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金融业数据中心大型主机系统硬件架构的设计和分析
面对当前各种新技术架构的挑战,大型主机系统在金融企业广泛应用的地位依然没有改变,这与它的高稳定性、高安全性和强大的处理能力密不可分.数据中心作为金融企业的生产中心,为业务的顺利开展提供坚实的科技支撑,其稳定安全的运行至关重要.合理设计数据中心大型主机系统硬件架构是一项复杂的工作,在金融企业总体布局中占有重要位置.
一、主机系统硬件总体架构
一套基本的主机系统硬件架构包括主机集群、主机磁盘机、虚拟带库、磁带库、光纤导向器、FTS（FiberTraner System）以及连接各设备的光纤链路.主机集群用于数据的集中处理；主机磁盘机用于数据集中存储；磁带库用于数据的备份；虚拟带库提供主机集群备份到磁带库的数据缓冲；光纤导向器提供数据交换功能；FTS 用于为光纤导向器和其他功能部件间提供光纤跳接.各设备间的连接关系如图1 所示.
在设计和规划数据中心时,为保证冗余备份和灾难恢复,往往会建立多个站点并在站点间保持数据同步和多级备份,确保数据的高可靠性、高一致性和高安全性.目前通用的架构包括“异地灾备”架构和“两地三中心”架构.
“异地灾备”架构,为的双站点分别位于两个城市,保障了远程异地双活及业务连续性,可在需要时随时进行切换.图2 为“异地灾备”架构,其中站点A 和站点B 构成“异地灾备”架构,如果站点A 或站点B 发生灾难性故障,可将核心业务处理和主要渠道切换到另一个站点.
“两地三中心”指的是在两个城市设立三个数据中心站点.如图3 所示,A 站点和B 站点为同城双活站点,承担业务生产,在其中一个站点出现问题时,可互相切换接管；C 站点为异地灾备站点,用于在A 站点及B 站点同时失效（如地区灾难性事故发生）时,异地接管生产.
整个主机系统硬件架构的框架中,对各个独立设备进行具体分析,明确各类设备间的关系,是主机系统硬件架构设计的关键.
二、主机设备
在主机系统中,主机指大型计算机.在市场上,大型计算机基本上是IBM 的产品.自20 世纪60 年代IBM 推出第1 代大型机型 S/360 开始,到目前最新的z14 机型,IBM 的大型机技术经过若干代机型的发展,在系统的高可用性和处理能力等方面已经达到业界非常高的水平.目前的大型主机硬件已经可以支持多个平台的操作系统软件,比如z/OS,z/Linux,z/VM 等,在硬件组成架构上与现在微机系统没有太大区别,包括了处理器（CPU）、内存、磁盘、磁带、通道、控制单元、耦合器（CF）、时钟和控制台等.
主机设备不是单台运作,而是通过构建集群,采用并行耦合技术（Parallel Sysplex）实现数据共享、并行处理、非中断执行硬件和软件的维护与安装.这项技术支持多个系统作为一个系统镜像运行,在硬件上表现为多台主机通过多台耦合器的协同运作,作为一个整体对外提供服务.即使一立的主机遭受了毁灭性的损失,任何在该台主机上进行的工作都可以自动地在剩下的主机上重新开始.
并行耦合系统结构如图4 所示.
一个Sysplex 包含多台主机（CP）和多台耦合器（CF）.主机用于核心应用的处理,
通过FICON 通道与外接磁盘相连读取数据,耦合器则用来协同多台主机的工作.
三、 磁盘存储设备
磁盘机为外存储器的一种,为计算机系统存储大量的信息.磁盘机成本比主机内存成本低,容量更大,具有很高的存储性能和高可靠性存取,因而得到广泛应用.在主机系统硬件架构中,不同的公司采用多家厂商（ 如IBM、EMC、HDS 等） 多个系列的产品,且一直保持更新换代以适应日益增长的业务需求.
以IBM 的高端磁盘机DS8886 为例,其磁盘机结构包括CEC（核心处理器）、硬盘框、HPFE（flash 盘框）、I/O 模块、电源以及HMC（硬件控制台）等.磁盘机作为集中存储的载体,能够实现存储的智能化和可控性.多台磁盘机之前通过数据备份技术,实现多站点多套存储的复合备份策略,确保数据的高一致性和可靠性.主机系统硬件架构中,磁盘的备份方案根据应用场景的不同主要分为以下三种：
（1）PPRC（Peer to Peer Remote Copy）
一种以存储为基础的、实时的且与应用无关的数据远程镜像功能.它通过数据通道,以逻辑卷为基本单位,将本地磁盘上的数据同步镜像到远端磁盘上.PPRC 用于本地磁盘间的数据同步和备份.
（2）PPRC-XD（PPRC Extended Distance）
一种异步的数据远程镜像功能.PPRC-XD 能够在远端更新未完成的情况下,只要本地更新成功就可以向主机返回“写成功”信号.使用PPRC-XD 方式,在主备机房之间数据链路带宽成为瓶颈时,采用异步方式可以不影响主机房生产系统的性能.PPRC-XD 用于远端异步备份.
（3）XRC（Extended Remote Copy）
一种基于主机并行耦合技术及磁盘硬件实现的一种远程异步拷贝技术.XRC 的数据拷贝技术的执行主体是SDM（System Data Mover）系统,SDM 负责实时将主站点磁盘上的数据镜像拷贝到远程的备份站点磁盘中.XRC 用于异地数据备份.
三种技术的具体实现过程如图5 所示.
