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零存儲

1. 云計算對IT基礎架構的挑戰

   當今社會已經進入數據時代,數據與業務的聯系越來越緊密。云計算技術的發展與應用促進了共享存儲的需求。目前,企業數據中心大都采用服務器+集中共享存儲的層次架構。在這種架構中,共享存儲設備通常是Scale-up架構,可擴展性差,降低了整個基礎設施架構的敏捷性和彈性,使得業務部署緩慢、IT運維復雜, IT系統越來越難以適應瞬息萬變的市場需要。另一方面,這種計算與存儲分離的架構采用復雜的網絡如SAN和NAS,在服務器和集中存儲陣列之間傳遞數據,大量的數據跨網絡傳輸使得整個系統的效率和性能下降,而且在數據中心中維護一個專門的存儲網絡增加了數據中心成本。此外,在全社會強調節能減排、綠色環保的今天,數據中心的高能耗日益成為不能忽視的問題,提高IT資源利用效率成為數據中心和IT建設的一項重要原則。
   針對上述挑戰,H3C提出了計算與存儲融合的“零存儲”基礎架構,相比傳統架構,這種融合技術架構具備更好的擴展性,能有效提升IO速度,并降低空間占用和能源消耗,代表了云計算數據中心的技術發展方向。

2. 解決方案介紹

2.1. 概述

   H3C 零存儲解決方案融合了計算虛擬化和存儲虛擬化,將計算和存儲集成到一個硬件平臺,形成可橫向擴展(Scale-out)的云計算基礎架構。運行在這種架構上的虛擬機不僅能夠像傳統層次架構那樣支持vMotion、DRS、快照等,而且數據不再經過一個復雜的網絡傳遞,性能得到顯著提高。由于不再需要集中共享存儲設備,整個數據中心架構得以扁平化,大大簡化了IT運維和管理。利用H3C零存儲解決方案構建數據中心,有效利用服務器資源,降低能源消耗,幫助企業實現IT環境的節能減排。
   H3C 零存儲解決方案的邏輯架構如圖1所示。這種架構的基本單元是部署了H3C CAS系統的x86標準服務器。在提供虛擬計算資源的同時,服務器上的空閑磁盤空間被組織起來形成一個統一的虛擬共享存儲:分布式存儲系統vStor。vStor在功能上與獨立共享存儲完全一致;同時由于存儲與計算完全融合在一個硬件平臺上,用戶無需像以往那樣購買連接計算服務器和存儲設備的SAN網絡設備(FC SAN或者iSCSI SAN)。


圖1 零存儲解決方案示意圖

2.2. H3C零存儲方案核心技術

1)分布式LUN設計

   在H3C零存儲架構中,每臺服務器同時也是一個存儲節點。除了安裝平臺軟件的系統盤外,每個節點上的其他所有磁盤空間(包括系統盤的剩余分區)都能被用于vStor。vStor會使整個LUN盡量均勻分布在所管理的全部節點和物理磁盤上,這樣的設計使得對LUN的IO操作能利用整個系統中全部節點和磁盤的性能。當用戶創建一個LUN時,vStor并不會馬上為該LUN分配實際的物理存儲空間,而是采用精簡模式,在有數據寫入的時候才分配存儲空間。精簡模式使用戶在存儲空間有限時,能按未來的業務發展需要提前規劃LUN的容量。

2)高可用性設計

   用戶可以根據業務需要為數據設置副本數量。vStor支持用戶為每個LUN設置不同的副本,并且使得不同的副本分布在不同的服務器和物理磁盤上,從而提供最大的容錯性。當一個服務器故障,甚至多臺服務器故障時,vStor仍能正常工作,而且數據不丟失。

3)高性能設計

   vStor采用分布式系統設計,其存儲容量和性能隨著服務器節點的增加而線性增加。由于每個LUN都橫跨全部節點服務器和物理磁盤,所以每個LUN都可以利用全部服務器和物理磁盤的性能,從而提供比傳統存儲更高的性能。下面圖示顯示vStor的IOPS和吞吐能力隨節點服務器數量的增加而線性增加的狀態。

圖2 IOPS隨著節點的增加線性增加
   此外,不同于傳統RAID以專用空閑磁盤作為熱備,vStor由系統自動提供熱備空間,并且將熱備空間均勻分布在全部物理磁盤上。這樣當數據重構啟動后,全部節點服務器及物理磁盤都可以參與重構從而實現最佳的重構效率。
   可以在每個服務器節點上配置RAID卡緩存來增強IO性能,根據存儲容量的不同可以配置容量不等的RAID卡緩存。在追求更高性能的時候,還可以在每臺服務器上配置SSD固態硬盤作為緩存。

