HDS VSP 硬件体系架构

时间:?2013-12-19

1.?体系架构

（Hitachi Virtual Storage Platform）基于第五代Hitachi Universal Star Network? 光纤交换架构，是唯一适用于所有数据类型、可进行3D扩展的存储平台。其独有的存储架构可进行灵活扩展，以满足性能和容量需求，并通过对多供应商存储环境进行虚拟化，优化存储资产回报率。

第五代Hi-Star交换架构

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。2010年，在成熟并且久经市场考验，被广大用户认可的?V的基础上，根据存储科技发展的最新成果，推出了全新的VSP存储系统。

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，最重要的部件是交换矩阵中的缓存交换模块（GSW）。通过GSW，主机接口控制器FED、数据Cache板、磁盘通道控制器BED和虚拟存储导向器VSD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。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。而且，这种使用交换式的结构，使HDS VSP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、

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。VSP可以配置单个或者最大两个控制阵列，每个控制阵列可以配置一个控制柜和两个磁盘扩展柜。控制柜包含一个逻辑控制单元，承载了所有的本控制柜的所有控制卡（包括主机接口卡FED、磁盘控制卡BED、内存卡DCA、集中处理卡VSD以及核心的缓存交换模块GSW）；此外，控制柜还包含两个磁盘扩展单元。磁盘扩展柜能够装载三个磁盘扩展单元。VSP提供两种类型的磁盘扩展单元：支持最大128块”磁盘的小型磁盘扩展单元SFF和支持最大80块磁盘的”的大型磁盘扩展单元LFF。当VSP满配时使用两个控制柜，两个控制柜之间直接基于GSW进行互联，形成一个单一的存储平台。

虚拟存储导向器VSD

在第五代交换式体系架构中，在分布式体系架构的基础上，VSP增加了虚拟存储导向器VSD，来实现对VSP存储上IO读写任务的统一调度和部署。

虚拟存储导向器VSD结构示意图

VSP的每个控制柜可以安装两块或者最大四块VSD，每个VSD上安装有一个主频的四核CPU和12MB的板上L2缓存，这些CPU取代了传统的位于前端主机接口卡和后端磁盘控制卡的CPU，承担了VSP的主要I/O的运算和处理，包括：分配给此VSD的所有的LDEVs的映射、运算、Raid 处理。VSP接收到所有的主机I/O请求都被视作是一个任务线程，VSD上的任何一个CPU都能够对自己VSD所管理的LDEV进行运算和处理，而每个VSD只处理属于自己的LDEV，仅当他自身出现故障时才会切换到冗余的另一个VSD上去。VSP控制柜上的任何一个前端卡上的主机接口都能够访问任意的LDEV，前端接口卡上的CPU将仅仅完成I/O的定向，即将某个LDEV定向给它所从属的VSD，并不做运算和处理。同时每个VSD上安装有4GB的DDR2 RAM作为控制缓存，存放和管理内部处理数据信息和状态，包括：Array groups,，LDEVs，external LDEVs，runtime tables，

mapping data。

虚拟存储导向器VSD负载均衡示意图

每个LDEV都会被分配给唯一一个属主的VSD，同样也仅有一个VSD来运算和处理它所管理的LDEV。当LDEV被创建时就被分配给某个VSD，无论是单个控制柜的环境还是双控制柜的配置环境。在单个控制柜环境中，最大包含四个VSD，在初始时每个VSD都将管理所有LDEV的25%；与之类似的，在双控制柜环境中时，最大配置八个VSD，则初始时每个VSD都将管理所有LDEV 的%。VSD的LDEV属主模式不管I/O来自于哪个主机、哪个前端端口或哪一块前端卡，也不论是I/O将去往哪个后端卡、后端端口或磁盘。因此VSD的数量与所安装的前端卡或者后端卡的数量都无关。通过增加VSD的数量可以近乎线性的增加VSP存储的处理能力。通过VSP的这种独有的集中运算处理机制，可以更加充分的发挥所有CPU的处理性能，可以按照逻辑卷（LDEV）的属主更加均衡地实现各个CPU之间的负载均衡，从而提高VSP存储系统的性能。VSD板上专用处理器使用专用操作系统，来负责存储I/O统一调度处理，包括：

•前端端口I/O

•虚拟化I/O

•后端端口I/O

•容灾初始端口I/O（MCU）

•容灾目标端口I/O（RCU）

•主机（Mainframe）仿真类型等

VSD的IO调度流程见如下的示意图：

虚拟存储导向器VSD的IO调度流程示意图

VSP前端端口的IO请求首先发到VSD板处理，通过统一调度之后，IO数据将直接与Cache板、后端板卡、后端物理磁盘进行数据交换，而不会通过VSD板进行。前端板卡、Cache板卡及后端板卡决定着数据传输性能。

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。VSP的缓存部件称为DCA——Data Cache Adapters数据缓存卡，DCA承载了所有的主机访问数据和控制缓存的复本。VSP单个控制柜支持最大8个DCA，每个DCA可以安装最大64GB缓存，单个控制柜系统可以支持最大512GB缓存，整个VSP满配可以配置最大1TB缓存。VSP采用最新的SSD来实现高速缓存的掉电保护，在每个缓存卡DCA上都安装有两块SSD磁盘（32GB或64GB）。同时在每个缓存卡DCA上都安装有独立的电池，当VSP发生掉电或意外宕机时，由DCA上的电池供电，所有的缓存数据将被写入到DCA上的SSD内用于长久保存。如下图所