大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，包括硬件系統(tǒng)和運(yùn)行于所述硬件系統(tǒng)上的軟件系統(tǒng)；所述硬件系統(tǒng)包括機(jī)箱、電源、以及主機(jī)系統(tǒng)；所述機(jī)箱內(nèi)部分隔為控制箱和磁盤箱，控制箱用于安裝主機(jī)系統(tǒng)，磁盤箱用于放置存儲(chǔ)媒體；所述主機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)母板，至少包括4個(gè)PCIe接口，其中一個(gè)PCIe接口接入1張至少3口的SATA卡，另外3個(gè)PCIe接口各接入一張至少2口的SATA卡，每個(gè)SATA接口又接到一個(gè)至少5口的端口復(fù)用器，端口復(fù)用器的端口與所述的存儲(chǔ)媒體相連接；本設(shè)備采用端口復(fù)用器來(lái)利用現(xiàn)有系統(tǒng)的SATA接口，實(shí)現(xiàn)低成本、大容量化，架構(gòu)簡(jiǎn)明。
【專利說(shuō)明】大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)設(shè)備，特別是涉及一種大容量存儲(chǔ)設(shè)備【背景技術(shù)】
[0002]從計(jì)算機(jī)為人類使用開始，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)便成為最核心的技術(shù)之一。存儲(chǔ)的方法發(fā)展經(jīng)歷了紙卡打孔(1884)、磁帶(1950)、硬盤(1956)、軟盤(1969)、SSD (1978)、CD光盤(1982)、ZIP 盤(1994)、DVD 光盤(1993)、U 盤(2000)、發(fā)展到了 Blu-ray 光盤(2000)等；為了提高存儲(chǔ)容錯(cuò)性能IBM在1978年申請(qǐng)了 RAID (Redundant Array of IndependentDisks)專利，其思想源于David Patterson等人在1988年的SIGMOD論文集中發(fā)表的“ACase for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID) ”。從存儲(chǔ)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的連接架構(gòu)上看主要有 DAS (Direct-Attached Storage)、NAS (Network Attached Storage)和 SAN(Storage Area Network)、iSCSI (Internet Small Computer System Interface)等。NAS 的思想源于“Edward K.Leel995 年發(fā)表于 In Digest of Papers C0MPC0N 的論文Highly-Available, Scalable Network Storage”。存儲(chǔ)的理論雖然比較成熟，但技術(shù)開發(fā)水平各不相同，核心技術(shù)往往只掌握在少數(shù)幾個(gè)國(guó)際大公司手里。事實(shí)上，我國(guó)在這一領(lǐng)域的技術(shù)可以說(shuō)處于劣勢(shì)。政府已經(jīng)認(rèn)識(shí)到存儲(chǔ)技術(shù)的重要性，為了開發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的存儲(chǔ)技術(shù)，2011年的973項(xiàng)目中就針對(duì)存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，2012年科技部也投入大規(guī)模資金來(lái)研究存儲(chǔ)技術(shù)。這些科研活動(dòng)雖然取得了一定成就，但目前尚未從根本上改變我國(guó)的存儲(chǔ)技術(shù)現(xiàn)狀。
[0003]另一方面，隨著人類社會(huì)正在步入“無(wú)論在何時(shí)、無(wú)論在何地、無(wú)論是什么、無(wú)論是誰(shuí)”都可以連接到網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，任何領(lǐng)域的數(shù)據(jù)尤其是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)呈爆炸式增長(zhǎng)。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)測(cè)，2025年的信息量將為現(xiàn)在的200倍，鑒于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度更快，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)更活躍，我們需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將會(huì)是國(guó)外的數(shù)倍。在這樣一個(gè)特殊環(huán)境下，以信息為基礎(chǔ)的各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)催生了 “大數(shù)據(jù)”時(shí)代的到來(lái)。美國(guó)政府歷來(lái)對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)工作極為重視，NSF于2007年9月正式發(fā)布了科學(xué)數(shù)據(jù)可持續(xù)保存計(jì)劃(Sustainable Digital DataPreservation and Access Network Partners, DataNet),規(guī)劃創(chuàng)建面向科研信息化的科學(xué)數(shù)據(jù)保存模式。