一種基于存儲雙活的MES生產系統高可用解決方案

◆顧 今 袁 園

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一種基于存儲雙活的MES生產系統高可用解決方案

◆顧 今 袁 園

(京東方科技集團股份有限公司CIO組織 北京 100016)

隨著信息化系統的普及，對數據安全的重視度越來越高，數據丟失、存儲故障所帶來的損失也越來越大，因此存儲雙活成為當前許多企業各系統，尤其是生產系統的首要選擇。MES系統是生產管理系統，是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統，其穩定性對于制造企業更為重要，本文提出了一種基于存儲雙活的MES系統高可用解決方案，提高了系統穩定性，保持業務連續性。

數據；存儲雙活；MES系統

0 引言

隨著存儲、主機、網絡等技術的發展，數據存儲架構也在不停變化，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）。

在企業級應用中，主要使用NAS、SAN存儲技術。

NAS采用TCP/IP網絡技術，通過網絡交換機連接存儲與主機，建立專用于數據存儲的存儲私網。NAS提供經文件系統格式化、用于存儲非結構化數據的帶狀態的具體文件服務，在MES系統中主要有CIFS、FTP、NSF等形式，且各形式間共享同一文件系統。

SAN則是通過FC交換機連接存儲和主機，建立專用于數據存儲的區域網絡，是一種專門為存儲建立的獨立于TCP/IP網絡之外的專用網絡， SAN能提供的是裸設備，是MES系統中數據庫產品所必不可少的存儲類型。

1 當前MES系統中SAN和NAS存儲方案簡介

現有MES系統，大部分使用單臺存儲提供業務支撐，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器（物理或虛擬）轉化而成；

（3）使用SAN和NAS統一存儲，如Netapp存儲方案。

在實際環境中，三種方案的風險點均在底層SAN存儲或與NAS存儲轉換層，當某一環節出現故障時，會造成業務中斷甚至影響生產等不良后果。尤其是方案二，其故障節點較多，性能受到局限，在企業級應用中穩定性較低，已被逐漸淘汰。

圖1 當前MES系統中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，且存在操作系統兼容性問題，在實際應用中局限性較大；

二是冷備系統，故障時通過修改IP等方式替代故障NAS以迅速恢復業務，但這種方案下，宕機無可避免，宕機時間取決于人工響應效率，并且新舊存儲之間可能存在數據不一致的現象，為恢復后系統的穩定運行埋下隱患。

基于以上風險，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備組成雙活集群，構建虛擬化NAS和SAN存儲層，對于客戶端或MES設備是透明的，操作系統所看到的SAN硬盤空間或網絡共享只有一個，等同于單一設備，其邏輯結構如圖2所示。

此架構中，兩臺雙活存儲同時都有數據讀寫，每一個客戶端IO都會同時落到兩臺存儲中，數據共有兩份并保持實時同步。在這里，NAS節點可以使用與SAN存儲分離的單獨物理設備或軟件、虛擬機來實現，也可以集成在SAN+NAS統一存儲中，但邏輯概念必須符合圖中架構。

圖2 存儲雙活的MES系統高可用方案邏輯圖

存儲框架內節點均有冗余配置，任一節點損壞，應用無感知，其架構組件如圖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關系，從應用端將不同的文件系統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上的每一塊邏輯數據單元（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，從而決策業務的邏輯切換。仲裁存儲可以基于SAN網絡，也可以基于IP網絡；

（4）NAS客戶端，即MES系統中需要使用FTP、CIFS或NFS等NAS服務的終端，可能為制造設備、Line PC或Judge PC等，其任務是上傳、下載生產所必需的的process data、檢查文件等非結構化數據；

（5）SAN客戶端則是MES系統中需要使用SAN服務的服務器，通常為數據庫服務器，也可能為應用服務器、備份服務器等。

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

3 結語

隨著“互聯網+”技術與制造企業的融合的深入，制造企業對業務連續性的需求也越來越迫切，設備層面上的關注點也不再集中于前端主機的高可用，底層存儲的數據安全也越發受到重視。存儲雙活技術因其穩定性、高可用性，在企業級應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系統的應用提出的一種雙活的存儲架構，保障了存儲層應用業務的連續性。

圖3 存儲雙活的MES系統架構組件圖

[1]聶曉偉，崔文博.基于虛擬化存儲設備的云數據中心存儲雙活架構[J].通信設計與應用，2017.

[2]朱金惟.基于存儲虛擬化技術的雙活存儲系統設計與實現[J].信息與電腦，2017.

[3]李宏偉，肖偉.存儲虛擬化技術在雙活數據中心中的應用[J].郵電設計技術，2013.