4)自動化管理設計

   vStor采用無中心架構,每個節點服務器的角色完全一樣,這樣用戶無需像傳統分布式存儲系統那樣管理元數據服務器。而且整個虛擬存儲系統的元數據采用分布式設計,由系統自動管理,無需人工干預。
   當系統擴容時(比如增加物理磁盤或者增加服務器節點),用戶只需幾條簡單命令(通過命令行或者圖形化管理界面)將物理部件加入集群,系統上原有的數據將自動重新均衡,原有LUN將自動擴展到新的物理設備上。
vStor具備強大的自愈能力,一般硬件故障無需人工干預。物理磁盤或者服務器節點故障后,系統可在數秒內自愈,自動恢復業務。

3. H3C零存儲方案特點和價值

1)高可靠
   vStor采用分布式設計,具有磁盤、節點、機架、數據中心等多個級別的容錯性。即使多個節點故障也不會影響整個存儲系統對外提供服務。用戶可以根據需要為不同性質的數據設置不同的副本數量,對關鍵數據提供最高的保護。用戶可以采用vStor提供的快照功能隨時對數據卷實行快照保護;如果需要,還可以利用遠程復制功能將重要的數據復制到遠程存儲系統上進行保護。
2)高性能
   由于采用分布式系統設計,vStor的存儲容量和性能隨著服務器節點的增加而線性增加。每個LUN都能利用整個系統中全部服務器節點的性能,任何磁盤或者服務器節點故障,都不會對IO性能產生嚴重影響。vStor支持SSD緩存技術,可將性能提升至50萬IOPS。
vStor采用分布式熱備空間,從而極大的縮短數據重構時間,每TB數據重構時間從傳統RAID陣列的10小時縮短到20分鐘,有效降低在數據重構期間再次發生硬件故障的幾率。
3)按需擴展
   vStor是一種可橫向擴展(Scale-out)的分布式架構,當客戶需要更多計算和存儲資源時,只需以服務器為單位進行擴容,即能實現計算與存儲資源的同步擴展,而無需像傳統存儲陣列那樣,哪怕是擴容一個硬盤,也需要再購買整套存儲設備。采用每次增加一臺節點服務器的擴容方案,vStor存儲容量可從幾個TB逐步擴展到幾千TB。新加入的節點服務器將在業務不中斷的情況下,自動納入統一資源池,極大縮短擴容部署時間。
4)高性價比
   H3C零存儲方案使計算能就近訪問數據,同時采用分布式LUN技術,使得在同等存儲容量下,不采用特殊專用硬件,存儲性能相比傳統存儲產品得到顯著提升。
采用H3C 零存儲方案構建數據中心,可以有效降低TCO(總體擁有成本)。首先,數據中心服務器同時提供計算和存儲資源,用戶無需購買專門的共享存儲,從而降低CAPEX。由于實現了計算、存儲資源統一管理,能有效降低OPEX。此外,通過H3C零存儲方案建設數據中心,能有效降低能源消耗。
5)管理簡便
   H3C 零存儲系統采用采用無中心分布式架構,無需人為設置管理節點,從而避免了傳統集群存儲系統復雜的元數據服務器管理。系統具備強大的自愈能力,一般硬件故障無需人工干預。一個節點故障后,系統能自動自愈,用戶只需選擇合適的時間窗口更換故障件即可使整個系統恢復到原樣。當增加一個服務器節點時,無需中斷業務,該節點的存儲空間將自動納入整個系統,系統中已有的數據將自動重新均衡分布。這一切都無需人工干預。
由于整個系統具備強大的自我管理能力,用戶在使用vStor提供的存儲資源時,只需簡單的創建、刪除存儲資源(iSCSI Target、LUN),查看存儲資源使用情況,以及通過日志了解系統運行狀況就可以了,管理十分方便。

4. H3C零存儲解決方案技術規格與訂購

   如前所述,H3C 零存儲虛擬化技術是一項軟件定義存儲技術,其主要技術規格如下:
   H3C云業務單元(H3C CloudCell)以及統一基礎架構系統(H3C UIS)都支持vStor特性,用戶可以選擇H3C CloudCell或者H3C UIS為基本單元構建架構簡潔、性能穩定的零存儲云計算數據中心。采購上述產品時,請購買含有“分布式存儲管理系統”license授權的H3C CAS軟件,以獲得零存儲(vStor)特性的使用授權。

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