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- 低功耗云存儲解決方案

潤澤打造了一個強大的云存儲平臺,利用潤澤配套設施優勢及云創獨特的存儲解決方案,將云存儲規模、容量、安全性以及能耗都做到了極致,給擁有超大存儲需求的用戶提供了更經濟實用的解決途徑,幫助諸如視頻存儲、大數據備份、云計算等龐大數據量的應用提供了堅固的基礎保障。潤澤云存儲平臺利用超低功耗、高密度云存儲產品,基于Intel Avoton存儲專用處理器開發的64位低功耗硬件平臺,全面展現了新一代高密度云存儲產品超高容量、超高性能、節能環保的綠色魅力,與傳統云存儲產品相比,該產品最大可搭載總存儲容量為2.3PB,比傳統云存儲產品節能多達10倍,諸多優勢完勝傳統存儲產品,可提供災備云以及企業安全辦公私有云等解決方案。



        采用集中式供電系統,通過8個2000W的電源模塊,構成6+2的冗余系統,任意一個電源模塊出現故障,不影響整個系統的供電。采用目前最先進的直流式供電(12V),電壓從250VAC直接逆變到12VDC,通過銅排電纜送到每個節點,減少電壓逆變次數,提高電源效率。


供電系統邏輯視圖



        整套系統通過管理模塊,對整個機架10個散熱模塊進行實時控制,每個散熱模塊由3個獨立的風扇組成,通過集中管理模塊,根據每個區域的溫度,自動調節風扇轉速,針對整個系統的問題進行有效散熱,從而達到節電效果。


散熱系統邏輯視圖



        采用Intel64位低功耗處理器,支持DDR3內存,單機架峰值功耗8000W,與傳統云存儲系統相比,峰值節能3倍。系統采用按需運轉技術,平均能耗可比傳統存儲系統降低10倍。單個主板可接12個SATA3.0硬盤,對外網絡提供2-4個千兆以太網,支持網口綁定,網絡帶寬速率最高可達4Gb。系統采用高可靠配置,當出現磁盤或者節點損壞時,可以通過管理監控界面定位到故障節點甚至是磁盤,通過管理節點關閉故障節點,拔出節點進行在線修復,不影響系統的正常使用。


低功耗主板圖



        超低功耗云存儲系統內部使用cStor云存儲系統軟件進行管理。從服務器配置上包括2個元數據管理節點和32個存儲節點。管理節點采用雙機熱備進行容錯,存儲系統采用副本方式方式容錯。


云存儲系統采用了分布式的存儲架構,元數據服務器采用主備雙機容錯的方式管理各個存儲節點,文件分散存儲在各存儲節點上



系統的整體吞吐率隨著存儲的規模的增大是線性增加,直到達到帶寬的飽和利用,系統部署示意圖


- 關鍵技術

  • 負載自動均衡技術

    采用中心服務器模式來管理整個云存儲文件系統,所有元數據均保存在主管理服務器上,文件則劃分為多個節點存儲在不同的節點服務器上。 主卷管理服務器維護了一個統一的命名空間,同時掌握整個系統內節點服務器的使用情況,當客戶端向元數據服務器發送數據讀寫的請求時,元數據服務器根據節點服務器的磁盤使用情況、網絡負擔等情況,選擇負擔最輕的節點服務器對外提供服務,自動均衡負載負擔。 另外,當某有一個節點服務器因為機器故障或者其他原因造成離線時,主卷管理服務器會將此機器自動屏蔽掉,不再將此節點服務器提供給客戶端使用,同時存儲在此節點服務器上的數據也會自動的編碼冗余到其他可用的節點服務器上,自動屏蔽節點服務器故障對系統的影響。
  • 高速并發訪問技術

    客戶端在訪問云存儲時,首先訪問主卷管理服務器節點,獲取將要與之進行交互的節點服務器信息,然后直接訪問這些節點服務器完成數據存取。 客戶端與主卷管理服務器之間只有控制流,而無數據流,這樣就極大地降低了主卷管理服務器的負載,使之不成為系統性能的一個瓶頸。客戶端與節點服務器之間直接傳輸數據流,同時由于文件被分成多個節點進行分布式存儲,客戶端可以同時訪問多個節點服務器,從而使得整個系統的I/O高度并行,系統整體性能得到提高。通常情況下,系統的整體吞吐率與節點服務器的數量呈正比。
  • 高可靠性保證技術

