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1、 OceanStor N8500集群NAS存储系统产品技术白皮书IssueV2.1Date2019-08-21华为技术有限公司由于万维网使用者的数量飞速增长，对于最终用户来说，随着可供使用的主页和网上信息的数量的爆炸性增长，最终用户间的交互性越来越差，传统意义上的交互已经无法满足用户的需求，举一个简单的例子，即使是在世界杯的决赛期间，一个普通的足球迷也很难立刻从网络上找到聊天的对象。OceanStor N8500 集群NAS存储系统技术白皮书版权所有 华为技术有限公司 2012。 保留一切权利。非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。商
2、标声明和其他华为商标均为华为技术有限公司的商标。本文档提及的其他所有商标或注册商标，由各自的所有人拥有。注意您购买的产品、服务或特性等应受华为公司商业合同和条款的约束，本文档中描述的全部或部分产品、服务或特性可能不在您的购买或使用范围之内。除非合同另有约定，华为公司对本文档内容不做任何明示或默示的声明或保证。由于产品版本升级或其他原因，本文档内容会不定期进行更新。除非另有约定，本文档仅作为使用指导，本文档中的所有陈述、信息和建议不构成任何明示或暗示的担保。华为技术有限公司为客户提供全方位的技术支持，用户可与就近的华为办事处联系，也可直接与公司总部联系。华为技术有限公司地址：深圳市龙岗区坂田华为
3、总部办公楼 邮编：网址：http:/客户服务电话：0755- 客户服务传真：0755-客户服务邮箱：S目 录1 概 述52 N8500集群NAS存储系统架构62.1 产品逻辑结构62.2 集群NAS软件62.3 集群NAS引擎72.4 交换设备配置82.5 存储单元配置82.6 管理子系统83 组网以及环境要求93.1 集群NAS存储系统93.2 NAS/SAN一体化典型组网103.3 数据备份组网103.4 系统运行环境124 软件特性134.1 集群文件系统134.1.1 技术背景134.1.2 技术原理134.1.3 技术特点194.2 快照技术194.2.1 技术背景194.2.2 技
4、术原理194.2.3 技术特点214.3 动态分级存储技术224.3.1 技术背景224.3.2 技术原理224.3.3 技术特点264.4 远程复制技术264.4.1 技术背景264.4.2 技术原理274.4.3 技术特点284.5 配额管理技术294.5.1 技术背景294.5.2 技术原理294.5.3 技术特点31图目录图 1 产品逻辑结构图6图 2 FileStore 软件及应用架构示意图7图 3 N8500集群NAS存储系统关系图9图 4 SAN、NAS一体化典型组网10图 5 使用NBU客户端备份方式组网11图 6 使用NDMP备份组网11图 7 数据通道全互联技术14图 8
5、通信通道全互联技术14图 9 全局存储空间管理技术16图 10 高效的集群锁技术17图 11 对称式元数据处理技术17图 12 全局名字空间技术18图 13 集群多节点并发访问技术18图 14 主文件系统及其快照文件集20图 15 新生成快照20图 16 主文件系统数据更新21图 17 对快照进行数据更新22图 18 N8500多卷文件系统示意图23图 19 N8500远程复制技术实现步骤27图 20 N8500远程复制技术实现机制28图29 配额管理逻辑架构30图30 配额管理执行方式311 概 述传统NAS系统存在扩展性差、可靠性差等缺陷。为了克服传统NAS系统的缺陷，集群NAS技术应运而
6、生。集群NAS系统具有高扩展、高性能、高可用等特点。本文档介绍华为N8500集群NAS存储系统软件和技术的相关细节。2 N8500集群NAS存储系统架构2.1 产品逻辑结构N8500集群NAS存储系统（以下简称N8500或N8500系统）由集群NAS引擎（由集群NAS引擎硬件+集群NAS软件FileStore组成）、交换设备、存储单元以及管理子系统组成，其中集群NAS软件包含定制化的操作系统，不需要额外选择操作系统平台。图 1 产品逻辑结构图2.2 集群NAS软件集群NAS软件FileStore作为整个N8500集群NAS存储系统的核心部件，其作用除了管理存储并提供NAS服务外，还包括对集群系
7、统自身的管理以及相关的故障处理。N8500的集群NAS软件基于商用的CFS开发，通过在专用64位存储系统上安装CFS软件，并配置NFS和samba等服务以对外提供NAS访问接口。N8500集群NAS软件的核心部件CFS提供了大量的增值功能，如快照、动态分级存储等功能。FileStore软件及应用架构示意图如下图所示。FileStore软件由核心层的CFS、CVM软件和用户层的各类NAS服务应用组成。FileStore软件部署于集群NAS引擎节点（Node）上，集群NAS引擎节点可通过集群方式扩展，提供全Active的集群架构。所有节点可访问同一个共享存储空间，对外可通过以太网向上层应用提供NA
