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中高端磁盤陣列MS5000

發布時間:2016-09-01    來源:


   MacroSAN MS5000是宏杉科技推出的新一代面向云計算的中高端存儲產品,其采用先進的設計理念和技術架構,面向大、中型數據中心提供高性能的、安全可靠的、資源彈性部署的存儲平臺。

    在云計算帶來新一代數據中心技術融合和技術變革的背景下,終端的多樣化與海量化、應用的虛擬化與分布化、數據中心的大型化對存儲系統帶來巨大挑戰。傳統存儲系統在新一代數據中心需求面前捉襟見肘:半手工式使用和管理、低速低并發訪問性能的硬件結構,單一存儲介質的技術成本局限、預設和固定的應用與存儲資源綁定、封閉式數據管理等缺陷都嚴重制約著數據中心的發展。以云計算為代表的新一代應用系統對存儲系統軟硬件設計提出了嚴峻挑戰,要求數十倍地提高性能、實現動態配置和自動化管理、實現應用驅動和智能化管理、大幅降低一次性采購成本、能耗和人員維護管理成本。局部功能的增加和改進已無法應對,必須對傳統存儲軟硬件架構進行變革性設計和根本性創新。

    在硬件架構上,MS5000創新性地采用最新芯片技術,設計出高性能和高可靠的硬件結構,為海量應用并發提供了大緩存、高帶寬、高處理能力的百G級硬件平臺。在資源管理上,MS5000采用基于Cell的虛擬化技術,通過創新的ICMT管理機制,實現資源的彈性部署。在可靠性上,MS5000除了采用雙控全冗余模塊化設計、提供豐富的數據保護特性外,還通過創新的CRAID技術和IDDC硬盤診斷安全機制,將硬盤故障導致的宕機時間和機率減少80%。此外,MS5000基于開放式數據存儲平臺(ODSP),能夠通過接口開放、規格功能定制、行業特性開發移植等方式,將存儲系統真正與用戶業務系統無縫融合。

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MS5000系列存儲整機視圖

MS5000系列產品功能與特性

(一)高性能體系架構

    在架構設計上,MS5000采用了業界最先進的技術,包括超大緩存擴展、PCI-E 3.0、SAS 3.0、SSD等,構建了端到端的的高性能存儲平臺。

(1)大容量智能緩存管理

    緩存調度是存儲陣列的核心機制,也是影響存儲控制器性能的最主要因素之一。由于技術上的限制,傳統存儲陣列的緩存容量小,擴展困難,而且調優管理非常復雜。在云計算環境下,存儲的并發I/O訪問量快速增長,數據存取熱點變動頻繁,對存儲緩存的容量要求也急劇增長。與此同時,大容量緩存對于存儲的緩存管理也提出了更高的要求。

    MS5000在支持超大容量緩存的同時,采用業界領先的智能緩存管理機制,大大提升了緩存的效率。

    容量按需配置:緩存大小是決定存儲陣列檔次的重要標準,通過增加緩存能夠顯著的提升存儲性能。在緩存大小上,MS5000支持24-384GB的靈活配置,用戶可根據實際的應用需求來選擇。相對于采用更高的產品型號來增加性能的傳統方式,這種通過擴展緩存來提高性能的方式,具有更高的性價比。

    全局智能調度:MS5000采用智能緩存調度機制,對全局性緩存進行管理。不僅單個控制器內的讀、寫緩存可根據實際情況動態調整, 而且兩個控制器的緩存也無需對稱分配,以充分發揮控制器的性能。在具體調度策略上,讀、寫緩存被劃分為預留、共享、突發三大區塊,以滿足LUN的實時變化的性能需求。在這種機制下,LUN在大壓力下獲得大緩存空間,在小壓力下獲得小緩存空間,既保證單個LUN不存在性能瓶頸,也使得整個系統的緩存使用非常高效。

    數據安全可靠:在緩存數據的安全性上,不僅采用了緩存鏡像機制,而且具備掉電保護功能。在外部電源故障的情況下,寫緩存里的數據能夠被下刷保存到存儲陣列的前四塊硬盤(保留硬盤)里。當供電恢復后,能夠從保留硬盤中將數據恢復回來。

