吳洪成+金亮亮

當(dāng)前信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)安全的要求不斷增加，其數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)愈加重要，國產(chǎn)化尤其是國產(chǎn)處理器勢在必行。這幾年，國內(nèi)CPU自主研發(fā)進展也較快，如申威、龍芯、飛騰等CPU器件，在性能上已經(jīng)得到大幅提升。因此，筆者在此提出一種基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，立足于國產(chǎn)申威處理器為基礎(chǔ)的自主研發(fā)的服務(wù)器、盤陣，采用萬兆網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，部署與運行自主開發(fā)的存儲軟件平臺，構(gòu)成一整套自主可控、高性能、安全可靠的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，為信息系統(tǒng)的“自主可控、安全可信、高效可用、好用”可起到重要支撐作用。

系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計原理

按照信息系統(tǒng)“以網(wǎng)絡(luò)為中心，面向服務(wù)”的架構(gòu)發(fā)展趨勢，基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)在對數(shù)據(jù)的采集、交換、存儲、處理以及應(yīng)用等方面進行統(tǒng)一規(guī)劃，并著重考慮數(shù)據(jù)安全可靠存儲的基礎(chǔ)上，圍繞以網(wǎng)絡(luò)為中心的數(shù)據(jù)策略，對數(shù)據(jù)管理、交換、服務(wù)進行研究。

組成原理

基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的組成，主要包括數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、存儲陣列及相關(guān)配套的交換機（萬兆網(wǎng)絡(luò)）。（如圖1所示）

數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的核心設(shè)備如數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、存儲陣列等，都采用基于國產(chǎn)化CPU（申威處理器）的自主研制開發(fā)的計算服務(wù)平臺，并適配國產(chǎn)化操作系統(tǒng)及應(yīng)用，服務(wù)器實現(xiàn)從處理器、平臺設(shè)計到軟件系統(tǒng)的自主可控。

主要功能

基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)在國產(chǎn)自主計算機系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、國產(chǎn)軟、硬件兼容適配、系統(tǒng)性能優(yōu)化、系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性設(shè)計、集群高可用管理、監(jiān)控管理等技術(shù)攻關(guān)基礎(chǔ)上完成設(shè)計與實現(xiàn)。

該系統(tǒng)針對小型系統(tǒng)應(yīng)用、記錄轉(zhuǎn)儲、私有云進行性能優(yōu)化，提供高速訪問、高速導(dǎo)入導(dǎo)出能力；為保障數(shù)據(jù)安全可靠，支持多種備份手段；實現(xiàn)統(tǒng)一的、多樣化的數(shù)據(jù)服務(wù)；完善鑒權(quán)加密機制；支持多中心訪問及備份以及動態(tài)重構(gòu)及擴展。

基于國產(chǎn)處理器的服務(wù)器

在基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器采用自主研制開發(fā)的計算服務(wù)平臺，并適配國產(chǎn)化嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用。

服務(wù)器硬件平臺采用國產(chǎn)處理器申威4核64位處理器（SW410），配有板載嵌入式GPU和存儲單元，通過高帶寬PCIe總線擴展IO，具有高處理性能、高帶寬和高可靠性等特點；支持多存儲控制器交換式架構(gòu)，提供對主要存儲總線、交換總線、網(wǎng)卡、加密設(shè)備等的驅(qū)動支持。

基于國產(chǎn)處理器的存儲陣列

自主可控存儲陣列由國產(chǎn)化主控模塊（基于國產(chǎn)處理器平臺）、磁盤盤陣、高速接口模塊、PCIe交換模塊、RAID控制模塊組成。

存儲陣列硬件平臺借鑒基于國產(chǎn)處理器的服務(wù)器的設(shè)計思路，仍采用國產(chǎn)化處理器申威4核64位處理器（SW410），配有板載嵌入式GPU和存儲單元，同時適配國產(chǎn)化中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)及國產(chǎn)化數(shù)據(jù)庫、中間件。

目前，基于國產(chǎn)處理器的存儲陣列已實現(xiàn)了2U、3U、4U等不同的機箱形式，可掛載12盤位、16盤位、24盤位、36盤位，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫訪問能力600MB/s以上，容量（單柜，每盤4TB）最大支持144TB的數(shù)據(jù)盤陣。

自主存儲軟件平臺

自主存儲軟件平臺為數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的研制提供支撐，并提供多樣化的數(shù)據(jù)服務(wù)。自主存儲軟件平臺通過開放的分布式架構(gòu)設(shè)計提供可擴展、可重構(gòu)、高可靠、高安全的數(shù)據(jù)存儲、管理、服務(wù)運行環(huán)境，進一步提高數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的自主可控能力。自主存儲軟件平臺總體框架如圖2所示。

自主存儲操作系統(tǒng)

