存儲大集中環(huán)境下高端FC HBA卡的研究

李曉坤 邵娜

摘 要：虛擬化、云計算技術(shù)使存儲大集中技術(shù)得到了空前的發(fā)展，存儲大集中在工業(yè)界成功商用，本論文提出了在存儲大集中環(huán)境下高端FC HBA卡。重點剖析了存儲大集中、SAN、Gen 5 Fibre Channel、FC HBA卡及應(yīng)用高端FC HBA卡需要注意的問題。最后闡述了為什么存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡是發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵詞：存儲大集中；SAN；Gen 5 Fibre Channel；FC HBA卡

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2015）02-

Research on Storage of Large Centralized High-end FC HBA Card

LI Xiaokun 1 ， SHAO Na2

（1 Heilongjiang Hengxun Technology Co. Ltd， Harbin 150090 ，China；2 Graduate School， Heilongjiang University， Harbin 150001， China ）

Abstract： Virtualization， cloud computing technology enables the storage of high concentration technology get an unprecedented development， and industrial application of storage of the large concentrated is a great success. This paper puts forward high-end FC HBA card technology in the storage of the large centralized environment， then focuses on the analysis of the storage of the large concentration， SAN， Gen 5 Fibre Channel， FC HBA card. After that， the paper presents the problems to be envisaged during the application of high-end FC HBA card. Finally， the paper explains and concludes that under store large centralized environment the application of high-end FC HBA card is the current development trend.

Key words： Storage of Large Concentration； SAN； Gen 5 Fibre Channel； FC HBA Card

0 引 言

云計算概念的兩種核心技術(shù)就是虛擬化和大數(shù)據(jù)。主機虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化技術(shù)在工業(yè)界的成功商用，使得如何解決主機和高端SAN Switch之間高帶寬，高IOPS，高可用的傳輸問題即成為迫切熱點問題。而經(jīng)研究分析可知，其有效解決方案就是在存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡。本文則對此展開研究，具體過程如下。

1 基本概念

1.1 存儲大集中

云平臺存儲的數(shù)據(jù)通常是大規(guī)模數(shù)據(jù)，為其設(shè)計的數(shù)據(jù)完整性驗證機制都是基于抽樣的策略[1]。存儲大集中就是將分布在各個終端、主機、低端存儲的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及其他一些相關(guān)的數(shù)據(jù)實現(xiàn)在高端平臺上的集中存儲。具體來說，該策略依托科技手段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中和數(shù)據(jù)的整合，并通過對數(shù)據(jù)深層次的挖掘，對金融、電信等高端客戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析和評價，由此推動向決策科學(xué)化方向邁進，而且又提高了管理水平和工作效率。大數(shù)據(jù)的處理通常具有時效性，必須把握好對數(shù)據(jù)流的掌控應(yīng)用，如此才能最大化地挖掘利用大數(shù)據(jù)所潛藏的價值[2]。存儲大集重點區(qū)別于分布式存儲的地方就在于，數(shù)據(jù)集中可以使用高端存儲大集中技術(shù)，實施數(shù)據(jù)的集中存儲及管理；或通過一定的共享軟件機制，實施數(shù)據(jù)的集中共享。真正可以做到與業(yè)務(wù)集中相匹配的應(yīng)用集中，及客戶關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息的數(shù)據(jù)集中，不同程度的集中，會產(chǎn)生不同的效果，投入及工程的復(fù)雜程度也不盡相同。在存儲大集中項目中要考慮許多技術(shù)因素，但至關(guān)重要的則是高層領(lǐng)導(dǎo)的重視及支持，及業(yè)務(wù)部門的介入。存儲大集中架構(gòu)部署在高端SAN Switch的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，不同的應(yīng)用集群建立在不同的Zone中，每一臺物理或虛擬主機通過多端口高端FC HBA卡和高端SAN Switch物理交叉冗余連接。在高端存儲上實現(xiàn)高可靠的冗余機制（如8個引擎、16個換制器、20個電源、RAID0+1、SSD），物理或虛擬主機可以通過SAN Boot 啟動，包括底層的操作系統(tǒng)均配備在高端存儲中，高端存儲通過劃分不同的LAN指向不向的物理或虛擬主機，高端HBA卡通過WWN號和Zone及高端存儲綁定，實現(xiàn)存儲大集中。