(2)高性能SAS/SSD硬盤

    SAS硬盤技術:SAS硬盤是硬盤領域的一次技術變革。SAS硬盤在繼承SCSI硬盤穩定、可靠性等優點的基礎上,還具備大量新的特性,比如6.0Gb接口速率、雙冗余接口、全雙工模式、兼容SATA硬盤等。由于這些優勢,SAS硬盤已經成為了主流的硬盤技術,并且將服務器、存儲陣列兩個不同領域的硬盤進行了統一。如今的SAS硬盤不僅同時支持15000/10000/7200轉三種速率,而且還支持2.5/3.5二種尺寸,給用戶帶來了更多的選擇。

    高性能SSD硬盤:SSD硬盤的高性能已經獲得了業界的一致認可,MS5000將這一領先的硬盤技術融入高性能體系架構之中,大幅提升硬盤的IO響應能力。此外,通過自動分層存儲和自動數據遷移機制,能夠將數據熱點與SSD硬盤進行完美的融合,使存儲陣列只需要配置少量的SSD硬盤,卻能獲得整體性能的大幅提升。

(二)基于Cell的智能資源管理

    Cell,形象稱之為“細胞”,指帶“活性”的數據單元,是MS5000進行存儲資源管理的基本單位。MS5000采用Cell機制從數據塊底層改變了傳統的卷(LUN)管理機制,并在此基礎上構建了完全的存儲虛擬化架構,實現了資源的精細化管理和彈性調度。

    傳統意義的存儲邏輯資源管理是以卷(LUN)為基本的操作單元。LUN、RAID、硬盤三者是串行關系,一旦LUN分配之后,LUN所在的空間就被牢牢固化到具體的RAID類型和硬盤之上,不僅性能、容量難以擴展,而且配置改動困難。任何一次資源配置的改動都是“傷筋動骨”,最嚴重的情況是整個應用需要重做。

    ICMT(Intelligent Cell Management Technology,基于Cell的智能資源管理技術)是宏杉科技的一項創新技術。采用ICMT技術后,LUN所對應的不再是一整塊的RAID空間,而是由多個Cell組成的一個邏輯空間。LUN不關心Cell采用的是何種的RAID方式,也無需知道Cell所在的實際位置。MS5000以Cell為核心來進行邏輯資源的管理,徹底破除LUN與RAID、Disk之間的捆綁關系,在存儲陣列內部形成完全的虛擬化架構。

    容量彈性配置:初始空間分配時,系統自動在Cell池中獲取存儲空間,無需管理員指定。此后,再通過自動精簡配置技術實現空間的自動增長。比如:應用系統需要1TB的邏輯空間,存儲陣列初始只為其分配500GB的物理空間,當應用的實際容量接近或達到500GB時,會按照預設策略為應用系統分配新的物理空間,比如再分配200GB,使得實際的物理空間達到700GB。通過ICMT和自動精簡配置技術,應用系統只需向存儲陣列提出空間需求,而不關心資源的空間限制和物理位置,由存儲系統自動進行容量的彈性配置和管理。

    自動分層存儲:采用ICMT技術后,LUN與RAID、硬盤之間沒有綁定關系。通過基于Cell的數據拷貝和遷移,可以依據數據的訪問頻度,實現數據在不同的硬盤介質上的自由流動,從而實現自動的分層/分級存儲。比如對于熱點的數據,將其放置在SSD硬盤上;對于非熱點的在線數據,將其放置在高速SAS盤上;對于歸檔/備份數據,將其放置在低速SAS盤上,并將其休眠。通過ICMT和自動分層存儲策略,徹底解決動態數據熱點的性能問題。

