专利名称：一种共享Cache结构的高性能VTL系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种共享高速缓冲存储器(Cache)结构的高性能虚拟磁带库系 统(VTL)系统，属于计算机存储领域。
背景技术：
随着信息技术的不断发展，数据信息已在越来越多的企业和组织中扮演着至关重 要的角色。但是，数据信息同时也正面临着各种潜在的风险，例如人为或者技术上的错误， 自然灾害，甚至恐怖袭击。长久以来，为了应付各种可能发生的数据破坏和丢失问题，用户 不得不部署一套数据备份系统，借助备份软件，每天将数据增量备份的磁带库上。但是，实 用物理磁带库仍然存在几个弊病。首先，由于物理磁带库机械结构复杂机械故障多，维修费 用高。物理磁带库是一个非封闭的物理机械设备，物理磁带库核心部件，如磁带驱动器、机 械手、传送装置等均为机械易损件，故障率非常高，致使设备使用率低。并且数据备份作业 无法正常连续运行，维修成本也颇为昂贵。其次，备份失效率高。备份是数据保护的手段， 恢复是数据保护的目的。采用物理磁带库进行数据保护的磁带为非封闭介质，且磁带之间 没有容错保护。备份业务涉及到的磁带组中，如果发生任一盘磁带磨损、卡带、霉点、粘连等 状况，就会导致整个备份数据无法恢复。又由于磁带备份手动程度高，人为操作更是加大了 备份的失效率。再次，数据备份/恢复复杂冗长。随着数据量呈几何级数增长，以及对IT 应用连续性的要求越来越高，备份和恢复窗口也越来越少。虽然磁带本身的读写速度已有 很大提高，但备份/恢复时，需要抓取磁带、加载、机械定位文件等机械动作。此外，等待时 间长。再加上备份/恢复时还涉及多带查找，应用端被迫延长待机时间，这些都将影响数据 业务的正常工作。而对于现有虚拟磁带库(VTL)系统，虽然使用了磁盘阵列模拟了物理磁 带库，一定程度上提高了系统性能，但对于大规模的数据备份，性能仍有不足。并且对于因 磁盘故障导致的虚拟磁带库故障，缺乏高效的容错机制。
发明内容本实用新型的目的是为了解决传统物理磁带库备份/恢复数据时，存在故障率 高、失效率高、备份/恢复时间长等问题，而提供一种共享Cache结构的高性能VTL系统，该 系统具有高效数据备份能力，同时对于系统可能出现的故障具有良好的容错性能。本实用新型的目的是通过下属技术方案实现的。本实用新型的一种共享Cache结构的高性能VTL系统，包括两台交换机、两套VTL 系统、储存池、共享USB Hub、两个存储设备；VTL系统为虚拟磁带库系统，即用磁盘阵列设备，模拟磁带备份；包括集成化VTL 控制器，光纤接口模块、千兆以太网接口模块、RAID控制器模块、USB接口模块、锂电池保护 模块；集成化VTL控制器用于执行模拟物理磁带库系统的各种工作方式；光纤接口模块用于连接至光纤交换机；[0009]千兆以太网接口模块用于连接至千兆网络交换机；RAID控制器模块用于连接至存放备份数据的储存池；锂电池保护模块用于常规电源出现故障时为系统提供电源。共享USB Hub包括两个上行USB端口、USB控制器、下行交换逻辑、事务处理转译 器、下行USB端口 ；两个上行USB端口分别通过各自连接的USB控制器与下行交换逻辑数据 线连接，下行交换逻辑通过数据线连接事务处理转译器，事务处理转译器通过下行USB端 口与存储设备数据线连接。连接的所有被保护主机分为两个集合LUN A和LUN B，集合LUN A中的每台被保护 主机通过一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块或光纤接口模块数 据线连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过另一台交换机同时与两套VTL系统各自的 千兆以太网接口模块或光纤接口模块数据线连接，储存池同时与两套VTL系统各自的RAID 控制器通过数据线连接，共享USB Hub的两个上行USB端口分别与两套VTL系统各自的USB 接口模块数据线连接，共享USB Hub的下行交换逻辑同时与两套VTL系统各自的USB接口 模块数据线连接，共享USB Hub的两个下行USB端口分别通过数据线各连接一个的存储设 备。其中，交换机为光纤交换机或千兆网络交换机；储存池为可与RAID控制器连接的磁盘阵列。本实用新型的工作原理如下1、正常工作时，根据工作负载情况，对两套VTL系统进行配置，第一套VTL系统管 理集合LUN A中的每台被保护主机，第二套VTL系统管理集合LUN B中的每台被保护主 机；对于LUN A中每台被保护主机的写入操作，第一套VTL系统使用第一个存储设备作为 Cache;对于LUN B的写入操作，第二套VTL系统使用第二个存储设备作为Cache。两套VTL 系统的数据写操作首先写入各自的存储设备，即通知主机写操作已完成，经存储设备内的 Cache数据排序后再写入储存池，减少储存池的磁盘寻道时间。