HDS高端存储系统发展历史v10.docx

1、HDS高端存储系统发展历史v10HDS高端存储系统发展历史1 HDS高端存储系统发展历史1.1 HDS 9900：2000年：第一代无阻塞交换体系架构日立数据系统公司在2000年下半年推出的9900属于当今存储业第3代存储结构设计的高端智能型存储产品，即全部采用光纤通道和光纤交换机设计取代了第2代SCSI通道与4条总线结构。产品分为2个型号,即HDS 9960和9910 两型号产品区别在于9960是由一个磁盘控制器柜可外接1至6 个磁盘柜组成目前全球最大的磁盘存储系统，可在内部放置512个磁盘包；9910是将磁盘控制器与第一个磁盘柜合并成一个箱柜，内部可放置48个磁盘包。1.1.1 HDS 9

2、900 系列产品硬件介绍日立数据系统公司9910存储产品是目前全球唯一最先进的第3代全光纤通道结构设计的企业级智能存储系统。自2000年推出后，该系列产品除了在满足企业在数据量持续迅猛扩展和增长的同时，需要支持连续不停断的即时数据存取保护方式的基础上，HDS 9910又采用了高度精密的、艺术的，可指数级扩展的、灵活全新的结构顺应当今潮流和应用的技术发展。HDS 9960与9910 产品均采用当今最领先的存储设计结构,即第3代光纤Switch 交换机的Hi-Star 点到点结构设计，取代了传统多总线数据交换结构，避免了传统总线结构的技术缺陷，内外通道均使用光纤通道（FC）技术以及采用多块缓存板结

3、构和数据用的CACHE板与控制指令用的CACHE 分开设计以便获得更高的处理速度。9960 与 9910除了支持RAID 5 以外，还支持RAID 1的改良方式RAID 01。1.1.2 当今最新的Crossbar与 Switch的体系结构9900 存储系列产品采用了第3代全新的点到点光纤交换机的高精密度HI-Star 结 构设计，打破了传统存储系统采用的总线结构以及SCSI通道技术在未来无法适应大容量盘包发展带来瓶颈的束缚，它将4台高速的光纤交换机与6 块高速缓存电路板（NVCACHE）、主机和盘包连接的处理器（CHIP与ACP）以及与盘包通过点到点方式连接起来，并利用交换机超高速地进行数据

4、切换与传递，使存储控制器内部带宽随阵列处理器（ACP）与前端主机通道适配器（CHIP）的增加而增大，最大带宽可达到6.4GB/S。该技术的突破使9900存储产品第一个在全球真正成为“ 无瓶颈”的企业级存储产品。1.1.3 磁盘控制器内外通路全光纤设计HDS 9900系列存储系统的磁盘控制器内部通路与连接外部主机的通道设计均采用了全光纤通道标准，使内外每条通道（路）可达到100MB/S 传输速率，是目前全球在高端存储产品第一个做到全光纤通道设计(其他公司还在沿用SCSI通道)，也是全球唯一一家使用全光纤通路设计的，其他厂家产品还仍在使用SCSI2 标准。 该设计消灭了通路在多盘包结构与大容量盘包

5、的存储产品中使用SCSI 传输的瓶颈现象。1.1.4 双口同时读写的光纤接口与高可靠性盘包在9900系列存储产品，HDS公司坚持使用自行设计与生产的双口同时读写的光纤接口盘包，成为全球在高端存储产品唯一一个不用SCSI2 接口(当今中、低档存储产品已全部采用全光纤通道设计)而采用光纤每秒100MB/S速率接口的盘包。 同时其盘包平均无故障间隔小时（MTBF）达到250 万小时，被业界公认为目前最高的标准。1.1.5 灵活的盘包RAID排列方式(同时支持RAID 0+1和RAID 5)9900系列产品除了支持RAID 5盘包排列与保护方式，还支持改进的优秀的RAID 0+1 排列方式。RAID

6、01排列方式采用4个盘包为一组，吸取RAID 5技术当中的Stripe 技术，结合传统RAID1的概念，将写数据切割并按镜像方式依次轮巡tripe 写入这四个盘包，克服了传统RAID1 以两个盘包为一组并在主盘上读写所形成排队等候存取数据瓶颈现象，特别是在当今盘包容量变大而更容易产生瓶颈。1.1.6 可扩展与镜像写的智能型高速缓存 ( NV-CACHE )HDS 9910存储产品继承了日立公司在1995年率先在全球推出可扩展与镜像写智能型全NVCACHE设计，使HDS 9910的NVCACHE从1GB可扩至16GB 并采用4块设计均全部为NVCACHE。 第一、保证了断电情况下，NVCACHE

