Устройство хранения данных

Полезная модель относится к области систем хранения данных и, в частности к области многопротокольных устройств хранения данных, поддерживающих файловые и блочные протоколы доступа.
Известно многопротокольное устройство хранения данных, реализующее интегрированную поддержку файловых и блочных протоколов доступа (патент РФ №2302034). Система хранения данных представляет собой компьютер с функционирующей на нем службой хранения информации, в основе которой лежит организация информации на перезаписываемых постоянных запоминающих устройствах, например, блоках памяти, лентах или дисках. Система хранения данных, как правило, устанавливается в среде сети хранения данных (storage area network, SAN) или среде накопителя, подключенного к сети (network attached storage, NAS). Система хранения данных (СХД), используемая в среде NAS, может быть реализована в виде файлового сервера, имеющего операционную систему, которая, в свою очередь, поддерживает файловую систему, посредством которой осуществляется логическая организация информации в виде иерархической структуры каталогов и файлов (например, на дисках). Каждый "дисковый" файл может представлять собой набор структур данных, например, блоков на диске, сконфигурированных для целей хранения информации, например, собственно данных файла. В свою очередь, каталог может представлять собой файл специального формата, в котором хранится информация о других файлах и каталогах.
Известна также система внешнего хранения данных (патент №2383952).
В общем случае СХД состоит из жестких дисков (HDD), контроллера ввода/вывода и объединяющей системы. Диски, как правило, поддерживают "горячую замену", то есть их можно подключать и отключать "на лету", без выключения накопителя. Это дает возможность заменить вышедший из строя винчестер без каких-либо неприятностей для пользователя. Основной и резервный блоки питания накопителя имеют повышенную надежность и также допускают "горячую замену".
Схема типичной дисковой системы хранения данных с одним контроллером представлена на рис. 1 в http://ko.com.ua/sistemy_hraneniya_dannyh_nachalnogo_urovnya_14866?site=mobile и взята за прототип.
Контроллер дисковой системы хранения данных является ее центром. Он отвечает за ввод/вывод данных внутри системы и на внешние каналы, а также за организацию хранения и доступа к информации. Для связи с внешним миром контроллеры накопителей обычно используют интерфейсы SCSI, Fibre Channel или же Ethernet. В зависимости от предназначения системы контроллеры могут реализовывать различную логику работы и применять различные протоколы обмена данными. Они предоставляют для систем пользователей данные на блочном уровне, как винчестеры, или же файловые сервисы по протоколам NFS, CIFS, а также Network File System, Common Internet File System подобно файловым. Такой контроллер обычно поддерживает стандартные уровни RAID для увеличения быстродействия системы и обеспечения отказоустойчивости.
Отсутствие в экстренных ситуациях общего питания приводит к полному отключению СХД, а отсутствие контроля потребления электроэнергии снижает эффективность распределенной сети электропитания оборудования.
Наиболее близким техническим решением является устройство, описанное в http://ko.com.ua/sistemy_hraneniya_dannyh_nachalnogo_urovnya_14866?site=mobile - прототип.
Данное устройство хранения данных содержит контроллер, N HDD, соединенные входами/выходами с контроллером, и два блока питания.
Цель полезной модели - дистанционный мониторинг устройства хранения данных.