2、当第一套VTL系统出现故障时，共享USB Hub中的USB Hub控制器检测到与第 一套VTL系统连接的上行USB端口的数据传输中断，连接丢失，并通知下行交换逻辑。下行 交换逻辑通过第二套VTL系统的USB接口模块将此消息通知第二套VTL系统。第二套VTL 系统检测到此消息后，通过自身的USB接口模块发送信号给共享USB Hub，通知其下行交换 逻辑，对第一个存储设备连接的下行USB端口的路由转至第二套VTL系统里连接的USB控 制器，从而接管第一套VTL系统用作Cache的第一个存储设备。同时，第二套VTL系统通过 集合LUN A主机连接的千兆网络交换机，接管第一套VTL系统管理集合LUN A中的每台被 保护主机，第一个存储设备继续作为LUN A的Cache，系统仍然可以较低的性能继续工作。第一套VTL系统的故障恢复后，共享USB Hub中的USB Hub控制器检测到与第一 套VTL系统连接的上行USB端口的连接恢复，并通知下行交换逻辑。下行交换逻辑通过第 二套VTL系统的USB接口模块将此消息通知第二套VTL系统。第二套VTL系统检测到此消 息后，通过自身的USB接口模块发送信号给共享USB Hub，通知其下行交换逻辑，对第一个 存储设备连接的下行USB端口的路由转回第二套VTL系统里连接的USB控制器，从而归还 第一套VTL系统用作Cache的第一个存储设备。同时，第二套VTL系统不再通过集合LUN A 主机连接的千兆网络交换机管理集合LUN A中的每台被保护主机。此时第一套VTL系统重新接管自己的工作，第一个存储设备继续作为集合LUN A中每台被保护主机的Cache，系统 恢复高性能工作。有益效果本实用新型由磁盘阵列模拟物理磁带库，提供大规模数据备份、压缩和 归档等以往由传统物理磁带库完成的功能。同时采用了两套虚拟磁带库系统，可以对更多 的主机提供保护。采用高速U盘作为Cache，提高了数据备份的性能，从而减少了对应用系 统的影响。另外，在一套VTL系统出现故障时，可以由另一套系统接管其保护保护主机的数 据备份任务，提高了系统整体的可靠性。
图1为本实用新型的共享Cache结构的高效VTL系统总体结构示意图；图2为本实用新型实施例中采用的VTL系统的结构示意图；图3为本实用新型实施例中采用的共享USB Hub的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述。实施例如图1所示，本实用新型的一种共享Cache结构的高效VTL系统，包括千兆网络交 换机A、千兆网络交换机B、VTL系统A、VTL系统B、储存池、共享USB Hub、U盘A、U盘B ；如图2所示，VTL系统包括集成化VTL控制器，4Gb光纤接口模块、千兆以太网接口 模块、RAID控制器模块、USB接口模块、锂电池保护模块；集成化VTL控制器用于执行模拟物理磁带库系统的各种工作方式；光纤接口模块用于连接至光纤交换机；千兆以太网接口模块用于连接至千兆网络交换机； RAID控制器模块用于连接至存放备份数据的储存池；锂电池保护模块用于常规电源出现故障时为系统提供电源。如图3所示，共享USB Hub包括上行USB端口 A、上行USB端口 B、USB控制器A、 USB控制器B、下行交换逻辑、事务处理转译器、下行USB端口 A、下行USB端口 B、下行USB 端口 C和下行USB端口 D ；上行USB端口 A通过USB控制器A与下行交换逻辑数据线连接， 上行USB端口 B通过USB控制器B与下行交换逻辑数据线连接；下行交换逻辑通过数据线 连接事务处理转译器，事务处理转译器通过数据线连接下行USB端口 A、下行USB端口 B、下 行USB端口 C和下行USB端口 D。连接的所有被保护主机分为两个集合LUN A和LUN B，集合LUN A中的每台被保护 主机通过千兆网络交换机A同时与VTL系统A和VTL系统B各自的千兆以太网接口模块数 据线连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过千兆网络交换机B同时与VTL系统A和VTL 系统B各自的千兆以太网接口模块数据线连接，储存池与VTL系统A和VTL系统B各自的 RAID控制器通过数据线连接，共享USB Hub的上行USB端口 A和下行交换逻辑同时与VTL 系统A的USB接口模块通过数据线连接，共享USBHub的上行USB端口 B和下行交换逻辑同 时与VTL系统B的USB接口模块通过数据线连接，共享USB Hub的下行USB端口 A通过数 据线连接作为VTL系统A的Cache使用的U盘A，共享USB Hub的下行USB端口 B通过数据线连接作为VTL系统B的Cache使用的U盘B。其中储存池为由可与RAID控制器连接的磁盘阵列组成。本实用新型的工作原理如下1、正常工作时，根据工作负载情况，对VTL系统A和VTL系统B进行配置，其中VTL 系统A管理集合LUN A中的每台被保护主机，VTL系统B管理集合LUN B中的每台被保护主 机；对于LUN A中每台被保护主机的写入操作，VTL系统A使用U盘A作为Cache ；对于LUN B中每台被保护主机的写入操作，VTL系统B使用U盘B作为Cache。