7、中的数据不丢失，可在规定时间内（指备份电池）抄写到盘组中。 第二、保证了某块NVCACHE 板出现故障，数据依靠镜像写的像数据仍可抄写至盘组中不丢失。第三CACHE成对设计，实现了自动负载均衡，保证了无瓶颈等待。第四使用智能管理，保证NVCACHE中的数据随时在处理完后进行写送工作，而不是等写满CACHE分区后再写送。另外，HDS 9910仍采用数据CACHE与控制指令CACHE分开，保障了用户购买的CACHE 100% 用 于数据读写，这是日立公司产品与其他厂家的区别。1.1.7 可易扩展的最大存储系统9900系列中的9910存储产品，是目前全球存储产品中最大存储产品，其内部可放置48个物理

8、盘包，总裸容量在使用72GB 盘包可达到35TB，而且可在不停机带电情况下进行连续升级、扩充与维修维护。1.1.8 不停机的微码升级与724365运行标准9900系列产品在7700系列产品基础上，再次使用Flash Memory 芯片技术与理念，仍为全球在微码升级过程中不需要停机工作并真正做7x24x365天运行标准。1.1.9 开放架构HDS 9910除了在硬件上提供高速大规模存储，数据连续可用性以及世界领先的可管理性与可扩展性外，该系列产品可连接与支持开放系统，如HPUX，IBM AIX，SUN Solaris, Linux, Netware, Windows NT/2000 以及许多其他

9、操作系统，为处理超大型数据库或数据仓库提供了一个更好的存储环境。1.1.10 丰富的软件功能9900 系列产品在软件方面提供给用户很多的选择，其中包括系统资源管理与监控、远程备份与快拷、数据交换与路径管理与平衡，区域划分与安全管理，这些软件工具方便了用户，特别是其Nano-Remote Copy与Shadow Image远程异步方式备份与快照功能，被业界公认是目前全球最好、最安全的异步远程备份方式。1.2 HDS 9900V：2002年：第二代无阻塞交换体系架构HDS公司于是2002年5月7日发布了基于HDS 9900和第二代HI-STAR全光纤交换结构的高端智能存储系统HDS 9900V系列

10、产品。在HDS 9900V系列中包括两个型号的产品：HDS 9980V和HDS 9970V，其中9980V最大管理1024块盘包和9970V最大管理128块盘包，HDS 9980V由1个磁盘控制器柜和外接1至4个磁盘阵列柜组成。9900V产品在以下几个方面进行了增强：1.2.1 HDS 9970V产品系统支持4 块到 128块盘包 36GB 1.5万转/每分钟 ( 系统最大裸容量4.6 TB ) 72GB 1万转/每分钟 ( 系统最大裸容量9.2 TB ) 系统支持8、16、24条Fibre、FICON或 ESCON通道。系统内部HISTAR 型，带宽为7.9 GB/S1.2.2 HDS 99

11、80V产品系统支持8 块到 1024块盘包 36GB 1.5万转/每分钟 ( 系统最大裸容量36.8 TB )72GB 1万转/每分钟 ( 系统最大裸容量73.7 TB )系统支持8、16、24、32、64条Fibre、FICON或 ESCON通道。系统内部HISTAR 型，带宽为15.9 GB/S1.2.3 HDS 9900V产品特点1.系统内部带宽HDS 9900V系列产品的内部架构采用第二代HI-STAR体系结构。第二代HI-STAR体系结构与第一代（HDS 9900系列产品采用，包括：HDS 9960、HDS 9910）相比，在系统的整体性能上具有极大的提高。HDS 9970V产品的带

12、宽可达到7.5GB/S，HDS 9980V产品的带宽可达到15.9GB/S。而HDS 9910的带宽为3.2GB/S，HDS 9960的带宽为6.4GB/S，新一代HI-STAR体系结构的带宽几乎为上一代产品的3倍。2.系统内部处理器的能力HDS 9900V系列产品中的前端与主机的连接通道控制器以及后端与磁盘阵列连接的控制器中的处理器也进行了升级更新。新的处理器采用64位的MIPS处理器，其中前端与主机连接的处理器为200MHZ主频,后端接磁盘阵列的处理器为160MHZ主频,它的处理能力为HDS 9900系列产品中处理器能力两倍以上，HDS 9900系列产品所使用的处理器为32位的80MHZ主

