◆顧 今 袁 園

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一種基于存儲(chǔ)雙活的MES生產(chǎn)系統(tǒng)高可用解決方案

◆顧 今 袁 園

(京東方科技集團(tuán)股份有限公司CIO組織 北京 100016)

隨著信息化系統(tǒng)的普及，對(duì)數(shù)據(jù)安全的重視度越來(lái)越高，數(shù)據(jù)丟失、存儲(chǔ)故障所帶來(lái)的損失也越來(lái)越大，因此存儲(chǔ)雙活成為當(dāng)前許多企業(yè)各系統(tǒng)，尤其是生產(chǎn)系統(tǒng)的首要選擇。MES系統(tǒng)是生產(chǎn)管理系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車(chē)間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，其穩(wěn)定性對(duì)于制造企業(yè)更為重要，本文提出了一種基于存儲(chǔ)雙活的MES系統(tǒng)高可用解決方案，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，保持業(yè)務(wù)連續(xù)性。

數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)雙活；MES系統(tǒng)

0 引言

隨著存儲(chǔ)、主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)也在不停變化，最常見(jiàn)的存儲(chǔ)與主機(jī)的連接方式有：

（1）DAS（Direct-Attached Storage）；

（2）NAS（Network-Attached Storage）；

（3）SAN（Storage Area Network）。

在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中，主要使用NAS、SAN存儲(chǔ)技術(shù)。

NAS采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接存儲(chǔ)與主機(jī)，建立專(zhuān)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)私網(wǎng)。NAS提供經(jīng)文件系統(tǒng)格式化、用于存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的帶狀態(tài)的具體文件服務(wù)，在MES系統(tǒng)中主要有CIFS、FTP、NSF等形式，且各形式間共享同一文件系統(tǒng)。

SAN則是通過(guò)FC交換機(jī)連接存儲(chǔ)和主機(jī)，建立專(zhuān)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，是一種專(zhuān)門(mén)為存儲(chǔ)建立的獨(dú)立于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之外的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)， SAN能提供的是裸設(shè)備，是MES系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品所必不可少的存儲(chǔ)類(lèi)型。

1 當(dāng)前MES系統(tǒng)中SAN和NAS存儲(chǔ)方案簡(jiǎn)介

現(xiàn)有MES系統(tǒng)，大部分使用單臺(tái)存儲(chǔ)提供業(yè)務(wù)支撐，其解決方案主要有以下三種（圖1）：

（1）SAN和NAS由獨(dú)立的硬件設(shè)備提供，如HDS的存儲(chǔ)+NAS機(jī)頭方案；

（2）SAN存儲(chǔ)提供SAN，NAS由SAN存儲(chǔ)提供給文件服務(wù)器（物理或虛擬）轉(zhuǎn)化而成；

（3）使用SAN和NAS統(tǒng)一存儲(chǔ)，如Netapp存儲(chǔ)方案。

在實(shí)際環(huán)境中，三種方案的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)均在底層SAN存儲(chǔ)或與NAS存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換層，當(dāng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)造成業(yè)務(wù)中斷甚至影響生產(chǎn)等不良后果。尤其是方案二，其故障節(jié)點(diǎn)較多，性能受到局限，在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中穩(wěn)定性較低，已被逐漸淘汰。

圖1 當(dāng)前MES系統(tǒng)中SAN和NAS存儲(chǔ)方案

過(guò)去我們通過(guò)以下兩種方案降低存儲(chǔ)單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)：

一是通過(guò)在主機(jī)層面映射兩個(gè)不同存儲(chǔ)的物理硬盤(pán)，使其在邏輯上成為一塊虛擬磁盤(pán)，提供冗余性，但此方案需消耗主機(jī)計(jì)算資源，降低了硬件性能，且存在操作系統(tǒng)兼容性問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中局限性較大；

二是冷備系統(tǒng)，故障時(shí)通過(guò)修改IP等方式替代故障NAS以迅速恢復(fù)業(yè)務(wù)，但這種方案下，宕機(jī)無(wú)可避免，宕機(jī)時(shí)間取決于人工響應(yīng)效率，并且新舊存儲(chǔ)之間可能存在數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象，為恢復(fù)后系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。

基于以上風(fēng)險(xiǎn)，我們提出一種基于存儲(chǔ)雙活的高可用方案，提高整個(gè)系統(tǒng)的健壯性。

2 基于存儲(chǔ)雙活的解決方案

存儲(chǔ)雙活方案，通過(guò)使用兩套完全獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備組成雙活集群，構(gòu)建虛擬化NAS和SAN存儲(chǔ)層，對(duì)于客戶端或MES設(shè)備是透明的，操作系統(tǒng)所看到的SAN硬盤(pán)空間或網(wǎng)絡(luò)共享只有一個(gè)，等同于單一設(shè)備，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

