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CN107734037A - 一种nas集群和数据访问方法 - Google Patents

一种nas集群和数据访问方法 Download PDF

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CN107734037A
CN107734037A CN201710979257.XA CN201710979257A CN107734037A CN 107734037 A CN107734037 A CN 107734037A CN 201710979257 A CN201710979257 A CN 201710979257A CN 107734037 A CN107734037 A CN 107734037A
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container
nas cluster
docker
storage device
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吕玉彬
张会健
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Abstract

本发明公开了一种NAS集群，集群包括接收用户层发送访问指令的接收模块，以及利用访问指令对后端存储设备操作的docker容器。由于docker容器容器是在操作系统层面上实现虚拟化，直接复用宿主机的操作系统，所以docker跟传统的虚拟化方式相化具有众多的优势。其中，docker容器的启动和恢复速度十分快，容器的启动在秒级实现，这相比传统的虚拟机方式要快得多。而且，docker对系统资源的利用率很高，一台主机上可以同时运行数千个docker容器。容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用的性能很高，同时系统的开销很小。本发明实施例还提供一种数据访问方法，同样可以实现上述技术效果。

Description

一种NAS集群和数据访问方法
技术领域
本发明涉及存储设备技术领域，更具体地说，涉及一种NAS集群和数据访问方法。
背景技术
NAS(网络附加存储)是一种直接连接在网络上的存储结构，支持多种文件传输协议，对网络上的其他用户提供集中式的数据访问服务。
目前，用户通常利用网络访问虚拟机从而访问后端存储设备的文件系统，由此获得NAS服务。但是现在选用的虚拟机，例如kvm虚拟机，数据通信层级较多，利用kvm提供NAS服务会使整个系统臃肿，在虚拟机需要重启时需要耗费大量时间。同时普通的虚拟机的应用率不高，运行不同的应用就要启动不同的虚拟机，十分浪费系统的开销。
因此，如何减少提供NAS服务时的资源消耗，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种NAS集群和一种数据访问方法，以减少提供NAS服务时的资源消耗。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种NAS集群，包括：
接收模块，用于接收用户层发送的访问指令；
docker容器，用于利用所述访问指令对后端存储设备进行访问；其中，所述后端存储设备的映射卷与NAS集群相连。
其中，所述接收模块，具体用于，利用虚拟网络接口中的目标docker容器的IP地址将接收到的由用户层发送的访问指令传输到所述目标docker容器；其中，所述虚拟网络接口绑定有NAS集群中的每个docker容器的IP地址。
其中，所述NAS集群与后端存储设备映射卷通过ovs bridge建有ISCSI会话。
其中，还包括：
监测模块，用于利用kubernetes监测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障；
重启模块，用于当利用kubernetes监测所述NAS集群中的docker容器故障时，重启故障的docker容器。
一种数据访问方法，包括：
接收用户层发送的访问指令；
利用与后端存储设备的映射卷建立连接的NAS集群中的目标docker容器对所述后端存储设备进行访问；其中，所述NAS集群包括docker容器。
其中，所述接收用户层发送的访问指令，包括：
利用虚拟网络接口中的目标docker容器的IP地址将接收到的由用户层发送的访问指令传输到所述目标docker容器；其中，所述虚拟网络接口绑定有NAS集群中的每个docker容器的IP地址。
其中，所述NAS集群与后端存储设备映射卷通过ovs bridge建有ISCSI会话。
其中，还包括：
利用kubernetes检测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障；
若是，则重启故障的docker容器。
