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統(tǒng)一存儲(chǔ)解決方案

需求：

一體化存儲(chǔ)，同時(shí)支持媒資應(yīng)用，虛擬化應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用以及對(duì)象存儲(chǔ)歸檔業(yè)務(wù)。具體要求如下：

? 提供200TB左右的空間用于媒資文件存儲(chǔ)（CIFS）

? 提供30TB左右的空間用于NFS虛擬化應(yīng)用

? 通過FC-SAN方式，提供5TB空間用于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用

? 對(duì)象歸檔應(yīng)用容量分別為5PB，10PB和15PB

系統(tǒng)規(guī)劃：

為避免煙囪式的存儲(chǔ)模式，將各類存儲(chǔ)應(yīng)用納入到一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)平臺(tái)下來進(jìn)行管理。本案中采用可橫向擴(kuò)展的全對(duì)稱架構(gòu)的分布式存儲(chǔ)集群解決方案。集群結(jié)構(gòu)圖如圖-1所示：

圖-1

系統(tǒng)中的每個(gè)物理節(jié)點(diǎn)均為等價(jià)節(jié)點(diǎn)，包含對(duì)象存儲(chǔ)設(shè)備（OSD）模塊和存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)（GW）模塊。其中OSD模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)，GW模塊提供各種標(biāo)準(zhǔn)接口供客戶端訪問，包括有：Amazon S3接口，NAS訪問接口以及iSCSI/FC SAN接口。所有節(jié)點(diǎn)均為等價(jià)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)存儲(chǔ)集群沒有單點(diǎn)故障。且所有的存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)也構(gòu)建成一個(gè)集群，客戶端可以從任意一個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)接入存儲(chǔ)，并可訪問存儲(chǔ)集群中各節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)。

考慮到本案存儲(chǔ)空間需求巨大，設(shè)備節(jié)點(diǎn)均采用4U 72盤位的高密度存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行構(gòu)建。每臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器中配備不同型號(hào)的磁盤，通過存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，依據(jù)不同應(yīng)用的特性，將底層磁盤劃分為不同的存儲(chǔ)資源池，提供給不同的業(yè)務(wù)使用。同時(shí)所有的存儲(chǔ)資源均可通過任一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上的Web控制臺(tái)進(jìn)行管理。

存儲(chǔ)池規(guī)劃：

圖-2

本方案采用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，將底層存儲(chǔ)資源按照應(yīng)用需求，規(guī)劃為不同的存儲(chǔ)資源池，其規(guī)劃示意圖如圖-2所示。為響應(yīng)不同業(yè)務(wù)需求，每臺(tái)物理節(jié)點(diǎn)均配置有不同性能的存儲(chǔ)介質(zhì)，包括SSD固態(tài)盤，高轉(zhuǎn)速SAS盤以及大容量SATA盤等。通過軟件定義的方式，將大容量存儲(chǔ)介質(zhì)配置為歸檔存儲(chǔ)池，將高性能存儲(chǔ)介質(zhì)配置為在線或近線業(yè)務(wù)存儲(chǔ)池。本案中，針對(duì)不同業(yè)務(wù)的規(guī)劃方案如下：

? 針對(duì)歸檔業(yè)務(wù)，將每臺(tái)設(shè)備上的所有大容量SATA盤構(gòu)建成一個(gè)S3對(duì)象存儲(chǔ)池，歸檔服務(wù)器通過S3接口，直接存儲(chǔ)歸檔文件

? 針對(duì)DB業(yè)務(wù)，規(guī)劃部分節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建DB存儲(chǔ)池，該存儲(chǔ)池由各節(jié)點(diǎn)中的SSD固態(tài)盤加高轉(zhuǎn)速SAS盤構(gòu)建而成，提供DB應(yīng)用需要的高IOPS和低延時(shí)特性

? 針對(duì)虛擬化業(yè)務(wù)，可規(guī)劃部分節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建NFS存儲(chǔ)池，該存儲(chǔ)池通過SSD固態(tài)盤加SATA盤構(gòu)建出高IOPS的存儲(chǔ)池，確保虛擬化應(yīng)用的性能