1.2 SAN

存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，簡稱SAN）采用光纖通道（Fibre Channel ，簡稱FC）技術(shù)，通過SAN Switch連接存儲和主機，建立專用于數(shù)據(jù)存儲的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。而且SAN歷經(jīng)多年的發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)成熟，現(xiàn)已成為工業(yè)界的事實標準（但各個廠商的光纖交換技術(shù)不完全相同，其主機和SAN存儲有兼容性的要求）。獨特的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)建技術(shù)使SAN具有很多優(yōu)點：如高性能、高可用性、高可擴展性；便于集中存儲和管理；實現(xiàn)LAN-free Backup、Server-free Backup數(shù)據(jù)備份，不占用LAN帶寬；容災(zāi)、雙活等技術(shù)支持更遠的距離等[3]。

SAN專注于企業(yè)級存儲的特有問題。當(dāng)前企業(yè)存儲方案所遇到問題的兩個根源是：數(shù)據(jù)與應(yīng)用系統(tǒng)緊密結(jié)合所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性限制，以及大型、中型、小型計算機系統(tǒng)接口標準的限制。大多數(shù)分析都認為SAN是未來企業(yè)級的存儲方案，這是因為SAN便于集成，能改善數(shù)據(jù)可用性及網(wǎng)絡(luò)性能，而且還可以減輕管理作業(yè)。

SAN實際是一種專門為存儲建立的獨立于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之外的專用網(wǎng)絡(luò)。目前常見的SAN提供8Gb/S到16Gb/S的傳輸數(shù)率，同時SAN網(wǎng)絡(luò)獨立于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)存在，因此存取速度很快，另外，SAN一般多采用高端的RAID陣列，使SAN的性能在幾種專業(yè)存儲方案中傲視群雄。

在此，仍需指出的是，由于SAN的基礎(chǔ)是一個專用網(wǎng)絡(luò)，因此擴展性很強，不管是在一個SAN系統(tǒng)中增加一定的存儲空間還是增加幾臺使用存儲空間的主機都非常方便。通過SAN接口的磁帶庫或虛擬帶庫，SAN系統(tǒng)即可方便高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中備份及雙活。目前多見的SAN有FC SAN和IP SAN，其中FC SAN為通過光纖通道協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)，IP SAN則通過TCP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)。SAN主要用于數(shù)據(jù)大集中的環(huán)境，如電信、金融等，但其成本高、標準尚未確定等問題也影響了SAN的市場，不過，隨著這些用戶業(yè)務(wù)量的增大，SAN依然有著廣泛可觀的應(yīng)用前景。

1.3 Gen 5 Fibre Channel

第五代光纖通道技術(shù)是存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）的最新演進成果。第五代光纖通道技術(shù)主要基于T11技術(shù)委員會曾負責(zé)制定的光纖通道接口標準開發(fā)的技術(shù)，可將8 Gbps鏈路的數(shù)據(jù)吞吐量增加一倍，也就是從每秒800兆（MB/sec）提高到1 600 MB/sec。數(shù)據(jù)傳輸速率更快，完成相同任務(wù)需要的鏈路和需要管理的設(shè)備更少，而且使用Gen 5 Fibre Channel時功耗也更低。最近的幾大服務(wù)器和存儲技術(shù)進步成果更隨之增加了對優(yōu)等SAN帶寬的需求，包括應(yīng)用和存儲容量增加、高密度服務(wù)器虛擬化、全新Gen 5 Fibre Channel存儲和固態(tài)硬盤（SSD）存儲。第五代光纖通道技術(shù)使企業(yè)數(shù)據(jù)中心可以充分發(fā)掘這些進步成果及其它先進技術(shù)的全部潛力。然而，Gen 5 Fibre Channel的優(yōu)勢并不僅僅局限于性能改善和更高的吞吐量。Gen 5 Fibre Channel還可以提供幾種重要功能，使SAN可靠性、可用性和管理簡便性上升到一個新高度，同時又大幅降低了運營成本。正是這些優(yōu)勢使得Gen 5 Fibre Channel正以前所未有的速度實現(xiàn)了其廣泛普及和推廣應(yīng)用。

