存储网络高可用系统设计关键技术研究摘要：详细论述了高可用的存储网络系统设计所涉及的关键技术，为高可用的存储网络系统设计和应用提供理论依据。??关键词：高可用；存储网络；冗余；复制：TP333文献标志码：A：1001－3695(2007)08－0001－04构建高可用存储网络对企业的发展至关重要。它需要多方面的技术[1~3]支撑。其中关键技术有冗余技术、日志技术、复制技术、安全技术、负载平衡技术、系统失效监测处理技术等。上述技术是分布式网络系统普遍采用的技术，并不只是高可用存储网络系统所特有的。??1存储网络高可用系统设计的关键技术??1．1冗余技术??冗余是指超过正常系统操作所需的信息、资源或时间的简单叠加。主要包括四种类型的冗余：??a）硬件冗余。例如存储网络中额外的双服务器冗余和三服务器互为冗余、服务器中的双网卡冗余、双网络冗余、多个存储设备互相冗余、磁盘相互冗余等。??b）软件冗余。例如软件模块的额外版本、同样的系统软件和应用程序在其他节点上并发运行等。??c）信息冗余。使用了额外位数的错误监测代码，如CRC或RAID中的数据校验块，以及同样数据信息被同样复制或镜像到多个不同的存储节点上或多个不同的磁盘上等。??d）时间冗余。执行一个操作时，如果需要，可以再次执行。例如应用程序故障后的重启执行。??存储网络如果出现软、硬件故障，通过冗余的软、硬件可以保证系统的可用性；如果数据信息出错，可以通过冗余信息对其进行恢复来保证其可用性。??1．2日志技术??系统失效后的状态恢复主要有基于日志的状态恢复和基于检查点的状态恢复两种。基于日志的方法不仅保存检查点，而且把非事先决定的事件记录下来；在恢复时，这些日志可以用来完全重现进程的执行状态。消息日志法的基本思想是进程在失效后退回到一个无错的检查点状态；在该状态下重新处理先前处理过的消息（称为重播）。消息日志包括悲观日志和乐观日志。悲观消息日志法的特点是应用程序（进程）在处理消息前，必须保证消息已经记录到安全的固定存储器中。这种方法也称为同步记录。故障发生时，进程从最近的检查点得到恢复，事件被重现，故障前的执行被完全再现。这种方法的优势在于输出提交不需要特殊协议，恢复过程非常简单；缺点是同步记录使得系统性能开销太大。与悲观日志法相反，乐观日志法是假定故障之前消息记录会完成，因此采用异步方法记录消息。这种方法不会在记录消息时阻塞进程的执行，性能更好。由于使用恢复策略、垃圾收集和输出提交算法等，使其变得较复杂；进程失败时，那些没有来得及输出到稳定存储器的消息将丢失，造成无法恢复进程的状态；如果消息发送者出现故障，发送消息时的状态是不可恢复的状态，因此消息接收方就变成了孤儿进程，必须一同回滚。??检查点是一种允许进程在正常运行中，每隔一定时间间隔保存其状态以减小失效恢复工作量的技术。当发生错误时，使用检查点可使受影响的进程从最后一次保存的检查点（状态）而不是从进程开始重新运行[4]。??设置检查点有几要素：透明度、检查点文件所包含的数据以及设置检查点间隔。首先，检查点可以是透明的并且在进程运行时自动插入，或由编译器自动插入，或由应用程序的程序员手工插入。在透明方法中，检查点由处理器地址状态的全局快照构成，包括操作系统的所有动态数据。透明检查点常常需要保存大量数据，有些数据是状态恢复所必需的，有些则是不需要的。手工方法由程序员负责精确定义保存状态恢复所必需的数据，这样可显著地减少检查点的规模。只保存状态恢复必要的数据降低检查点文件所包含的数据量，对减少检查点的开销和增加检查点的覆盖范围是至关重要的。增量式的检查点切取只保存前一次检查点切取后变化的部分，不变的部分则不保存，这样可大大减少检查点文件所包含的数据量。另一个重要要素是检查点的时间间隔，即两个连续检查点之间的时间间隔。最佳检查点间隔不易预计，因为它取决于几个因素，如失效的频率、系统工作负荷、整个完整检查点的执行时间、检查点开销以及系统需要的可靠等级。另外，在设计或选取检查点切取技术时，需要考虑三个方面的开销，即系统正常时进行检查点切取时间开销、存储检查点...