? 針對(duì)媒資業(yè)務(wù)，可規(guī)劃部分節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建CIFS存儲(chǔ)池，該存儲(chǔ)池可采用SAS盤或SSD固態(tài)盤加大容量SATA盤，提供業(yè)務(wù)所需的高帶寬，低延時(shí)需求

數(shù)據(jù)安全性規(guī)劃：

對(duì)于數(shù)據(jù)安全性，本案從兩個(gè)維度進(jìn)行數(shù)據(jù)安全性規(guī)劃。

? 從單臺(tái)物理設(shè)備的數(shù)據(jù)安全維度，每個(gè)存儲(chǔ)池中的磁盤，通過RAID冗余方式，確保單塊磁盤故障不會(huì)影響影響節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)訪問

? 從集群的數(shù)據(jù)安全維度，兼顧效率和成本因素，本案中采用副本和糾刪碼機(jī)制并存的方式對(duì)集群數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

? 針對(duì)在線和近線業(yè)務(wù)，包括DB，虛擬化以及媒資業(yè)務(wù)，采用多副本機(jī)制進(jìn)行保護(hù)，可提供足夠的訪問性能。本方案中副本數(shù)可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從2副本到10副本不等，用戶可針對(duì)不同業(yè)務(wù)為其配置不同的安全級(jí)別；副本數(shù)調(diào)解時(shí)，不會(huì)中斷任何正在運(yùn)行的業(yè)務(wù)。本方案的默認(rèn)副本數(shù)為3，即任意兩臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障下線均可確保數(shù)據(jù)安全不丟失。

? 針對(duì)離線業(yè)務(wù)，主要是S3對(duì)象存儲(chǔ)歸檔業(yè)務(wù)，采用糾刪碼技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，糾刪碼技術(shù)是一種類似節(jié)點(diǎn)間RAID的技術(shù)，其技術(shù)原理如下：

圖-3

通過編碼矩陣將數(shù)據(jù)D進(jìn)行編碼，假設(shè)D1,D2,…Dn是存儲(chǔ)于n個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，編碼后生成n個(gè)數(shù)據(jù)和m個(gè)校驗(yàn)和。任何小于等于m個(gè)數(shù)據(jù)丟失后，可通過剩余的數(shù)據(jù)乘以編碼矩陣的逆矩陣來計(jì)算獲得原始數(shù)據(jù)。因此對(duì)于有n個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)集群而言，原始數(shù)據(jù)僅需保存一份，并通過就刪碼的方式額外保存m個(gè)校驗(yàn)碼，即可確保在損壞節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過m個(gè)節(jié)點(diǎn)的前提下，確保數(shù)據(jù)的安全性。而整體的存儲(chǔ)空間容量就是m+n個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果是副本機(jī)制要達(dá)到同樣的安全級(jí)別，節(jié)點(diǎn)數(shù)需要達(dá)到m*n個(gè)，因此針對(duì)大容量，冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，糾刪碼是一個(gè)非常有效的節(jié)約成本的存儲(chǔ)方案。本案中將采用N+2的糾刪碼方案，確保任意損壞兩臺(tái)物理節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)依然可確保安全。

高可用性規(guī)劃：

作為分布式存儲(chǔ)集群來說，需要處理各種異常情況來確保存儲(chǔ)的持續(xù)可用。本方案中針對(duì)以下幾類異常情況，分別給出高可用方案。

? 網(wǎng)絡(luò)故障：分布式存儲(chǔ)集群的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互相連接，在一個(gè)較大規(guī)模的分布式存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)往往會(huì)變成一個(gè)單點(diǎn)故障點(diǎn)。本方案采用網(wǎng)絡(luò)冗余策略，確保任意一臺(tái)交換機(jī)掉電或者宕機(jī)時(shí)，存儲(chǔ)集群依舊可以對(duì)外提供服務(wù)。部署拓?fù)鋱D如下：

圖-4

? 存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)故障：

存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)故障可分為存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)OS故障和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)故障。

? 針對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)OS故障而數(shù)據(jù)并未損壞的場(chǎng)景，客戶僅需重新安裝存儲(chǔ)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的OS，通過導(dǎo)入配置并執(zhí)行恢復(fù)腳本，即可將節(jié)點(diǎn)重新加入到集群中，不會(huì)引發(fā)大量的數(shù)據(jù)遷移動(dòng)作。