一种数据访问设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述一种数据访问的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述一种数据访问的方法的步骤。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种NAS集群，包括接收模块，用于接收用户层发送的访问指令；docker容器，用于利用所述访问指令对后端存储设备进行访问；其中，所述后端存储设备的映射卷与NAS集群相连。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种NAS集群，集群包括接收用户层发送访问指令的接收模块，以及利用访问指令对后端存储设备操作的docker容器。由于docker容器容器是在操作系统层面上实现虚拟化，直接复用宿主机的操作系统，所以docker跟传统的虚拟化方式相化具有众多的优势。其中，docker容器的启动和恢复速度十分快，容器的启动在秒级实现，这相比传统的虚拟机方式要快得多。而且，docker对系统资源的利用率很高，一台主机上可以同时运行数千个docker容器。容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用的性能很高，同时系统的开销很小。本发明实施例还提供一种数据访问方法，同样可以实现上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种NAS集群结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种具体的NAS集群结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种具体的NAS集群结构示意图；
图4为本发明实施例公开的一种具体的NAS集群网络连接结构示意图；
图5为本发明实施例公开的一种数据访问方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种NAS集群和一种数据访问方法，以减少提供NAS服务时的资源消耗。
参见图1，本发明实施例提供的一种NAS集群，具体包括：
接收模块101，用于接收用户层发送的访问指令；
具体地，在NAS集群中设有接收模块101，用于接收用户层发送的访问指令。其中用户层通过网络设备与NAS集群建立连接，其中NAS集群的宿主机上创建由一个虚拟网络接口docker0，从私有地址中选择一个目前没有被使用的子网网段，将其分给docker0，由于docker0是创建在Linux主机上用于网卡间自动转发数据包的虚拟的以太网桥，所以若与宿主机外部的网络通信还需要与NAT地址转换，将docker0的IP地址转换为外网可以访问的IP地址。而集群中docker容器启动后会从docker0的网段中选择一个未被使用的IP地址，绑定到这个docker容器中的eth0的网络接口。
docker容器102，用于利用所述访问指令对后端存储设备进行访问；其中，所述后端存储设备的映射卷与NAS集群相连。
具体地，每个docker容器102为NAS集群的一个节点，docker容器通过宿主机的NAT转换连接到外部网络，为外部网络提供NAS服务。docker容器102与后端存储建立网络通信，其中docker容器可以利用ISCSI协议与后端存储设备映射卷建立通信。用户与NAS集群建立连接后，发送访问请求，docker容器接收到访问请求，根据请求的内容，例如读、写数据，对后端存储设备进行相应的操作。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种NAS集群，集群包括接收用户层发送访问指令的接收模块，以及利用访问指令对后端存储设备操作的docker容器。由于docker容器容器是在操作系统层面上实现虚拟化，直接复用宿主机的操作系统，所以docker跟传统的虚拟化方式相化具有众多的优势。其中，docker容器的启动和恢复速度十分快，容器的启动在秒级实现，这相比传统的虚拟机方式要快得多。而且，docker对系统资源的利用率很高，一台主机上可以同时运行数千个docker容器。容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用的性能很高，同时系统的开销很小。
本发明实施例提供一种具体地NAS集群，区别于上述实施例，本发明实施例对上述实施例中接收模块101做了进一步的限定和说明，其他模块内容与上述实施例大致相同，具体可以参考上述实施例，此处不再赘述。
接收模块101，具体用于，利用虚拟网络接口中的目标docker容器的IP地址将接收到的由用户层发送的访问指令传输到所述目标docker容器；其中，所述虚拟网络接口绑定有NAS集群中的每个docker容器的IP地址。
