双活存储技术在智慧校园建设中的实践及应用

徐建军 韦娟

摘 要：数据存储是智慧校园的重要技术支撑，本文分析了智慧校园对存储的需求。对目前常用的存储技术进行了分析和比较，根据实际情况对双活存储系统开展研究与设计，并进行测试，实现了智慧校园数据的高效存储、备份与恢复。为未来的智慧校园建设提供有力支持。

关键词：智慧校园；活存储；虚拟化技术；对称双活技术

中图分类号：TP309.3 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2018）13-0076-03

一、引言

隨着物联网、云计算等新技术和新概念的出现，建设“智慧校园”成为推进各高校教育改革的重要抓手。智慧校园的实质是依托已有的网络、信息化环境，利用虚拟化、物联网、云计算等前沿技术，进一步深化“服务”理念，为广大师生提供多元化的信息服务。

江苏财经职业技术学院（以下简称学院）经过多年信息化建设，网络基础设施逐步完善，实现了校园网络全覆盖，业务应用系统建设成效显著，数字化教学系统功能日趋完善，为学校的教学、科研、管理等工作提供信息保障。目前已启动以课程资源和自主学习资源为主的智慧教室建设，力争到2020年实现校园智慧教室全覆盖，实现校园的网络虚拟漫游，整合优化应用系统，推进智慧校园建设。

基于虚拟化的云计算技术能够让学院的IT资源实现降本增效，无论是数据中心还是桌面云，都能有效降低信息化投入和成本，方便管理，让IT系统发挥更大价值。学院目前已经实现了服务器、网络、存储的虚拟化，并利用宏杉的对称双活存储（Symmetrical Dual Active Storage，SDAS）技术实现了双活部署，建设了可视化数据中心，保障了学院信息系统的安全、连续、稳定运行，存储虚拟化部署提升了设备资源的利用率。

二、业务需求分析与选型

智慧校园是在物联网发展的基础上加以拓展的，承载着各种应用的服务系统。而这些服务系统往往涉及许多其他方面基础设施的应用服务，因而智慧校园在安全性与可靠性的要求更为严格。[1]

学院需要通过服务器虚拟机提供业务的可靠与连续，通过存储提供存储资源。对存储系统在性能、可扩展性和可管理性方面都有很高要求，需要采用SAS等高速磁盘、RAID5保障性能要求；通过自动扩容软件、虚拟化功能实现按需分配，存储系统需具备高扩展性，采用IP SAN和FC SAN混合组网；通过向管理平台开放标准的存储管理接口实现可管理性，存储系统需具备高易用性。

（1）基于虚拟化架构的双活技术。之前业界普遍的解决办法是通过增加额外的虚拟化设备，并且配置两台存储，当一台存储出现故障时，通过虚拟化设备来切换故障存储。业界比较流行的是IBM SVC、EMC的Vplex，其拓扑图如图1所示。

（2）对称双活技术，在不增加虚拟化设备的情况下做到存储双活。在这种方法下，整个链路可看成两条数据通道：数据路径A及数据路径B，服务器所读写数据通过多路径的ALUA特性保证均衡； 两台存储之间通过直连10GE链路做数据镜像通道。同时加载设备心跳检测通道，如果检测到设备故障，通过ALUA特性进行通道切换，切换时间控制在5毫秒之内。其拓扑图如图2所示。

基于虚拟化结构的双活技术，可以异构第三方存储，在有大量老旧存储设备的情况下使用存储虚拟化设备，可大大提升存储的利用率。但是随之而来的问题也出现了，情况如下：①存储性能受损：新增加的虚拟化设备，即使采用最新的处理芯片，链路中额外增加的一层设备，也会造成数据传输的延时。②业务连续性：如果使用一台虚拟化设备，其出现故障后损失异常严重，后端存储将不能被服务器识别。使用冗余虚拟化设备，当其中一台虚拟化设备出现故障时需要将业务切换到冗余设备，其过程也会造成业务等待。对于关键业务，这个等待时间将造成较大的延时。③投资加大：增加存储虚拟化设备，会增加投资。

对称双活存储技术具有以下技术特点：①利用率高：两台存储同时可以作为生产存储，并且两台存储可以同时加载不同的应用，而且互为镜像；例如，存储引擎A上面有数据库业务，其在存储引擎B上有镜像；存储引擎B上有OA系统，其在存储引擎A上有镜像。如果在读数据的情况下，可大大增加读取数据的效率。②管理方便：两台镜像存储之间使用光纤链路连接，采用直连的方式，不占用光纤交换机端口，有故障时也能做到快速排查。心跳链路采用普通的GE口连接，使用普通网线即可，成本低。存储底层实现的双活功能，对管理人员是无感知的，不需要手动干预存储的切换，提高管理人员维护效率。③降低成本：无需第三方软硬件，通过存储对称双活存储功能模块即可实现，在存储底层进行实施，无需在服务器层面进行操作，降低使用成本。