自主存儲操作系統(tǒng)平臺集成自主存儲軟件，運行在自主研制的自主可控服務(wù)器上，共同構(gòu)成自主存儲陣列產(chǎn)品。

分布式存儲平臺軟件

分布式存儲平臺軟件部署在多臺自主存儲陣列產(chǎn)品上（基于自主存儲操作系統(tǒng)），將這些多存儲陣列結(jié)合為一個整體，實現(xiàn)存儲資源統(tǒng)一管理、并行存儲服務(wù)等功能，形成對象存儲系統(tǒng)、高性能并行存儲系統(tǒng)產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)服務(wù)軟件

根據(jù)國產(chǎn)化存儲陣列的特點，并結(jié)合相應(yīng)特殊應(yīng)用的需求，自主研制了對應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)軟件。數(shù)據(jù)服務(wù)軟件包括三個部分：數(shù)據(jù)管理服務(wù)軟件、海量數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)儲服務(wù)軟件、海量數(shù)據(jù)Web服務(wù)軟件。

數(shù)據(jù)管理服務(wù)軟件：數(shù)據(jù)管理服務(wù)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲/歸檔、數(shù)據(jù)Web服務(wù)等，其形態(tài)為相對獨立的軟件模塊，可集成到自主存儲陣列、分布式存儲系統(tǒng)中實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)服務(wù)，并可根據(jù)用戶的需求進行定制，例如實現(xiàn)情報數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲、情報數(shù)據(jù)Web服務(wù)等。

海量數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)儲服務(wù)軟件：海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲服務(wù)軟件，提供海量數(shù)據(jù)的高速導(dǎo)入和導(dǎo)出接口，可充分根據(jù)數(shù)據(jù)特點優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)與歸檔方式，加快查詢效率。

海量數(shù)據(jù)Web服務(wù)軟件：海量數(shù)據(jù)Web服務(wù)軟件運行于存儲系統(tǒng)，為存儲系統(tǒng)增加基于Web的私有網(wǎng)盤服務(wù)，提供用戶可視化的人機訪問及查詢界面。軟件支持多用戶的數(shù)據(jù)上傳、下載、共享、查詢、分類管理等功能。

安全機制、安全保護及審計

在存儲系統(tǒng)原有安全機制的基礎(chǔ)上，采用多安全級強制訪問控制、加密、審計等安全機制，并融入到平臺的相關(guān)存儲訪問、數(shù)據(jù)存儲、存儲備份、終端訪問各環(huán)節(jié)，在保證計算、傳輸、存儲性能的前提下實現(xiàn)多級安全機制緊密耦合一體化技術(shù)，提供安全防護能力。

對外應(yīng)用服務(wù)

基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)對外提供多種存儲服務(wù)，包括標(biāo)準(zhǔn)的iSCSI/NAS接口（可擴展支持FC、FCOE）、定制的數(shù)據(jù)訪問接口、定制的Web數(shù)據(jù)服務(wù)。

存儲接口服務(wù)

支持NAS存儲服務(wù)，支持包括CIFS、NFS文件共享訪問協(xié)議提供存儲服務(wù)；

支持IP-SAN存儲服務(wù)，支持iSCSI協(xié)議，提供基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬盤服務(wù)；

支持分布式存儲服務(wù)，提供文件系統(tǒng)API接口，可實現(xiàn)對存儲系統(tǒng)進行并行文件訪問；

支持對象存儲服務(wù)，支持對象存儲接口，支持定制接口。

數(shù)據(jù)冗余/備份

支持存儲設(shè)備間的熱備存儲功能，設(shè)備間存儲空間可組成實時鏡像，提供高可靠、高可用的存儲服務(wù)；

支持RAID功能，支持RAID等級包括RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10；

支持存儲設(shè)備間文件副本備份功能。

系統(tǒng)管理服務(wù)

用戶通過使用瀏覽器登陸配置管理界面，查看系統(tǒng)狀態(tài)并對系統(tǒng)的空間劃分、虛擬卷、分布式存儲、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、用戶管理等進行配置和管理。

云存儲服務(wù)

系統(tǒng)可支持B/S方式的云存儲服務(wù)，用戶可通過瀏覽器對數(shù)據(jù)進行上傳、查詢、訪問，主要服務(wù)包括分布式存儲服務(wù)、網(wǎng)盤服務(wù)、海量數(shù)據(jù)管理服務(wù)和多中心數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。

基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲統(tǒng)，采用國產(chǎn)化申威計算平臺、國產(chǎn)化存儲管理軟件、中間件，通過多臺服務(wù)器（4臺）、存儲機柜（3U，24盤位，6臺）的組網(wǎng)試驗，采用分布式數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的分布式交換架構(gòu)，將物理上多臺服務(wù)器、存儲陣列在邏輯上構(gòu)成了統(tǒng)一的存儲空間。目前，該數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的有效容量超過500TB，讀寫訪問帶寬達到3000MB/s（剔除疊加效應(yīng)），并提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、訪問定制、范文等服務(wù)，具有良好的通用性、擴展性、可靠性和可用性。

未來，隨著國產(chǎn)處理器及國產(chǎn)操作系統(tǒng)的進一步發(fā)展，基于國產(chǎn)處理器的數(shù)據(jù)存儲性能將得到進一步提升，從而滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。

（作者單位：中國電子科技集團公司第五十二研究所）