让电力数据找到理想的家

数据管理的漫长探索

随着电力信息化的不断发展，电力企业的核心业务越来越依赖于信息系统的可靠运行，信息系统中的关键业务数据已成为他们最重要的资产。不过，由于人为的误操作、软件缺陷、硬件故障、计算机病毒、黑客攻击、自然灾难等诸多因素，均有可能带来数据的丢失，从而给整个电力企业带来无法估量的损失。因此，对关键的业务数据进行备份保护已经刻不容缓。

作为电力企业应对数据灾难的有效手段，容灾备份对于保障电力系统的正常运营具有重要意义。尤其在电力企业应用系统和重要数据越来越多的今天，能量管理系统、电量计量、电力市场系统、水调系统、调度生产管理系统、财务管理统、用电营销系统、办公自动化系统、PKI系统等，这些数据大多分布在内部系统的多台服务器上，容灾备份不仅工作量大，并已成为保证电力系统正常运营的灵丹妙药。

不过，考虑到灾难发生的突然性，电力企业所选用的灾难备份和恢复系统，必须具有简单、快速的易操作性，能够以最短的时间处理故障，恢复系统的运行，并在故障消除后，将系统运行恢复原状。为了实现这一目标，一直以来，人们都在积极探寻有效的数据存储与保护解决之道。

在传统电力IT系统中，主机系统既负责数据的计算，也在通过文件系统、数据库系统等手段对数据进行逻辑和物理层面的管理。然而，由于历史发展的原因，主流操作系统（Windows/Linux/FreeBSD/SCO UNIX/AIX/Solaris/HP-UX/IRIX等）多达近十种，文件系统格式（FAT/NTFS/EXT2/EXT3/JFS/UFS/VxFS/HFS等）也同样令人眼花缭乱。各种标准和各种版本拥挤在用户的系统环境中，使数据被分割成杂乱分散的“数据孤岛” (data island)，无法在系统间自由流动，自然也就谈不上设备的充分利用和资源共享。

有鉴于此，从90年代后期，人们开始寻找存储网络化和智能化的方法，希望通过提高存储自身的数据管理能力，独立于主机系统之外，以网络方式连接主机和存储系统，以设备资源透明的方式为计算提供数据服务，从而将数据管理的职能从标准混乱、应用负荷沉重的主机中分离出来。从1997年FC协议的标准公布开始，以SAN（存储域网）的建设为代表，IT行业开始了计算与存储分离的探索。

在这个探索的过程中，人们发现，数据管理的内涵远远超出原先的预想。在完成了简单的RAID管理、存储硬件设备管理的功能后，数据快照、远程复制、NAS文件共享服务、法规遵从等各种数据应用需求应运而生，极大地丰富了数据管理的手段和方法。存储，也从此摆脱了简单的设备角色，获得了以提供数据管理为目的的独立系统地位，并开始在整个IT系统中扮演基础架构的角色。

在计算与存储分离的实践中，人们逐渐发现，性能、容量这些比较明显易见的存储系统要求，并不是对一个独立存储系统的全部要求，甚至不是主要要求。要达到存储系统独立的数据管理目标，对存储系统的特性有如下几个方面的要求，按照重要性排列分别是：

1. 可靠性（Availability） 数据集中到存储系统中，必然对系统设备的可靠性提出更高的要求。同时需要建立数据备份、容灾系统进行配合，提高数据安全性。
2. 可扩展性（Scalability） 网络时代业务发展的不确定性和数据的高速膨胀，对独立于计算系统之外的存储系统，必然提出高可扩展性的要求。这种扩展性并非是简单的容量扩展，同时还必须包括数据处理能力、数据交换带宽和数据管理功能的扩展。
3. 兼容性（Compatibility） 虽然存储系统已分离于计算系统之外，但今天主机系统对数据的使用方式，仍旧以文件系统、数据库系统为主要手段。存储系统要适应各种主机系统的数据I/O要求，就必须能够兼容各种操作系统、文件系统、数据库系统等各种传统数据管理手段。
4. 可管理性（Management） 支持各种主流的管理协议和管理架构，能够与网络、计算等各种设备统一管理和集中管理，能够在各种复杂的环境中实现方便统一的设备和数据管理功能。
5. 性能（Performance） 能够根据不同应用类型要求，提供带宽、IOPS（IO Per Second,每秒IO操作数）、OPS（Operations Per Second，每秒并发操作数）、ORT（Overall Response Time，总响应时间）等不同指标侧重点的性能服务。高端系统还应能够对系统性能进行动态的扩展和调整。
6. 功能（Function） 各种数据迁移、数据分发、数据版本管理、数据复制、在线扩容等数据管理功能。

在过去8年以FC协议为主的SAN存储系统建设中，人们逐渐发现，FC协议虽然基本解决了传输速度和扩大容量的问题，却难以完全承担起存储系统独立化的重任，表现在以下几个方面：

1. FC协议发展时间短，投入研究和开发的厂商很少。大部分巨型厂商如IBM、HP、Intel、微软等重要力量均未投入FC的研发和协议推进，仅仅停留在被动使用的角色。这使得FC协议发展缓慢，价格昂贵。在过去8年中，真正商用化的FC协议，仅仅从1GB发展到了4GB，远远落后于IT其他领域（计算、网络）的发展速度。而单位价格却远远高于行业平均水平（FC每端口价格在5000人民币以上，而千兆以太网端口每端口价格仅在600元左右！）。成本高昂使得存储产品厂商不得不采用性能功能配置不合理、较差的体系结构来设计产品。典型的就是目前中端产品普遍使用的“双控制器环路结构”。
2. 由于参与核心技术开发的厂商少，使FC协议的完善大大滞后于市场需要。到今天为止，主要的3、4家FC交换机的供应商仍然无法将各自的FC交换机互联，更不用说级联、堆叠这样的复杂应用。FC的主机通道卡（HBA）、FC交换机、FC存储设备分属不同阵营，加上不同的主机操作系统差异，使FC SAN的建立过程充满了标准冲突，绝大多数部署和管理过FC-SAN的用户都深切体会到FC-SAN的复杂、难以管理和兼容性差。因此，FC SAN无论从设备成本和管理成本上，还是从技术支撑能力上，都很难真正构建起一个支撑整个计算环境的数据平台。
3. FC协议的设计，是以局域环境SAN为假想使用场景。协议大幅度删减了传输管理、堆叠扩展、传输安全控制、路由、远程传输等网络协议的必须内容，以获得单方面的性能提高。1Gb的传输能力，在1997年，的确创造了一个高效率传输的榜样。但随着网络应用的突飞猛进，广域环境应用、Internet应用的飞速增长，存储的数据管理从局域环境向广域、跨SAN进化的时候，FC协议暴露出越来越多的缺陷和问题。缺乏行业广泛支持基础的FC，正面临令牌环、ATM等类似协议同样的尴尬处境。
4. FC行业的封闭性，使得很多从业厂商将产品视为套牢用户数据的圈套。在用户初次采购设备后，将大量的后续数据管理，如扩容、升级、备份、远程容灾等必然陆续出现的需求作为提款机，限制用户只能在本厂商产品范围内选择。

因此，存储系统独立于计算系统之外的革命，由于FC协议本身缺陷提供的方便之门和从业厂商的利益最大化导向，并没有很好地达到建立SAN系统对数据进行统一管理，提高设备整体使用效益的目的。反而，由于产品在功能、结构、兼容性方面的问题，在原本就复杂的IT系统中引进了标准更加杂乱、厂商标准更加封闭、缺乏一致性的又一个IT单元。