HDSVSP硬件體系架構

-.z.HDSVSP硬件體系架構時間:2013-12-191.VSP體系架構VSP（HitachiVirtualStoragePlatform）基于第五代HitachiUniversalStarNetwork?光纖交換架構，是唯一適用于所有數據類型、可進行3D擴展的存儲平臺。其獨有的存儲架構可進行靈活擴展，以滿足性能和容量需求，并通過對多供應商存儲環(huán)境進行虛擬化，優(yōu)化存儲資產回報率。1.1第五代Hi-Star交換架構擴展性等方面全面超越目前業(yè)界已有的高端存儲系統，而且提供了全面的虛擬存儲解決方案，使異構存儲系統互聯互通成為可能。2010年，HDS在成熟并且久經市場考驗，被廣大用戶認可的USPV的基礎上，根據存儲科技發(fā)展的最新成果，推出了全新的VSP存儲系統。這種交換式結構的技術是提供了“點對點”、“無阻塞”的數據訪問，如圖所示，在交換式架構中，最重要的部件是交換矩陣中的緩存交換模塊（GSW）。通過GSW，主機接口控制器FED、數據Cache板、磁盤通道控制器BED和虛擬存儲導向器VSD連接在一起，數據Cache與前后兩端控制器之間都能夠構成“點對點”的連接，實現并發(fā)通道數量最大，數據通道利用率最高。存儲系統并發(fā)處理能力越高，就意味著可以處理更多的應用系統讀寫請求，進一步提高整個系統的性能。而且，這種使用交換式的結構，使HDSVSP磁盤存儲系統具有了良好的擴展能力，前端的主機通道控制器、后端磁盤通道控制器、Cache都能夠在線的、靈活的進行升級，從而降低了系統升級的投資。VSP可以配置單個或者最大兩個控制陣列，每個控制陣列可以配置一個控制柜和兩個磁盤擴展柜?？刂乒癜粋€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，控制柜還包含兩個磁盤擴展單元。磁盤擴展柜能夠裝載三個磁盤擴展單元。VSP提供兩種類型的磁盤擴展單元：支持最大128塊2.5”磁盤的小型磁盤擴展單元SFF和支持最大80塊磁盤的3.5”的大型磁盤擴展單元LFF。當VSP滿配時使用兩個控制柜，兩個控制柜之間直接基于GSW進行互聯，形成一個單一的存儲平臺。1.2虛擬存儲導向器VSD在第五代交換式體系架構中，在分布式體系架構的基礎上，VSP增加了虛擬存儲導向器VSD，來實現對VSP存儲上IO讀寫任務的統一調度和部署。虛擬存儲導向器VSD結構示意圖VSP的每個控制柜可以安裝兩塊或者最大四塊VSD，每個VSD上安裝有一個主頻2.33GHz的四核CPU和12MB的板上L2緩存，這些CPU取代了傳統的位于前端主機接口卡和后端磁盤控制卡的CPU，承擔了VSP的主要I/O的運算和處理，包括：分配給此VSD的所有的LDEVs的映射、運算、Raid處理。VSP接收到所有的主機I/O請求都被視作是一個任務線程，VSD上的任何一個CPU都能夠對自己VSD所管理的LDEV進行運算和處理，而每個VSD只處理屬于自己的LDEV，僅當他自身出現故障時才會切換到冗余的另一個VSD上去。VSP控制柜上的任何一個前端卡上的主機接口都能夠訪問任意的LDEV，前端接口卡上的CPU將僅僅完成I/O的定向，即將*個LDEV定向給它所從屬的VSD，并不做運算和處理。同時每個VSD上安裝有4GB的DDR2RAM作為控制緩存，存放和管理部處理數據信息和狀態(tài)，包括：Arraygroups,，LDEVs，e*ternalLDEVs，runtimetables，mappingdata。虛擬存儲導向器VSD負載均衡示意圖每個LDEV都會被分配給唯一一個屬主的VSD，同樣也僅有一個VSD來運算和處理它所管理的LDEV。當LDEV被創(chuàng)建時就被分配給*個VSD，無論是單個控制柜的環(huán)境還是雙控制柜的配置環(huán)境。在單個控制柜環(huán)境中，最大包含四個VSD，在初始時每個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，最大配置八個VSD，則初始時每個VSD都將管理所有LDEV的12.5%。VSD的LDEV屬主模式不管I/O來自于哪個主機、哪個前端端口或哪一塊前端卡，也不論是I/O將去往哪個后端卡、后端端口或磁盤。因此VSD的數量與所安裝的前端卡或者后端卡的數量都無關。通過增加VSD的數量可以近乎線性的增加VSP存儲的處理能力。通過VSP的這種獨有的集中運算處理機制，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現各個CPU之間的負載均衡，從而提高VSP存儲系統的性能。