Поставленная цель достигается тем, что в систему хранения данных, содержащую контроллер, N HDD, соединенные входами/выходами с контроллером, и два блока питания, дополнительно введены кластер 1U серверов, первый вход/выход которого соединен с первым входом/выходом контроллера, коммутатор, второй вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом кластера 1U серверов, а третий вход/выход - со вторым входом/выходом контроллера; блок IP мониторинга, первый вход/выход которого соединен с первым входом/выходом коммутатора; система питания в составе микроконтроллера, постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, блока ввода информации, блока вывода информации, блока индикации, объединенных между собой шиной адреса и данных; блока дистанционного контроля и управления, первый вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом блока IP мониторинга, первый выход - с третьим входом блока ввода информации, а первый вход - со вторым выходом блока вывода информации; блок измерения нагрузки, первый выход которого соединен с третьим входом блока дистанционного контроля и управления, а второй выход - со вторым входом блока ввода информации; блока управления мощностью, первый вход которого соединен с первым выходом блока вывода информации; источника бесперебойного питания, первый выход которого соединен со вторым входом блока управления мощностью, второй выход - с первым входом блока ввода информации, а вход - с третьим выходом блока вывода информации; блока управляемого реле, вход которого соединен со вторым выходом блока дистанционного контроля и управления; блока коммутируемых источников питания в составе первого и второго блоков питания, первый вход которого соединен с выходом блока управления мощностью, второй вход - с выходом блока управляемого реле, а выход - с входом блока измерения нагрузки; блок WIFI, вход/выход которого соединен с третьим входом/выходом блока IP мониторинга, четвертый вход/выход которого соединен с IP сетью.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между ними. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы, используемые в блоках, являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к решению новой задачи бесперебойного питания системы хранения данных. Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 показана общая блок-схема предлагаемого устройства, в состав которого входят устройство хранения данных I, содержащее N жестких дисков (HDD) 1, контроллер 2, кластер 1U серверов 3, коммутатор 4, система питания IV, блок IP мониторинга II, блок Wi-Fi III, среду передачи данных (IP Network) V.
На фиг. 2 представлена система питания IV, состоящая из микроконтроллера IV-1, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) IV-2, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) IV-3, блока ввода информации IV-4, блока вывода информации IV-5, блока индикации IV-13, объединенные между собой шиной адреса и данных IV-6; блока дистанционного контроля и управления IV-10, блока измерения нагрузки IV-9, блока управления мощностью IV-8, источника бесперебойного питания IV-7, блока управляемого реле IV-11 и блока коммутируемых источников питания IV-12.
На фиг. 3 показана реализация блока IP мониторинга II.
На фиг. 4 показана реализация блока Wi-Fi III.
На фиг. 5 представлена реализация блока управления мощностью IV-8.
Устройство работает следующим образом.
1U серверы 3 могут быть сконфигурированы для работы по модели предоставления информации "клиент-сервер", что позволяет многим клиентским системам (клиентам) получать доступ к совместно используемым ресурсам, например, файлам, хранящимся в файловой системе. Совместное использование файлов - характерная черта системы NAS (Network attached Storage), поскольку эта возможность обуславливается семантическим уровнем доступа к файлам и файловым системам, присущим таким системам. Средства хранения информации в системе NAS, как правило, устанавливаются в компьютерной сети, включающей в себя множество территориально распределенных взаимосвязанных каналов связи, таких как Ethernet, которые позволяют удаленным клиентам обращаться к информации (файлам) на файловом сервере. Как правило, клиенты взаимодействуют с файловой системой путем обмена дискретными кадрами или пакетами данных по предварительно определенным протоколам, например, TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, протокол управления передачей/протокол Интернета).
В клиент-серверной модели клиент может включать в себя приложение, функционирующее на компьютере и "соединяющееся" с файловым сервером по компьютерной сети, например, по каналу связи типа "точка-точка", совместно используемой локальной сети, глобальной сети или виртуальной частной сети, развернутой на основе сети общего пользования, например, Интернета. В системах NAS, как правило, используются файловые протоколы доступа; это означает, что каждый клиент может запросить услуги файлового сервера путем посылки по сети сообщений для файлового сервера с использованием протокола файловой системы (в форме пакетов), при этом сообщения идентифицируют один или более файлов, к которым запрашивается доступ, без учета конкретного их местоположения, например, блоков, в которых данные хранятся на диске. Поддержка множества протоколов файловых систем, таких как протоколы CIFS (Common Internet File System, общий протокол доступа к Интернет-файлам), NFS (Network File System, сетевая файловая система) и DAFS (Direct Access File System, файловая система с прямым доступом), позволяет расширить функции файлового сервера для работы с сетевыми клиентами.