光纖通道（FC）被部署在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，是數(shù)據(jù)中心內(nèi)存儲網(wǎng)絡(luò)連接領(lǐng)域的工業(yè)標準。Gen 5 Fibre Channel是一種經(jīng)過廣泛實踐驗證的專用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，用于滿足數(shù)據(jù)中心存儲需求，并可提供無與倫比的可靠性、可擴展性和16 Gbps的出色性能。Gen 5 Fibre Channel提升到了一個新高度，可利用獨特的技術(shù)創(chuàng)新成果提供全面的SAN支持，而且Gen 5 Fibre Channel提供關(guān)鍵應(yīng)用和虛擬化應(yīng)用所需的出色性能，硬件和軟件可靠性，連續(xù)提供99.999 9%的可用性，同時又通過機箱連接，提供64 Gbps并行Gen 5 Fibre Channel，幫助實現(xiàn)大規(guī)模基礎(chǔ)架構(gòu)整合和簡化；另外，也創(chuàng)建了一種先進的硬件和軟件架構(gòu)，可通過創(chuàng)新的診斷、監(jiān)控和管理技術(shù)最大限度地延長運行時間，優(yōu)化應(yīng)用性能，簡化SAN管理。而FC SAN是出現(xiàn)最早，應(yīng)用最廣的一種，其網(wǎng)絡(luò)基于光纖通道技術(shù)，高效、穩(wěn)定、安全即是其主要優(yōu)勢[4]。

Fibre Channel（光纖通道）甫一提出時，一臺服務(wù)器還只是專用于某一種應(yīng)用，導(dǎo)致服務(wù)器資源利用率很低。服務(wù)器虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)則改變了這一局面，允許多種應(yīng)用共享同一臺物理服務(wù)器，進而提高了效率和服務(wù)器資源利用率。基于主機的虛擬化可以使系統(tǒng)在存儲空間調(diào)整過程中仍然保持在線狀態(tài)[5]。不斷演進的關(guān)鍵工作負載和Tier 1應(yīng)用正被托管到虛擬機（VM）上。除了服務(wù)器虛擬化的更廣泛普及外，虛擬機密度（每臺物理服務(wù)器上托管的虛擬機數(shù)量）也穩(wěn)步增長，達到了每物理服務(wù)器100、200甚至更多虛擬機，而且都是從SAN Boot啟動、再接入SAN資源。VM的使用范圍和重要性不斷增加，密度逐漸提高，日益要求存儲計算基礎(chǔ)架構(gòu)提供更高的性能（帶寬和I/O）、可靠性和可用性。在高度虛擬化環(huán)境中，存儲網(wǎng)絡(luò)中的任何擁塞、低劣的I/O性能或故障都會影響到大量應(yīng)用。而Gen 5 Fibre Channel卻可有效解決帶寬和IOPS問題。

1.4 FC HBA卡

存儲系統(tǒng)中也有類似的用于連接計算機內(nèi)部總線和存儲網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。這種位于服務(wù)器上與存儲網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備一般稱為主機總線適配卡（Host Bus Adaptor）HBA。FC HBA卡是服務(wù)器內(nèi)部的I/O通道與存儲系統(tǒng)的I/O通道之間的物理連接。最常用的服務(wù)器內(nèi)部I/O通道是PCIe或Sbus。這也是連接服務(wù)器CPU和外圍設(shè)備的通訊協(xié)議。FC HBA卡的FPGA 實現(xiàn)采用XILINX ML555開發(fā)板，綜合布局布線和下載BIT文件用ISE10.1的開發(fā)套件完成[6]。存儲系統(tǒng)的I/O通道實際上則是光纖通道。而FC HBA的作用就是實現(xiàn)內(nèi)部通道協(xié)議PCIe或Sbus和光纖通道協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。對數(shù)據(jù)塊進行繁重的讀包、解包操作，因此高性能的FC SAN系統(tǒng)是需要在服務(wù)器上安裝一塊專門負責(zé)解包工作以減輕處理器負擔(dān)的網(wǎng)卡，這種網(wǎng)卡即可稱之為FC HBA卡，而其除了執(zhí)行解包工作外，當(dāng)然還可以提供一個光纖接口（如果是iSCSI HBA卡就是提供普通的RJ45接口）以用于所對應(yīng)的交換機實現(xiàn)連接；另外，HBA物理上則可將其當(dāng)作網(wǎng)卡一樣插在PCIe槽位里，因此這種設(shè)備的用法非常類似一張網(wǎng)卡，很多人也就將其與普通網(wǎng)卡或普通的光纖網(wǎng)卡混淆了。需要特別一提的是，F(xiàn)C HBA卡的專業(yè)名稱可喚作Fibre Channel HBA。傳輸協(xié)議為光纖通道協(xié)議，一般通過光纖線纜與光纖通道交換機連接。光口一般都是通過光纖線纜來進行數(shù)據(jù)傳輸，接口模塊則常為SFP、SFP+、QSFP（高端FC HBA卡傳輸率大于等于16Gb/s），而對應(yīng)的接口即大多為LC光纖接口。