三、组网描述

双活存储方案作为学院的核心基础架构，其架构的选择决定了整个系统是否可靠高可用、安全可信赖、弹性可扩展。基于上述需求，学院采用对称双活存储解决方案来构建高可用、高性能、可扩展的容灾方案。双活存储方案存储采用宏杉存储MS3000系列产品，实现存储双活架构，为两个数据中心存储同时提供读写服务，且整个存储系统架构全冗余，任意数据中心故障时，另外一个数据中心有一份存储设备和相同数据可用，最大化提高了业务连续性。两个数据中心分别部署多台虚拟机服务器，以及宏杉MS3100磁盘阵列等设备。整个双活存储系统分为存储层、前端网络层与应用层与管理层。

在存储层，在数据中心A和数据中心B各部署两台MS31000，组成一个双活存储系统，为两个数据中心主机业务同时提供读写服务，实现两个数据中心存储数据实时镜像，互为冗余。任意数据中心故障，数据零丢失。在网络层，数据中心之间集群IP心跳和FC数据传输网络都采用裸光纤直连，传递控制信息、配置信息和数据同步，满足双活存储数据中心网络时延要求。在应用层，两个数据中心的虚拟机服务器构成一个集群，提供跨数据中心的虚拟化业务连续性和移动性。为了实现双活存储数据中心存储设备的统一管理，通过宏杉ODSP平台实现双活存储数据中心的可视化管理，并通过管理软件直观的展示双活存储业务的物理拓扑。

四、方案测试

学院首次将设备安装后，为保障正常使用，在正式上线之前，学院对双活存储系统进行了双活灾难演练。在测试环境中有两台存储设备A和B，前端应用正在使用过程中，工程师通过人为关闭一台存储设备A的电源来模拟设备A故障，这时存储设备B自动接管业务，在整个接管过程中，前端业务没有中断，数据没有丢失。接着，工程师启动已关闭电源设备A来模拟设备恢复，两台存储设备自动进行数据校验同步。同步完成后，工程师关闭存储设备B电源来模拟设备B故障，这时设备A自动接管业务，前端业务没有中断，数据无丢失。工程师继续启动已关闭电源设备B来模拟设备恢复，两台存储设备自动进行数据校验同步，两台存储设备数据完全一致。通过演练，验证了通过对称双活存储技术在生产环境中，当任意一台存储设备发生故障时，无需人工干预，可保障前端业务不中断，数据不丢失。

学院经过多年建设，信息化网络基础设施逐步完善，启动了以课程资源和自主学习资源为主的智慧教室建设，实现了校园网络全覆盖；业务应用系统建设成效显著，已经建成教材信息化管理系统、教务系统、学生管理系统、科研管理系统、后勤服务系统等多个应用系统，数字化教学系统功能日趋完善，为学校的教学、科研、管理等工作提供了信息保障。学院利用现代信息技术，以大学城空间建设为抓手，通过微课、慕课等进行翻转课堂教学改革……总之，通过加快智慧校园建设，全面提升了学校教学、科研、管理、服务信息化水平。通过多年信息化建设，通过服务器、网络、存储虚拟化，以及存储数据双活部署，提高了设备源利用率，保障了学院信息系统安全、连续、稳定运行。

五、业务价值

根据学院《“十三五”事业发展规划》，学院将加快推动数字化校园建设，争取到2020年，教室、實训室、图书馆等重要教学、办公场所实现桌面千兆、核心万兆的网络速度；有线、无线网络覆盖到学校的每个教学、生活和办公场所，保证师生能随时、随地、安全、高速、便捷接入互联网，实现校园免费无线网全覆盖。实施智慧教室建设，力争实现校园智慧教室全覆盖，推动数字化图书馆建设。同时，学院也将不断提升信息化建设水平。实施智慧校园建设，实现校园的网络虚拟漫游，为各院（系、部）仿真实验实训室和各文化场馆提供网络支持和技术保障。优化整合各类教学、科研、管理、学习、研究、生活等应用系统，构建课堂教学、教师教研、学生学习、教学管理和评价、家校沟通、学校安全管理一体化、智能化的校园环境。为方便教师教研和学生学习，建设5～30个学习、生活类移动应用程序。完成全校183个多媒体教室的升级改造，全部实现有线联网。建立常态化录播系统、精品录播及演播厅等设施，全面开展校内精品课程、微课等优质视频教学资源的建设工作。[2]

学院的下一步规划将考虑采取宏杉CloudSAN解决方案，将云架构和SAN存储技术融合为一体，从而满足从单一应用到多应用，小规模到大规模，存储资源池化的存储需求，在保留了传统SAN存储高可用性优势的同时，实现存储资源统一调度，资源横向弹性扩展。

智慧校园将要从“系统为纲”转换为“数据为王”；要基于信息化，高于信息化；面向服务，以用户为服务对象；从重系统建设到建设、运维并重。[3]利用对称双活存储技术保障业务连续性，为学院目前的信息化建设提供了有力保障，将为学院探索未来智慧校园建设提供有力支持。

参考文献：

[1]睢贵芳.智慧校园基础信息平台建设的若干问题[J].电子技术与软件工程，2017（15）：258-259.

[2]江苏财经职业技术学院“十三五”事业发展规划[EB/OL].http：//www.jscj.edu.cn，2017.3.

[3]安杰.新型智慧校园建设的思考与实践[J].北京教育，2017（6）：33-36.

[4]王丽丽，何子亨，吕新荃.电网公司双活存储技术应用研究[J].电力信息与通信技术，2017（5）：15-18.

（编辑：王晓明）