8、S业务。图 2 FileStore 软件及应用架构示意图2.3 集群NAS引擎NAS引擎是集群软件运行的硬件平台，通过与FileStore软件的配合，将后端存储提供的卷以NAS方式提供给客户使用，需要较好的I/O处理能力、网络带宽和可靠性。2.4 交换设备配置在N8500集群NAS软件中，集群节点间的通讯通过专用的心跳网络来实现，同时，连接多套存储单元时需要光纤交换设备。心跳网络对交换机的带宽要求低，光纤交换设备要求支持8Gb接口。当选择的节点数超过2个时，需要额外配置2台以太网交换机，作为集群NAS的心跳链路使用。2.5 存储单元配置支持S2600T、S5500T、S5600T、S5800T
9、、S6800T存储系统。上述所有类型的存储单元，均可以向下细分为两个组件，即控制框和硬盘框，其中控制框包含了控制器及控制软件，硬盘框用于磁盘容量扩展。在N8500集群NAS存储系统中，将控制框称之为存储单元控制框，将硬盘框称之为存储单元硬盘框。存储单元控制框前可增加型号的描述区分各种型号，如S5x00T存储单元控制框。2.6 管理子系统N8500集群NAS存储系统提供GUI和CLI两种管理方式。GUI支持NAS引擎和存储单元统一管理，CLI仅支持NAS引擎和存储单元独立管理。另外有些高级功能及部分系统配置功能仅适用CLI支持，面向高级管理维护人员。3 组网以及环境要求3.1 集群NAS存储系统
10、图 3 N8500集群NAS存储系统关系图3.2 NAS/SAN一体化典型组网图 4 SAN、NAS一体化典型组网组网说明：N8500系统的NAS、SAN一体化体现为从后端单元直接提供FC或iSCSI接口，提供FC-SAN和IP-SAN的组网方式供用户业务使用，使用S2600T、S5500T、S5600T、S5800T或S6800T时，由于后端单元可提供较多的接口，在提供N8500集群节点使用之余，其余接口可作为SAN接口使用。在N8500系统中，仅使用了存储单元的部分端口，此外，在引擎节点数量比较少或使用交换形态的情况下，可以根据需要配置10Gbps iSCSI扣卡，从而为用户提供万兆IP
11、SAN；若用户有SAN的需求，则可以在阵列上将未使用的磁盘空间（以LUN为单位）通过空闲的FC端口或iSCSI/10Gbps iSCSI端口提供给用户使用，达到NAS/SAN一体化的效果，在这种组网下，用户的具体网络环境可能为无域的环境、AD域环境、NIS域环境或LDAP域环境等。3.3 数据备份组网N8500集群NAS存储系统支持两种备份方式，一是通过集成的NetBackup客户端进行备份；二是通过NDMP协议进行备份。两种备份方式的组网如图示：图 5 使用NBU客户端备份方式组网组网说明：使用NBU客户端进行备份时，需要环境中包含NBU服务器(包括Master Server和Media S
12、erver)，如果使用DNS，则要求DNS服务器能对NBU服务器进行正确解析，网络连接好后在N8500系统上配置NBU服务器相关的信息，然后在NBU Master Server上进行备份策略等配置后，备份即可按照设置的策略正常进行，数据流从N8500引擎经Media Server后备份到后端介质，无需再进行干预。图 6 使用NDMP备份组网组网说明：使用NDMP协议进行备份时，当前版本支持通过LAN进行备份的方式，即备份数据通过IP网络进行传输，备份采用的协议为标准的NDMP协议。在采用基于IP网络的NDMP备份时，同样需要有备份服务器（如NBU），由备份服务器连接备份介质（磁带库设备），根据
13、备份软件的不同，可能需要相应的选件支持，如使用NBU时需要备份服务器上安装有远程NDMP选件，在进行备份时，NDMP控制信息由备份服务器下发到N8500系统，N8500系统根据控制命令进行备份，将备份数据通过IP网络传送到备份服务器的相关模块（如NBU的Media Server）再由该模块写入备份介质。3.4 系统运行环境N8500集群NAS存储系统通过SAN共享技术将存储阵列提供的卷虚拟成可同时供多个集群节点使用的逻辑卷，在此基础上，通过NFS共享、CIFS共享、FTP等方式为用户提供文件服务。对最终用户来说，N8500集群NAS存储系统就是一个文件服务器，用户通过该文件服务器存取文件。用户
14、所在的环境可能是比较复杂的，如AD域、NIS域、LDAP等环境，需要N8500系统也能支持这些环境，因此，在N8500中也提供了这些域环境的支持，用户只需要进行相应的配置即可将N8500在现有的域环境中运行起来供应用主机访问。4 软件特性4.1 集群文件系统4.1.1 技术背景N8500系统的集群架构，采用全互联的组网机制，对称式集群设计，实现集群节点的全局命名空间，从而允许集群任何节点并发访问任何文件系统的任何文件；并且支持文件内的细粒度的全局锁，提供从多个节点并发访问相同文件的不同区域，实现高并发读写，最终达到高性能访问系统。4.1.2 技术原理 数据通道全互联技术原理N8500系统分为引
15、擎单元和存储单元，存储单元处理数据块的存储，引擎单元提供集群文件系统的逻辑功能。引擎单元和存储单元通过直连全互联，或者交换网络实现全互联，从任何一个引擎节点都能够访问到任何一个存储单元，从而保证数据通道的畅通无阻，并且提供冗余路径实现高可靠性，如下图所示。图 7 数据通道全互联技术对于N8500系统的典型配置，两个引擎节点连接到存储单元，每个节点都有路径连接到阵列的双控端口中，从而实现全互联，并且提高冗余链路；对于N8500系统的典型配置，引擎节点通过冗余的交换机连接到存储单元，每个存储单元也分别连接到冗余交换机，从而形成全冗余的组网。 通信通道全互联技术原理N8500系统的引擎节点之间需要相互通信，提供集群节点的统一