在磁盘端,数据处理的高可用性和高可靠性非常重要.如果发生数据丢失,对金融业务的正常运行将造成严重的影响.在主站点、并行站点和灾备站点磁盘数据同步与备份中使用PPRC、PPRC-XD 和XRC 技术,能够在各种情况下保证数据的完整性和高可用性.三站点间的磁盘布局如图6 所示.
图6 中,主站点的一、二级盘通过PPRC 建立镜像关系保存同步的两份数据,在保证数据不会丢失的同时确保高一致性；主站点的二级盘和并行站点的并行磁盘建立PPRC-XD 异步数据拷贝关系,在同城级别保证数据不丢失；主站点的一级盘和备份站点的备份磁盘建立XRC 远端异步数据拷贝关系,备份磁盘充当容灾备份恢复功能.
四、光纤导向器设备
在主机环境中,光纤导向器（Ficon Director）是用来连接主机通道和I/O 终端设备,其作用是减少系统连接的物理通道数量和提高系统连接的灵活性.以IBM2499-384 光纤导向器为例,其硬件结构包括CP 板卡、CR 板卡、端口槽和特殊板卡、电源模块以及WWN 卡和风扇模块等.光纤导向器通过FTS 连接主机和存储/备份设备.根据用途的不同,光纤导向器可分为本地导向器和级联导向器.其中,本地导向器用于本地的主机、存储和备份设备互联,级联导向器用于异地设备连接和数据交换.光纤导向器连接方式如图7 所示.
五、FTS 跳线设备
数据中心通常有成千上万台计算机设备, 巨大的规模已经远远超出了传统的布线概念, 因此不仅要考虑成本,还要实现高效的线缆管理, 采用实时可靠、美观和易于扩展的光纤布线是今后数据中心的发展趋势.FTS设备就是一种符合上述要求的光纤连接装置.它用于优化数据中心机房内部的光纤连接,通过将各种设备光纤连接集中到特定FTS 光纤面板,再相互跳接实现互联互通.各种设备的光纤可以通过连接至特定的FTS 机柜上的面板和面板背后预先铺设的光纤线缆连接至目标设备所在的FTS 面板,以达到便于维护和管理的目的.
一般来说,现有FTS 设备采用层级化连接.一套FTS 系统由数个机柜构成,每个机柜安装若干面板,每个面板下安装若干耦合条,每块耦合条上有16 个光纤端口.通过在FTS 和对端设备（如主机、存储或光纤导向器）间铺设trunk,可建立对端设备端口和FTS 面板节点的一一对应关系,将对于对端设备的操作集中到FTS 面板上,使光纤规划和铺设更加方便快捷.FTS 跳线如图8 所示.
FTS 设备在主机系统架构中,用于提高链路故障排查效率和简化光纤布线过程,属于辅助类设备.
六、带库备份设备
带库备份设备为主机系统硬件架构中的底层备份设备,采用磁带介质进行大量数据的备份和恢复.为解决底层磁带和上级设备的存取速度差异问题,带库备份设备分为虚拟带库和磁带库,其中,虚拟带库为数据备份至磁带库提供缓冲.
1. 虚拟带库
虚拟带库是一种针对主机平台的解决方案, 利用磁盘缓存仿真成虚拟的磁带机和磁带介质.一台物理磁带机可以被虚拟仿真成多台磁带机的镜像,多个虚拟磁带卷经叠加后才写进物理磁带介质上,可以有效并充分地使用磁带介质和磁带机资源.虚拟带库充分利用现有的磁带机和磁带资源,解决了磁带驱动器紧张的问题,简化了磁带管理.
以Oracle 的虚拟带库为例,其工作原理如图9 所示.虚拟带库工作过程就是将数据写在虚拟带库磁盘缓存区的VTV（Virtual Tape Volumns）上,VTV 可选择迁移到后级VLE（Virtual Library Extended）和磁带库(Real Tape Drives,RTDs).另外,如有需要,主机可以将已迁出的VTV 自动回拷到虚拟带库中.图中的ELS（Enterprise Library Software）是操控和管理虚拟带库的主机整合套件.
虚拟带库采用模块化设计,结构上包括控制器节点、硬盘框、接口模块和电源等部件.从整体结构上看,虚拟带库通过光纤导向器和FTS 跳线设备,上连主机,下连磁带库,实现数据的缓存和管理.
2. 磁带库
磁带库是以磁带为存储介质的存储设备,其数据存储量特别大,保存时间特别长（一般10 年以上）.磁带库由多个驱动器、多个槽和机械手等组成,由机械手自动实现磁带的装卸和装填,且能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能.磁带库能够实现多个驱动器（带机）并行工作,存储容量可达PB 级别,还可实现连续备份和自动搜索磁带等功能,并在管理软件的支持下实现智能恢复、实时监控和统计,是主机系统中必不可少的设备.
磁带库的基本结构包括控制模块（包括各种控制板卡）、磁带、磁带机、机械手、CAP（加退带口）以及控制台等.磁带库里的磁带介质通过加/ 退带进行定期更换和清理,保证库体内的数据时效性和完备性.数据中心大型主机系统硬件架构包含的各个组成部件,其功能从数据处理、数据传输到数据多级存储,再到站点级别的数据备份和恢复,构成了一个有机整体.在实际搭建的过程中,需要根据不同的应用情形对各个部分的设备数量进行进一步评估（如设备数和设备间通道数等）,对于单台设备的各项参数也需要进行反复调优,才能更好地体现主机系统的高稳定性、高安全性和高处理能力.
数据中心论文范文结:
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