2 存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡

2.1 高端FC HBA卡

高端FC HBA卡是指采用Gen 5 Fibre Channel技術(shù)、FC光纖接口、每端口傳輸速率大于等于16Gbps全雙工線速、支持雙端口冗余、支持SAN Boot的FC HBA卡。高端FC HBA卡要同時兼容大型機、中型機、小型機、工業(yè)標準PC Server，如圖1所示。

圖 1 高端FC HBA卡的工作原理圖

Fig.1 The working principle of high-end FC HBA card

高端FC HBA卡面向SAN高端存儲流量的16Gbps 最大吞吐量（每端口），超過 120 萬的IOPS，降低高度事務(wù)密集型應(yīng)用程序和虛擬化環(huán)境中的延遲，并且通過在單個主機和光纖通道端口運行更多的應(yīng)用程序（虛擬機）來降低硬件、線纜和管理的成本，而且通過在 PCIe Gen3 環(huán)境中使用最少的 PCI Express通道來降，低電源和冷卻成本，同時重疊保護域（OPD）以確保數(shù)據(jù)在PCI總線和光纖通道網(wǎng)絡(luò)中傳輸時的最高級別可靠性，還可針對舊式8Gb和4Gb光纖通道基礎(chǔ)架構(gòu)的完整投資保護，支持模塊設(shè)計以確保輕松轉(zhuǎn)換至40G和100G以太網(wǎng)聚合網(wǎng)絡(luò)適配器。

2.2 Qlogic QLE2672

Qlogic 2672 16Gb Gen 5 Fibre Channel光纖通道適配器具有行業(yè)領(lǐng)先的本地光纖通道性能（可實現(xiàn)雙端口、線速 16G的光纖通道吞吐量），采用全硬件負載均衡技術(shù)，CPU的使用率卻極其低下，而且通過實施支持強大虛擬化功能、應(yīng)用感知服務(wù)及簡化管理功能的存儲網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，Gen 5 Fibre Channel光纖通道成功解決了數(shù)據(jù)中心所面臨的復(fù)雜難題，使得下一代的存儲網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施既能支持最為苛刻的虛擬化和云計算環(huán)境，又能充分利用高性能16Gbps光纖通道和固態(tài)硬盤（SSD）存儲的功能。在此基礎(chǔ)上，還有助于降低成本和復(fù)雜度，同時其16Gbps性能又消除了存在于當(dāng)今強大的多處理器、多核服務(wù)器中的潛在 I/O 瓶頸現(xiàn)象。

QLogic是光纖通道適配器領(lǐng)域毋庸置疑的行業(yè)領(lǐng)先者，這些產(chǎn)品廣泛適用于多封裝中的所有主要的服務(wù)器 OEM。QLogic擁有久經(jīng)驗證的光纖通道層，虛擬化優(yōu)化Qlogic QLE2672適配器采用QLogic VMflex技術(shù)，支持諸如N_Port ID虛擬化（NPIV）等基于標準的虛擬化功能。線速16Gb的吞吐量和無可比擬的存儲性能將最大化每臺服務(wù)器可支持的 VM的數(shù)量。Qlogic QLE2672 16Gb Gen 5 Fibre Channel光纖通道適配器對CPU的使用率極低，可在所有端口之間以線速傳輸存儲流量。QLogic QLE2672適配器每秒處理的I/O事務(wù)可以超過120 萬個，因此無論是在虛擬化環(huán)境還是非虛擬化環(huán)境中，其都能提供最佳的存儲應(yīng)用程序。

Qlogic QLE2672 16Gb Gen 5 Fibre Channel適配器采用QLogic的StarPower技術(shù)提供極高的能源效率。此系列適配器提供動態(tài)的電源管理，可確保PCIe主機總線鏈接使用最低數(shù)量的PCIe通道以滿足所需的光纖通道帶寬。使用的PCIe Gen3通道數(shù)越低，就意味著這些適配器需要的能源越少，然而同時繼續(xù)保持最高級別的光纖通道性能。

