机(switch)直接连在网络上，并直接通过网络存取数据，实现海量数据的网络共享。NAS由核心处理器、文件服务管理工具、一个或多个硬盘驱动器组成，可以应用在任何网络环境中。NAS具有磁盘阵列存储的高容量、高效能以及能保证数据完整性的RAID功能等主要特征，还具有磁盘空间扩展

简单、管理方便的特点，它使磁盘空间的扩展如同在网络上添加了打印机一样简单方便。它通过标准的网络拓扑结构连接存储设备，无需服务器直接上网，不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化微内核操作系统(如嵌入式Linux系统，和优化的文件系统，内置了与网络连接所需的协议，使其更适于文件存储；对硬件也进行了优化，因此使整个系统的管理和设置较为简单。NAS是真正即插即用的产品，物理位置灵活，可放置在工作组内，也可

放在其他地点与网络连接，提供方便快捷的存储服务，因而，具有更高的性能价格比。但它也有一定的局限性，比如：由于NAS是基于网络的存储系统，当网

络中的存储介质增多时，存储／访问数据时可能会“争先恐后”，如果再受到网络带宽的，就会影响其速度，从而降低存储系统的性能；而当它占用大量网络流量时，也会影响校园网络的性能，等等。此外，作为文件级的存储方式，NAS采用NFS、CIFS等网络文件协议，而不是块协议或数据库协议，从而不能支持数据库服务。

总之，NAS比较适用于存储容量需求大而对传输速度要求不高的数据，而不太适合关键数据或事务的应用。

3.1.3 SAN存储

SAN存储(storage area network，存储区域网)是于服务器网络系统之外的高速存储网络，这种网络采用高速的光纤通道作为传输媒体，专用于存储，不占用服务器运算处理的网络带宽，通常由RAID阵列、带库、光盘库和光纤交换机组成。SAN和服务器之间的的通信访问通过FC+SCSI应用协议进行，数据则以数据块的形式被访问，将存储子系统网络化，实现真正的高速共享存储。SAN消除了服务器的许多I／0处理瓶颈，适合海量数据传输、实时数据处理。此外，SAN全面突破了传统存储技术的局限性，将网络管理的概念引入到存储管理中，将存储技术带入了一片全新的天地。SAN技术面向大容量数据多服务器的高速处理，包括高速访问、安全存储、数据共享、数据备份、数据迁移、容灾恢复等各个层面，与其他的存储模式相比，它具有明显优势：

·基于千兆位的高速高效存储带宽，更适合海量数据高速处理的要求。

·完善的存储网络管理机制，能对所有存储设备，如磁盘阵列、磁带库等进行灵活管理及在线监测。

·将存储设备与主机的点对点的简单附属关系升华为全局多主机动态共享模式。

·可实现LANfree，数据的传输、复制、迁移、备份等均可在SAN网内高速进行，不需占用WAN／LAN的网络资源。

·无限的动态平滑扩容能力。·兼容以前的各种SCSI存储设备。

· 灵活的网络体系结构，包括点对点、FC—AL仲裁环、Fabric交

换网等各种连接方式。

但SAN是一个面向存储的网络，任何需要访问SAN中存储设备的主机都要接入该网络中，如果有大量客户系统需

接入SAN网络，其系统的管理难度和设备高昂的造价就会成为一个突出的问题。比较SAN(block level)和NAS(file level)的技术特点、应用场合和优缺点的差异，业内人士提出了一种兼具NAS和SAN优点的网络存储模式，并采用存储的虚拟化技术作为融合这两种存储网络的重要手段。

3.2 磁盘到磁盘(D2D)备份解决方案

传统的备份方式一般使用磁带作为数据备份的介质。但存在磁带读写性能差、备份恢复时间长、容易受潮发霉、故障率高、磁带故障无法及时发现等问题，D2D(磁盘到磁盘)备份解决方案采用备份软件+冗余磁盘阵列的方式取代传统的备份软件+磁带库的备份方式。不仅有效的提高了备份效率，而且磁盘阵列的冗余技术保护了数据的可靠性和安全性，已经逐渐成为数据备份的主流。

