HDSVSP硬件體系架構(gòu)

-.z.HDSVSP硬件體系架構(gòu)時(shí)間:2013-12-191.VSP體系架構(gòu)VSP（HitachiVirtualStoragePlatform）基于第五代HitachiUniversalStarNetwork?光纖交換架構(gòu)，是唯一適用于所有數(shù)據(jù)類型、可進(jìn)行3D擴(kuò)展的存儲(chǔ)平臺(tái)。其獨(dú)有的存儲(chǔ)架構(gòu)可進(jìn)行靈活擴(kuò)展，以滿足性能和容量需求，并通過(guò)對(duì)多供應(yīng)商存儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行虛擬化，優(yōu)化存儲(chǔ)資產(chǎn)回報(bào)率。1.1第五代Hi-Star交換架構(gòu)擴(kuò)展性等方面全面超越目前業(yè)界已有的高端存儲(chǔ)系統(tǒng)，而且提供了全面的虛擬存儲(chǔ)解決方案，使異構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)互聯(lián)互通成為可能。2010年，HDS在成熟并且久經(jīng)市場(chǎng)考驗(yàn)，被廣大用戶認(rèn)可的USPV的基礎(chǔ)上，根據(jù)存儲(chǔ)科技發(fā)展的最新成果，推出了全新的VSP存儲(chǔ)系統(tǒng)。這種交換式結(jié)構(gòu)的技術(shù)是提供了“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”、“無(wú)阻塞”的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，如圖所示，在交換式架構(gòu)中，最重要的部件是交換矩陣中的緩存交換模塊（GSW）。通過(guò)GSW，主機(jī)接口控制器FED、數(shù)據(jù)Cache板、磁盤通道控制器BED和虛擬存儲(chǔ)導(dǎo)向器VSD連接在一起，數(shù)據(jù)Cache與前后兩端控制器之間都能夠構(gòu)成“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的連接，實(shí)現(xiàn)并發(fā)通道數(shù)量最大，數(shù)據(jù)通道利用率最高。存儲(chǔ)系統(tǒng)并發(fā)處理能力越高，就意味著可以處理更多的應(yīng)用系統(tǒng)讀寫請(qǐng)求，進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。而且，這種使用交換式的結(jié)構(gòu)，使HDSVSP磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)具有了良好的擴(kuò)展能力，前端的主機(jī)通道控制器、后端磁盤通道控制器、Cache都能夠在線的、靈活的進(jìn)行升級(jí)，從而降低了系統(tǒng)升級(jí)的投資。VSP可以配置單個(gè)或者最大兩個(gè)控制陣列，每個(gè)控制陣列可以配置一個(gè)控制柜和兩個(gè)磁盤擴(kuò)展柜?？刂乒癜粋€(gè)邏輯控制單元，承載了所有的本控制柜的所有控制卡（包括主機(jī)接口卡FED、磁盤控制卡BED、存卡DCA、集中處理卡VSD以及核心的緩存交換模塊GSW）；此外，控制柜還包含兩個(gè)磁盤擴(kuò)展單元。磁盤擴(kuò)展柜能夠裝載三個(gè)磁盤擴(kuò)展單元。VSP提供兩種類型的磁盤擴(kuò)展單元：支持最大128塊2.5”磁盤的小型磁盤擴(kuò)展單元SFF和支持最大80塊磁盤的3.5”的大型磁盤擴(kuò)展單元LFF。當(dāng)VSP滿配時(shí)使用兩個(gè)控制柜，兩個(gè)控制柜之間直接基于GSW進(jìn)行互聯(lián)，形成一個(gè)單一的存儲(chǔ)平臺(tái)。1.2虛擬存儲(chǔ)導(dǎo)向器VSD在第五代交換式體系架構(gòu)中，在分布式體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，VSP增加了虛擬存儲(chǔ)導(dǎo)向器VSD，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)VSP存儲(chǔ)上IO讀寫任務(wù)的統(tǒng)一調(diào)度和部署。虛擬存儲(chǔ)導(dǎo)向器VSD結(jié)構(gòu)示意圖VSP的每個(gè)控制柜可以安裝兩塊或者最大四塊VSD，每個(gè)VSD上安裝有一個(gè)主頻2.33GHz的四核CPU和12MB的板上L2緩存，這些CPU取代了傳統(tǒng)的位于前端主機(jī)接口卡和后端磁盤控制卡的CPU，承擔(dān)了VSP的主要I/O的運(yùn)算和處理，包括：分配給此VSD的所有的LDEVs的映射、運(yùn)算、Raid處理。VSP接收到所有的主機(jī)I/O請(qǐng)求都被視作是一個(gè)任務(wù)線程，VSD上的任何一個(gè)CPU都能夠?qū)ψ约篤SD所管理的LDEV進(jìn)行運(yùn)算和處理，而每個(gè)VSD只處理屬于自己的LDEV，僅當(dāng)他自身出現(xiàn)故障時(shí)才會(huì)切換到冗余的另一個(gè)VSD上去。