缓存镜像技术详解及其在存储当中的应用

1.1 缓存镜像技术简介

1.1.1 缓存镜像系统结构

      镜像指不间断的、实时的数据拷贝。缓存镜像技术是针对于存储处理出现故障时可能产生的缓存中的数据丢失而制定的解决方案，它将缓存数据做两个拷贝，分别放在主内存和镜像内存中，系统工作时会向两个内存中同时写入数据，因此使得内存有两套完整的备份。系统工作时，镜像内存不会被系统识别，具有透明性。其系统结构图如图1所示。

      缓存镜像系统存在两个独立的通道，由本端控制器进行控制，每个通道都保存一份对端缓存的镜像（镜像1、镜像2），本端缓存通过总线能直接访问对端的镜像缓存，实现数据的替换；缓存与镜像间通过多条8×PCI-E总线进行通信，实现缓存与镜像间数据的快速读写。

1.1.2 缓存镜像技术的工作流程

缓存镜像写操作流程如图2所示；图中实线表示实际的数据读写，虚线表示满足某种触发机制后的数据读写；

      当主机发送写操作时，数据同时写入本端缓存和对端的镜像缓存，成功完成两端缓存的写操作后，向主机确认写操作完成；当刷新机制满足时，写数据刷新到磁盘中。如果本端缓存出现故障，写数据将直接写到对端的镜像缓存中，然后向给主机确认写操作完成，实现数据的写操作；

缓存镜像读操作流程如图3所示；图中实线表示实际的数据读写，虚线表示满足某种触发机制后的数据读写；

      当主机发送读操作时，如果本端缓存没有出现故障，数据直接从本端缓存发送给主机；否则，将从对端的镜像缓存中将数据发送给主机，完成数据的读操作。如果主机要求读取的数据不在缓存中，缓存将直接从磁盘中获取数据，然后将数据发送给主机；

1.2 缓存镜像技术的优势

1)系统能不间断运行，缓存中的所有数据均有镜像，正常运行时，用的是缓存。当缓存失败时，镜像内存替补工作，不会造成业务中断。

2)有效避免了由于缓存发生故障而导致的数据丢失，极大地提高了系统的可靠性。

3)缓存镜像技术只需要两个通道间提供硬件上的支持，不需要驱动程序或的支持，独立于，减小了系统实现的复杂性，保证数据的可靠性。

4) 系统工作时，镜像内存不会被系统识别，具有透明性；

5) 不同控制器的缓存镜像之间采用多条8×PCI-E总线通信，单条链路带宽高达20Gb/s，保证数据的无阻塞传输；

6) 缓存与镜像之间具有多条独立的通信通道，具有的高冗余性提供了更高的可靠性；

7) 缓存内部配置电池组，保证掉电后缓存数据可以保存72小时，且电池具有冗余性，提供了更高的可靠性；

8) 缓存与镜像数据加入校验码，保证了数据的一致性和完整性；