淺談存儲(chǔ)架構(gòu)之組合式存儲(chǔ)

　　隨著數(shù)據(jù)的不斷增長(zhǎng)，以前的存儲(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)不能在滿足于現(xiàn)在的需求，當(dāng)前存儲(chǔ)架構(gòu)還只是發(fā)展到第三個(gè)存儲(chǔ)架構(gòu)，那就是組合式存儲(chǔ)，它可以提供縱向擴(kuò)展存儲(chǔ)的性能和效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展存儲(chǔ)的簡(jiǎn)單操作。本文將圍繞這個(gè)話展開描述。

　　目前存在什么問題？

　　大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用都在環(huán)境中混合使用。一些傳統(tǒng)孤島應(yīng)用需要極高的性能，這些應(yīng)用程序在性能和可用性方面通常必須具有非常具體的保證?？v向擴(kuò)展存儲(chǔ)系統(tǒng)是這些工作負(fù)載的理想選擇，但隨著周圍環(huán)境的增長(zhǎng)和工作負(fù)載的變化，它們變得越來越有挑戰(zhàn)性。

　　這些數(shù)據(jù)中心還擁有新一代的應(yīng)用程序，環(huán)境或數(shù)據(jù)集，這些應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)集迅速擴(kuò)展，更適合橫向擴(kuò)展存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。雖然性能對(duì)某些應(yīng)用程序很重要，但更重要的是能夠快速靈活地?cái)U(kuò)展（在四個(gè)方向），以映射到不可預(yù)測(cè)的即服務(wù)應(yīng)用程序模型的需求?？赡懿恍枰唧w一致的保證。在很多情況下需要足夠緊密和足夠好。

　　橫向擴(kuò)展存儲(chǔ)設(shè)計(jì)中的另一個(gè)挑戰(zhàn)是計(jì)算和存儲(chǔ)資源規(guī)模良好，節(jié)點(diǎn)間通信通常并不好。支持橫向擴(kuò)展設(shè)計(jì)（通常是基礎(chǔ)IP）的網(wǎng)絡(luò)變得復(fù)雜，可能最終會(huì)出現(xiàn)瓶頸，為存儲(chǔ)IO增加了大量的延遲。

　　為了應(yīng)對(duì)這種二分法，許多組織擁有多達(dá)五到六個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中包括縱向擴(kuò)展架構(gòu)和橫向擴(kuò)展架構(gòu)，此外還有一種混合存儲(chǔ)模式來解決超融合基礎(chǔ)設(shè)施，私有或混合IaaS等特定的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。這些混合使得存儲(chǔ)環(huán)境非常復(fù)雜，同時(shí)也變得脆弱。

　　什么是組合式存儲(chǔ)？

　　組合式存儲(chǔ)是第三種存儲(chǔ)架構(gòu)。它充分利用了縱向擴(kuò)展架構(gòu)和橫向擴(kuò)展存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。就像縱向擴(kuò)展架構(gòu)一樣，組合式存儲(chǔ)系統(tǒng)可以從單個(gè)節(jié)點(diǎn)開始?？梢栽贗O性能和容量方面充分利用該節(jié)點(diǎn)。但是，與縱向擴(kuò)展設(shè)計(jì)不同，還可以將另外的節(jié)點(diǎn)添加到可組合的存儲(chǔ)中，因此在不引入另一個(gè)管理點(diǎn)的情況下，獲得更多的容量或計(jì)算性能用于環(huán)境。組合式存儲(chǔ)還可以分解存儲(chǔ)計(jì)算和存儲(chǔ)容量，這使得這些資源可以動(dòng)態(tài)地分配或使用它們的應(yīng)用程序釋放。

　　這種設(shè)計(jì)的早期迭代稱為scale-right架構(gòu)。雖然縱向擴(kuò)展和橫向擴(kuò)展架有了巨大的改進(jìn)，但一旦增加節(jié)點(diǎn)，這些scale-right的設(shè)計(jì)就會(huì)變得規(guī)模龐大，因此繼承了許多橫向擴(kuò)展的負(fù)面特性。換句話說，scale-right實(shí)際上并不是一個(gè)新架構(gòu)，只是兩個(gè)現(xiàn)有架構(gòu)之間的橋梁。