高校网络的应用系统一般分散在网络中心、图书馆、财务处、教务处等不同的地方，缺乏统一的数据保护机制。基于IP技术的存储系统能够和备份软件紧密结合，充分利用现有的网络，实现分散应用的集中备份。只需将存储产品和备份软件配合部署，在需要备份的服务器上安装代理软件，就能够通过现有的网络实现D2D(磁盘到磁盘)的备份。

3.3 应用系统保护和恢复

高校网络大量的应用都处在单机运行的状态下，如WEB、VOD等，没有应用系统的保护手段，一旦出现故障，就会导致服务器宕机，应用长时间停顿。

应用系统保护／恢复解决方案通过在每台主机或者PC上安装一套Disksafe数据复制软件，将主机操作系统、应用软件和环境设置等系统信息直接复制到部署的存储系统上，实现应用系统的备份。如果系统停机，只要通过一张Recover CD(恢复光盘)就能够迅速完成应用系统的恢复，而不需要人工逐一安装恢复操作系统、应用软件和环境设置。如果服务器上配置了iSCSI HBA卡，就能够实现远程启动，应用恢复的时间进一步缩短。

3.4 数据远程灾难备份

为保障数据中心的信息安全，数据远程容灾备份必不可少。为符合

高校数据存储的要求和数据保护技术发展的趋势，数据远程灾难备份采用基于IP标准化的块增量复制技术实现在现有网络上的数据异地存储，利用TimeMark技术切实保护数据的安全性和快速恢复。通过在数据中心与灾难备份中心之间对关键业务数据进行策略性增量复制，实现数据的异地备份，并在发生意外灾难时对数据进行快速恢复，确保数据中心的业务持续性。

4 数据中心存储系统方案设计

依据以上以分析的数据中心存储系统的相关技术，对假定高校的数据中心进行系统方案设计。

4.1 校园网络使用拓扑图

如图4-1，为黄石理工学院的校园网络拓扑图。要求对网络中心和信息中心的数据存储系统进行方案设计。

图4-1黄石理工学院校园网拓扑图

4.2 设计原则

（1）先进性要求选择先进的存储技术和存储设备，以保证其今后数年的技术先进性；整个系统的有效应用周期应尽可能长，使系统建成

后能在较长的一段时间内满足增长的需求，并在开始应用更新的技术时，存储系统能便利、无障碍地升级。

（2）通用性要求所选存储设备具有较高的通用性，具有前向和后向的兼容性；支持系统今后的扩充；支持多种操

作系统和多媒体网络应用软件；支持Windows、UNIX、Mac、Linux和NetWare等不同操作系统。

（3）安全性要求系统性能稳定，容错能力强，操作、管理、维护简单，具有良好的安全性；系统应保障关键应用的连续不中断(如ILAS、WEB、借阅证卡管理数据等；提供多种有效可行的措施，保护数据安全；当发生意外情况时，能够及时启动备用存储设备，使系统能继续平稳、正常地运行；制定严密的数据备份方案和技术保障措施，当系统出现故障时，数据能得到及时恢复。

（4）灵活性要求系统配置灵活，备用和可选方案多，能够随着内部和外部应用环境的改变而进行相应的调整，使整个系统具有较强的升级能力和可扩展性，适应技术发展的需要。

（5）可管理性要求整个系统可以通过完善的控制进行管理和监控，能对系统实现实时监控和维护。

（6）投资保护性理想的设计是，现在的存储设备在将来系统升级时能够平滑地接人新的系统，保证前期投资的效益。

4.3 设计方案

根据上述分析，为建设好学校系统的综合信息平台，必须抓紧抓好校园网络数据中心的建设，即对现有信息系统进行资源整合与统一管理。

主要目标有4个方面：一是搭建SAN存储区域网络，解决未来扩展问题；二是优化备份方式，提高数据保护级别；三是建设核心存储平台，为所有应用系统提供统一存储，拟将各个应用系统数据逐步迁移到新建核心存储平台；

