傳統(tǒng)外置存儲(chǔ)系統(tǒng)或?qū)⒂瓉?lái)冬天(上)

作者簡(jiǎn)介

張冬，資深存儲(chǔ)專家，《大話存儲(chǔ)》及《大話存儲(chǔ)2》的作者。多年來(lái)一直從事存儲(chǔ)技術(shù)的設(shè)計(jì)、研發(fā)及傳授，擁有3項(xiàng)技術(shù)專利。現(xiàn)任職于某知名廠商，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)產(chǎn)品/方案的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。

編者按近10年來(lái)，由于數(shù)據(jù)量的迅速飆升，存儲(chǔ)需求日益猛增，由此推動(dòng)著存儲(chǔ)技術(shù)日新月異地向前發(fā)展，并不斷演繹著優(yōu)勝劣汰的故事。現(xiàn)在被廣泛采用的傳統(tǒng)外置存儲(chǔ)系統(tǒng)，因需求而生，隨技術(shù)發(fā)展而更新?lián)Q代。不過(guò)，固態(tài)硬盤和云計(jì)算等技術(shù)的出現(xiàn)，也許使這一存儲(chǔ)形式遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。本文作者著力分析了外置存儲(chǔ)系統(tǒng)的前世今生，以及未來(lái)的前景，本報(bào)將分上、下兩期連載。

前世：不斷更新?lián)Q代

1. 硬件發(fā)展，軟件給力

從2002年到2009這7年間，應(yīng)該說(shuō)是存儲(chǔ)行業(yè)在中國(guó)落地生根的時(shí)期。

在這個(gè)時(shí)期，國(guó)內(nèi)有不少存儲(chǔ)業(yè)界的工程師活躍在各種技術(shù)論壇里，熱烈討論著存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本原理、部署配置等。初期，IBM從LSI公司OEM的FAStT系列存儲(chǔ)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)被廣泛使用，而技術(shù)論壇里大都是關(guān)于該系列存儲(chǔ)系統(tǒng)的討論。在高端存儲(chǔ)中，大家討論的重點(diǎn)則基本聚焦在IBM Shark系列，而對(duì)EMC和HDS等專業(yè)存儲(chǔ)公司的產(chǎn)品的關(guān)注和探討明顯不如IBM，其中一個(gè)重要原因是因?yàn)镮BM的存儲(chǔ)系統(tǒng)大量與其服務(wù)器捆綁銷售，而EMC和HDS這兩家公司卻只有存儲(chǔ)產(chǎn)品。

之后，F(xiàn)AStT的換代產(chǎn)品出現(xiàn)，包括OEM LSI公司的DS4000、DS5000系列等，它們本質(zhì)上是一個(gè)硬件規(guī)格不斷提升的過(guò)程。然而，存儲(chǔ)行業(yè)的發(fā)展就像一個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程一樣，首先要長(zhǎng)身體，但身體長(zhǎng)到一定階段時(shí)，就需要長(zhǎng)心智了。隨著上層業(yè)務(wù)的多樣化發(fā)展，底層存儲(chǔ)不再只是一個(gè)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的盒子，它需要一些靈活易用的數(shù)據(jù)管理功能來(lái)豐富它的價(jià)值，比如快照克隆、擴(kuò)容復(fù)制、壓縮重刪、超供回收以及虛擬化等。

在中國(guó)，存儲(chǔ)從業(yè)人員的水平也在不斷提高，這從最近10年間國(guó)內(nèi)幾個(gè)著名存儲(chǔ)論壇中所討論的話題便可以看出。從最初對(duì)一些基本概念和彼此間異同的一知半解，到后來(lái)對(duì)各廠商中高端存儲(chǔ)設(shè)備的內(nèi)部架構(gòu)以及各種數(shù)據(jù)管理特性、原理、實(shí)現(xiàn)、價(jià)值及應(yīng)用場(chǎng)景的討論，以及之后更進(jìn)一步探討存儲(chǔ)系統(tǒng)的選型、部署和規(guī)劃管理等，我相信隨著國(guó)內(nèi)業(yè)界對(duì)存儲(chǔ)的不斷認(rèn)知和積累，包括廠商、集成商和最終用戶，大家的水平不斷提高，終將會(huì)形成更加專業(yè)的氣氛和促使國(guó)內(nèi)廠商不斷自主研發(fā)進(jìn)取的動(dòng)力。