　　實(shí)際上，組合式存儲(chǔ)并不是縱向擴(kuò)展和橫向擴(kuò)展架構(gòu)之間的橋梁，實(shí)際上是一個(gè)適合的架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了從縱向擴(kuò)展到橫向擴(kuò)展的轉(zhuǎn)換，它解決了橫向擴(kuò)展架構(gòu)的局限性。也就是說能夠?qū)⒕唧w的性能和特征專門用于特定的應(yīng)用，并克服了節(jié)點(diǎn)間通信在環(huán)境規(guī)模上潛在的網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

　　針對(duì)專門的性能限制，組合式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)集群中創(chuàng)建動(dòng)態(tài)可組合的虛擬專用存儲(chǔ)系統(tǒng)。這種專用的虛擬存儲(chǔ)陣列可以根據(jù)IOPS，帶寬和容量來硬性分配特定的性能和屬性。虛擬存儲(chǔ)陣列可以與傳統(tǒng)應(yīng)用程序結(jié)合使用，因此需要非常具體的性能要求。

　　為了解決網(wǎng)絡(luò)問題，組合式存儲(chǔ)系統(tǒng)也需要更好的網(wǎng)絡(luò)，而更好的網(wǎng)絡(luò)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；?，而且還提供更復(fù)雜的功能，如虛擬專用存儲(chǔ)陣列。高級(jí)網(wǎng)絡(luò)的問題是成本高昂，并且通常是專用網(wǎng)絡(luò)。NVMeoverFabrics可以為組合式存儲(chǔ)系統(tǒng)供應(yīng)商提供一種提供高級(jí)網(wǎng)絡(luò)的方式，而不會(huì)被鎖定在專有或比較小眾的的網(wǎng)絡(luò)中。NMVe使可組合的存儲(chǔ)能夠提供4種縮放功能，分別是：縱向擴(kuò)展，橫向擴(kuò)展，橫向縮小（每節(jié)點(diǎn)的容量更?。┖涂v向縮小（每個(gè)集群的控制器更少）。

　　NVMe是一個(gè)專門用于與基于內(nèi)存的存儲(chǔ)設(shè)備通信的新協(xié)議。其設(shè)計(jì)是通過PCIe總線進(jìn)行通信，并顯著增加命令數(shù)量和IO隊(duì)列深度。NVMeoverFabrics是該標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，可以使其網(wǎng)絡(luò)性能與本地連接相媲美。

　　將Fabrics網(wǎng)絡(luò)上的NVMe集成到組合式的存儲(chǔ)架構(gòu)中是一個(gè)合乎邏輯的步驟。集群內(nèi)的節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在通信性能和延遲水平幾乎與直接連接一樣好。其結(jié)果是有效的規(guī)模，并進(jìn)一步擴(kuò)大了能力。

　　軟件定義存儲(chǔ)是關(guān)鍵

　　數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在需要組合式存儲(chǔ)的能力。他們期望存儲(chǔ)供應(yīng)商能夠更快地設(shè)計(jì)定制硬件并修改其軟件，特別是考慮到硬件現(xiàn)在可用。如今，部署了下一代的英特爾處理器，PCIe總線，以及完全支持NVMe協(xié)議的服務(wù)器不斷上市，而NVMe閃存設(shè)備也將同時(shí)推出，這意味著延遲將創(chuàng)新低，而IOPS將創(chuàng)新高。隨著新一代處理器和存儲(chǔ)設(shè)備的到來，采用NVMe協(xié)議的Fabric網(wǎng)卡的設(shè)備也即將推出。

　　如果所有硬件組件都可用，那么所欠缺的一環(huán)就是存儲(chǔ)軟件。軟件定義的存儲(chǔ)供應(yīng)商應(yīng)能夠快速將其軟件適應(yīng)高性能NVMe驅(qū)動(dòng)硬件的新現(xiàn)實(shí)，并為數(shù)據(jù)中心提供解決方案，可以顯著減少存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)量。

　　結(jié)語

　　未來的數(shù)據(jù)中心可以將其存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)量減少到兩個(gè)。一個(gè)可能部署在內(nèi)部數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)，將是基于第三個(gè)存儲(chǔ)架構(gòu)的全閃存陣列。第二個(gè)可能在云端，該系統(tǒng)是可以存檔，保存和保留活動(dòng)數(shù)據(jù)的對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)。