具体地，在NAS集群的宿主机上创建一个虚拟网络接口docker0，当宿主机利用虚拟网络接口接收到外部网络中的用户层发送的访问请求，再根据具体的正在工作的docker容器的IP地址，将访问请求传输到目标的docker容器中，利用这个docker容器对后端存储设备进行访问操作。
需要说明的是，在NAS集群中，同一时刻只有一个docker容器处于工作状态，当这个工作的docker容器出现问题时，其他docker容器节点会接管其业务，实现业务和数据的冗余。
本发明实施例提供一种具体的NAS集群，区别于上述实施例，本发明实施例对上述实施例中NAS集群做了进一步的限定和说明，其他模块内容与上述实施例大致相同，具体可以参考上述实施例，此处不再赘述。具体地，所述NAS集群与后端存储设备映射卷通过ovsbridge建有ISCSI会话。
具体地，NAS集群中的docker容器分别通过ISCSI协议链接后端存储设备提供的映射卷。后端存储设备的系统在NAS集群的宿主机上安装完成之后，宿主机上就已经包含容器镜像。后端存储设备的系统启动后，通过脚本启动容器，同时运行OPEN VSWITCH配置ovsbridge，以利用ovs bridge将docker容器与后端存储设备的磁盘连接。具体地，容器启动之后，运行ISCSI Initiator，发现并登入后端存储设备的ISCSI Target主机，建立并保持ISCSI会话。
需要说明的是，每个容器上的虚拟机中运行ISCSI Initiator。ISCSI Initiator通过ISCSI协议连接到后端存储的ISCSI Target主机。因为系统中的四个容器看到的后端存储的ISCSI Target是一样的，所以每个虚拟机中的ISCSI Initiator只需要连接本节点上看到的ISCSI Target即可。而连接本容器的iSCSI Target通过的节点内部网络，由ovsbridge提供，ovs bridge的虚拟交换机技术，避免了传统物理网卡网络转发的延迟和开销。连接本节点ISCSI Target，不依赖外部网络交换机，使系统内所有节点内的数据更加安全。
在NAS集群中，每个docker容器节点可能会存在状态变化，导致节点功能失效，为保证每个docker容器节点可以保持在指定的正常运行的状态，本发明实施例提供一种具体的NAS集群，基于上述实施例，本发明实施例还包括：
监测模块201，用于利用kubernetes监测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障；
在本方案中，采用kubernetes进行docker容器的监控控制。Kubernetes以集群方式管理每个docker容器，使用编排系统快速构建容器集群，可以自动管理和修复每个docker容器，依据每个docker容器节点状态的变化，判断是否需要重启docker容器。
具体地，检测模块利用kubernetes监测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障，判断每个docker容器是否需要重启。
重启模块202，用于当利用kubernetes监测所述NAS集群中的docker容器故障时，重启故障的docker容器。
具体地，当出现需要重启地docker容器时，则利用kubernetes重启故障的docker容器。
本发明实施例提供一种具体的NAS集群。参见图3，在本方案中，NAS集群中包括4个docker容器，分别是容器A、容器B、容器C、容器D。这4个节点上通过ISCSI协议连接后端存储提供的映射卷，同时docker容器接入外部网络，对外提供NAS服务。Docker容器的作用就是连接后端存储映射卷，NAS集群依赖这些映射卷建立文件系统，然后docker容器接入宿主机的外部网络提供NAS服务。每个虚拟机之间通过NTB内部网络进行通信，其中，NTB是非透明桥。
参考图4，Docker守护进程启动时，会在宿主机上创建一个虚拟网络接口docker0，从私有地址中选择一个没有被使用的子网网段，如173.2.0.1，并将它分配给docker0。Docker容器启动后会从docker0网络中选择一个未被使用的IP地址，绑定到docker容器中的eth0接口，如容器A的eth0:173.2.0.2容器B的eth1:173.2.0.3。其中，docker容器需要通过宿主机的NAT转换连接到外部网络，为外部网络提供NAS服务，例如，将docker0中的网络都转换为host：192.168.1.128。
需要说明的是，每次Docker创建一个容器，就会为这个容器创建一对对等接口(peer interface)，类似一个管子的两端，在一边可以收到另一边发送的数据包。Docker会将对等接口中的一个作为eth0接口连接到容器上，并使用惟一名称来持有另一个，该名称取决于主机的命名空间。通过veth*将所有接口(eth0、eth1…)绑定到桥接网卡上docker0，Docker在主机和所有Docker0容器间创建一个共享的虚拟子网。由于Docker0是创建在Linux主机上用于网卡间自动转发数据包的虚拟以太网桥，与宿主机外部网络通信需要借助于NAT地址转换，因此docker0表现为一个独立的网络。
