在供應商與產品日漸增加的全Flash儲存陣列領域,Violin Memory提供了十分具有自身特色的產品,這裡介紹的6264是Violin Memory 6200系列的一員,3U高度機箱內搭載了總容量70TB的專屬PCIe介面Flash記憶體模組,可提供44TB可用容量,透過專屬vMOS作業系統可支援8Gb FC、10GbE iSCSI或40Gb InfiniBand等主機端介面,以及快照、Thin Provisioning等進階功能,還可視需要搭配Violin Memory的Concerto系列控制器,藉以支援更多進階功能。

雖然是2005年才成立的年輕公司,不過,Violin Memory在全Flash儲存陣列領域,算是經驗相對豐富的廠商,2009年發布第一款產品,目前的主力產品6000系列發表於2011年9月,這次我們介紹的6264是2013年8月發表、改用19nm NAND Flash記憶體的新改款。

專屬硬體類型的全Flash陣列

全Flash儲存陣列可分為三大類型:(1)專屬硬體設計;(2)通用伺服器硬體設計;(3)傳統磁碟陣列SSD版。

後兩者的Flash記憶體單元,都是採用現成的SAS/SATA介面SSD,然後搭配通用伺服器硬體構成全Flash陣列,或搭配傳統磁碟陣列成為完全SSD組態的儲存陣列。至於專屬硬體型產品,則從最底層的Flash記憶體模組,到控制器、I/O模組與機箱,全都採用專屬的硬體設計。

Violin的全Flash儲存陣列便屬於專屬硬體設計,因此可擺脫傳統儲存匯流排與控制器架構的制肘,專門針對Flash記憶體的高速存取需求設計硬體架構,例如Violin的Flash記憶體模組便採用高速的PCIe匯流排,而非一般的SAS或SATA介面。

此外,由於Violin不採用標準的2.5吋磁碟匣設計來封裝Flash記憶體,而改用直接安裝在主機板上的Flash記憶體模組,因此也能得到更緊緻的機箱設計與更高的儲存密度。

但相對地,專屬硬體型產品由於所有元件都是特殊規格,需要專門設計與訂製,不像另兩類全Flash陣列可藉由通用的硬體來達到降低成本的目的,成本相對高昂許多,硬體更新的速度也相對較緩慢。

採取獨特的存取架構

由於完全基於專屬設計,Violin這類專屬硬體型Flash陣列都帶有濃厚的個別廠商特色,從最底層的Flash記憶體模組,到陣列控制器都有獨特設計。

Violin儲存陣列的架構,從底層到前端依序為VIMM記憶體模組—vRAID控制器模組—陣列控制器—記憶體閘道器—主機端介面卡,一共分為5個層次。

最底層的Flash記憶體模組,採用的是該公司獨有Violin Intelligent Memory Module(VIMM)封裝方式的Flash記憶體模組,以6264這款機型來說,每個VIMM模組的容量為1TB,透過Violin修改過的專屬PCIe介面,安插到陣列的主機板上,可允許熱插拔。

VIMM只負責提供儲存空間,在VIMM模組之上是提供RAID保護的vRAID控制器模組(vRAID Controller Module,VCM)。6264含有4組vRAID控制器,每組vRAID控制器負責管理15個VIMM模組,分為3個各有5個VIMM的保護群組,每個保護群組構成1個4+1 parity的vRAID群組。

所以整臺6264配備的4個vRAID控制器,下轄了12個vRAID保護群組,一共含有60個VIMM,另有4個VIMM作為全域備援使用,可即時替換那些出現問題的VIMM。

而vRAID控制器所建立的vRAID群組空間,再經由記憶體閘道器(Memory Gateway,MG)規畫成LUN磁碟區空間,然後透過不同的SAN協定,經由主機端網路介面卡掛載給前端主機。

至於記憶體閘道器、vRAID控制器與主機端網路卡等元件之間的連接,則是透過陣列控制器(Array Controller Module,ACM)來提供,ACM內含有96埠的PCIe交換器,透過PCIe 2.0匯流排將陣列內的各元件彼此互連,ACM也負責執行作為系統核心的vMOS作業系統,整個陣列除了電源以外的所有管理工作,都由ACM承擔。

搭配前端控制器提供更豐富應用

Violin儲存陣列定位在提供高I/O效能,對附屬的進階資料服務功能著墨不多,vMOS作業系統只內建了快照、Thin Provisioning等基本資料服務功能。此外,每套Violin Memory儲存陣列都是一套獨立、完整的系統,不能個別擴充,當第1套陣列的空間耗盡後,只能藉由額外建置獨立的第2套、第3套陣列來擴充。