13、频的i960处理器。由于处理器能力的提高，HDS 9900V系统内部的每条光纤通道的带宽由200MB/S提高到332MB/S。3.系统超大容量HDS 9900V系列产品的最大容量也提高了很大。目前，HDS 9900V产品支持36GB(转速15000/分)、72 GB(转速10000/分)两种磁盘类型，在今年的第三季度可以支持144GB(转速10000/分)的磁盘。HDS 9980V产品可装载到1024块物理盘，HDS 9970V产品可装载到128块物理盘。这样，在目前状况下(使用72 GB的盘包)，HDS 9980V产品的最大容量为75TB，HDS 9970V产品的最大容量为9TB。4.更灵活

14、的RAID保护技术HDS 9900V系列产品对RAID保护技术也进行的增强与灵活选择。在RAID 0+1保护方式下，一个RAID组可以由4块或8块物理盘组成2D+2D或4D+4D，这样可以达到更高的性能。在今年的第三季度，HDS 9900V将支持由8块物理盘组成的采用RAID 5保护方式的RAID组（7D+1P），这样可以极大的提高磁盘的利用率并可同时也提高了性能。5.逻辑虚拟端口功能可以支持更广泛和更灵活的连接性HDS 9900V系列产品通过新增加的逻辑虚拟端口软件定义功能，可支持系统更广泛更灵活的连接性，即在原有的多物理通道支持多操作系统主机平台连接的基础上，通过在物理端口上定义多个虚拟端

15、口（最大为128个）更支持在同一个物理通道上的多操作系统主机平台的连接，该功能为用户在多操作系统环境下的连接配置系统端口节省了投资，不需要为每个操作系统在存储系统上都配置相应通道接口。同时HDS 9900V系列产品的通道端口带宽的标准配置为2Gb/S。以上特点是其他公司产品所没有的，并成为存储业界的新标准。1.3 HDS NSC55：2004年：第三代无阻塞交换体系架构1.3.1 HDS NSC55存储产品介绍1.3.1.1 物理架构Hitachi TagmaStore网络存储控制器NSC55是一种机架式设备，符合企业的成本要求。它采用了Hitachi Universal Star Netwo

16、rk™交换架构，提供由业内领先的Hitachi TagmaStore通用存储平台带来的，经过验证的企业级功能：外部存储虚拟化、逻辑资源分区和通用复制。全光纤交换式内部体系架构HDS NSC55为HDS公司的第三代全光纤交换式企业级磁盘存储系统，内部仍然延续了HDS的CrossBar的交换式结构（通过Cache Switch，实现前端主机接口控制器、后端磁盘通道接口控制器数据到Cache的数据快速交换），采用了Hitachi自主研发Hi-Star III交换芯片,具有更高的数据交换能力，因此可以提供更高的内部带宽。正是因为这样的传承，NSC55为用户带来了前所未有的性能、可用性和可靠

17、性，以及先进的存储管理和数据复制功能。用户可以把各种异构存储系统整合为一个虚拟池，通过一个中央控制台，使用一套通用的工具进行管理，从而简化存储环境，最大限度地利用现有资源，降低总体拥有成本。内部逻辑示意NSC55之所以具备了强大的硬件性能，是与其内部先进的信息通道分不开的，这就是第三代通用星状网络（USN，Universal Star Network）光纤交换架构，它在大幅提高处理性能的同时也具备强大而高效的连接能力。从而使NSC55能成为通用存储平台的关键基础。HDS NSC55的内部架构就是第三代通用星状网络（USN，Universal Star Network）光纤交换架构，它在大幅提高

18、处理性能的同时也具备强大而高效的连接能力。灵活的RAID6、RAID 5和RAID 0+1组合NSC55支持的RAID方式包括2D2D和4D4D的RAID0/1以及3D1P和7D1P的RAID5和6D+2P的RAID6。用户可选择上述一种或多种RAID方式来配置NSC55。HDS存储产品支持各种RAID技术混用，在单一系统内部同时支持RAID10，RAID5（3D+1P），RAID5（7D1P），RAID6（6D+2P）同时混用，而且由于领先的技术，各种RAID技术的性能相差不大，提供用户最佳的配置灵活性，用户可以根据业务需求、磁盘利用率、系统运行的安全性、性能等因素灵活配置磁盘。HDS存储产