对于每个docker容器的配置相同，其中在集群中，同一时刻只有一个docker容器处于工作状态，其他容器与其互为冗余。每个docker容器节点内部可以自行安装运行NFS、CIFS、Kubernetes、OPEN VSWITCH软件。运行OPEN VSWITCH配置ovs bridge连接后端磁盘，docker容器节点启动之后进行网络配置，运行ISCSI Initiator，发现、登入ISCSI Target主机，建立ISCSI会话并保持，使容器与后端存储设备映射卷连接。
下面对本发明实施例提供的一种数据访问方法进行介绍，本发明实施例提供的一种数据访问方法与上述实施例提供的一种NAS集群可以相互参考。
参考图5，本发明实施例提供的一种数据访问方法，具体包括：
S301，接收用户层发送的访问指令；
具体地，NAS集群接收用户层发来的访问指令，访问指令可以是读写操作。其中，用户层通过网络设备与NAS集群建立连接，NAS集群的宿主机上创建由一个虚拟网络接口docker0，从私有地址中选择一个目前没有被使用的子网网段，将其分给docker0，由于docker0是创建在Linux主机上用于网卡间自动转发数据包的虚拟的以太网桥，所有若与宿主机外部的网络通信还需要记住与NAT地址转换，将docker0的IP地址转换为外网可以访问的IP地址。而集群中docker容器启动后会从docker0的网段中选择一个未被使用的IP地址，绑定到这个docker容器中的eth0的网络接口。
S302，利用与后端存储设备的映射卷建立连接的NAS集群中的目标docker容器对所述后端存储设备进行访问；其中，所述NAS集群包括docker容器。
具体地，NAS集群中的每个docker容器均与后端存储设备映射卷建立了连接，也就是说，可以利用后端存储设备映射卷访问后端存储设备。NAS集群中的docker容器根据接收到的访问指令对后端存储设备进行相应的操作。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种数据访问方法，通过NAS集群接收到用户层发送的访问指令，再利用NAS集群中的docker容器对后端存储设备进行相应的操作。由于docker容器容器是在操作系统层面上实现虚拟化，直接复用宿主机的操作系统，所以docker跟传统的虚拟化方式相化具有众多的优势。其中，docker容器的启动和恢复速度十分快，容器的启动在秒级实现，这相比传统的虚拟机方式要快得多。而且，docker对系统资源的利用率很高，一台主机上可以同时运行数千个docker容器。容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用的性能很高，同时系统的开销很小。
本发明实施例提供一种具体的数据访问方法，区别于上述实施例，本发明实施例对上述实施中的S301做了进一步的限定和说明，其他步骤内容与上述实施例大致相同，具体可以参考上述实施例，此处不再赘述。具体地，S101包括：
利用虚拟网络接口中的目标docker容器的IP地址将接收到的由用户层发送的访问指令传输到所述目标docker容器；其中，所述虚拟网络接口绑定有NAS集群中的每个docker容器的IP地址。
具体地，在NAS集群的宿主机上创建一个虚拟网络接口docker0，当宿主机利用虚拟网络接口接收到外部网络中的用户层发送的访问请求，再根据具体的正在工作的docker容器的IP地址，将访问请求传输到目标的docker容器中，利用这个docker容器对后端存储设备进行访问操作。
需要说明的是，在NAS集群中，同一时刻只有一个docker容器处于工作状态，当这个工作的docker容器出现问题时，其他docker容器节点会接管其业务，实现业务和数据的冗余。
本发明实施例提供一种具体的数据访问方法，区别于上述实施例，本发明实施例对上述实施例中NAS集群做了进一步的限定和说明，其他模块内容与上述实施例大致相同，具体可以参考上述实施例，此处不再赘述。具体地，所述NAS集群与后端存储设备映射卷通过ovs bridge建有ISCSI会话。
具体地，NAS集群中的docker容器分别通过ISCSI协议链接后端存储设备提供的映射卷。后端存储设备的系统在NAS集群的宿主机上安装完成之后，宿主机上就已经包含容器镜像。后端存储设备的系统启动后，通过脚本启动容器，同时运行OPEN VSWITCH配置ovsbridge，以利用ovs bridge将docker容器与后端存储设备的磁盘连接。具体地，容器启动之后，运行ISCSI Initiator，发现并登入后端存储设备的ISCSI Target主机，建立并保持ISCSI会话。
需要说明的是，每个容器上的虚拟机中运行ISCSI Initiator。ISCSI Initiator通过ISCSI协议连接到后端存储的ISCSI Target主机。因为系统中的四个容器看到的后端存储的ISCSI Target是一样的，所以每个虚拟机中的ISCSI Initiator只需要连接本节点上看到的ISCSI Target即可。而连接本容器的iSCSI Target通过的节点内部网络，由ovsbridge提供，ovs bridge的虚拟交换机技术，避免了传统物理网卡网络转发的延迟和开销。连接本节点ISCSI Target，不依赖外部网络交换机，使系统内所有节点内的数据更加安全。