    對于元數據,通過操作日志來提供容錯功能,當主管理服務器發生故障時,在磁盤數據保存完好的情況下,可以迅速恢復以上元數據。為了防止主管理服務器徹底死機的情況,還提供了主管理服務器遠程的實時備份,這樣在當前的主管理服務器出現故障無法工作的時候,另外一臺備管理服務器可以迅速接替其工作。 對于節點服務器,采用編解碼的方式實現容錯,分布存儲在不同的節點服務器上。數據塊的分布策略考慮了多種因素,如網絡的拓撲、機架的分布、磁盤的利用率等。在其后的過程中,如果相關的數據塊出現丟失或不可恢復等狀況,主管理服務器會自動將該數據塊編解碼冗余到其他節點服務器,從而確保數據塊的一定的冗余容錯,進行自動冗余容錯重建。在有多個節點服務器的情況下,任意損失一個節點,數據都不會丟失,而且隨著節點服務器數目的增多,整個系統的可靠性越大。
  • 分布式分級動態存儲技術

    云存儲系統,就是將數據分散存儲在多臺獨立的設備上。傳統的網絡存儲系統采用集中的存儲服務器存放所有數據,存儲服務器成為系統性能的瓶頸,也是可靠性和安全性的焦點,不能滿足大規模存儲應用的需要。分布式網絡存儲系統采用可擴展的系統結構,利用多臺存儲服務器分擔存儲負荷,利用位置服務器定位存儲信息,它不但提高了系統的可靠性、可用性和存取效率,還易于擴展。云存儲系統將普通商用的 PC機或工作站通過高速網絡互聯在一起組成機群,能夠根據系統的需要隨時增加新的硬件,提高系統的可伸縮性和可用性,從而能夠在價格低廉的中低端平臺上獲取高端或者超級計算機系統才具備的高可伸縮性、高可用性和高性能。
    分級存儲是根據數據的重要性、訪問頻率、保留時間、容量、性能等指標,將數據采取不同的存儲方式分別存儲在不同性能的存儲設備上,通過分級存儲管理實現數據客體在存儲設備之間的自動遷移。數據分級存儲的工作原理是基于數據訪問的局部性。通過將不經常訪問的數據自動移到存儲層次中較低的層次,釋放出較高成本的存儲空間給更頻繁訪問的數據,可以獲得更好的性價比。這樣,一方面可大大減少非重要性數據在一級本地磁盤所占用的空間,還可加快整個系統的存儲性能。
    傳統的數據存儲一般分為在線(On-line)存儲和離線(Off-line)存儲兩級存儲方式。而在分級存儲系統中,一般分為在線(On-line)存儲、近線(Near-line)存儲和離線(Off-line)存儲三級存儲方式。
    1.在線存儲是指將數據存放在高速的高性能的云存儲系統存儲設備上,適合存儲那些需要經常和快速訪問的程序和文件,其存取速度快,性能好,存儲價格相對昂貴。在線存儲,是工作級的存儲,其最大特征是存儲設備和所存儲的數據時刻保持“在線”狀態,可以隨時讀取和修改,以滿足前端應用服務器或數據庫對數據訪問的速度要求。
    2.近線存儲是指將數據存放在低速的磁盤系統上,一般是一些存取速度和價格介于高速磁盤與磁帶之間的低端磁盤設備。近線存儲外延相對比較廣泛,主要定位于客戶在線存儲和離線存儲之間的應用。就是指將那些并不是經常用到(例如一些長期保存的不常用的文件歸檔),或者說訪問量并不大的數據存放在性能較低的存儲設備上。但對這些設備的要求是尋址迅速、傳輸率高。因此,近線存儲對性能要求相對來說并不高,但又要求相對較好的訪問性能。同時多數情況下由于不常用的數據要占總數據量的較大比重,這也就要求近線存儲設備在需要容量上相對較大。近線存儲設備主要有采用低功耗架構的云存儲系統。
    3.離線存儲,指將數據備份到磁帶或磁帶庫上。大多數情況下主要用于對在線存儲或近線存儲的數據進行備份,以防范可能發生的數據災難,因此又稱備份級存儲。離線存儲通常采用磁帶作為存儲介質,其訪問速度低,但價格低廉的海量存儲。
    本方案云存儲系統就采用了分級技術,把存儲信息根據信息的重要性、訪問頻率等對信息進行了分級存儲,將文件的元數據等訪問頻繁的重要信息時刻保持在線存儲,開機后保存在內存中,可以隨時讀取和修改,以滿足前端應用服務器或數據庫對數據訪問的速度要求。 將其它備份數據、冗余容錯的數據等訪問量小的數據等采用廉價的SATA硬盤存儲。對于訪問量小的數據采用離線存儲,一旦需要訪問這些數據可以使用相應的喚醒策略來實現將離線轉為在線,如通過網絡喚醒機制等。對于與時間緊密相關的數據(如新聞、電視等內容信息)的存儲,這些數據隨著時間的推移,它們的使用頻率越來越少,我們可以根據時間來對這些信息進行分級動態存儲,如將前幾個月的歷史數據存放到離線存儲設備上,它們的元數據信息也不需要存儲在元數據服務器的內存中,直接存放在元數據服務器的硬盤中,如果需要訪問時可以將其調入內存中。對于這些存儲這些過時信息的存儲節點可以讓其一直處于待機狀態,一旦要使用可以通過網絡喚醒讓其工作起來。
  • 高可用技術

