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热备网络存储系统的研究与设计
对当前网络存储技术的研究和分析，设计出了一个基于万兆网络的热备网络存储系统。论文首先分析了几种主流的网络存储技术，继而提出并设计了热备网络存储系统的整体框架和软件架构，然后对各个功能模块进行了详细设计。
3.热备网络存储系统的软件架构及模块划分
本系统中内部软件由四个模块组成，分别是iSCSI模块、数据镜像模块、主备检测模块、系统配置模块。系统整体的内部框图如图2所示。热备网络存储系统主要通过iSCSI模块支持iSCSI协议，使得用户能够以网络硬盘的方式进行数据访问；数据镜像模块和主备检测模块是本系统的核心部分，数据镜像模块主要完成主从设备之间的镜像创建、状态维持和镜像管理功能；主备检测模块实现两个网络存储系统设备的故障检测和相互之间的业务切换；系统配置模块为用户提供了对系统进行管理、配置的功能。
图2 系统整体内部框图
3.1 iSCSI模块
iSCSI(Internet SCSI)模块用于实现iSCSI协议。iSCSI协议用于在TCP/IP网络上传输SCSI协议命令，将SCSI定义的发起方(Initiator)和目标方(Target)由原来的SCSI总线连接扩展到inter—net上。由于位于提供服务的一端，因此iSCSI模块实现的是iSCSI的目标方(Target)。iSCSI模块实现功能如下：
1)实现iSCSI协议的目标端，符合标准iSCSI协议，支持iSCSI initiator的搜索、连接、数据读写操作；
2)能够将系统中的硬盘设备映射为不同的LUN，支持映射多个LUN；
3)支持针对每个LUN设置不同的WWID，该功能保证用户服务器能够正确识别曾挂载过的LUN，并赋予原设备号。
4)调用万兆网卡TOE、iSCSI卸载、RDMA技术，提升传输性能、减少时延；iSCSI模块通过读取配置文件的方式进行初始化操作。配置文件中包括iSCSI接口参数、LUN映射。更改iSCSI参数需要重新加载iSCSI模块。
3.2 数据镜像模块
热备网络存储系统里的每台网络存储设备中，都使用了RAID技术来避免单磁盘故障；同样，为了防止单台网络存储设备整体故障，在两台设备上使用磁盘镜像，实现磁盘镜像功能的模块就是镜像模块。镜像模块实现了类似于跨主机之间的RAIDl功能。它的作用是将本地磁盘(盘阵列逻辑盘)与其他网络存储设备的磁盘(盘阵列逻辑盘)共同构成一个存储镜像。镜像模块实现主要功能如下：
1)将两台网络存储设备组成存储镜像关系；
2)将两台网络存储设备的RAID逻辑盘组成磁盘镜像后虚拟成镜像逻辑盘，并提供访问接口；
3)磁盘镜像的读写；
4)维持磁盘镜像状态，出现异常情况进行相应处理；
5)支持失去同步后可根据磁盘镜像同步信息重新同步，并重组原镜像。
镜像模块的组成逻辑盘示意图如图3所示。
图3 镜像模块逻辑示意图
3.3 主备检测模块
主备检测模块实现两个网络存储设备之问的同步状态检测、主备切换。主备检测模块可采用网口及串口的方式检测心跳连接，检测间隔时间、失去同步判定时间可配置。主备检测模块周期性地发送同步信号，并相互检测该信号，作为热备网络存储系统有无故障判断的依据。当主备检测模块检测到对端网络存储设备故障停机后，如果本网络存储设备当前为备设备，则将本网络存储设备设置为主设备，并接管当前业务。系统初始主备状态由人工配置决定。
为提高主备检测模块可扩展性，主备切换时业务接管操作采用执行配置脚本方式实现。目前支持的IP地址切换、MAC地址切换、iSCSI模块控制、镜像模块控制。此外，为了避免两台网络存储设备心跳连接断开后的“分脑”，支持创建多条心跳连接同时检测。
3.4 系统配置模块
目前热备网络存储系统采用两种独立的配置与监测方式：SNMP、web服务器。实现功能包括：
1)实现镜像模块、主备检测模块、iSCSI模块、及
操作系统、网络状态的监测；2)完成镜像模块配置、主备检测模块配置、iSCSI模块配置功能；3)完成镜像模块、主备检测模块、iSCSI模块出错显示及告警功能(致命故障告警通过蜂鸣声进行提示)；4)完成镜像模块控制功能，能够更改镜像模块状态，对于失去同步的镜像模块能够进行恢复操作。
责编：李玉琴
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