(三)創新的CRAID技術

    傳統的RAID機制是以硬盤為基本的操作單元,當硬盤內出現少量壞塊后,整塊硬盤會被作為問題硬盤“踢”出RAID組,然后在熱備盤上對整塊硬盤的數據進行重建。隨著硬盤容量的急劇增大,這種粗顆粒度的RAID機制遇到了巨大的挑戰,不僅數據重建過程漫長,而且會消耗大量的系統資源。例如,1塊2TB的SATA硬盤的RAID5重建時間,在無流量壓力的情況下需要20個小時,在有流量壓力下需要數天甚至超過一個星期的時間。

    CRAID(基于Cell的RAID技術)是宏杉科技在RAID機制上的一項創新技術。在CRAID環境中,建立傳統的RAID組之后,系統會再將RAID空間劃分成一個個的小數據塊,稱之為Cell,然后以Cell為單元進行資源的管理。比如當硬盤內出現部分數據壞塊時,其影響的只是壞數據塊所在的Cell,系統只會針對這個Cell進行數據重建,而硬盤的其它數據部分不會受到影響。CRAID通過Cell來實現對硬盤的精細化管理,不僅提高了對硬盤故障的容忍度,而且將數據重建的效率提高了數倍,具體包括:

    同一RAID組允許多塊硬盤出現介質故障:在RAID組內,只要同一Cell內的兩個數據塊不同時出現故障,RAID組允許多塊硬盤發生介質損壞,而數據不會丟失。

    容忍任意三塊磁盤物理故障:傳統RAID方式RAID5/6的磁盤利用率較高,但數據丟失風險較大,RAID5只允許壞1塊硬盤,RAID6只允許同時壞2塊硬盤;相對之下,RAID1/10等安全性較高,但空間使用率只有一半,并且同為鏡像的兩塊硬盤一旦同時出現物理故障,數據同樣丟失。在保證數據安全、磁盤空間使用率和性能的基礎上,宏杉科技CRAID2.0技術,打破了傳統RAID技術的瓶頸限制,采用三重數據校驗機制,可允許同一個磁盤組中任意三塊硬盤出現整盤物理故障,數據不丟失。

    只重建數據Cell:如果硬盤出現嚴重故障(比如物理故障)需要數據重建時,CRAID只對已有數據的Cell進行重建,空閑Cell不重建。

    局部重建:如果硬盤發生暫時性故障(比如被拔出后快速插回), CRAID只重建數據發生變化的Cell,不對整個硬盤進行重建。

    快速重建:如果硬盤發生不完全損壞(存在部分介質錯誤),CRAID只對發生介質錯誤的Cell進行校驗重建,其它數據通過拷貝的方式重建。

(四)完善的硬盤安全策略

    傳統意義的存儲安全,主要關注系統冗余性、數據保護二個方面,對硬盤安全的關注度不高。但是,據統計,存儲系統的硬件故障90%以上都是由硬盤故障引發的。可以說,硬盤的安全才是存儲安全的根本。

    在硬盤安全方面,MS5000建立了一整套完善的機制,通過主動式硬盤診斷中心(IDDC),在硬盤檢測、故障修復、故障處理三個環節實現了對硬盤故障的主動預防、快速修復和減少誤判,以達到將硬盤故障導致的宕機時間減少80%的目標。

    主動式硬盤檢測:傳統的硬盤故障處理是一種事后模式,即在發生故障后進行修復。MS5000的硬盤診斷機制是一種故障前的主動檢測。在系統正常運行過程中,硬盤檢測模塊會周期性的檢測數據盤的RAID校驗信息和對空白盤、熱備盤進行全盤掃描,從而能夠比應用系統更早感知到硬盤故障,并提前啟動對應的修復措施。

    快速故障修復:在檢測到硬盤故障后,MS5000支持多種數據修復策略。對于硬盤的假性故障,可以通過自動的硬盤上/下電等操作進行修復;對于硬盤的少量壞塊,可以采用硬盤的Remap和RAID/CRAID機制進行壞塊替換;對于硬盤的大量壞塊,可以通過CRAID技術進行快速重建。

    硬盤故障確診:硬盤的故障誤判,在存儲系統中是一種常見的現象。為了減少對硬盤故障的誤判,對于發生初次檢測發生故障的硬盤,會在硬盤檢測中心再次進行硬盤檢測和修復,將硬盤故障的誤判減到最低。