    系統中的所有服務節點均是通過網絡連接在一起,由于采用了高可靠的容錯機制,系統增減節點不必停止服務,可在線增減存儲節點,存儲節點和元數據節點間通過注冊管理機制自適應管理,實現自動伸縮。 元數據服務器采用主備雙機熱備技術,主機故障,備機自動接替其工作,對外服務不停止;存儲節點采用編解碼冗余備份機制,如采用4:2編碼容錯,任意損失兩個節點,數據不丟失,服務不停止。
  • 超低功耗存儲技術

    服務器的功耗取決于各個配件的總體功耗,而主要耗電大戶則是處理器、芯片組和存儲介質了。低功耗存儲技術主要是改進這些配件,進而實現節能,這樣服務器乃至數據中心整體功耗則會得到更好的控制。 隨著嵌入式技術的飛速發展,嵌入式架構設備的性能有了很大的提高。由于嵌入式系統是應用在特定的環境下,針對特殊的用途來設計的系統,所以不同于通用的計算機系統,嵌入式系統是針對具體應用設計的“專用系統”。它的硬件和軟件都必須高效地設計。“量體裁衣”,去除冗余,力爭在較少的資源上實現更高的性能。與通用的計算機系統相比,它具有功耗低,體積小、集成度高、成本低等優點。可以被應用在近線存儲、離線存儲的存儲節點的設計上,有效的減少成本和使用的功耗,同時相應的散熱系統也可以簡化。


- 系統優勢

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超高性能

云存儲系統將控制流和數據流分離,數據訪問時多個存儲服務器同時對外提供服務,實現高并發訪問。系統自動均衡負載,將不同客戶端的訪問負載均衡到不同的存儲服務器上。系統性能隨節點規模的增加呈線性增長,系統的規模越大,云存儲系統的優勢越明顯, 無性能瓶頸。
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超低功耗

與傳統云存儲系統相比較,節能3-10倍。系統采用了集中式直流供電,減少了電源逆變次數,降低電能使用損耗,提高電源效率。同時系統采用RMC智能管理模塊對所有風扇進行管理,可根據系統局部溫度變化即時調節風扇轉速,使電能利用最大化,達到節能效果。
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簡單便捷

支持POSIX接口規范,支持Windows/Linux/Mac OS X等操作系統平臺,可當成海量磁盤使用,無需修改應用,同時系統也對外提供專用的高速API訪問接口。系統的管理由云存儲系統管理監控中心完成,使用人員無需任何專業知識便可以輕松管理整個系統。
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安全可靠

通過專業的分布式集群監控軟件對云存儲中的所有節點實行無間斷監控,用戶通過界面可以清楚地了解到每一個節點的運行情況。高度可靠的冗余備份機制,每個硬盤、主板、電源、交換機、服務器之間相互冗余,任何單節點出現故障,都不會影響整個系統的運行。

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