HDSVSP硬件体系架构

1、时间 :?2013-12-191.? 体系架构( Hitachi Virtual Storage Platform )基于第五代 Hitachi Universal Star Network? 光纤交换架构， 是唯一适用于所有数据类型、可进行 3D 扩展的存储平台。其独有的存储架构可进行灵活扩展，以 满足性能和容量需求，并通过对多供应商存储环境进行虚拟化，优化存储资产回报率。第五代 Hi-Star 交换架构扩展性等方面全面超越目前业界已有的高端存储系统， 而且提供了全面的虚拟存储解决方案， 使异 构存储系统互联互通成为可能。 2010 年，在成熟并且久经市场考验，被广大用户认可的 ?V 的基础

2、 上，根据存储科技发展的最新成果，推出了全新的 VSP 存储系统。这种交换式结构的技术是提供了 “点对点 ”、 “无阻塞 ”的数据访问，如图所示，在交换式架构中，最重要的部件是交换矩 阵中的缓存交换模块( GSW)。通过 GSW，主机接口控制器 FED、数据 Cache 板、磁盘通道控制 器 BED 和虚拟存储导向器 VSD 连接在一起，数据 Cache 与前后两端控制器之间都能够构成 “点对 点”的连接，实现并发通道数量最大，数据通道利用率最高。存储系统并发处理能力越高，就意味 着可以处理更多的应用系统读写请求， 进一步提高整个系统的性能。 而且，这种使用交换式的结构， 使 HDS VSP

3、磁盘存储系统具有了良好的扩展能力，前端的主机通道控制器、后端磁盘通道控制器、Cache 都能够在线的、灵活的进行升级，从而降低了系统升级的投资。VSP 可以配置单个或者最大两个控制阵列， 每个控制阵列可以配置一个控制柜和两个磁盘扩展柜。控制柜包含一个逻辑控制单元，承载了所有的本控制柜的所有控制卡 （包括主机接口卡 FED、磁盘控制卡 BED、内存卡 DCA、 集中处理卡 VSD 以及核心的缓存交换模块 GSW）；此外，控制柜还包含两个磁盘扩展单元。磁盘 扩展柜能够装载三个磁盘扩展单元。VSP 提供两种类型的磁盘扩展单元：支持最大128 块”磁盘的小型磁盘扩展单元 SFF和支持最大 80 块磁盘

4、的 ”的大型磁盘扩展单元 LFF。当 VSP 满配时使用两个 控制柜，两个控制柜之间直接基于 GSW 进行互联，形成一个单一的存储平台。虚拟存储导向器 VSD在第五代交换式体系架构中， 在分布式体系架构的基础上， VSP 增加了虚拟存储导向器 VSD，来实 现对 VSP 存储上 IO 读写任务的统一调度和部署。虚拟存储导向器 VSD 结构示意图VSP的每个控制柜可以安装两块或者最大四块VSD，每个 VSD 上安装有一个主频的四核 CPU和12MB 的板上 L2 缓存，这些 CPU 取代了传统的位于前端主机接口卡和后端磁盘控制卡的CPU，承担了 VSP的主要 I/O 的运算和处理， 包括：分配给

5、此 VSD的所有的 LDEVs的映射、 运算、 Raid 处 理。 VSP接收到所有的主机 I/O 请求都被视作是一个任务线程， VSD 上的任何一个 CPU都能够对 自己 VSD所管理的 LDEV 进行运算和处理， 而每个 VSD只处理属于自己的 LDEV，仅当他自身出现 故障时才会切换到冗余的另一个 VSD 上去。 VSP控制柜上的任何一个前端卡上的主机接口都能够 访问任意的 LDEV，前端接口卡上的 CPU将仅仅完成 I/O 的定向，即将某个 LDEV 定向给它所从属 的 VSD ，并不做运算和处理。同时每个 VSD 上安装有 4GB 的 DDR2 RAM 作为控制缓存，存放和管 理内部

6、处理数据信息和状态，包括： Array groups, ， LDEVs， external LDEVs ， runtime tables ，mapping data 。虚拟存储导向器 VSD 负载均衡示意图每个 LDEV都会被分配给唯一一个属主的 VSD，同样也仅有一个 VSD 来运算和处理它所管理的 LDEV。当 LDEV 被创建时就被分配给某个 VSD，无论是单个控制柜的环境还是双控制柜的配置环 境。在单个控制柜环境中，最大包含四个VSD，在初始时每个 VSD 都将管理所有 LDEV 的 25% ；与之类似的，在双控制柜环境中时，最大配置八个VSD，则初始时每个 VSD 都将管理所有 LD

7、EV的%。VSD的 LDEV属主模式不管 I/O 来自于哪个主机、哪个前端端口或哪一块前端卡，也不论是 I/O 将去往哪个后端卡、 后端端口或磁盘。 因此 VSD 的数量与所安装的前端卡或者后端卡的数量都 无关。通过增加 VSD 的数量可以近乎线性的增加 VSP存储的处理能力。通过 VSP的这种独有的集 中运算处理机制，可以更加充分的发挥所有 CPU 的处理性能，可以按照逻辑卷（ LDEV）的属主更 加均衡地实现各个 CPU之间的负载均衡， 从而提高 VSP存储系统的性能。 VSD 板上专用处理器使 用专用操作系统，来负责存储 I/O 统一调度处理，包括：?前端端口 I/O?虚拟化 I/O?后