SAN (Storage Area Network) предназначены для передачи массивных блоков данных в СХД, в то время как NAS обеспечивают доступ к данным на уровне файлов. Комбинацией SAN + NAS можно получить высокую степень интеграции данных, высокопроизводительный доступ и совместный доступ к файлам. Такие системы получили название unified storage - «унифицированные системы хранения».
Используемые в СХД жесткие диски можно подразделить на два основных типа: HDD (Hard Disk Drive) и SSD (Solid State Drive, - так называемый «твердотельный диск»). То есть, и тот и другой диск - жесткие.
Работа системы питания IV
В начальном состоянии блок коммутируемых источников питания отключен. При необходимости подключения блока питания БП1 (блока коммутируемых источников питания IV-12) команда подается по LAN сети в блок дистанционного контроля и управления IV-10. При этом включается реле в блоке управляемого реле IV-11, контакты которого подключают выход питающего напряжения с БП1 к элементам устройства хранения данных I и сигнализируют его подключение через блок дистанционного контроля и управления IV-10. При включении БП1 в блоке измерения нагрузки IV-9 вычисляется ток потребления, значение которого передается в блок дистанционного контроля и управления IV-10, а также через блок ввода информации IV-4 в микроконтроллер IV-1 и далее через шину адреса и данных IV-6 и блок вывода информации IV-5 в блок дистанционного контроля и управления IV-10, а затем через блок IP мониторинга II по сети V контролирующему органу.
Программное обеспечение, заложенное в памяти микроконтроллера IV-1, обеспечивает вычисление по току потребления израсходованной электроэнергии, аналогично счетчикам электроэнергии. Данная информация также отображается по каждому блоку питания (БП1 и БП2) в блоке индикации IV-13 вместе с отображением статуса блоков питания (БП1, БП2) (вкл./выкл.).
Все вычисления проводятся в микроконтроллере IV-1. Возможная реализация блока управления мощностью IV-8 представлена на фиг. 5. В качестве управляющего элемента используется симистор.
Неотъемлемой частью заявляемого устройства является источник бесперебойного питания (ИБП) IV-7, который поддерживает питание БП1 и БП2 в случае пропадания напряжения в централизованной сети. ИБП IV-7 также находится под контролем блока IV-10 через цепи: блок IV-4 - микроконтроллер IV-1 - блок IV-5 - блок IV-10 - блок IP мониторинга II - IP сеть V. При этом осуществляется контроль уровня зарядки батарей, непосредственно их зарядка и сигнализация режимов работы ИБП IV-7.
Блок измерения нагрузки IV-9 может быть выполнен с использованием датчиков тока на эффекте Холла, датчиков тока компенсационного типа, либо на микросборке ACS712.
Блок дистанционного контроля и управления IV-10 представляет собой активное сетевое устройство, производящее прием-передачу и обработку сигналов на основе сетевых протоколов (например, протоколов TCP/IP).
Микроконтроллер IV-1 представляет собой БИС семейства INTEL 80С51 с тактовой частотой 12-14 МГц.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) IV-2 предназначено для хранения памяти данных (максимальный ток потребления устройства хранения данных, ток заряда батареи ИБП IV-7) и команд для микроконтроллера IV-1, и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 27С512 емкостью 64 кбайт.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) IV-3 предназначено для хранения информации, связанной с режимом работы системы. ОЗУ подключено к системной шине адреса и данных IV-6 и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 6264 емкостью 8 кбайт.
Блоки ввода/вывода информации IV-4, IV-5 предназначены для организации 8-разрядных портов ввода/вывода сигналов логического уровня. Они подключены к системной шине IV-6 и представляет собой параллельный разрядный регистр.
Кроме этого, в предлагаемом устройстве используется источник бесперебойного питания (ИБП) IV-7 с добавлением в основной блок питания аккумуляторной батареи и блока ее зарядки. Это обеспечивает бесперебойную работу устройства хранения данных при пропадании основного питающего напряжения 220 В.
Таким образом, рассмотренное техническое решение позволяет осуществлять дистанционный мониторинг основных параметров устройства хранения данных и обеспечивать его бесперебойную работу.