在NAS集群中，每个docker容器节点可能会存在状态变化，导致节点功能失效，为保证每个docker容器节点可以保持在指定的正常运行的状态，本发明实施例提供一种具体的数据访问方法，基于上述实施例，本发明实施例还包括：
利用kubernetes检测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障；
若是，则重启故障的docker容器。
在本方案中，采用kubernetes进行docker容器的监控控制。Kubernetes以集群方式管理每个docker容器，使用编排系统快速构建容器集群，可以自动管理和修复每个docker容器，依据每个docker容器节点状态的变化，判断是否需要重启docker容器。
具体地，利用kubernetes监测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障，判断每个docker容器是否需要重启。
当出现需要重启地docker容器时，则利用kubernetes重启故障的docker容器。
本发明实施例提供一种数据访问装置，下文描述的一种数据访问装置与上文描述的一种数据访问方法可以相互参照。
本发明实施例提供的一种数据访问装置，具体包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述一种数据访问的方法的步骤。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，下文描述的计算机可读存储介质与上文描述的一种数据访问方法可以相互参照。
本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述一种数据访问方法的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种NAS集群，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收用户层发送的访问指令；
docker容器，用于利用所述访问指令对后端存储设备进行访问；其中，所述后端存储设备的映射卷与NAS集群相连。
2.根据权利要求1所述的NAS集群，其特征在于，所述接收模块，具体用于，利用虚拟网络接口中的目标docker容器的IP地址将接收到的由用户层发送的访问指令传输到所述目标docker容器；其中，所述虚拟网络接口绑定有NAS集群中的每个docker容器的IP地址。
3.根据权利要求2所述的NAS集群，其特征在于，所述NAS集群与后端存储设备映射卷通过ovs bridge建有ISCSI会话。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的NAS集群，其特征在于，还包括：
监测模块，用于利用kubernetes监测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障；
重启模块，用于当利用kubernetes监测所述NAS集群中的docker容器故障时，重启故障的docker容器。
5.一种数据访问方法，其特征在于，包括：
接收用户层发送的访问指令；
利用与后端存储设备的映射卷建立连接的NAS集群中的目标docker容器对所述后端存储设备进行访问；其中，所述NAS集群包括docker容器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收用户层发送的访问指令，包括：
利用虚拟网络接口中的目标docker容器的IP地址将接收到的由用户层发送的访问指令传输到所述目标docker容器；其中，所述虚拟网络接口绑定有NAS集群中的每个docker容器的IP地址。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述NAS集群与后端存储设备映射卷通过ovs bridge建有ISCSI会话。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
利用kubernetes检测所述NAS集群中的每个docker容器是否故障；
若是，则重启故障的docker容器。
9.一种数据访问设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求5至8任一项所述一种数据访问的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至8任一项所述一种数据访问的方法的步骤。
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