四是整合DAS存储、FC SAN、IP SAN，建设基于以太网技术的统一存储资源池。如图4-2黄石理工学院数据中心存储系统拓扑图。

图4-2 黄石理工学院存储系统拓扑图

方案设计整体采用SAN架构，从设备扩展性、技术标准型、数据流动性考虑，采用IP SAN设备较为合适。

校数据中心使用双控制器、万兆主机接口存储、缓存32 GB，15000转高速硬盘等，以确保在线业务的性能需求，也保障数年内数据量增长而存储设备不会成为性能的瓶颈。省级数据中心存储备份设备性能可略低于在线存储设备，这样既保证了在线设备中断时，备份设备接管业务整体性能不会大幅下降，又可控制建设成本。对存放在存储设备上的数据卷，拟采用业界最佳的CDP连续保护方案，设备自带保护功能。

这种设计使得备份动作既不会占用应用系统的硬件资源，又可以做到更快、更便捷地针对数据软灾难进行有效的保护。各二级学院则采用低端存储设备进行本地数据的存储，通过广域网集中备份到省级数据中心形成统一管理、统一灾备的架构。这种开放式的标准构架，既方便管理维护，又利于后续扩容和节点增加。此外，使用集中备份也可大大节省备份设备的建设和管理成本。

该建设方案具有5个方面的特色：一是通过搭建SAN存储网络，将原

有直联应用方式改造成先进的SAN架构，使得计算与存储分离。二是通过IV5680虚拟化管理平台，整合DAS存储、FC SAN、1PSAN，建设统一的存储资源池，兼容

最先进的存储技术，而未来存储空间可以选用各类存储进行空间扩展，虚拟化整合后的资源池将为各市级党校校园网的接入做好准备。三是通过采用IX3620万兆存储构建核心大容量、高性能存储平台；系统双主控，后端采用冗余SAS架构，具有高达72GB交换背板，前端提供10GB主机接口，比传统模式快2．5倍。四是原有的一卡通等系统由于涉及关键业务，而且目前系统数据量虽小但可靠性要求高，将通过DiskSafe功能软件、CDP连续数据保护功能，将原有数据实时备份到统一存储资源池，实现更高级别的数据保护。一旦原有服务器系统出现故障或到产品生命终点，即可平滑切换到Ix3620万兆核心存储平台，实现硬件设备的平滑升级。五是为实现广西各市党校系统接入省局点，所有据点可以选用基于IP远程复制技，也可以选用基于DiskSafe技术，将本地数据共享到广西区委党校统一存储资源平台，最终实现广西各级党校数据资源共享，核心数据多点备份。

整体设计方案可以达到3个预期效果：一是系统架构模块化，硬件资源化。服务及应用资源、存储资源都形成各自模块，实现硬件资源化，今后可以根据需要对各个模块按需扩展。避免浪费。二是有效整合系统，降低管理难度。不同时期安装的存储设备均可以整合到现有统一存储池中，通过虚拟化管理平台就可以完成存储空间管理和相应数据备份工作，可极大地降低系统的管理难度。三是关键业务数据CDP连续数据保护，消除数据安全隐患。

5 小结

数据中心作为高校信息化数据存储和枢纽中心，拥有最核心、最霞要的地位。从全国高校信息化建设情况来看，目前多数学校的信息化建设正处于基础网络建设已经完成，应用系统正在构建这样一个进程，数据中心设施的整合、架构已经成为高校的一个主要建设任务，建设先进的技术、开放的结构、高性价比，高可靠性，能最大化的满足业务发展需求的数据中心，是当今高校信息化建设中又一重要任务。

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