澳大利亞政府從2008年啟動(dòng)建設(shè)國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(AustralianNational Data Service, ANDS),旨在全面整合全國(guó)數(shù)據(jù)資源,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存利用。中國(guó)政府也非常重視海量規(guī)模數(shù)據(jù)的保存和利用。中科院自上世紀(jì)80年代開始就部署數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建設(shè)，二十多年來(lái)不間斷地支持科研過(guò)程數(shù)據(jù)的積累、整理與共享服務(wù)工作。“十五”期間，由45個(gè)研究所參加建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)總數(shù)據(jù)量達(dá)16.6TB，集成了 503個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)?！笆晃濉逼陂g，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)一步整合了 62個(gè)研究所的科學(xué)數(shù)據(jù)資源，可存數(shù)據(jù)將超過(guò)65TB。由此可見(jiàn)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、和維護(hù)變得越來(lái)越重要。
[0004]然而，由于技術(shù)的壟斷現(xiàn)在先在的存儲(chǔ)單價(jià)過(guò)高。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，目前一個(gè)PB的硬盤價(jià)格在8萬(wàn)美元左右，Dell的存儲(chǔ)系統(tǒng)價(jià)格卻是82萬(wàn)美元，Sun的價(jià)格是100萬(wàn)美元，NetApp的價(jià)格是170萬(wàn)美元，Amazon的是280萬(wàn)美元，EMC的是290萬(wàn)美元，也就是說(shuō)存儲(chǔ)系統(tǒng)的價(jià)格至少是原始硬盤的10倍以上，可見(jiàn)從用戶的角度看當(dāng)前存儲(chǔ)系統(tǒng)的價(jià)格不盡合理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，用于保存海量數(shù)據(jù)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，包括硬件系統(tǒng)和運(yùn)行于所述硬件系統(tǒng)上的軟件系統(tǒng)；
[0007]所述硬件系統(tǒng)包括機(jī)箱、電源、以及主機(jī)系統(tǒng)；所述機(jī)箱內(nèi)部分隔為控制箱和磁盤箱，控制箱用于安裝主機(jī)系統(tǒng)，磁盤箱用于放置存儲(chǔ)媒體；所述主機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)母板，還包括至少一個(gè)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口，至少2各SATA接口，至少3個(gè)USB接口，至少包括4個(gè)PCIe接口，其中一個(gè)PCIe接口接入I張至少3 口的SATA卡，另外3個(gè)PCIe接口各接入一張至少2 口的SATA卡，每個(gè)SATA接口又接到一個(gè)至少5 口的端口復(fù)用器，在所述端口復(fù)用器的端口與所述的存儲(chǔ)媒體相連接；
[0008]所述軟件系統(tǒng)包括:一個(gè)基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，必須支持IEEE802.3ab、IEEE802.3u、IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，支持各種RAID磁盤容錯(cuò)協(xié)議，特別是RAID5?RAID6協(xié)議；支持JFS文件系統(tǒng)；支持SMB/CIFS、FTP、FTPS、SFTP、NFS文件協(xié)議和HTTPS應(yīng)用協(xié)議。
[0009]進(jìn)一步地，所述的存儲(chǔ)媒體為SATA硬盤或固態(tài)硬盤。
[0010]進(jìn)一步地，所述存儲(chǔ)媒體采用的硬盤的容量為4TB，所述磁盤以利于排風(fēng)排熱方式布局，所述9塊端口復(fù)用器布局為3 X 3陣列。
[0011]進(jìn)一步地，機(jī)箱左右至少各設(shè)置3個(gè)排風(fēng)扇，朝磁盤側(cè)面送風(fēng)排熱。
[0012]進(jìn)一步地，所述軟件系統(tǒng)支持NAS協(xié)議和iSCSI協(xié)議。
[0013]本發(fā)明的本發(fā)明所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，具有以下有益效果:
[0014]I)技術(shù)簡(jiǎn)單:采用端口復(fù)用器來(lái)利用現(xiàn)有系統(tǒng)的SATA接口，實(shí)現(xiàn)大容量化，架構(gòu)簡(jiǎn)明。
[0015]2)成本低:能夠大幅度降低大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)的價(jià)格。