2. Scale-Out受追捧

最近10年間，存儲(chǔ)廠商發(fā)生了不小的變遷。2008年，IBM將早先收購(gòu)的XIV推向了市場(chǎng)，并且定位在高端存儲(chǔ)級(jí)別，引起了不小的轟動(dòng)，這是個(gè)里程碑式的事件，它不僅象征著傳統(tǒng)高端存儲(chǔ)封閉式架構(gòu)的土崩瓦解，而且還引起了一股Scale-Out熱。緊其隨后，EMC把經(jīng)營(yíng)了多年的傳統(tǒng)高端Symmetrix DMX系列的核心軟件遷移到了開(kāi)放式硬件平臺(tái)上，推出了新一代Scale-Out高端存儲(chǔ)系統(tǒng)Symmetrix V-Max。之后一年，HDS也按捺不住，將其傳統(tǒng)高端存儲(chǔ)USP V也遷移到了開(kāi)放硬件平臺(tái)，變身成了VSP存儲(chǔ)系統(tǒng)，并宣稱其為Scale-Out架構(gòu)，但VSP并不十分開(kāi)放，其形態(tài)上，筆者認(rèn)為依然是傳統(tǒng)高端的封閉式架構(gòu)，不過(guò)CPU從Power PC變成了Intel x86，同時(shí)保留了ASIC芯片，外觀上采用大背板，CPU、內(nèi)存、IO板分離式熱插拔，這些依然還是傳統(tǒng)高端存儲(chǔ)系統(tǒng)的元素。

3. 統(tǒng)一存儲(chǔ)被認(rèn)可

2011年，EMC將其Celerra產(chǎn)品當(dāng)做機(jī)頭，后端掛接CLARiiON存儲(chǔ)，包裝成了VNX系列，當(dāng)然硬件平臺(tái)是升級(jí)之后的。這個(gè)產(chǎn)品沒(méi)有什么本質(zhì)創(chuàng)新，但其同時(shí)推出了一款低端的VNXe系列，該產(chǎn)品看似低端，其實(shí)暗藏玄機(jī)。筆者今年3月曾在文章《VNXe會(huì)給存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來(lái)顛覆性變革嗎？》中詳細(xì)剖析了VNXe內(nèi)部，并做出推斷，存儲(chǔ)+虛擬機(jī)就是百變金剛，存儲(chǔ)+計(jì)算，即應(yīng)用存儲(chǔ)很有可能會(huì)是后續(xù)外置存儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展方向。果不其然，在今年9月的VMware World大會(huì)上，EMC明確地表述了這個(gè)觀點(diǎn)，存儲(chǔ)直接運(yùn)行虛擬機(jī)，直接與應(yīng)用結(jié)合，搶占部分服務(wù)器市場(chǎng)。在應(yīng)用存儲(chǔ)這方面，國(guó)內(nèi)某軟件公司就頗具前瞻性。

2010年，IBM將其多個(gè)產(chǎn)品的多個(gè)模塊進(jìn)行了堆疊組合，形成了Storwize V7000中端存儲(chǔ)產(chǎn)品，這款產(chǎn)品可以說(shuō)是IBM真正自主研發(fā)的第一款中端存儲(chǔ)系統(tǒng)。EMC在經(jīng)歷了Symmetrix V-Max變革之后，在中端存儲(chǔ)系統(tǒng)產(chǎn)品線，也終結(jié)了其CX系列，改頭換面為VNX系列，后者實(shí)則是CX系列升級(jí)的硬件版本加上Celerra NAS機(jī)頭組合而成的一款所謂Scale-Out的統(tǒng)一存儲(chǔ)。