19、品独特的RAID6技术能够保证同一个RAID组内，同时有2块磁盘发生故障时，还能够保证数据不丢失。RAID6是通过两重校验实现的RAID方式，当同一个RAID组内2块磁RAID6（6D+2P）的RAID方式的安全性比RAID10和RAID5要高，磁盘利用率达到75%，比RAID10的50高，与RAID5（3D+1P）相当。目前由于单个磁盘的容量越来越大，目前的SATA盘已经能够达到500GB，磁盘故障后，热备盘顶替的时间越来越长，在热备盘顶替的过程中，同一RAID组中另一块磁盘出故障的概率也变大了，所以，为了保证存储系统的高可靠性，RAID6渐渐走上了历史舞台，渐渐被越来越多的客户采用。逻辑虚

20、拟端口功能支持更广泛和更灵活的SAN连接性HDS NSC55系列产品通过新增加的微码功能率先实现逻辑虚拟端口软件定义功能（HSD），可支持系统连接主机更广泛更灵活的SAN连接性，即在原有的多物理通道支持多操作系统主机平台连接的基础上，通过在单个物理端口上定义多个虚拟端口（最大为128个）来支持在同一个物理通道上的不同操作系统多主机平台的连接，该功能为用户在多操作系统环境下的连接配置系统端口节省了投资，不需要为每个操作系统在存储系统上都配置相应通道接口，大大降低用户的投资（TCO）。存储产品不停机维修、升级与扩容设计HDS存储产品的所有部件均可热插拔和不停机进行更换、扩容和不停机地微码升级。当微

21、码出现问题时可以自动不停机地返回旧版本并可不停机地加入微码的Patch。在这里特别强调的是上面提到的“不停机”是指用户业务系统不停机，是724运行的更高层次保障。主动的全局热备技术保障数据安全RAID 5和RAID 6等具有冗余数据保存的RAID技术能够保证在RAID组中有1个磁盘损坏的情况下数据不丢失，RAID6的技术可以保证同一个RAID组中同时2块磁盘损坏的情况下数据不丢失。但为了保证数据安全通常阵列系统厂商都支持动态备盘技术。使用动态备盘技术在RAID组中有1个磁盘损坏的情况下可以对系统性能影响比较小的情况下恢复损坏磁盘上的数据。1.3.1.2 动态备盘技术在某个时刻一个RAID组中的

22、一个磁盘发生错误的数量超过系统定义的错误日志指标后，盘阵系统微码会自动启动动态备盘将有错误的磁盘上的数据复制到全局动态备盘上，在这个过程中不需要通过其它磁盘上的数据进行XOR计算。因此整个RAID 磁盘组的性能影响降到最低。在完成动态备盘复制后进行错误磁盘更换时，数据将从动态备盘上拷贝回更换的磁盘上也同样不用进行XOR计算。当错误磁盘不能够进行读写操作时，盘阵的系统微码不能进行动态备盘操作，此时系统会通过Correction Copy的方法进行数据恢复.1.3.1.3 Correction Copy操作可以看到，虽然在进行Correction Copy时服务器依然可以进行正常大I/O操作，但是

23、由于RAID 组中的所有磁盘都要参与XOR计算因此性能会非常差。HDS公司深刻认识到数据对用户的重要性，因此在微码中对磁盘错误监测有非常严格的要求，在磁盘只有非常微小的错误时就会启动动态备盘；因此HDS公司对磁盘的品质要求也是非常苛刻的。主要技术指标用户因此可以在新的框架内部署应用，充分利用现有投资并使之增值，使IT和业务计划更加紧密地结合。作为HDS的Application Optimized Storage™（面向应用优化的存储）解决方案不可分割的一部分，NSC55为在开放系统和大型机环境中的各种存储满足应用需求奠定了基础。技术优势 提供企业级嵌入式虚拟化功能 内部容量可扩展为

24、72TB 通过一个控制台能够管理16PB的内部和外部存储 以一种对用户透明的方式，实时调整并平衡工作负荷 允许为各种应用创建8个专用虚拟存储系统、并配给专用容量、高速缓存和端口来保证服务质量 支持异构多平台连接性：光纤通道、IBM ESCON®、FICON®、NAS和iSCSI 提供一套全面的存储管理服务，包括以应用为中心的存储域管理 实现在异构存储层面之间透明有序地移动数据 使用Hitachi Universal Replicator（通用复制）软件支持异构数据复制 利用第三代Universal Star Network架构 提供企业级功能，符合国内大中型企业数据中心的需要1