VSP控制柜上的任何一個(gè)前端卡上的主機(jī)接口都能夠訪問(wèn)任意的LDEV，前端接口卡上的CPU將僅僅完成I/O的定向，即將*個(gè)LDEV定向給它所從屬的VSD，并不做運(yùn)算和處理。同時(shí)每個(gè)VSD上安裝有4GB的DDR2RAM作為控制緩存，存放和管理部處理數(shù)據(jù)信息和狀態(tài)，包括：Arraygroups,，LDEVs，e*ternalLDEVs，runtimetables，mappingdata。虛擬存儲(chǔ)導(dǎo)向器VSD負(fù)載均衡示意圖每個(gè)LDEV都會(huì)被分配給唯一一個(gè)屬主的VSD，同樣也僅有一個(gè)VSD來(lái)運(yùn)算和處理它所管理的LDEV。當(dāng)LDEV被創(chuàng)建時(shí)就被分配給*個(gè)VSD，無(wú)論是單個(gè)控制柜的環(huán)境還是雙控制柜的配置環(huán)境。在單個(gè)控制柜環(huán)境中，最大包含四個(gè)VSD，在初始時(shí)每個(gè)VSD都將管理所有LDEV的25%；與之類似的，在雙控制柜環(huán)境中時(shí)，最大配置八個(gè)VSD，則初始時(shí)每個(gè)VSD都將管理所有LDEV的12.5%。VSD的LDEV屬主模式不管I/O來(lái)自于哪個(gè)主機(jī)、哪個(gè)前端端口或哪一塊前端卡，也不論是I/O將去往哪個(gè)后端卡、后端端口或磁盤。因此VSD的數(shù)量與所安裝的前端卡或者后端卡的數(shù)量都無(wú)關(guān)。通過(guò)增加VSD的數(shù)量可以近乎線性的增加VSP存儲(chǔ)的處理能力。通過(guò)VSP的這種獨(dú)有的集中運(yùn)算處理機(jī)制，可以更加充分的發(fā)揮所有CPU的處理性能，可以按照邏輯卷（LDEV）的屬主更加均衡地實(shí)現(xiàn)各個(gè)CPU之間的負(fù)載均衡，從而提高VSP存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。VSD板上專用處理器使用專用操作系統(tǒng)，來(lái)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)I/O統(tǒng)一調(diào)度處理，包括：前端端口I/O虛擬化I/O后端端口I/O容災(zāi)初始端口I/O（MCU）容災(zāi)目標(biāo)端口I/O（RCU）主機(jī)（Mainframe）仿真類型等VSD的IO調(diào)度流程見(jiàn)如下的示意圖：虛擬存儲(chǔ)導(dǎo)向器VSD的IO調(diào)度流程示意圖VSP前端端口的IO請(qǐng)求首先發(fā)到VSD板處理，通過(guò)統(tǒng)一調(diào)度之后，IO數(shù)據(jù)將直接與Cache板、后端板卡、后端物理磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不會(huì)通過(guò)VSD板進(jìn)行。前端板卡、Cache板卡及后端板卡決定著數(shù)據(jù)傳輸性能。1.3Cache的設(shè)計(jì)高端存儲(chǔ)系統(tǒng)中除了要有高性能、高擴(kuò)展性的結(jié)構(gòu)外，Cache的設(shè)計(jì)將直接影響到存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)和可靠性。VSP的緩存部件稱為DCA——DataCacheAdapters數(shù)據(jù)緩存卡，DCA承載了所有的主機(jī)訪問(wèn)數(shù)據(jù)和控制緩存的復(fù)本。VSP單個(gè)控制柜支持最大8個(gè)DCA，每個(gè)DCA可以安裝最大64GB緩存，單個(gè)控制柜系統(tǒng)可以支持最大512GB緩存，整個(gè)VSP滿配可以配置最大1TB緩存。VSP采用最新的SSD來(lái)實(shí)現(xiàn)高速緩存的掉電保護(hù)，在每個(gè)緩存卡DCA上都安裝有兩塊SSD磁盤（32GB或64GB）。同時(shí)在每個(gè)緩存卡DCA上都安裝有獨(dú)立的電池，當(dāng)VSP發(fā)生掉電或意外宕機(jī)時(shí)，由DCA上的電池供電，所有的緩存數(shù)據(jù)將被寫入到DCA上的SSD用于長(zhǎng)久保存。如下圖所示：同樣，HDSVSP的Cache設(shè)計(jì)中依然采用了Cache寫鏡像技術(shù)，即將Cache板分別至于兩個(gè)互為備份的控制區(qū)域，在響應(yīng)讀操作時(shí)這兩個(gè)控制區(qū)域中的Cache在是獨(dú)立響應(yīng)的；在進(jìn)行寫操作時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入任何一個(gè)控制區(qū)域中的Cache時(shí)，同時(shí)會(huì)在另外一個(gè)控制區(qū)域中的Cache中保留一份鏡像數(shù)據(jù)，直到這些數(shù)據(jù)被寫入硬盤。