今年9月，HP也成功地將其收購(gòu)的3PAR存儲(chǔ)硬件升級(jí)為P10000產(chǎn)品型號(hào)。

說(shuō)到統(tǒng)一存儲(chǔ)，必須提到NetApp。作為EMC的頭號(hào)對(duì)手（存儲(chǔ)界僅剩下三家專業(yè)聚焦存儲(chǔ)的巨頭，為EMC、NetApp、HDS），NetApp是一個(gè)老牌存儲(chǔ)公司了，它上世紀(jì)90年代靠獨(dú)立NAS起家，之后通過(guò)在文件系統(tǒng)上虛擬塊空間，從而支持了塊級(jí)訪問(wèn)，并提出了Unified Storage（統(tǒng)一存儲(chǔ)）概念，廣受業(yè)界追捧，直到今天還沒(méi)退火。NetApp憑借其強(qiáng)大的增值功能和簡(jiǎn)便的配置占據(jù)了NAS市場(chǎng)老大的位置。從早期的FAS270、FAS980，到后來(lái)的FAS2000、FAS3000、FAS6000，直到最近的FAS3200和FAS6200，NetApp在硬件平臺(tái)上遷移得很平穩(wěn)，形態(tài)上沒(méi)有什么大的變化（除了最近的FASx200系列平臺(tái)支持IO擴(kuò)展柜之外）。NetApp的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于其軟件，它從ONTAP 7.0操作系統(tǒng)開(kāi)始，支持Flexvol特性，這也是存儲(chǔ)業(yè)界第一個(gè)Thin技術(shù)的原型，不過(guò)，“Thin”這個(gè)詞似乎并不是NetApp推廣出來(lái)的。其核心層WAFL文件系統(tǒng)是一個(gè)非常強(qiáng)大的角色，號(hào)稱“The last word in filesystem”的ZFS就是借鑒了WAFL的思想，并在多方面進(jìn)行了改良的文件系統(tǒng)，以及變種BTRFS。

然而，這樣一個(gè)看似紅紅火火的存儲(chǔ)市場(chǎng)，即將迎來(lái)的可能會(huì)是一個(gè)嚴(yán)酷的冬天。

今生：遭遇挑戰(zhàn)

從存儲(chǔ)產(chǎn)品形態(tài)變化可以看得出來(lái)，在硬件形態(tài)上，高端存儲(chǔ)傳統(tǒng)架構(gòu)崩塌，轉(zhuǎn)為開(kāi)放式架構(gòu)，那么存儲(chǔ)與服務(wù)器架構(gòu)已經(jīng)沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，這一步的變化已經(jīng)奠定了外置存儲(chǔ)系統(tǒng)體系走向崩塌的基礎(chǔ)。一個(gè)事物總是要向前發(fā)展，傳統(tǒng)雙控存儲(chǔ)系統(tǒng)在大架構(gòu)體系上已經(jīng)沒(méi)有可以拿得出手的新鮮東西了，所以不得不向Scale-Out架構(gòu)來(lái)發(fā)展，就像CPU多核化一樣，上百核的CPU都已經(jīng)可以商用了。那么，對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，Scale-Out的下一步又會(huì)是什么呢？在沒(méi)有革命性新技術(shù)出來(lái)之前，筆者認(rèn)為，外置存儲(chǔ)也就只能這樣了，無(wú)非就是硬件規(guī)格、接口速率的提升過(guò)程，激進(jìn)一些可能直接以磁盤為單位來(lái)做Scale-Out，讓控制器節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)的硬盤數(shù)量級(jí)，而每個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)規(guī)格可以降低，但是這始終還是Scale-Out。

那么，為什么外置存儲(chǔ)系統(tǒng)后續(xù)的日子會(huì)越來(lái)越難過(guò)？這還得從最近的兩個(gè)熱門話題說(shuō)起，一個(gè)是固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)，另一個(gè)則是炒得火熱的“云”。

1. 存儲(chǔ)與服務(wù)器同質(zhì)化

上一代存儲(chǔ)產(chǎn)品在硬件上還是頗具特色的，尤其是以EMC Symmetrix和HDS USP為代表的高端平臺(tái)，在大背板上安插CPU板、內(nèi)存板、IO板等。在上一代高端存儲(chǔ)中，普遍使用PowerPC處理器，而中端產(chǎn)品中則到處可覓ASIC的身影，比如IBM DS4000/DS5000、HDS AMS2000等。但到了今天，Intel處理器的x86硬件平臺(tái)似乎已經(jīng)統(tǒng)治了從高端到中端甚至中低端的存儲(chǔ)陣列，內(nèi)部架構(gòu)與普通x86 PC服務(wù)器無(wú)異，只是外觀以及其他一些專門為硬盤槽位以及維護(hù)性考慮的細(xì)節(jié)上略有不同。而只有一些低端產(chǎn)品依然使用ASIC來(lái)降低成本。