Qlogic QLE2672向下兼容原有的4Gb和8Gb光纖通道基礎(chǔ)架構(gòu)。擁有從16Gb Gen 5光纖通道主機總線適配器轉(zhuǎn)換至聚合網(wǎng)絡(luò)適配器的獨特功能，可支持NIC、以太網(wǎng)光纖通道 （FCoE） 和iSCSI流量。QLogic I/O Flex技術(shù)可為最終用戶提供現(xiàn)場可升級性，將適配器“特性”從光纖通道轉(zhuǎn)換至以太網(wǎng)。基于QLogic 的 I/O Flex技術(shù)，適配器具有非凡的靈活性，可簡化并減少客戶目前部署光纖通道SAN并在將來遷移至以太網(wǎng)SAN的成本。

PCIe接口主要包括PCIe IP核和DMA用戶邏輯，采用XILINX的PCIe IP核，實現(xiàn)與主機數(shù)據(jù)傳輸[7]。Qlogic 2672采用PCI Express Gen3總線接口，吞吐量每端口16Gbps全雙工線速，支持2 048個并發(fā)登錄和2 048個活動交換，可擴展至16K個并發(fā)登錄和32K個活動交換，支持SCSI-3光纖通道協(xié)議（SCSI-FCP）、光纖通道磁帶（FC-TAPE）應(yīng)用規(guī)范、SCSI 光纖通道協(xié)議-2（FCP-2）、第二代 FC通用服務(wù)（FC-GS-2），和第三代 FC通用服務(wù)（FC-GS-3），引導(dǎo)支持BIOS、UEFI、Fcode，API支持SNIA HBA API V2、SMI-S。

2.3 Brocade 1860-2F

Brocade 1860-2F FC HBA卡可滿足云數(shù)據(jù)中心的所有連接需求，同時提供出色性能、應(yīng)用感知服務(wù)、統(tǒng)一管理功能、更低的成本和復(fù)雜性，設(shè)計用于將光纖架構(gòu)服務(wù)擴展到苛刻的虛擬化環(huán)境中的虛擬機和應(yīng)用中。

Brocade 1860-2F FC HBA卡將光纖通道和以太網(wǎng)矩陣服務(wù)擴展到虛擬機和應(yīng)用中。簡化向基于云的架構(gòu)的過渡，可帶來多方面的重要優(yōu)勢，可滿足云數(shù)據(jù)中心內(nèi)的所有光纖通道和以太網(wǎng)連接需求。在高度虛擬化環(huán)境中簡化并優(yōu)化服務(wù)器I/O利用Brocade AnyIO技術(shù)支持原生16 Gbps光纖通道和10 GbE DCB連接，來處理TCP/IP、iSCSI和FCoE流量將光纖通道和以太網(wǎng)矩陣服務(wù)擴展到服務(wù)器和應(yīng)用中，再通過Brocade vFLink技術(shù)將物理適配器劃分為多個虛擬適配器，進而整合I/O設(shè)備 同時支持當(dāng)前的和新興的虛擬化工作負載及技術(shù)，來簡化向私有云的過渡，而且又利用Brocade Network Advisor簡化并統(tǒng)一適配器、SAN及LAN資源的管理。

