分布式云存儲基礎(chǔ)架構(gòu)借助x86架構(gòu)取得進步

隨著云計算的出現(xiàn)，企業(yè)和 SMB 存儲基礎(chǔ)架構(gòu)變得越來越分散，以便在提高 I/O 性能、數(shù)據(jù)恢復(fù)時間和每 GB 成本的同時實現(xiàn)最大可能的管理靈活性。這部分是由虛擬化技術(shù)的并行發(fā)展推動的，這有助于創(chuàng)建可根據(jù)不斷變化的業(yè)務(wù)需求動態(tài)管理的網(wǎng)絡(luò) IT 資源的彈性池。

這種向云基礎(chǔ)架構(gòu)的加速轉(zhuǎn)變促使 IT 系統(tǒng)架構(gòu)師重新評估迄今為止支撐存儲平臺的傳統(tǒng)存儲硬件，這種重新評估自然會延伸到構(gòu)成這些系統(tǒng)的嵌入式組件，尤其是處理器平臺。

傳統(tǒng)的存儲陣列和服務(wù)器通常圍繞集中式控制器或板進行架構(gòu)，這些控制器或板通過按一對多 CPU 到磁盤驅(qū)動器配置分組的通用 x86 CPU 處理聚合存儲 I/O。處理器是系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流進出系統(tǒng)磁盤驅(qū)動器的主要瓶頸，因此系統(tǒng)供應(yīng)商設(shè)計了性能最高的 CPU 以加快 I/O 速度，這會增加過程中的大量費用和功耗。

然而，隨著為云提供動力的硬件基礎(chǔ)設(shè)施越來越分散，需要一種新的云存儲網(wǎng)絡(luò)方法——一種不再強調(diào)整合存儲模型的方法，而是提供以構(gòu)建塊方式增量部署存儲資源的靈活性，無論何時需要這些資源分布式網(wǎng)絡(luò)。這為新的云存儲架構(gòu)戰(zhàn)略打開了大門，該戰(zhàn)略利用分布式智能磁盤驅(qū)動器（閃存和機械）而不是昂貴的集中式存儲陣列或服務(wù)器。通過為這些驅(qū)動器中的每一個配備高性能、節(jié)能的 x86 多核處理器，存儲網(wǎng)絡(luò)中的處理器內(nèi)核總數(shù)可以超過傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)中的內(nèi)核數(shù)量，

圖 1：具有內(nèi)置管理程序的虛擬驅(qū)動器。

低功耗、高性能并行處理

這種云優(yōu)化的存儲架構(gòu)由加速處理單元 （APU） 和片上系統(tǒng) （SoC） 處理器架構(gòu)實現(xiàn)，它們將通用 CPU 和離散級 GPU 結(jié)合在一個兩芯片或單芯片芯片組上，分別。這通過利用 GPU 對數(shù)據(jù)塊并行處理計算任務(wù)來促進高速并行處理，從而在網(wǎng)絡(luò)中的每個單獨的磁盤驅(qū)動器節(jié)點上實現(xiàn)企業(yè)級存儲吞吐量（圖 1）。

與性能類似的異構(gòu) CPU+GPU 芯片組相比，這些高度集成的處理器架構(gòu)還最大限度地降低了設(shè)計復(fù)雜性和系統(tǒng)尺寸，因為它們在硅片上進行了密集集成，從而減少了板層和尺寸。支持 APU/SoC 的計算優(yōu)勢最終使得可以在標準 3.5 英寸驅(qū)動器外殼內(nèi)利用并行處理性能，該驅(qū)動器外殼還包含必要的嵌入式存儲和網(wǎng)絡(luò)硬件元素。

也許最重要的是，APU 和 SoC 處理器可以支持熱設(shè)計功率 （TDP） 配置文件，從而顯著降低系統(tǒng)級熱量產(chǎn)生，更重要的是，允許使用以太網(wǎng)供電 （PoE） 為驅(qū)動器供電。PoE 是這種新網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)的關(guān)鍵促成因素，與當今高耗電的存儲陣列和服務(wù)器相比，它提供了顯著的每瓦性能效率優(yōu)勢，后者依賴于在不同負載條件下具有不同效率的高功率電源。相比之下，使用 PoE 為每個驅(qū)動器供電允許在固定負載條件下調(diào)整和最大化效率。