這種設(shè)計(jì)一方面確保在Cache中的數(shù)據(jù)的安全可靠，無(wú)論哪一個(gè)控制區(qū)域中的Cache出現(xiàn)問(wèn)題，另外一個(gè)控制區(qū)域中都保存著對(duì)方Cache中未寫入硬盤的數(shù)據(jù)；另一方面在進(jìn)行在線的Cache升級(jí)時(shí)，HDSVSP磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)都能夠支持便捷、快速的升級(jí)方式，做到升級(jí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)影響時(shí)間最短。其次，HDSVSP磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)為了有效的提高讀Cache的效率和減少Cache中的尋址時(shí)間，緩存分為數(shù)據(jù)Cache區(qū)和控制Cache區(qū)，獨(dú)自承擔(dān)不同的任務(wù)，單可以同時(shí)享有共同的帶寬和并發(fā)能力。數(shù)據(jù)Cache中包含應(yīng)用系統(tǒng)的讀、寫數(shù)據(jù)；控制Cache中包含數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)Cache中的位置信息、邏輯卷信息、配置信息等控制Cache中的眾多信息中，數(shù)據(jù)的Cache位置信息非常重要，主機(jī)通道控制器通過(guò)獲取這些位置信息縮短在數(shù)據(jù)Cache中的尋址時(shí)間，提高了數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度；另外，如果控制Cache中沒(méi)有主機(jī)要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)的位置信息時(shí)，就說(shuō)明該數(shù)據(jù)并沒(méi)有在數(shù)據(jù)Cache中，此時(shí)控制Cache將向磁盤通道控制器發(fā)送請(qǐng)求，將該數(shù)據(jù)從硬盤寫入至Cache，并且更新控制Cache中的位置信息。我們?cè)囅胍幌拢绻麤](méi)有控制Cache，所有的I/O操作請(qǐng)求都集中在Cache中處理，Cache越大，尋址時(shí)間越長(zhǎng)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。1.43D擴(kuò)展能力3D擴(kuò)展是一種可進(jìn)行三維擴(kuò)展的獨(dú)特功能，包括縱向擴(kuò)展、橫向擴(kuò)展和縱深擴(kuò)展；沒(méi)有任何一種其他企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)產(chǎn)品能夠在單一平臺(tái)中同時(shí)結(jié)合這三種特性。HitachiVirtualStoragePlatform：·縱向擴(kuò)展（ScaleUP）–在單一存儲(chǔ)單元中動(dòng)態(tài)添加處理器、連接和容量，滿足不斷增長(zhǎng)的需求，從而使開放環(huán)境和大型機(jī)環(huán)境獲得最佳性能。（1個(gè)存儲(chǔ)單元，最大1024塊硬盤，512GB緩存）·橫向擴(kuò)展（ScaleOut）–通過(guò)共享資源將2個(gè)存儲(chǔ)單元?jiǎng)討B(tài)整合至單一邏輯系統(tǒng)中，支持虛擬化服務(wù)器環(huán)境下不斷增長(zhǎng)的需求，從而滿足多樣化需求。通過(guò)緩存和端口分區(qū)，保證多個(gè)服務(wù)器的安全共享訪問(wèn)和服務(wù)質(zhì)量。（兩個(gè)存儲(chǔ)單元，2048塊硬盤，1TB緩存）VSP采用交換式架構(gòu)，通過(guò)部交換矩陣，將主機(jī)接口控制器FED、數(shù)據(jù)Cache板、磁盤通道控制器BED和虛擬存儲(chǔ)導(dǎo)向器VSD連接在一起。VSP的兩個(gè)存儲(chǔ)單元的部交換機(jī)GSW一對(duì)一互聯(lián)實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展（ScaleOut），這種互聯(lián)方式能夠保證FED、Cache板、BED和VSD之間AnytoAny的高速連接，保證VSP橫向擴(kuò)展的高性能。·縱深擴(kuò)展（ScaleDeep）–通過(guò)對(duì)新的以及現(xiàn)有的外部存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)虛擬化，擴(kuò)大存儲(chǔ)價(jià)值，并將先進(jìn)功能擴(kuò)展至多供應(yīng)商存儲(chǔ)環(huán)境。提供了存儲(chǔ)架構(gòu)深層次的擴(kuò)展，將需求量不大的數(shù)據(jù)移至外部存儲(chǔ)層，優(yōu)化第1層資源的可用性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分層存