? 針對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)故障，集群會(huì)自動(dòng)偵測(cè)到故障點(diǎn)，對(duì)于多副本的存儲(chǔ)池，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行自我修復(fù)，將故障節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)復(fù)制到健康節(jié)點(diǎn)中，確保數(shù)據(jù)最終的副本數(shù)和預(yù)先配置的副本數(shù)一致，其過程如下圖所示：

圖-5

左圖中是集群自動(dòng)偵測(cè)到某個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障，右圖中顯示該節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)被自動(dòng)重新分布到別的健康的節(jié)點(diǎn)中。

? 存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)故障：

基于系統(tǒng)架構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都可以開啟存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)功能。每個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)都可以訪問底層所有的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)之間也形成了一個(gè)集群。雖然應(yīng)用服務(wù)器或客戶端在某一時(shí)刻是通過某個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)來訪問存儲(chǔ)資源，但即使是該存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)問題時(shí)，存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)集群通過IP漂移技術(shù)，依舊可以由其他的存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)接管故障存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)，而作為應(yīng)用服務(wù)器和客戶端，無需修改和重新配置就可無縫遷移到健康的存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)上繼續(xù)訪問存儲(chǔ)集群。

圖-6

存儲(chǔ)資源池容量規(guī)劃：

根據(jù)需求可知，DB、NFS以及CIFS應(yīng)用需求比較固定，而S3歸檔業(yè)務(wù)的空間容量會(huì)有所不同。因此針對(duì)S3歸檔業(yè)務(wù)的容量，分別規(guī)劃出集群節(jié)點(diǎn)數(shù)和各存儲(chǔ)資源池容量如下：

? 5PB歸檔容量場(chǎng)景

節(jié)點(diǎn)編號(hào) 存儲(chǔ)資源池類型 磁盤數(shù)量 RAID規(guī)格 副本規(guī)格 實(shí)際可用容量

1 - 6 DB存儲(chǔ)池 SSD + 6*900GB SAS RAID10 3副本 5.4TB

7 - 12 NFS存儲(chǔ)池 SSD + 6*6TB SATA RAID10 3副本 36TB

1 - 12 CIFS存儲(chǔ)池 SSD + 7*6TB SATA RAID5 3副本 72TB

13 - 20 CIFS存儲(chǔ)池 2 * (SSD + 7*6TB SATA) RAID5*2 3副本 144TB

1 - 20 S3歸檔存儲(chǔ)池 3 * 18*6TB RAID5*3 N+2糾刪碼 5508TB

合計(jì)：DB: 5.4TB

NFS：36TB

CIFS：288TB

S3歸檔：5508 TB

總結(jié)點(diǎn)數(shù)：20

? 10PB歸檔容量場(chǎng)景

節(jié)點(diǎn)編號(hào) 存儲(chǔ)資源池類型 磁盤數(shù)量 RAID規(guī)格 副本規(guī)格 實(shí)際可用容量

1 - 5 DB存儲(chǔ)池 SSD + 8*900GB SAS RAID10 3副本 6TB

6 - 11 NFS存儲(chǔ)池 SSD + 9*3TB SATA RAID5 3副本 48TB

12 - 32 CIFS存儲(chǔ)池 SSD + 9*6TB SATA RAID5 3副本 336TB

1 - 32 S3歸檔存儲(chǔ)池 4 * 15*6TB RAID5*4 糾刪碼 10080TB

總節(jié)點(diǎn)數(shù)：32

? 15PB歸檔容量場(chǎng)景

節(jié)點(diǎn)編號(hào) 存儲(chǔ)資源池類型 磁盤數(shù)量 RAID規(guī)格 副本規(guī)格 實(shí)際可用容量

1 - 7 DB存儲(chǔ)池 SSD + 7*600GB SAS RAID5 3副本 8.4TB

8 - 17 NFS存儲(chǔ)池 SSD + 7*2TB SATA RAID5 3副本 36TB

18 - 47 CIFS存儲(chǔ)池 SSD + 7*4TB SATA RAID5 3副本 225TB

1 - 47 S3歸檔存儲(chǔ)池 5 * 13*6TB RAID5*5 糾刪碼 16200TB

總節(jié)點(diǎn)數(shù)：47