一種基于存儲雙活的MES生產(chǎn)系統(tǒng)高可用解決方案

◆顧 今 袁 園

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一種基于存儲雙活的MES生產(chǎn)系統(tǒng)高可用解決方案

◆顧 今 袁 園

(京東方科技集團股份有限公司CIO組織 北京 100016)

隨著信息化系統(tǒng)的普及，對數(shù)據(jù)安全的重視度越來越高，數(shù)據(jù)丟失、存儲故障所帶來的損失也越來越大，因此存儲雙活成為當(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)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，其穩(wěn)定性對于制造企業(yè)更為重要，本文提出了一種基于存儲雙活的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)；存儲雙活；MES系統(tǒng)

0 引言

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

（1）DAS（Direct-Attached Storage）；

（2）NAS（Network-Attached Storage）；

（3）SAN（Storage Area Network）。

在企業(yè)級應(yīng)用中，主要使用NAS、SAN存儲技術(shù)。

NAS采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)交換機連接存儲與主機，建立專用于數(shù)據(jù)存儲的存儲私網(wǎng)。NAS提供經(jīng)文件系統(tǒng)格式化、用于存儲非結(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FC交換機連接存儲和主機，建立專用于數(shù)據(jù)存儲的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，是一種專門為存儲建立的獨立于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之外的專用網(wǎng)絡(luò)， SAN能提供的是裸設(shè)備，是MES系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品所必不可少的存儲類型。

1 當(dāng)前MES系統(tǒng)中SAN和NAS存儲方案簡介

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

（1）SAN和NAS由獨立的硬件設(shè)備提供，如HDS的存儲+NAS機頭方案；

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

（3）使用SAN和NAS統(tǒng)一存儲，如Netapp存儲方案。

在實際環(huán)境中，三種方案的風(fēng)險點均在底層SAN存儲或與NAS存儲轉(zhuǎn)換層，當(dāng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，會造成業(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)點較多，性能受到局限，在企業(yè)級應(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存儲方案

過去我們通過以下兩種方案降低存儲單點故障的風(fēng)險：

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

二是冷備系統(tǒng)，故障時通過修改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，宕機無可避免，宕機時間取決于人工響應(yīng)效率，并且新舊存儲之間可能存在數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象，為恢復(fù)后系統(tǒng)的穩(wěn)定運行埋下隱患。

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

2 基于存儲雙活的解決方案

存儲雙活方案，通過使用兩套完全獨立的存儲設(shè)備組成雙活集群，構(gòu)建虛擬化NAS和SAN存儲層，對于客戶端或MES設(shè)備是透明的，操作系統(tǒng)所看到的SAN硬盤空間或網(wǎng)絡(luò)共享只有一個，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，兩臺雙活存儲同時都有數(shù)據(jù)讀寫，每一個客戶端IO都會同時落到兩臺存儲中，數(shù)據(jù)共有兩份并保持實時同步。在這里，NAS節(jié)點可以使用與SAN存儲分離的單獨物理設(shè)備或軟件、虛擬機來實現(xiàn)，也可以集成在SAN+NAS統(tǒng)一存儲中，但邏輯概念必須符合圖中架構(gòu)。

圖2 存儲雙活的MES系統(tǒng)高可用方案邏輯圖

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

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

（2）SAN存儲，兩臺配置完全相同的存儲， SAN存儲③上的每一塊邏輯數(shù)據(jù)單元（LUN）在SAN存儲④上有與之完全相同的一塊，對外虛擬化為一個LUN，在SAN客戶端只能識別唯一虛擬LUN。每個SAN的IO寫會同時往兩個LUN中寫，讀也會同時從兩個LUN中讀；

（3）仲裁存儲，其功能是判斷兩臺存儲的在線、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)庫服務(wù)器，也可能為應(yīng)用服務(wù)器、備份服務(wù)器等。

通過實際生產(chǎn)運行情況對比，本文提出的基于存儲雙活的MES生產(chǎn)系統(tǒng)的解決方案性能更好、更可靠，在存儲單點故障的情況下，可實現(xiàn)終端無縫切換，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)性。

3 結(jié)語

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)對業(yè)務(wù)連續(xù)性的需求也越來越迫切，設(shè)備層面上的關(guān)注點也不再集中于前端主機的高可用，底層存儲的數(shù)據(jù)安全也越發(fā)受到重視。存儲雙活技術(shù)因其穩(wěn)定性、高可用性，在企業(yè)級應(yīng)用中得到了廣泛的使用，其可靠性也得到了進一步的驗證。本文就MES系統(tǒng)的應(yīng)用提出的一種雙活的存儲架構(gòu)，保障了存儲層應(yīng)用業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

圖3 存儲雙活的MES系統(tǒng)架構(gòu)組件圖

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

[2]朱金惟.基于存儲虛擬化技術(shù)的雙活存儲系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息與電腦，2017.

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