此架構(gòu)中，兩臺(tái)雙活存儲(chǔ)同時(shí)都有數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，每一個(gè)客戶端IO都會(huì)同時(shí)落到兩臺(tái)存儲(chǔ)中，數(shù)據(jù)共有兩份并保持實(shí)時(shí)同步。在這里，NAS節(jié)點(diǎn)可以使用與SAN存儲(chǔ)分離的單獨(dú)物理設(shè)備或軟件、虛擬機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以集成在SAN+NAS統(tǒng)一存儲(chǔ)中，但邏輯概念必須符合圖中架構(gòu)。

圖2 存儲(chǔ)雙活的MES系統(tǒng)高可用方案邏輯圖

存儲(chǔ)框架內(nèi)節(jié)點(diǎn)均有冗余配置，任一節(jié)點(diǎn)損壞，應(yīng)用無(wú)感知，其架構(gòu)組件如圖3所示，其主要組件包含NAS機(jī)頭、SAN存儲(chǔ)、仲裁存儲(chǔ)、NAS客戶端、SAN客戶端五部分，各部分功能如下：

（1）NAS機(jī)頭，兩臺(tái)機(jī)頭之間通過(guò)心跳線連接，為Active-Standby關(guān)系，從應(yīng)用端將不同的文件系統(tǒng)分到不同的機(jī)頭上承載，對(duì)外提供唯一的虛擬的IP供客戶端使用；

（2）SAN存儲(chǔ)，兩臺(tái)配置完全相同的存儲(chǔ)， SAN存儲(chǔ)③上的每一塊邏輯數(shù)據(jù)單元（LUN）在SAN存儲(chǔ)④上有與之完全相同的一塊，對(duì)外虛擬化為一個(gè)LUN，在SAN客戶端只能識(shí)別唯一虛擬LUN。每個(gè)SAN的IO寫(xiě)會(huì)同時(shí)往兩個(gè)LUN中寫(xiě)，讀也會(huì)同時(shí)從兩個(gè)LUN中讀；

（3）仲裁存儲(chǔ)，其功能是判斷兩臺(tái)存儲(chǔ)的在線、離線、故障等情況，從而決策業(yè)務(wù)的邏輯切換。仲裁存儲(chǔ)可以基于SAN網(wǎng)絡(luò)，也可以基于IP網(wǎng)絡(luò)；

（4）NAS客戶端，即MES系統(tǒng)中需要使用FTP、CIFS或NFS等NAS服務(wù)的終端，可能為制造設(shè)備、Line PC或Judge PC等，其任務(wù)是上傳、下載生產(chǎn)所必需的的process data、檢查文件等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；

（5）SAN客戶端則是MES系統(tǒng)中需要使用SAN服務(wù)的服務(wù)器，通常為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，也可能為應(yīng)用服務(wù)器、備份服務(wù)器等。

通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況對(duì)比，本文提出的基于存儲(chǔ)雙活的MES生產(chǎn)系統(tǒng)的解決方案性能更好、更可靠，在存儲(chǔ)單點(diǎn)故障的情況下，可實(shí)現(xiàn)終端無(wú)縫切換，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)性。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)與制造企業(yè)的融合的深入，制造企業(yè)對(duì)業(yè)務(wù)連續(xù)性的需求也越來(lái)越迫切，設(shè)備層面上的關(guān)注點(diǎn)也不再集中于前端主機(jī)的高可用，底層存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)安全也越發(fā)受到重視。存儲(chǔ)雙活技術(shù)因其穩(wěn)定性、高可用性，在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中得到了廣泛的使用，其可靠性也得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證。本文就MES系統(tǒng)的應(yīng)用提出的一種雙活的存儲(chǔ)架構(gòu)，保障了存儲(chǔ)層應(yīng)用業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

圖3 存儲(chǔ)雙活的MES系統(tǒng)架構(gòu)組件圖

[1]聶曉偉，崔文博.基于虛擬化存儲(chǔ)設(shè)備的云數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)雙活架構(gòu)[J].通信設(shè)計(jì)與應(yīng)用，2017.

[2]朱金惟.基于存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的雙活存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦，2017.

[3]李宏偉，肖偉.存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)在雙活數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2013.