VTL系统A和VTL系 统B的数据写操作首先写入各自的U盘A和U盘B，即通知主机写操作已完成，经U盘A和 U盘B内的Cache数据排序后再写入储存池，减少储存池的磁盘寻道时间。2、VTL系统A出现故障时，共享USB Hub中的USB Hub控制器A检测到上行USB 端口 A的数据传输中断，连接丢失，并通知下行交换逻辑。下行交换逻辑通过VTL系统B的 USB接口模块将此消息通知VTL系统B。VTL系统B检测到此消息后，通过USB接口模块发 送信号给共享USB Hub,通知其下行交换逻辑，将对下行USB端口 A的路由从USB控制器A 转至USB控制器B，从而接管VTL系统A用作Cache的U盘Α。同时，VTL系统B通过千兆 网络交换机A，接管VTL系统A管理集合LUN A中的每台被保护主机，U盘6a继续作为集合 LUN A中每台被保护主机的Cache，系统仍然可以较低的性能继续工作。VTL系统A的故障恢复时，共享USB Hub中的USB Hub控制器A检测到上行USB 端口 A的连接恢复，并通知下行交换逻辑。下行交换逻辑通过VTL系统B的USB接口模块 将此消息通知VTL系统B。VTL系统B检测到此消息后，通过USB接口模块发送信号给共享 USB Hub，通知其下行交换逻辑，将对下行端口 A的路由从USB控制器B转至USB控制器A， 从而归还VTL系统A用作Cache的U盘Α。同时，VTL系统B不再通过千兆网络交换机A处 理VTL系统A管理集合LUN A中的每台被保护主机。此时VTL系统A通过千兆网络交换机 A，接管自己的工作，U盘A继续作为集合LUN A中每台被保护主机的Cache，系统恢复高性 能工作。3、VTL系统B出现故障时，按照VTL系统A故障处理方法对称的方式处理。
权利要求1. 一种共享Cache结构的高性能VTL系统，其特征在于包括两台交换机、两套VTL系 统、储存池、共享USB Hub、两个存储设备；VTL系统为虚拟磁带库系统，即用磁盘阵列设备，模拟磁带备份；包括集成化VTL控 制器，光纤接口模块、千兆以太网接口模块、RAID控制器模块、USB接口模块、锂电池保护模 块；集成化VTL控制器用于执行模拟物理磁带库系统的各种工作方式；光纤接口模块用于连接至光纤交换机；千兆以太网接口模块用于连接至千兆网络交换机；RAID控制器模块用于连接至存放备份数据的储存池；锂电池保护模块用于常规电源出现故障时为系统提供电源；共享USB Hub包括两个上行USB端口、USB控制器、下行交换逻辑、事务处理转译器、 下行USB端口 ；两个上行USB端口分别通过各自连接的USB控制器与下行交换逻辑数据线 连接，下行交换逻辑通过数据线连接事务处理转译器，事务处理转译器通过下行USB端口 与存储设备数据线连接；连接的所有被保护主机分为两个集合LUN A和LUN B，集合LUN A中的每台被保护主机 通过一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块或光纤接口模块数据线 连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过另一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆 以太网接口模块或光纤接口模块数据线连接，储存池同时与两套VTL系统各自的RAID控制 器通过数据线连接，共享USB Hub的两个上行USB端口分别与两套VTL系统各自的USB接 口模块数据线连接，共享USB Hub的下行交换逻辑同时与两套VTL系统各自的USB接口模 块数据线连接，共享USB Hub的两个下行USB端口分别通过数据线各连接一个的存储设备； 其中，交换机为光纤交换机或千兆网络交换机； 储存池为由可与RAID控制器连接的磁盘阵列组成。
专利摘要本实用新型涉及一种共享Cache结构的高性能VTL系统，属于计算机存储领域。本实用新型包括两台交换机、两套VTL系统、储存池、共享USB Hub、两套存储设备；集合LUN A中的每台被保护主机通过一台交换机同时与两套VTL系统连接，集合LUN B中的每台被保护主机通过另一台交换机同时与两套VTL系统各自的千兆以太网接口模块数据连接，储存池同时与两套VTL系统连接，共享USBHub的两个上行USB端口分别与两套VTL系统连接，共享USB Hub的下行交换逻辑同时与两套VTL系统连接，共享USB Hub的两个下行USB端口各连接一个的存储设备。本实用新型结构简单，易于操作，有效提高了数据备份的性能和系统整体的可靠性。
文档编号H04L29/08GK201781507SQ20102052997
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者周泽湘, 孙志卓, 张伟涛, 李虓, 沈晶, 谢红军, 谭毓安 申请人:北京同有飞骥科技股份有限公司