(五)雙控全冗余高可靠設計

    在硬件架構上,MS5000采用雙控全冗余模塊化設計,不僅實現了數據通道的端到端冗余,而且主要模塊均支持即插即用和快速更換。

    雙冗余架構:數據從服務器寫入硬盤,會經過主機通道、控制器、緩存、硬盤通道、硬盤柜、硬盤等組件。在這整個數據的通道上,MS5000采用了完全冗余的架構,保障系統的可靠性。MS5000采用雙控制器設計,當單個控制器發生故障時,能夠自動實現業務切換;MS5000采用緩存鏡像機制,寫緩存被一式兩份保存,并且能在掉電后,將緩存數據下刷到保留硬盤;MS5000支持ALUA多路徑機制,能夠實現主機路徑的故障切換;MS5000的雙SAS鏈路設計,為每個SAS硬盤柜提供兩個冗余的外接端口,當其中一條鏈路發生故障時,自動進行路徑切換;MS5000采用雙接口SAS硬盤,提供兩條數據通路,實現硬盤鏈路的冗余互備。

    雙活控制器:MS5000的雙控制器不僅僅支持故障冗余,而且支持負載均衡。MS5000的雙控制器平時都處于活動狀態,承載獨立的業務,當某個控制器的性能出現瓶頸時,控制器之間能夠自動進行調整,將部分業務遷移到另一個控制器上,從而實現自動的負載均衡。

    模塊化設計:MS5000控制器的機箱、控制器、電源、風扇、電池、主機接口卡等主要組件采用模塊化設計,支持單獨組件的熱插拔和在線更換。當個別組件發生故障時,能夠實現快速的故障隔離和組件更換,避免對整個系統造成大的影響。

    多類型IO接口卡:MS5000每個控制器配置多個IO接口卡插槽,可根據需要靈活選擇1Gb/s iSCSI、8Gb/s FC、10Gb/s iSCSI、10Gb/s FCoE、12Gb/s SAS等類型的接口卡。通過接口卡的靈活選擇,可輕松搭建IP SAN、FC SAN、混合SAN等存儲環境。

    完善的供電和冷卻系統:MS5000采用冗余電源設計,電源模塊提供完善的保護功能,能夠在輸出過流、輸出短路、輸出過壓等異常情況下保證設備的安全性;MS5000的渦輪風扇能夠根據溫度變化自適應調整;MS5000控制器上、下軸對稱設計,不僅提高了風扇的冷卻效果,而且使得單個風扇發生故障的情況下,整機的冷卻效果不受大的影響。

(六)豐富的數據保護功能

    在采用全冗余高可靠設計、完善的硬盤安全策略的基礎之上,MS5000還能夠提供豐富的數據保護功能,包括連續數據快照、數據復制、數據鏡像等特性。通過這些特性,實現了從在線到近線、從本地到遠程的數據管理和保護,為用戶輕松提供多層次、跨地域的存儲解決方案。

    數據快照:MS5000的連續數據快照功能,可以為數據卷創建多個基于增量的歷史時間點拷貝。當發生數據“軟”故障,比如軟件程序導致的數據損壞、病毒破壞、意外刪除等,可以通過對合適的時間點標記進行“回滾”來快速恢復數據。該功能特別適用于關鍵性業務的連續數據保護。

    數據復制:MS5000的數據復制功能,可以為用戶數據實現異地的備份,在發生意外災難時能夠對數據進行快速恢復,確保用戶的業務持續性。MS5000通過IP接口能夠與廣域IP鏈路無縫對接,無須協議轉換就實現跨IP廣域網的遠距離數據災備,有效降低災備鏈路成本。

    數據鏡像:MS5000的數據鏡像功能,通過在兩臺硬盤陣列之間建立鏡像數據,為主數據保存一份完全同步的實時鏡像。每一個寫入的IO都會同時保存到主存儲和鏡像存儲上,當主存儲發生故障時,可以由鏡像存儲提供存儲業務。

(七)全面支持IPv6

埃及梦闯关