电网公司双活存储技术应用研究

 0 引言

随着国家电网公司信息化建设的快速发展,电网公司赖以正常运转的重要数据信息越来越多,且这些数据越来越集中于电网公司的单一数据存储系统中。若单一数据存储系统发生故障,对电网公司以及用电用户造成的损失将无法估量^[1]。因此,为了保证电网公司的安全运转,非常有必要进行数据的容灾建设。考虑到传统数据存储系统的主、备建设模式运维性价比较为可观,因此本文将研究重点放在其“升级版”——虚拟化存储双活技术应用上^[2]。

采用电网双活数据存储系统的原因主要有以下2个方面：一是用电用户对双数据存储系统的数据时效性和一致性有较高要求,显而易见,在切换数据存储系统时,电网数据的时效性或者一致性必然会有损失,将会对电网公司或用电用户造成损失;二是电网公司现有的数据存储系统进行双活存储模式改造的难易程度^[3]。本文以Huawei存储虚拟化网关VIS设备为例,进行电网公司“双活存储”技术的应用
研究。

 1 双活存储技术概述

目前来看,实现电网数据双活存储的关键是改变数据存储与复制的方式。由于现有的数据存储与复制大多都采用一个作为主存储、另一个作为备存储的方式,当数据由主存储传向备存储进行复制时,无法实现主、备存储系统的主机同时或在极小时延内对各自系统内数据进行读写操作,在灾难事件发生后会有备份数据以较大时延重新启用的过程,无法做到在可接受时延内的容灾切换^[4-5]。随着云计算、云存储等相关技术的发展,通过虚拟化存储技术可以将存储数据虚拟成一份逻辑数据供主、备存储系统主机同时访问修改,进而建成跨存储系统集群,实现电网数据存储的真正“双活”^[6]。以VIS设备的虚拟化存储为例,虚拟化存储的逻辑架构如图1
所示。

为了进一步保障电网公司数据系统的稳定性与可用性,提高电力公司运营生产的安全级别,本文研究对目前的电网公司数据系统进行虚拟化存储整合,探讨双活存储系统的可行性与实用性,保证电力业务所使用的主、备双活数据存储系统在即使有一台存储设备出现故障时也会在可接受的时延内立即恢复,不会出现业务停顿,从而保障电力生产,大幅提升电网公司存储系统的抗风险
能力。

图1 虚拟化存储的逻辑架构Fig.1 Logic architecture of virtualized storage

 2 双活存储分析

整理目前电网数据存储系统的数据,发现现有的备份到存储设备中的电网数据备份集存在各种各样的问题,导致相当一部分备份集无法读取,这将严重影响整个电网数据存储系统的效用,进而可能影响到电网的安全稳定运行。因此,本文对某省电网存储系统进行重新建设整合,采用更为安全、高效的数据存储备份方式来保障电网运行安全^[7-8]。

2.1 设计目标

结合某电网公司数据存储系统的实际状况,考虑到电网公司正常运转、防灾容错等需求,对电网双活数据存储系统提出以下设计目标：

1）主备切换时间：<120 s;

2）平均无故障运行时间（MTBF）：>30 000 h;

3）数据存储备份正确率：>99.9%;

4）以太网误码率：<10^-5;

5）系统故障频率：不大于1次/年。

2.2 总体架构

结合以上设计目标,综合考虑存储系统现状,某电网公司双活存储系统总体架构如图2所示。

图2 存储系统总体架构Fig.2 Overall architecture of storage system

在图2中,在该省电网公司数据中心的存储域网络（Storage Area Network,SAN）中配置一套VIS设备作为存储虚拟化设备,将机房现有的Huawei OceanStor系列设备接入该存储虚拟化设备中,数据系统访问VIS上的卷便可存储或者读取数据,接入VIS的存储系统或设备可以互为镜像（双活）或者级联关系。通过备份软件及存储数据对电网数据进行本地和远程存储备份以及数据恢复^[9-10]。

总体架构设计方案的组成如下。

1）主存储系统—光纤交换机。由2台交换能力为8.8 Gbps的光纤以太网交换机组成光纤交换网络,为数据应用系统以及存储系统提供支持光纤协议的访问;2台光纤交换机冗余配置,保障交换网络可靠性。

2）主存储系统—主存储设备。在已有OceanStor设备基础上,配置另外一台OceanStor存储设备,与已有的OceanStor存储通过虚拟化存储进行本地数据保护,对外提供统一的访问接口;电网公司的重要数据都保存在这2台OceanStor设备上。

3）主存储系统—存储虚拟化。以配置的VIS作为存储虚拟化设备;数据应用系统不需要访问具体的存储系统,只需访问虚拟化存储设备;存储虚拟化的应用,能够使2个存储形成双活,同时兼容异构的存储系统,能够跨存储地对重要数据进行本地及远程保护,并统一访问、管理接口。