[0016]3)容量大:45X4TB的節(jié)點(diǎn)容量可達(dá)180TB，數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)鏈接便可構(gòu)筑PB級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)。
[0017]4)易使用:操作系統(tǒng)、中間件、和應(yīng)用軟件都采用既有技術(shù)，用戶不必學(xué)習(xí)新的技術(shù)。
[0018]可擴(kuò)展:每張SATA卡一般可以提供5個(gè)端口，如果合理設(shè)計(jì)機(jī)箱排熱系統(tǒng)和磁盤箱，現(xiàn)有技術(shù)可以簡(jiǎn)單容納4X5X5張磁盤，容量可高達(dá)80X4 = 320TB。而且通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)鏈接多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)數(shù)PB級(jí)的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)，甚至數(shù)百PB級(jí)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1顯示為本發(fā)明所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備部件示意圖。
[0020]圖2顯示為本發(fā)明所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備電源接線圖。
[0021]圖3顯示為本發(fā)明所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備SATA接線圖。
[0022]圖4顯示為本發(fā)明所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備軟件構(gòu)成圖。
[0023]圖5顯示為本發(fā)明所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成圖。[0024]圖中:1、機(jī)箱；11、控制箱；12、磁盤箱；13、風(fēng)扇；14、內(nèi)存；21、第一電源；22、第二
電源；3、計(jì)算機(jī)母板；4、硬盤；5、SATA卡；6、端口復(fù)用器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]如圖1至圖5所不,本實(shí)施例公開了一種大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備,包括硬件系統(tǒng)和運(yùn)行于所述硬件系統(tǒng)上的軟件系統(tǒng)。
[0027]硬件系統(tǒng)包括機(jī)箱1、電源、以及主機(jī)系統(tǒng)；機(jī)箱I內(nèi)部分隔為控制箱11和磁盤箱12，控制箱11用于安裝主機(jī)系統(tǒng)，磁盤箱12用于放置存儲(chǔ)媒體；
[0028]主機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)高端計(jì)算機(jī)母板3，具體采用的是Intel ATX高端母板，配置3.3GHz Intel雙核CPU，500GB硬盤，8GB DDR2內(nèi)存14，還包括至少一個(gè)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口，至少2各SerialATA接口，至少3個(gè)USB接口，其中一個(gè)PCIe接口接入I張至少3 口的SATA卡5，另外3個(gè)PCIe接口各接入一張至少2 口的SATA卡5，每個(gè)SATA接口又接到一個(gè)至少5 口的端口復(fù)用器6，所述端口復(fù)用器6的端口與所述的存儲(chǔ)媒體相連接。
[0029]機(jī)箱I采用工業(yè)用的4U機(jī)箱，機(jī)箱I左右至少各設(shè)置3個(gè)排風(fēng)扇13，朝磁盤側(cè)面送風(fēng)排熱。電源2采用兩個(gè)1500瓦的ATX電源，分別為第一電源21和第二電源22。
[0030]所述的存儲(chǔ)媒體為SATA硬盤或固態(tài)硬盤，在本實(shí)施例中采用的是SATA硬盤4，數(shù)量為45塊。端口復(fù)用器6為本實(shí)施例的核心部分。編號(hào)為1-9的9個(gè)端口復(fù)用器6設(shè)置于磁盤箱12中，布局為3X3陣列,這樣的好處是SATA硬盤4能夠以利于排風(fēng)排熱方式布局。采用端口復(fù)用器6來(lái)利用現(xiàn)有系統(tǒng)的SATA接口，實(shí)現(xiàn)大容量化，架構(gòu)簡(jiǎn)明。
[0031 ] 軟件系統(tǒng)包括:一個(gè)基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，必須支持IEEE802.3ab、IEEE802.3u、IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，支持各種RAID磁盤容錯(cuò)協(xié)議，特別是RAID5?RAID6協(xié)議；支持JFS文件系統(tǒng)；支持SMB/CIFS、FTP、FTPS、SFTP、NFS文件協(xié)議和HTTPS應(yīng)用協(xié)議，還支持支持NAS協(xié)議和iSCSI協(xié)議。