外置存儲(chǔ)發(fā)展到這個(gè)階段，已經(jīng)在硬件上失去了它獨(dú)立發(fā)展的“借口”。其次，在軟件上，外置存儲(chǔ)的“借口”似乎也越來(lái)越脆弱。隨著各種卷管理軟件，比如傳統(tǒng)的LVM、CLVM甚至GLVM以及Windows平臺(tái)下的動(dòng)態(tài)卷越做越強(qiáng)，還有Symantec從VERITAS繼承來(lái)的馳騁多年依然寶刀未老的VxVM以及Storage Foundation平臺(tái)，再加上號(hào)稱“The last word in filesystem”的ZFS以及其變種Btrfs，甚至原Sun公司的統(tǒng)一存儲(chǔ)軟件ComStar等平臺(tái)，這些角色的發(fā)展對(duì)于傳統(tǒng)外置存儲(chǔ)的軟件層來(lái)說(shuō)都是威脅。比如ZFS，容錯(cuò)保護(hù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)糾錯(cuò)、快照、Thin、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、Clone、Replication等外置存儲(chǔ)用來(lái)增值的特性，它也都已經(jīng)集成了，只要將其架設(shè)到JBOD或者服務(wù)器自帶存儲(chǔ)介質(zhì)上，即可形成一個(gè)差不多的存儲(chǔ)系統(tǒng)，既可以用做自身使用，也可以通過(guò)SCSI Target向外部提供存儲(chǔ)空間，成為一個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備。

2. 固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)終將一統(tǒng)天下

固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)的好處想必大家都已經(jīng)很了解了。固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)遲早會(huì)取代機(jī)械磁盤，這是大勢(shì)所趨，雖然短期內(nèi)不太可能，但不排除若干年之后不會(huì)發(fā)生。固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)的可靠性、容量、存儲(chǔ)密度以及成本均會(huì)變得越來(lái)越讓人容易接受。機(jī)械磁盤屆時(shí)已經(jīng)沒(méi)有必要存在，而磁帶可能相對(duì)于機(jī)械磁盤要稍晚些一樣會(huì)被固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)所替代。Flash硅片也有不同的規(guī)格等級(jí)，使用低規(guī)格大容量的Flash陣列完全可以提供比傳統(tǒng)物理帶庫(kù)或者VTL更劃算的備份介質(zhì)。這樣，從RAM到歸檔設(shè)備，一條路下來(lái)就不會(huì)有任何機(jī)械部件存在，而且性能和成本可以是平滑下降的。

相信不少人都在機(jī)房看到過(guò)某些高端存儲(chǔ)產(chǎn)品占用了整整一個(gè)機(jī)柜的空間，風(fēng)扇呼呼地吹著，噪音讓人頭疼，結(jié)果上面只插了幾十塊甚至十幾塊磁盤。拋開(kāi)其他因素，從任何方面講，這都屬于投資浪費(fèi)。這幾十塊機(jī)械硬盤在高端存儲(chǔ)上所能提供的性能，可能只需要幾塊SSD就可以滿足了。至于在容量方面，目前很多應(yīng)用環(huán)境中，所配置的容量都是過(guò)剩的，由于機(jī)械盤無(wú)法提供太高的IOPS，不得不用幾十塊、上百塊甚至數(shù)百上千塊磁盤來(lái)堆出所需要的性能，然而磁盤容量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)比性能增長(zhǎng)的速度快，那么，數(shù)百塊600GB的磁盤，就可以達(dá)到上百TB的空間，而這些空間絕大多數(shù)可能都被浪費(fèi)了，只因?yàn)閱蝹€(gè)機(jī)械盤的性能不夠。機(jī)械盤拿數(shù)量來(lái)?yè)Q性能，容量過(guò)剩；而SSD則是性能過(guò)剩，容量稍小，且價(jià)格太高。但是容量和壽命問(wèn)題可以隨著技術(shù)的發(fā)展不斷得到解決，價(jià)格也會(huì)不斷降低，而且如果從耗電、占地等多個(gè)方面綜合判斷，SSD顯然是劃算的。