4）主存储系统—利旧存储。除了现有用来做“双活存储”的OceanStor设备外,如还有其他兼容VIS的SAN存储设备,通过VIS虚拟化功能可将这些旧存储设备加入到VIS虚拟化存储中,这些旧存储数据将作为存储资源池共享,以便日后使用。

5）主存储系统—备份技术。设备采用Huawei云操作系统FusionSphere备份技术,为所有存储系统提供数据备份功能,根据需要可进行全备或者部分备份;此外FusionSphere提供了LAN-Free备份功能,能够将目标数据通过SAN网络从存储设备直接写入虚拟带库,以此缩短备份时间,减小网络压力,提高备份效率。

6）备存储系统—备份存储。为了防止主存储机房遭受地震、洪水等灾害时数据丢失,保证备份数据的安全性,设计在距主存储机房相距较远的城市（远端）建设备份机房,备份一份数据在远端备存储系统中。主存储机房通过电网公司企业网向远端备份机房传输数据;为了提高备存储的速度并加强对备份存储的管理,在备存储系统中另外配置1台Huawei虚拟带库（Virtual Tape Library,VTL）设备,作为备存储设备;2台VTL设备之间复制经过滤重的电网数据,以此降低复制数据对网络的压力。

7）备存储系统—备份服务器。为了防止主存储系统中的备份服务器崩溃而无法恢复数据,在远端备份机房架设一套备份服务器,这台备份服务器仅在需要时启用,平时处于关机状态。

 3 双活存储功能

3.1 本地双活存储

数据应用系统通过虚拟化存储VIS设备访问存储数据,VIS不仅提供虚拟化存储功能,同时还对电网重要数据进行本地保护。

本地存储双活示意如图3所示,VIS通过镜像虚拟卷向数据应用系统提供访问路径。在后端,VIS镜像虚拟卷将数据写入2台独立的OceanStor存储设备中,以达到数据本地保护的目的。

图3 本地存储双活示意Fig.3 Active-Active local storage diagram

VIS可保障数据的可用性,当存储系统或VIS系统自身出现故障时,虚拟化存储仍可正常使用,且不会产生数据丢失的问题。

1）当2台存储设备OceanStor中的1台发生故障时,得益于VIS的镜像存储功能,2台存储之间是RAID1关系,能够保障系统正常运行,不需要停机。

2）当VIS系统自身出现故障时,根据VIS自身的设置,并不会修改存储系统的逻辑单元号（Logical Unit Number,LUN）的配置信息,即用户可以将任何一个存储设备的LUN直接加入到数据应用系统,保证数据应用系统正常运行^[11-12]。

3.2 主备双活存储系统

为保证备份数据的安全性,需在主存储系统远端搭建一套备存储系统,在主备系统之间进行存储双活配置。使用VIS进行双活数据存储系统建设,数据应用系统统一通过VIS的分布式虚拟卷访问主、备数据存储系统。主备存储系统双活示意如图4所示。

图4 主备存储系统双活示意Fig.4 Active-Active main and standby storage diagram

对于数据应用系统来说,访问虚拟卷时不必考虑实际的物理存储^[13-14]。

1）当数据应用系统写数据时,VIS自动将所写数据复制到远端的备存储系统,写数据与复制数据同步进行,确保电网数据的时效性与安全性;

2）当数据应用系统读数据时,VIS采用AccessAnywhere技术,数据应用系统只需访问最方便的一台存储系统,以此节省网络传输带宽;

3）当主存储系统故障时,VIS结合服务器的集群文件系统,采用Active-Active技术保证数据应用系统实时切换到备存储系统,无需人工操作,大大缩减了故障切换时间,确保电力系统的稳定性与高可用性。

3.3 存储系统利旧

VIS不仅可提供虚拟化存储的访问,同时也可以很容易地对存储系统进行扩展。当出现存储系统容量不足等情况时,可以通过VIS的虚拟卷将多个存储系统组成一个卷,供数据应用系统使用。通过这种级联方式,数据应用系统仍是直接访问VIS的虚拟卷便可读写数据,而VIS后端接入的多个旧存储系统只是作为存储资源池使用,从而实现更合理的资源分配^[15]。

同时将电网公司旧存储系统挂接到虚拟化存储VIS上,作为电网数据存储资源池,实现存储系统利旧。需要注意的是,挂接到VIS的电网旧数据存储系统需与VIS兼容。

3.4 本地数据备份与恢复

1）电网公司数据备份。通过备份软件平台对所有备份数据进行管理,并将数据备份到虚拟带库VTL中;通过备份服务器对数据备份集、备份磁盘、备份进程调度进行管理,备份服务器对所有写入的准备进行备份的数据进行滤重。

2