25、.3.1.4 HDS NSC55产品软件功能介绍Resource Manager系统资源管理、性能监视套件LUN Expansion(LUSE)LUN卷容量扩展软件SANTinNel & HSD存储区域网安全管理软件Graph Track性能监控软件Flash Access逻辑盘常驻缓存，快速存取软件HDLM通道负载均衡与故障自动切换软件ShadowImage“业务连续性”解决方案TrueCopy-数据远程容灾解决方案HUR远程异步容灾软件虚拟化、逻辑分区增强的存储区域管理软件1.3.2 HDS USP存储产品介绍1.3.2.1 HDS USP存储系统内部架构HDS USP架构同样采用HDS久

26、负盛名的高性能、无瓶颈的Universal Star Network全光纤交换结构（第三代 Hi-Star架构）。Hi-Star全光纤交换式结构是HDS公司秉承了多年大型主机的设计理念，将众多大型主机中的成熟、高效的技术应用于存储系统之上:在2000年推出了第一代Hi-Star全光纤交换式结构的高端存储系统9900，该产品一经推出就受到广大高端用户的肯定，在存储业界竖立了高性能、高可靠性、高扩展性的高端存储系统形象。在2002年HDS公司在原有Hi-Star结构基础上提高CSW的运算能力，增加内部通道数量和带宽，升级前后端控制器上的CPU，推出了基于Hi-Star II结构的9900V高端存储

27、系统，该系统的性能、扩展性、可靠性等全面超过9900，成为HDS公司又一个成功的高端存储系统。在2004年，HDS公司又在Hi-Star II结构的基础上，推出了第三代全光纤交换式体系架构Universal Star Network，并且基于该架构推出了具有划时代意义的HDS USP超高端存储系统，该系统性能、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。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，最重要的部件是缓存交换模块（CSW）。通过CSW，主机接口控制器、数据Cache和磁盘

28、通道控制器连接在一起，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。通过使用交换式的结构，使HDS USP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和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。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。1.3.2.2 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。首先，HDS USP的Cache设计中采用了Cache写镜像技术，

29、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Cache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Cache出现问题，另外一个控制区域中都保存着对方Cache中未写入硬盘的数据；另一方面在进行在线的Cache升级时，HDS USP磁盘存储系统都能够支持便捷、快速的升级方式，做到升级时对系统影响时间最短。其次，HDS USP磁盘存储系统为了有效的提高读Cache的效率和减少C

30、ache中的寻址时间，将数据Cache和控制Cache分离开来，独自承担不同的任务。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Cach

31、e，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将。1.3.2.3 RAID保护方式磁盘存储系统最基本的功能就是保存数据，自从80年代初RAID技术产生以来，使用RAID技术进行磁盘的容错保护就成为磁盘存储系统的一个工业标准。HDS公司在设计其第一代高端存储系统时就已经采用了复合工业标准的RAID技术，并且一直将这一技术应用于随后推出的各个存储系统中。在HDS USP磁盘存储系统中，支持的RAID方式有01、5、6。HDS USP系列产品对RAID保护技术也进行的增强与灵活选择。在RAID 0+1保护方式下，一个RAID组可以由4块或8块物理盘

32、组成2D+2D或4D+4D，这样可以达到更高的性能。同时HDS USP还提供由4块或8块组成的物理盘支持RAID 5保护方式下的3D+1P、7D+1P，其中7D+1P的RAID 5 方式可以极大的提高磁盘组的利用率（87.5%），节约了盘组投资并可同时提高大文件处理方式的性能，6D+2P的RAID6方式主要是针对使用300GB硬盘，以提高300GB硬盘RAID组的数据安全性。1.3.2.4 维护方式一直以来存储系统的管理就是一个长期困扰用户的一个难题，尤其是高端存储系统，很多厂商都建议用户购买更多的原厂服务，请厂家的工程师进行维护与管理，这样虽然用户的维护人员管理工作减轻了，但是管理成本却大幅度增加。需要注意的是，这种管理方式通常很难满足用户根据业务需求随时对存储系统进行调整，延误了业务系统上线时间。HDS USP磁