Brocade 1860-2F FC HBA卡提供16G雙端口，是專為高度虛擬化的云數(shù)據(jù)中心設(shè)計的第一款多協(xié)議服務(wù)器連接產(chǎn)品。結(jié)合了Gen 5 Fibre Channel（16 Gbps）光纖通道主機總線適配器（HBA）、萬兆以太網(wǎng)（10 GbE）融合網(wǎng)絡(luò)適配器（CNA）和網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC），可支持在單一產(chǎn)品中同時運行原生光纖通道、TCP/IP、 數(shù)據(jù)中心橋接（DCB）以太網(wǎng)、Fibre Channel over Ethernet（FCoE）和Internet Small Computer System Interface（iSCSI）。 Brocade 1860-2F FC HBA卡可支持全雙工線速16 Gbps光纖通道和10 GbE速度，而且每個雙端口適配器可以為存儲應(yīng)用提供超過100萬次IOPS操作，包括光纖通道、FCoE和iSCSI，是支持大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)最苛刻的關(guān)鍵任務(wù)工作負載的理想平臺。Brocade 1860-2F FC HBA卡可支持全面的FCoE協(xié)議卸載及無狀態(tài)10 GbE網(wǎng)絡(luò)卸載，包括TCP校驗和及分段卸載（segmentation offload），可提高性能及CPU利用率。在此背景下，計算機工業(yè)界和學(xué)術(shù)界提出了云計算的概念[8]。虛擬化正從根本上轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)中心，將網(wǎng)絡(luò)接入層轉(zhuǎn)移到服務(wù)器中。除了對I/O設(shè)備進行虛擬化，使其可以由虛擬機共享外，系統(tǒng)管理程序必然地成為了基于軟件的以太網(wǎng)交換機，為虛擬機提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，因而占用了大量CPU周期并阻礙著虛擬化可擴展性和性能。將虛擬機更緊湊地放置到數(shù)量更少的結(jié)點上，從而將閑置的結(jié)點關(guān)閉來節(jié)省能耗和管理開銷，需要通過次數(shù)更多的虛擬機遷移來實現(xiàn)[9]。即使采用最強大的處理器，使用16 Gbps光纖通道，速度為10 GbE時，系統(tǒng)管理程序也無法匹配I/O需求，最終導(dǎo)致線速性能根本不可能實現(xiàn)。此外，還支持虛擬Fabric Link（vFLink）技術(shù)。這種技術(shù)可以將單一適配器分為最多8個虛擬適配器，而這些虛擬適配器可以配置為虛擬HBA（vHBA，用于光纖通道或FCoE）或虛擬NIC（vNIC，用于以太網(wǎng)）。這一操作在PCIe總線級別通過多種物理功能（Physical Function，PF）在硬件中實現(xiàn)；而在操作系統(tǒng)級別，這些虛擬適配器看起來就像獨立的物理設(shè)備。帶寬能夠以100 Mbps的增量分配給這些虛擬Fabric鏈路，光纖通道和以太網(wǎng)分別最多可分配到16 Gbps或10 Gbps的帶寬。這將有助于避免虛擬環(huán)境中適配器的迅速增長，同時也可實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的全面管理隔離和微調(diào)，包括生產(chǎn)、備份、管理或?qū)崟r遷移。

Dynamic Fabric Provisioning（DFP）允許企業(yè)通過主機全球名稱（WWN）虛擬化來避免Fabric架構(gòu)重新配置，并將交換機和適配器技術(shù)相結(jié)合，來降低甚至從根本上消除修改分區(qū)或邏輯單元號（LUN）掩碼的需求。此外，DFP可支持虛擬WWN的預(yù)先配置（pre-provisioning），在企業(yè)部署新設(shè)備或在交換機中移動設(shè)備時避免耗時的步驟。SAN Boot功能允許部署直接相連存儲（DAS）點到點技術(shù)和無磁盤服務(wù)器，并對共享存儲池中的操作系統(tǒng)鏡像進行集中管理。然而，傳統(tǒng)的SAN Boot環(huán)境要求接入每個HBA BIOS（以及每個服務(wù)器控制面板），因此配置起來非常繁瑣，維護工作量很大而且容易出現(xiàn)人為錯誤。為簡化對SAN Boot環(huán)境的管理，Brocade 1860-2F FC HBA卡可提供基于Fabric架構(gòu)的啟動LUN（Boot LUN）發(fā)現(xiàn)功能，該功能使每臺服務(wù)器可以從交換矩陣中自動恢復(fù)自己的啟動LUN信息。這樣就可以通過Brocade Network Advisor來為所有SAN Boot操作提供一個集中管理點，幫助企業(yè)全面利用無磁盤服務(wù)器的優(yōu)勢。通過實驗驗證Hbase具有良好的可擴展性，高效的存儲效率和訪問效率[10]。為了補償服務(wù)器和存儲設(shè)備同步啟動時的磁盤啟動延遲時間，用戶可以通過Brocade Boot-up Delay特性配置1、2、5或10分鐘的啟動延遲。

Brocade 1860-2F FC HBA卡還可以提供Bare-metal配置功能，允許企業(yè)通過服務(wù)器BIOS UEFI HII菜單而在適配器上配置存儲和網(wǎng)絡(luò)屬性，并不需要安裝和啟動操作系統(tǒng)。這樣就可以簡化適配器配置和管理，進而提高業(yè)務(wù)靈活性并降低運營支出。

