金融数据中心核心存储系统发展趋势

伴随信息科技的快速发展与广泛应用，金融行业对于信息科技的功能定位已悄然发生了质的变化：“业务支撑”已成为历史，“业务融合”已得到广泛认同，“业务引领”正逐渐成为主旋律。信息科技俨然已经成为金融机构提高运营效率、实现经营战略和加快金融创新的重要手段；在数据爆炸式增长的年代，金融机构业务办理、经营管理、风险控制等日常经营管理活动对于信息科技已高度依赖。金融机构为确保数据尤其是核心生产数据的高度安全、可用，对于数据存储产品提出了非常多的高要求：高性能、高安全性、高可服务性、高可维护性、高可扩展性、高度开放性……笔者将通过分析现有经典高档核心存储系统的架构及特点，结合现有相关技术发展情况，分析未来核心存储系统发展趋势。

一、现有架构分析

        1．典型架构

        存储系统是基于RAID技术而搭建的一种功能专一的计算机处理系统，用于为服务器系统提供高可靠的、高性能的数据保存、提取等不间断服务。核心存储系统典型架构由控制和存储两个部分组成。控制部分介于服务器和存储部分之间，是核心存储系统的大脑。历经多年发展，控制部分已经发展到智能双控制器、智能多控制器阶段。每个控制器都有前端端口（也称为“主机端口”）和后端端口（也称为“存储端口”），并配置有多个专门为I/O优化的处理器以及一定数量的缓存。前端端口用于面向服务器端的连接，接收来自服务器的I/O请求或返回I/O处理响应；处理器和缓存共同实现对来自服务器系统I/O请求的操作和对核心存储系统的RAID管理等功能；后端端口用于连接存储系统的存储部分。控制器、前端端口、后端端口、缓存等所有组件，不论大小、多少，均成对配置，以实现核心存储内部架构冗余，从底层消除单点隐患。

        存储部分是核心存储系统的主体，可包含多个标准机柜空间，承载上千块磁盘，数据容量达PB级。所有磁盘均具有双通道，分别通过同一区域的不同SAS交换机连接至控制部分后端端口，实现后端数据传输链路冗余。

        2．分类分析

        根据控制部分控制器组成数量，核心存储系统可分为双控器和多控器两大类，其中，多控制器核心存储根据控制器的组成架构又可细分为集中式多控制器核心存储和分布式多控制器核心存储两类。

        （1）双控器核心存储系统
        双控制器核心存储系统的控制部分是两个控制单元。每个控制单元都包含自己的CPU、内存、前端接口、后端接口及两个控制单元间的调整互联模块。两个控制单元相互支持与配合，共同管理整套存储系统所装配的所有磁盘，并对外提供高速I/O存取服务；两个控制单元各负责一部分I/O前端与后端通路，通过对称配置及内部管理系统，实现链路、组件及模块冗佘及故障切换；两个控制单元通过互联模块实现内存数据同步变化及管理信息同步更新，对外实现负载均衡或近乎无中断的热备切换。

        双控制器核心存储系统是早期核心存储系统所普遍采用的架构，目前在中低档存储系统中得到广泛应用。典型的全对称架构使得双控制器存储系统具有较高的性能、高可靠性、高可服务性，但受限于双控制单元连接特性，其在控制单元处理能力提升及I/O通道扩展等方面，存在天然的限制。

        （2）集中式多控制器核心存储系统
        整个核心存储系统控制部分由控制板单元、内存板单元、前端接口板单元和后端接口板单元组成。各单元板物理上相互独立，相互间通过集中背板进行通信。核心存储系统的控制板单元至少配置2个，每块控制板单元仅包含CPU及与后端背板连接模块。这种架构模式决定核心存储系统可在物理上灵活外扩提升处理能力；内存板单元、前端接口板单元和后端接口板单元则仅部署相应的内存槽位、前端处理模块及后端处理板块；内存板单元成对部署以消除物理单点，实现架构冗余。

        集中式多控制器核心存储系统典型架构是目前市场上流行的一种高档存储系统架构。集中式多控制器存储系统不仅具备了双控制器核心存储系统的优点，而且由于控制板单元、内存板单元、前端接口板单元和后端接口板单元通过背板实现互联，可灵活实现系统内部的处理单元和I/O通道纵向扩展，增加了系统的可维护性。

        （3）分布式多控制器核心存储系统
        从架构上看，分布式多控制器核心存储系统架构实现了双控制器和集中式多控制器的紧密结合。分布式多控制器核心存储系统由多套双控制器或集中式多控制器存储系统组成，其中每套存储系统自身都是一个单独的双控制器存储系统或集中式多控制器存储系统，其内部架构如前所述。而每套存储系统之间通过高速互联模块（高速网络交换机、SAS交换机、InfiniBand交换机）进行外部互联，而不是集中式多控制器核心存储系统通过背板进行互联。

        分布式多控制器核心存储系统是内部架构高度冗余的高档存储系统。其内部每套存储系统内部的控制单元、I/O处理单元是紧耦合的，而各套存储系统之间则是松耦合的。基于此，分布式多控制器核心存储系统可灵活实现横向扩展，但由于内部紧耦合，横向扩展时需要考虑I/O均衡等因素。

二、相关技术探讨

        伴随微电子技术、芯片制造工艺、计算机处理技术和高速宽带通信技术等的持续快速发展和广泛应用，核心存储系统不仅整体性能实现了量级上的提升，而且功能模块趋于标准化和同用化，如核心存储系统的处理模块大量采用x86架构。对于核心存储系统而言，除系统架构外，还涉及CPU、磁盘、链路、接口、RAID技术等。

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