一种基于存储双活的MES生产系统高可用解决方案

◆顾 今 袁 园



一种基于存储双活的MES生产系统高可用解决方案

◆顾 今 袁 园

(京东方科技集团股份有限公司CIO组织 北京 100016)

随着信息化系统的普及，对数据安全的重视度越来越高，数据丢失、存储故障所带来的损失也越来越大，因此存储双活成为当前许多企业各系统，尤其是生产系统的首要选择。MES系统是生产管理系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，其稳定性对于制造企业更为重要，本文提出了一种基于存储双活的MES系统高可用解决方案，提高了系统稳定性，保持业务连续性。

数据；存储双活；MES系统

0 引言

随着存储、主机、网络等技术的发展，数据存储架构也在不停变化，最常见的存储与主机的连接方式有：

（1）DAS（Direct-Attached Storage）；

（2）NAS（Network-Attached Storage）；

（3）SAN（Storage Area Network）。

在企业级应用中，主要使用NAS、SAN存储技术。

NAS采用TCP/IP网络技术，通过网络交换机连接存储与主机，建立专用于数据存储的存储私网。NAS提供经文件系统格式化、用于存储非结构化数据的带状态的具体文件服务，在MES系统中主要有CIFS、FTP、NSF等形式，且各形式间共享同一文件系统。

SAN则是通过FC交换机连接存储和主机，建立专用于数据存储的区域网络，是一种专门为存储建立的独立于TCP/IP网络之外的专用网络， SAN能提供的是裸设备，是MES系统中数据库产品所必不可少的存储类型。

1 当前MES系统中SAN和NAS存储方案简介

现有MES系统，大部分使用单台存储提供业务支撑，其解决方案主要有以下三种（图1）：

（1）SAN和NAS由独立的硬件设备提供，如HDS的存储+NAS机头方案；

（2）SAN存储提供SAN，NAS由SAN存储提供给文件服务器（物理或虚拟）转化而成；

（3）使用SAN和NAS统一存储，如Netapp存储方案。

在实际环境中，三种方案的风险点均在底层SAN存储或与NAS存储转换层，当某一环节出现故障时，会造成业务中断甚至影响生产等不良后果。尤其是方案二，其故障节点较多，性能受到局限，在企业级应用中稳定性较低，已被逐渐淘汰。

图1 当前MES系统中SAN和NAS存储方案

过去我们通过以下两种方案降低存储单点故障的风险：

一是通过在主机层面映射两个不同存储的物理硬盘，使其在逻辑上成为一块虚拟磁盘，提供冗余性，但此方案需消耗主机计算资源，降低了硬件性能，且存在操作系统兼容性问题，在实际应用中局限性较大；

二是冷备系统，故障时通过修改IP等方式替代故障NAS以迅速恢复业务，但这种方案下，宕机无可避免，宕机时间取决于人工响应效率，并且新旧存储之间可能存在数据不一致的现象，为恢复后系统的稳定运行埋下隐患。

基于以上风险，我们提出一种基于存储双活的高可用方案，提高整个系统的健壮性。

2 基于存储双活的解决方案

存储双活方案，通过使用两套完全独立的存储设备组成双活集群，构建虚拟化NAS和SAN存储层，对于客户端或MES设备是透明的，操作系统所看到的SAN硬盘空间或网络共享只有一个，等同于单一设备，其逻辑结构如图2所示。

此架构中，两台双活存储同时都有数据读写，每一个客户端IO都会同时落到两台存储中，数据共有两份并保持实时同步。在这里，NAS节点可以使用与SAN存储分离的单独物理设备或软件、虚拟机来实现，也可以集成在SAN+NAS统一存储中，但逻辑概念必须符合图中架构。

图2 存储双活的MES系统高可用方案逻辑图

存储框架内节点均有冗余配置，任一节点损坏，应用无感知，其架构组件如图3所示，其主要组件包含NAS机头、SAN存储、仲裁存储、NAS客户端、SAN客户端五部分，各部分功能如下：

（1）NAS机头，两台机头之间通过心跳线连接，为Active-Standby关系，从应用端将不同的文件系统分到不同的机头上承载，对外提供唯一的虚拟的IP供客户端使用；

（2）SAN存储，两台配置完全相同的存储， SAN存储③上的每一块逻辑数据单元（LUN）在SAN存储④上有与之完全相同的一块，对外虚拟化为一个LUN，在SAN客户端只能识别唯一虚拟LUN。每个SAN的IO写会同时往两个LUN中写，读也会同时从两个LUN中读；

（3）仲裁存储，其功能是判断两台存储的在线、离线、故障等情况，从而决策业务的逻辑切换。仲裁存储可以基于SAN网络，也可以基于IP网络；

（4）NAS客户端，即MES系统中需要使用FTP、CIFS或NFS等NAS服务的终端，可能为制造设备、Line PC或Judge PC等，其任务是上传、下载生产所必需的的process data、检查文件等非结构化数据；

（5）SAN客户端则是MES系统中需要使用SAN服务的服务器，通常为数据库服务器，也可能为应用服务器、备份服务器等。

通过实际生产运行情况对比，本文提出的基于存储双活的MES生产系统的解决方案性能更好、更可靠，在存储单点故障的情况下，可实现终端无缝切换，保证了生产系统的连续性。

3 结语

随着“互联网+”技术与制造企业的融合的深入，制造企业对业务连续性的需求也越来越迫切，设备层面上的关注点也不再集中于前端主机的高可用，底层存储的数据安全也越发受到重视。存储双活技术因其稳定性、高可用性，在企业级应用中得到了广泛的使用，其可靠性也得到了进一步的验证。本文就MES系统的应用提出的一种双活的存储架构，保障了存储层应用业务的连续性。

图3 存储双活的MES系统架构组件图

[1]聂晓伟，崔文博.基于虚拟化存储设备的云数据中心存储双活架构[J].通信设计与应用，2017.

[2]朱金惟.基于存储虚拟化技术的双活存储系统设计与实现[J].信息与电脑，2017.

[3]李宏伟，肖伟.存储虚拟化技术在双活数据中心中的应用[J].邮电设计技术，2013.