經過8年發展後,Pure Storage在快閃儲存陣列領域,已足以與Dell EMC、NetApp等一線大廠分庭抗禮,旗下的主力產品FlashArray,也是當前最具代表性的全快閃儲存陣列產品之一。

FlashArray//X是FlashArray快閃儲存陣列家族的第6代產品,也是市面上NVMe儲存陣列的第一波產品,藉由引進專屬NVMe儲存模組,可提供250μs等級的極低存取延遲,並新增支援32Gb FC、25/50GbE與40GbE等新一代I/O傳輸介面規格,是FlashArray家族邁向新一代快閃儲存架構的關鍵產品。

2009年10月成立於美國加州的Pure Storage,是在2012年才正式推出產品的新興全快閃儲存廠商,不過他們的主力產品FlashArray,其實已經歷8年以上的淬鍊。

FlashArray//X是第一波NVMe儲存陣列產品,可支援專屬NVMe儲存模組或傳統SAS介面SSD,提供20~878TB容量,存取延遲僅250μs的高速儲存服務。

FlashArray儲存家族世代交替

在實際向市場推出產品之前,Pure Storage便先行在2010與2011年,推出alpha版與beta版FlashArray機型——FA-100與FA-200,然後才於2012年發表第一代正式上市的FA-300。

從FA-300起算,FlashArray//X已經是FlashArray的第6代產品,沿用了上一代FlashArray//M的機箱設計,規格上最大的變革,是以NVMe取代SAS作為後端儲存I/O介面,可搭配Pure Storage專屬的DirectFlash NVMe儲存模組(DFM),也能兼用傳統的SAS SSD,擴充儲存櫃亦有NVMe與SAS等兩種介面的款式可選,可選擇透過50GbE RoCEv2乙太網路介面的NVMe直連架構,來連接內含DFM模組的擴充櫃,也可選用傳統的12Gb SAS介面,來連接內含SAS SSD的擴充櫃。

Pure Storage的DFM儲存模組架構上也有特別之處,不同於一般NVMe SSD,而是ㄧ種省略了FTL層的「裸」儲存裝置,原本由FTL層負責的空間映射、錯誤校正、寫入均衡與Garbage Collection等背景管理功能,則挪到FlashArray//X的作業系統執行,藉此能幫助降低存取延遲,提高空間使用效率。

除了後端I/O介面更新為NVMe外,FlashArray//X也更新了前端I/O介面。前幾代FlashArray的前端I/O介面,都只支援16Gb FC與10GbE iSCSI兩種,而FlashArray//X在提供16Gb FC與10GbE iSCSI之餘,還新增支援32Gb FC,以及10GbE、40GbE與25/50GbE等新一代乙太網路,作為前端I/O介面。

FlashArray//X本身也分為兩個世代,第一代於2017年4月推出,當時僅有//X70這一款機型,支援的前端I/O介面類型也較少。第2代是2018年5月推出的//X R2,整個系列大幅擴展,包括從入門級到高階的//X10、//X20、//X50、//X70與//X90,共有5種款式,並能支援更多類型的前端I/O介面。

Purity管理控制臺

Purity//FA作業系統軟體作業系統提供了網頁式控制臺,兼具了便於掌握系統狀況的儀表板介面,以及詳盡的效能與使用狀況分析介面,設定程序則力求簡化,不提供太多進階選項。

NVMe儲存陣列的先驅

透過引進新的NVMe後端I/O介面,以及專屬的DFM NVMe儲存模組,讓FlashArray//X成為市面上首波NVMe儲存陣列產品之一。憑藉NVMe介面的低延遲特性,FlashArray//X擁有250μs等級的存取延遲,相較下,上一代FlashArray//M的存取延遲基準則是1ms,也就是1,000μs,也就是說,FlashArray//X透過NVMe介面,將存取延遲大幅降低了3/4。

而且,FlashArray//X還未完全發揮NVMe的低延遲潛力。目前FlashArray//X只在後端I/O介面應用NVMe,前端I/O介面仍是傳統的FC或iSCSI,所以只能算是「半套」的NVMe儲存陣列。

不過,Pure Storage已備妥(ready)支援NVMe over Fabrics(NVMe-oF)架構,讓前端I/O介面也透過NVMe-oF架構升級為NVMe。依原廠的說法,FlashArray//X將會同時支援兩種NVMe-oF型式,一為嫁接到50Gb RoCE上的NVMe-over-50GbE,另一為嫁接到32Gb FC的NVMe-over-32Gb FC。待正式發表支援這兩種NVMe-oF架構後,屆時FlashArray//X便能升級為從前端到後端、每一環節都支援NVMe的端到端(End-to-End)NVMe架構,更完整地發揮NVMe這種新傳輸介面的優勢。