VSD板上專用處理器使用專用操作系統，來負責存儲I/O統一調度處理，包括：前端端口I/O虛擬化I/O后端端口I/O容災初始端口I/O（MCU）容災目標端口I/O（RCU）主機（Mainframe）仿真類型等VSD的IO調度流程見如下的示意圖：虛擬存儲導向器VSD的IO調度流程示意圖VSP前端端口的IO請求首先發(fā)到VSD板處理，通過統一調度之后，IO數據將直接與Cache板、后端板卡、后端物理磁盤進行數據交換，而不會通過VSD板進行。前端板卡、Cache板卡及后端板卡決定著數據傳輸性能。1.3Cache的設計高端存儲系統中除了要有高性能、高擴展性的結構外，Cache的設計將直接影響到存儲系統的性能表現和可靠性。VSP的緩存部件稱為DCA——DataCacheAdapters數據緩存卡，DCA承載了所有的主機訪問數據和控制緩存的復本。VSP單個控制柜支持最大8個DCA，每個DCA可以安裝最大64GB緩存，單個控制柜系統可以支持最大512GB緩存，整個VSP滿配可以配置最大1TB緩存。VSP采用最新的SSD來實現高速緩存的掉電保護，在每個緩存卡DCA上都安裝有兩塊SSD磁盤（32GB或64GB）。同時在每個緩存卡DCA上都安裝有獨立的電池，當VSP發(fā)生掉電或意外宕機時，由DCA上的電池供電，所有的緩存數據將被寫入到DCA上的SSD用于長久保存。如下圖所示：同樣，HDSVSP的Cache設計中依然采用了Cache寫鏡像技術，即將Cache板分別至于兩個互為備份的控制區(qū)域，在響應讀操作時這兩個控制區(qū)域中的Cache在是獨立響應的；在進行寫操作時，當數據寫入任何一個控制區(qū)域中的Cache時，同時會在另外一個控制區(qū)域中的Cache中保留一份鏡像數據，直到這些數據被寫入硬盤。這種設計一方面確保在Cache中的數據的安全可靠，無論哪一個控制區(qū)域中的Cache出現問題，另外一個控制區(qū)域中都保存著對方Cache中未寫入硬盤的數據；另一方面在進行在線的Cache升級時，HDSVSP磁盤存儲系統都能夠支持便捷、快速的升級方式，做到升級時對系統影響時間最短。其次，HDSVSP磁盤存儲系統為了有效的提高讀Cache的效率和減少Cache中的尋址時間，緩存分為數據Cache區(qū)和控制Cache區(qū)，獨自承擔不同的任務，單可以同時享有共同的帶寬和并發(fā)能力。數據Cache中包含應用系統的讀、寫數據；控制Cache中包含數據在數據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，數據的Cache位置信息非常重要，主機通道控制器通過獲取這些位置信息縮短在數據Cache中的尋址時間，提高了數據訪問速度；另外，如果控制Cache中沒有主機要訪問的數據的位置信息時，就說明該數據并沒有在數據Cache中，此時控制Cache將向磁盤通道控制器發(fā)送請求，將該數據從硬盤寫入至Cache，并且更新控制Cache中的位置信息。我們試想一下，如果沒有控制Cache，所有的I/O操作請求都集中在Cache中處理，Cache越大，尋址時間越長，最終導致系統性能下降。1.43D擴展能力3D擴展是一種可進行三維擴展的獨特功能，包括縱向擴展、橫向擴展和縱深擴展；沒有任何一種其他企業(yè)級存儲產品能夠在單一平臺中同時結合這三種特性。HitachiVirtualStoragePlatform：·縱向擴展（ScaleUP）–在單一存儲單元中動態(tài)添加處理器、連接和容量，滿足不斷增長的需求，從而使開放環(huán)境和大型機環(huán)境獲得最佳性能。（1個存儲單元，最大1024塊硬盤，512GB緩存）·橫向擴展（ScaleOut）–通過共享資源將2個存儲單元動態(tài)整合至單一邏輯系統中，支持虛擬化服務器環(huán)境下不斷增長的需求，從而滿足多樣化需求。通過緩存和端口分區(qū)，保證多個服務器的安全共享訪問和服務質量。（兩個存儲單元，2048塊硬盤，1TB緩存）VSP采用交換式架構，通過部交換矩陣，將主機接口控制器FED、數據Cache板、磁盤通道控制器BED和虛擬存儲導向器VSD連接在一起。VSP的兩個存儲單元的部交換機GSW一對一互聯實現橫向擴展（ScaleOut），這種互聯方式能夠保證FED、Cache板、BED和VSD之間AnytoAny的高速連接，保證VSP橫向擴展的高性能?！たv深擴展（ScaleDeep）–通過對新的以及現有的外部存儲系統進行動態(tài)虛擬化，擴大存儲價值，并將先進功能擴展至多供應商存儲環(huán)境。提供了存儲架構深層次的擴展，將需求量不大的數據移至外部存儲層，優(yōu)化第1層資源的可用性，實現數據的分層存