2.4 Emulex LPe16202

Emulex LPe16202采用PCI Express Gen3總線接口，Gen 5 Fibre Channel技術(shù)，吞吐量每端口16Gbps全雙工線速，具有2個16G FC接口或者2個10GbE接口，采用PCI Express 3.0標準，支持多操作系統(tǒng)的SAN Boot。

2.5 存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡的優(yōu)勢

隨著存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)越來越廣泛的應(yīng)用，業(yè)已逐漸成為人們解決存儲帶寬、容量和管理問題的首選方案。而FC HBA卡是將主機接入FC SAN必不可少的接入設(shè)備[11]。高端FC HBA卡使用獨立于LAN的SAN架構(gòu)，不與LAN爭用帶寬，存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡以提供超高帶寬，高IOPS，高可用。而且，存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡提供高可用性；提高了數(shù)據(jù)的可靠性和安全性；易擴展性和兼容性；集中管理、共享存儲；提高數(shù)據(jù)訪問速度；異地容災(zāi)得以實現(xiàn)；存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡解決數(shù)據(jù)大集中的主要技術(shù)之一，如圖2所示。

圖 2 “高端FC HBA卡”與“存儲大集中環(huán)境”關(guān)系的拓撲圖

Fig.2 Topology relationship between "high-end FC HBA card" and "storage centralization environment"

3 存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡需要注意的問題

任何技術(shù)從萌芽到成型，再到成熟，都需要經(jīng)歷一個過程。部署高端FC HBA卡技術(shù)相對復(fù)雜，成本很高。要求使用方充分了解存儲區(qū)域網(wǎng)（SAN）的相關(guān)知識和各平臺虛擬化相關(guān)知識，同時高端FC HBA卡與各種系統(tǒng)硬件聯(lián)系較為緊密。FC HBA硬件上選用Xilinx公司的FPGA進行開發(fā)，對外提供2通道全雙工的FC接口。硬件層可分為兩個模塊，一個為FC幀處理模塊，另一個為PCI-Express接口的DMA傳輸模塊[12]。存儲設(shè)備性能問題，所有主機均連接高端存儲設(shè)備，對存儲設(shè)備的性能要求很高。存儲設(shè)備通常面臨高可用問題，一旦存儲出現(xiàn)故障，所有數(shù)據(jù)都將陷入災(zāi)難，建議使用高端存儲解決存儲性能問題。為此，需創(chuàng)建基于高端存儲的容災(zāi)、備份、雙活系統(tǒng)，提高業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)的高可靠性。目前國內(nèi)品牌目前尚無高端FC HBA卡設(shè)備和配套軟件，希望國內(nèi)具有高研發(fā)實力的Huawei、Zte加大高端FC HBA卡的研發(fā)投入，使國內(nèi)品牌高端FC HBA卡系統(tǒng)早日成功商用。高端FC HBA卡技術(shù)由Qlogic、Brocade、Emulex所持有， IBM、Sun、EMC、HP、DELL、Huawei等廠商大多OEM這三家產(chǎn)品，希望國內(nèi)具有強大研發(fā)實力廠商早日推出自主知識產(chǎn)權(quán)的高端FC HBA卡設(shè)備或配套軟件。

4 結(jié)束語

虛擬化、大數(shù)據(jù)是實現(xiàn)云計算的主要技術(shù)，目前除電信、金融行業(yè)外其它行業(yè)存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡尚在探索測試的階段，但相信隨著云計算的發(fā)展以及應(yīng)用虛擬化的日趨成熟，該技術(shù)必會將云計算的發(fā)展帶來全新的變革。本文圍繞存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡，總結(jié)了應(yīng)用存儲大集中；SAN；Gen 5 Fibre Channel；FC HBA卡原理、優(yōu)勢，應(yīng)用，趨勢；為構(gòu)建存儲大集中環(huán)境下應(yīng)用高端FC HBA卡提供了實踐經(jīng)驗支持。存儲大集中、SAN、Gen 5 Fibre Channel、高端FC HBA卡為高性能云計算提供積極的推動作用和高效的技術(shù)動力。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金（81273649）。

作者簡介：李曉坤（1979-），男， 黑龍江哈爾濱人，碩士，高級工程師，主要研究方向：云計算、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)等；

邵 娜（1987-），女， 黑龍江哈爾濱人，碩士， 助理工程師，主要研究方向：云計算、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)等。