備用電源和電池電源

在這些智能驅(qū)動器中使用低功耗 APU 和 SoC 處理器帶來了額外的好處，它超越了主存儲，進入了不間斷存儲和容錯文件系統(tǒng)領(lǐng)域。在這里，超分布式云存儲架構(gòu)也有內(nèi)在的好處，包括能夠在整個網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行驅(qū)動器到驅(qū)動器的數(shù)據(jù)鏡像，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余和保護目的。大多數(shù)企業(yè)陣列和服務(wù)器系統(tǒng)通過限制在單個系統(tǒng)/機柜內(nèi)的獨立磁盤冗余陣列 （RAID） 實現(xiàn)這種冗余能力，跨磁盤驅(qū)動器復(fù)制數(shù)據(jù)。這增加了多驅(qū)動器故障導(dǎo)致不可挽回的數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險，而在由分布式磁盤驅(qū)動器組成的基于云的分散存儲架構(gòu)中，

涉及數(shù)據(jù)保護的另一個關(guān)鍵考慮因素是備用電源。對于傳統(tǒng)的存儲陣列和服務(wù)器系統(tǒng)，備用電源是通過大型、昂貴的 UPS 系統(tǒng)和柴油發(fā)電機提供的。然而，在分布式云網(wǎng)絡(luò)中，電力備份是在單個驅(qū)動器級別啟用的。由于嵌入式 APU 和 SoC 處理器實現(xiàn)的低功耗，磁盤電池備份現(xiàn)在已成為使用消費級電池的現(xiàn)實。與傳統(tǒng)的電池備份方法相比，這可以減少數(shù)據(jù)中心的占地面積和機架空間。

閃存是這種電池備份模式的關(guān)鍵促進技術(shù)——事實上，這種能力即使不是不可能，也很難用傳統(tǒng)的硬盤驅(qū)動器實現(xiàn)。另一方面，閃存采用先進的緩存算法實現(xiàn)時，可加快讀/寫速度并最大限度地減少數(shù)據(jù)寫入周期期間的 NAND 退化，提供最高水平的存儲性能和可靠性，無需移動部件。在長時間停電的情況下，這些驅(qū)動器可以支持正常關(guān)機操作，從而最大限度地降低數(shù)據(jù)丟失和/或驅(qū)動器電氣損壞的風(fēng)險。

從硬件到軟件

為了讓這種基于磁盤驅(qū)動器的云存儲模型在實際功能上與傳統(tǒng)的集中式存儲方法相媲美，需要提供一些必備的軟件功能。虛擬化是其中最主要的，它允許在磁盤驅(qū)動器級別本地運行虛擬機 （VM），從而為不同的工作負載和/或多租戶使用提供精細的資源配置。

對流行的橫向擴展計算架構(gòu)的原生支持也很關(guān)鍵。Apache Hadoop 和 OpenStack 等開源軟件框架對于大數(shù)據(jù)和云存儲應(yīng)用程序尤為重要，并且必須在驅(qū)動器上本地運行，以最大限度地減少添加或更換節(jié)點時計算集群的性能下降。

糾錯碼 （ECC） 支持是另一個關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)上，ECC 支持僅限于耗電的處理器平臺，但超節(jié)能、計算密集型 x86 云基礎(chǔ)架構(gòu)的發(fā)展使得 ECC 支持在低功耗處理器領(lǐng)域成為越來越重要的要求。ECC 有助于確保最高級別的數(shù)據(jù)完整性，同時通過使用高級加密算法提高數(shù)據(jù)安全性。

底層 x86 處理平臺有助于確保與 Internet 骨干基礎(chǔ)設(shè)施的緊密集成，并支持豐富的行業(yè)標準軟件和工具生態(tài)系統(tǒng)，這些軟件和工具用于構(gòu)建當今的公共和私有存儲云。

一種新的云存儲模式

從昂貴的單片存儲陣列到商品服務(wù)器，傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)會給云存儲基礎(chǔ)架構(gòu)增加顯著的成本、管理復(fù)雜性和功耗，同時帶來大量以備份和恢復(fù)為中心的挑戰(zhàn)。

另一方面，利用 x86 APU 和 SoC 的高度可擴展、基于磁盤驅(qū)動器（閃存和機械）的云存儲模型可以產(chǎn)生前所未有的功率效率，提供突破性的并行處理性能，并支持企業(yè)級存儲和管理功能。在單個磁盤驅(qū)動器上支持電池供電備份的附加功能確保了最高水平的業(yè)務(wù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)保護。

審核編輯：郭婷