 

FlashArray//X儲存組態

單純從產品外觀來看,FlashArray//X沿用了上一代FlashArray//M的機箱設計,基本的Base機箱都是含有2組控制器、20組儲存模組插槽與4組NVRAM模組插槽的3U規格,FlashArray//X的主要改變是在內在部份,引進了NVMe作為後端I/O介面。

其實,上一代的FlashArray//M就已部份導入了NVMe介面,其內含的NVRAM模組,便是透過基於PCIe的NVMe介面,來連接控制器。而新ㄧ代的FlashArray//X則全面擴大NVMe介面的應用範圍,包括儲存模組、背板與控制器的外接擴充介面,都採用了NVMe,藉此獲得低存取延遲效能,另外還保留支援傳統SAS SSD與SSD擴充櫃的能力,以提供兼顧效能與成本的儲存模組選擇。

NVRAM模組

負責承接寫入I/O,為寫入I/O提供一個高效能、且能預防斷電的儲存區。NVRAM模組內含了DDR4 DRAM記憶體、備份用Flash儲存模組與供電用的超級電容,並透過基於PCIe的NVMe介面來與控制器連接。每臺Base機箱最多可以安裝4組NVRAM模組,以互為備援的方式,兩兩配置給2組控制器使用。

同時支援SAS SSD與專屬NVMe儲存模組

FlashArray//X的Base機箱,可支援採用NVMe介面的DFM儲存模組,也能同時安裝傳統的SAS介面SSD,其中的SAS SSD,就是一般市售的標準2.5吋SAS SSD;DFM模組則是Pure Storage的專屬設計,本體是一張NVMe儲存模組卡,外型包裝為標準的2.5吋儲存模組型式。DFM模組與一般SSD最大不同之處,是省略了快閃記憶體翻譯層(Flash Translation Layer,FTL),單純只提供「裸」的儲存空間,藉此也避免了FTL造成的效能瓶頸。至於原本由FTL執行的作業,則移給作業系統底層負責。

無論哪一種儲存模組,選夠時皆以10個模組的10 module pack為單位,SAS SSD的pack有4.8TB、9.6TB、19.2TB、38TB與76TB等5種原生容量選擇;DFM的pack則有22TB、45TB、91TB與183TB等4種原生容量選擇。

混合管理SAS與NVMe SSD

Base機箱可以同時混搭SAS SSD與DFM儲存模組,限制是每個RAID群組只能含有同一種儲存裝置。

儲存擴充櫃

FlashArray//X系列中,除了最低階的//X10以外,其餘機型都能提供外接擴充櫃選項。而擴充櫃是新的3U機箱設計,不同於上一代FlashArray//M系列的2U規格擴充櫃。

目前FlashArray//X的擴充櫃有兩種版本,一為透過12Gb SAS埠串接的SAS擴充櫃,其內只支援SAS SSD;另一為透過基於50GbE RoCEv2的NVMe介面串接的DFM擴充櫃,僅能安裝 NVMe介面的DFM儲存模組。各機型中,//X20只支援SAS擴充櫃,其餘機型都能同時支援SAS或DFM擴充櫃選項。

 

FlashArray//X硬體徹底解剖

除了後端I/O介面引進NVMe,取代使用多年的SAS 3.0外,FlashArray//X硬體組態與上一代的FlashArray//M大致相同,包括3U機箱、二路Xeon處理器的控制器核心,以及所有關鍵元件均為雙重冗餘配置的高可用性組態等。

與其他廠商的全快閃儲存陣列相比,FlashArray系列最大的爭議,是歷經6個世代的產品發展後,直到最新一代的FlashArray//X仍只支援Active-Standby的雙控制器架構,因此硬體資源的利用率,不如當前流行的Active-Active架構儲存陣列。

Pure Storage把他們的雙控制器架構稱作「Stateless」的Active-Active,兩組控制器同時接受前端主機的I/O指令,但實際的I/O作業則是由其中一組控制器完成,硬體資源利用率雖然只有一半,但好處是其中一組控制器故障或失效時,能以秒為單位,切換由另一組控制器接替服務,而,且切換後仍能提供100%的系統效能,對前端主機的影響可降到最小。

相對而言,一般的Active-Active雙控制器架構雖然資源利用率較高,但由於兩組控制器平時各自有負載,其中一組控制器失效時,剩餘一組控制器只能提供較原先為低的系統效能。

電源供應器

Base機箱內含2組1000W電源供應器,擁有具熱備援與熱抽換能力的供電。

熱抽換控制器模組

每組Base機箱含有2組支援熱抽換、熱備援的控制器模組,Pure Storage宣稱FlashArray//X系列擁有6個9(99.9999%)的可用性,也就是相當於每年只有31.5秒的停機時間。