8、端端口 I/O?容灾初始端口I/O （ MCU）?容灾目标端口I/O （ RCU）?主机（ Mainframe ）仿真类型等VSD 的 IO 调度流程见如下的示意图：虚拟存储导向器 VSD 的 IO 调度流程示意图VSP前端端口的 IO请求首先发到 VSD板处理，通过统一调度之后， IO数据将直接与 Cache 板、 后端板卡、后端物理磁盘进行数据交换，而不会通过VSD 板进行。前端板卡、 Cache 板卡及后端板卡决定着数据传输性能。Cache 的设计高端存储系统中除了要有高性能、 高扩展性的结构外， Cache 的设计将直接影响到存储系统的性能 表现和可靠性。 VSP的缓存部件称为 DCA

9、Data Cache Adapters 数据缓存卡， DCA 承载了所有 的主机访问数据和控制缓存的复本。 VSP单个控制柜支持最大 8个 DCA，每个 DCA可以安装最大 64GB 缓存，单个控制柜系统可以支持最大 512GB 缓存，整个 VSP 满配可以配置最大 1TB 缓存。 VSP采用最新的 SSD来实现高速缓存的掉电保护，在每个缓存卡 DCA 上都安装有两块 SSD磁盘 （32GB 或 64GB）。同时在每个缓存卡 DCA 上都安装有独立的电池，当 VSP发生掉电或意外宕机 时，由 DCA 上的电池供电， 所有的缓存数据将被写入到 DCA 上的 SSD 内用于长久保存。 如下图所示：

10、同样，?VSP 的 Cache 设计中依然采用了Cache 写镜像技术， 即将 Cache 板分别至于两个互为备份的控制区域内， 在响应读操作时这两个控 制区域中的 Cache 在是独立响应的；在进行写操作时，当数据写入任何一个控制区域中的 时，同时会在另外一个控制区域中的 Cache 中保留一份镜像数据，直到这些数据被写入硬盘。?这种设计一方面确保在 Cache 中的数据的安全可靠，无论哪一个控制区域中的CacheCache 出现问题， 另外一个控制区域中都保存着对方 Cach 中未写入硬盘的数据；另一方面在进行在线的Cache 升级 时，HDS VSP磁盘存储系统都能够支持便捷、快速的升级

11、其次， HDS VS方式，做到升级时对系统影响时间最短。 磁盘存储系统为了有效的提高读 Cache 的效率和减少Cache 中的寻址时间，缓存分为数据 Cache 区和控制 Cache 区，独自承担不同的任务，单可以同 时享有共同的带宽和并发能力。?数据 Cache 中包含应用系统的读、写数据；?控制 Cache 中包含数据在数据 Cache 中的位置信息、逻辑卷信息、配置信息等控制 Cache 中的众多信息中，数据的 Cache 位置信息非常重要，主机通道控制器通过获取这些位 置信息缩短在数据 Cache 中的寻址时间，提高了数据访问速度；另外，如果控制 Cache 中没有主 机要访问的数据

12、的位置信息时，就说明该数据并没有在数据 Cache 中，此时控制 Cache 将向磁盘 通道控制器发送请求， 将该数据从硬盘写入至 Cache ，并且更新控制 Cache 中的位置信息。 我们试 想一下，如果没有控制 Cache ，所有的 I/O 操作请求都集中在 Cache 中处理， Cache 越大，寻址时 间越长，最终导致系统性能下降。3D 扩展能力3D 扩展是一种可进行三维扩展的独特功能，包括纵向扩展、横向扩展和纵深扩展；没有任何一种 其他企业级存储产品能够在单一平台中同时结合这三种特性。Hitachi Virtual StoragePlatform ：?·纵向扩展( Sca

13、le UP )?在单一存储单元中动态添加处理器、连接和容量，满足不 断增长的需求，从而使开放环境和大型机环境获得最佳性能。(1个存储单元，最大 1024 块硬盘，512GB 缓存)横向扩展(Scale Out )?通过共享资源将 2 个存储单元动态整合至单一逻辑系统中，支持虚拟化服务器环 境下不断增长的需求，从而满足多样化需求。 通过缓存和端口分区，保证多个服务器的安全共享访 问和服务质量。(两个存储单元， 2048 块硬盘， 1TB 缓存)VSP 采用交换式架构，通过内部交换矩阵，将主机接口控制器FED、数据 Cache 板、磁盘通道控制器 BED 和虚拟存储导向器 VSD连接在一起。 VSP的两个存储单元的内部交换机 GSW 一对一互联实现横向扩展( ScaleOut)，这种互联方式能够保证 FED、 Cache 板、 BED和 VSD之间 Any to Any 的高速连接，保证VSP横向扩展的高性能。纵深扩展( Scale Deep ) ?通过对新的以及现有的外部存储系统进行动态虚拟化， 扩大存储价值， 并将先进功能扩展至多供应 商存储环境。 提供了存储架构深层次的扩展， 将需求量不大的数据移至外部存储层， 优化第