[0032]操作系統(tǒng)選擇Linux兼容的系統(tǒng),如Ubuntu、Debian、Redhat、CentOS等。目前主流的是CentOS和Ubuntu兩種。因節(jié)約成本,不建議用商用的Redhat Enterprise或其他版本，操作系統(tǒng)所需的核心中間件是RAID (特別是RAID5和RAID6)和JFS，前者用于保證系統(tǒng)容錯(cuò)能力，后者用于對(duì)大容量磁盤空間的文件系統(tǒng)進(jìn)行管理，根據(jù)用戶需求可以裝入NAS文件服務(wù)和iSCSI文件服務(wù)，還可以裝入文件備份服務(wù)等，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為用戶提供利用文件的載體，包括FTP服務(wù)、HTTP服務(wù)、FTPS服務(wù)、HTTPS服務(wù)、私有云存儲(chǔ)服務(wù)等。
[0033]如圖2所示，第一電源21的接線情況如下。它通過(guò)4芯MOLEX線與編號(hào)為65、66、68,69的端口復(fù)用器6相連，并且與存儲(chǔ)用的硬盤4用適配的4芯電纜線相連、用4芯12V電纜線以及24芯ATX線連接計(jì)算機(jī)母板3，用3芯電纜線連接一側(cè)的3個(gè)風(fēng)扇13。
[0034]第二電源22的接線情況如下。它通過(guò)4芯MOLEX線與編號(hào)為61、62、63、64、67的端口復(fù)用器6相連，用3芯電纜線與另一側(cè)的3個(gè)風(fēng)扇13相連。
[0035]如圖3所示為本設(shè)備SATA接線圖，所用到的SATA卡5中，其中一個(gè)為3 口，另外3個(gè)為兩口。3 口的SATA卡與編號(hào)為3、6、9的端口復(fù)用器6相連接，其余的SATA卡的兩個(gè)端口分別與編號(hào)為5和8、2和7、I和4的端口復(fù)用器6相連接。每個(gè)端口復(fù)用器6均連接5塊硬盤4，以每塊硬盤4TB的容量計(jì)算，這樣的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以高達(dá)180TB的容量。
[0036]如圖4所示為本設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)備軟件構(gòu)成圖，45塊硬盤分成3卷RAID6，每卷15塊硬盤，當(dāng)3塊硬盤同時(shí)故障后卷才會(huì)破壞掉，大大地提高了數(shù)據(jù)的安全性，JFS文件系統(tǒng)采用64為系統(tǒng)，并且提供了 HTTPS等各種服務(wù)，以便外部客戶能夠方便地使用該存儲(chǔ)資源。
[0037]本大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備在使用時(shí)，與集線器相連，通過(guò)有線或無(wú)線的方式提供服務(wù)。用戶通過(guò)圖5所示的客戶端1、客戶端2至客戶端N等多個(gè)終端設(shè)備與本設(shè)備連接后，即可利用本設(shè)備進(jìn)行工作。
[0038]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，其特征在于: 包括硬件系統(tǒng)和運(yùn)行于所述硬件系統(tǒng)上的軟件系統(tǒng)； 所述硬件系統(tǒng)包括機(jī)箱、電源、以及主機(jī)系統(tǒng)；所述機(jī)箱內(nèi)部分隔為控制箱和磁盤箱，控制箱用于安裝主機(jī)系統(tǒng)，磁盤箱用于放置存儲(chǔ)媒體；所述主機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)母板，還包括至少一個(gè)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口，至少2各SATA接口，至少3個(gè)USB接口，至少包括4個(gè)PCIe接口，其中一個(gè)PCIe接口接入I張至少3 口的SATA卡，另外3個(gè)PCIe接口各接入一張至少2 口的SATA卡，每個(gè)SATA接口又接到一個(gè)至少5 口的端口復(fù)用器，所述端口復(fù)用器的端口與所述的存儲(chǔ)媒體相連接； 所述軟件系統(tǒng)包括:一個(gè)基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，必須支持IEEE802.3ab、IEEE802.3u、IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，支持各種RAID磁盤容錯(cuò)協(xié)議，特別是RAID5~RAID6協(xié)議；支持JFS文件系統(tǒng)；支持SMB/CIFS、FTP、FTPS、SFTP、NFS文件協(xié)議和HTTPS應(yīng)用協(xié)議。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，其特征在于:所述的存儲(chǔ)媒體為SATA硬盤或固態(tài)硬盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，其特征在于:所述存儲(chǔ)媒介體采用的硬盤的容量為4TB，所述磁盤以利于排風(fēng)排熱方式布局，所述9塊端口復(fù)用器布局為3 X 3陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，其特征在于:機(jī)箱左右至少各設(shè)置3個(gè)排風(fēng)扇，朝磁盤側(cè)面送風(fēng)排熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備，其特征在于:所述軟件系統(tǒng)支持NAS協(xié)議和iSCSI協(xié)議。
【文檔編號(hào)】G06F1/20GK103901962SQ201410150378
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】宋應(yīng)文 申請(qǐng)人:蘇州富米信息技術(shù)有限公司