連接埠配置

每組控制器均內含2組GbE管理埠1、4組外接擴充櫃用的12Gb SAS埠或50GbE NVMe直連埠2,2組10/25GbE iSCSI埠3,以及2組10/25GbE遠端複製埠4,另有4組空的PCIe擴充槽,其中3組PCIe擴充槽,可視需要安裝10/40GbE或16Gb FC等主機端介面卡,如照片中安裝了1張16Gb FC卡5,剩餘1個PCIe槽是保留用。

控制器解剖

Pure Storage並未公開FlashArray//X系列的控制器詳細硬體規格,推測可能是和早先推出的新款//M系列一樣,採用了二路的Xeon Broadwell處理器架構,取代上一代FlashArray的Xeon Haswell處理器。

 

FlashArray//X系統軟體與管理功能

包括最新一代FlashArray//X在內,整個FlashArray家族都採用Pure Storage專屬的Purity//FA作業系統。不過為了配合新引進的DFM NMVe儲存模組,FlashArray//X的Purity//FA作業系統在作底層多了一個DirectFlash軟體層,可以為後端介接的所有DFM儲存模組,提供I/O控制、I/O排序、壽命監控等服務。

Purity//FA作業平臺的進化

目前Purity//FA已發展到5.1.2版,先前在2017年中發表的5.0版,是Purity//FA的一大重要更新,新增了ActiveCluster遠端高可用性、政策QoS、Purity//RUN檔案服務、VMWare VVols與AWS雲端整合等新功能,其中比較特別的是ActiveCluster與Purity//RUN這兩個功能。ActiveCluster是一種自動化的遠端同步複製功能,可利用FlashArray內建的遠端複製埠,在兩臺FlashArray之間建立同步模式的複製作業,並藉由Pure Storage的Pure1雲端管理平臺,以Cloud Mediator機制來協調兩站點間的切換。

而Purity//RUN則可在Purity//FA上,透過Container或VM的型式,使用部份控制器處理器與記憶體資源來執行用戶需要的應用功能,例如NFS檔案儲存,讓FlashArray系列儲存陣列跨出原本單純的SAN儲存服務領域,兼用於NAS或其他應用伺服器角色。

接著在2018年5月發布的Purity//FA 5.1版,主要改進是壓縮功能的增強,原廠宣稱可改善20%的整體空間縮減效果。

Pur1雲端管理平臺的功能擴展

除了快閃儲存技術外,Pure Storage的另一大特色是提供了稱作Pure1的雲端管理平臺,使用者只要啟用了Phone-Home雲端監控服務後,便能啟用Pure1雲端管理介面。

Pure1最初的功能是提供雲端監控,系統會以每30秒一次的頻率,向原廠的雲端監控中心,發送容量耗用、效能狀況與系統檢測資訊,讓原廠能即時監控系統狀態,並適時提供協助。而使用者無論身處何處,也都能透過瀏覽器登入Pure1,然後透過Pure1控制臺從雲端監控自身的儲存設備。

後來Pure Storage又陸續為Pure1增加一系列輔助管理功能,包括負載的分析,與用戶存取架構配置的最佳化建議,還有跨多臺FlashArray與FlashBlade的統一管理等,讓Pure1成為一個智慧化的雲端輔助管理環境。

提供完整資料服務功能

在當前全快閃儲存陣列作業平臺中,Purity//FA算得上是資料服務功能最豐富的等級,擁有壓縮、重複資料刪除等資料縮減技術,也提供了快照、遠端複製等資料保護機制,還有搭配vSphere平臺與微軟VSS服務的整合功能。

透過Pure1雲端平臺分析與規劃工作負載

利用Pure1雲端平臺新增的負載規劃(Workload Planner)功能,管理者可以理解效能運用情況、預測能否符合新的工作負載需求,並幫助規劃最佳化的配置組態。

透過Pure1平臺深入掌握VM儲存

Pure Storage剛宣布為Pure1雲端平臺新增了VM分析功能,可分析從儲存陣列、Datastore儲存區到個別VM虛擬磁碟之間的連結,以及效能運作情況,讓Pure1的儲存管理能深入到VM層級。

 

產品資訊

Pure Storage FlashArray//X

●原廠:Pure Storage (02)8729-2179

●代理:敦新(02)8797-2636

●建議售價:廠商未提供

●機箱型式:控制器Base機箱3U,擴充櫃2U

●儲存容量:20~512TB原生容量

●主機端介面:16/32Gb FC, 1/10/25/40/50GbE

●SSD介面:NVMe或12Gb SAS

●擴充櫃介面:50GbE/NVMe或12Gb SAS

【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商】


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