如果用戶需要遠端複製、重複資料刪除等額外資料服務功能,或是跨多臺陣列建立統一管理的大容量空間,可考慮在前端搭配Violin Memory的Concerto系列儲存控制器產品,來提供這些功能,Concerto 包括7000與2200兩款。

Concerto 7000是一種類似IBM SVC的SAN儲存虛擬化控制器,可將後端介接的2~4臺6000系列儲存陣列整合為一個統一的大型儲存池,跨多臺陣列統一運用空間資源,並提供遠端複製、Clone、重複資料刪除等豐富的進階資料服務。

Concerto 2200則是一種提供NFS共享空間的重複資料刪除控制器,可視為一個支援NFS協定、提供重複資料刪除的NAS控制器。

 

Violin Memory 6264的硬體組態

Violin Memory儲存陣列產品的最大特色,便在於採用了專屬硬體設計,除了前端介面是採用現成的網路卡或HBA卡之外,其餘所有元件都是專屬的特殊規格設計,可分為VIMM模組、vRAID控制器模組、陣列控制器模組、記憶體閘道器模組、電源控制器模組與主機端介面卡等6大單元。

Violin Memory儲存陣列所有元件,都採用由機箱上蓋板頂部垂直插拔抽換的設計,藉此能得到最高的元件配置密度,缺點則是必須將機箱從機架上抽出、開起上蓋板後,才能更換元件。

記憶體閘道器(2組)

記憶體閘道器(Memory Gateway,MG)是Violin儲存陣列的存取控制核心,作為前端主機網路介面與後端陣列控制器(ACM)的中介,負責LUN的管理與SAN協定的轉換,將底層vRAID控制器管理的VIMM群組構成LUN,然後再透過SAN協定映射給前端主機。每套Violin儲存陣列都含有2片構成Active-Active架構的MG模組,透過後端ACM模組內的PCIe交換器,來連接底層VCM模組。

 

陣列控制器模組(2組)

陣列控制器(Array Controller Module,ACM)扮演了系統管理核心的角色,負責提供內部元件彼此間的互聯,以及系統管理等基礎服務功能,vMOS作業系統也是在陣列控制器上運行,系統管理用的序列埠與乙太網路埠都是連接在陣列控制器上。每套Violin儲存陣列都含有2組構成高可用性備援架構的陣列控制器模組。

 

VIMM記憶體模組(64組)

Violin儲存陣列最大特色,便在於採用獨有VIMM(Violin Intelligent Memory Module)封裝方式的Flash記憶體模組,每個VIMM分為16個Flash Package,各含8顆MLC Flash晶片,每個VIMM模組都有獨立的控制器、DRAM與管理用處理器,連接介面是Violin修改過的PCIe 2.0,腳位與標準的PCIe略有差異,可允許熱插拔。6264一共含有64組VIMM,其中4組為備用。

 

6264機箱背面配置

由於Violin儲存陣列的內部元件是以專屬板卡模組式單元為基礎,因此機箱背面的配置組態也與一般的陣列產品大不相同,只在最右方設有系統管理用的乙太網路管理埠 1 與序列埠 2 ,以及資料傳輸用的主機端傳輸埠 3 。Violin儲存陣列可視需要選擇FC、iSCSI或InfiniBand等3種主機端介面,這目前這臺6264搭載的是8Gb FC。

 

主機端網路介面卡(4組)

可選擇搭載8Gb FC、10GbE iSCSI或40Gb QSFP InfiniBand等3種網路介面卡,透過不同的SAN傳輸協定與連接SAN,這裡我們使用的是8Gb FC HBA卡。

 

vRAID控制器模組(×4組)

6264含有4組vRAID控制器模組(vRAID Controller Module, VCM),每組VCM負責管理15個VIMM模組並提供資料保護功能,每組VCM下轄的15個VIMM被分為3個VIMM保護群組,每個群組各有5個VIMM構成4+1 parity組態。VIMM是透過VCM來回應從記憶體閘道器發來的存取要求,VCM會透過wide stripe型式將存取要求分散給底下所有VIMM共同承擔。

 

簡單明瞭的設定管理介面與軟體功能特色

所有Violin儲存陣列都內嵌了這2種基本管理介面:

(1)文字命令列(CLI),透過序列埠或乙太網路埠登入。

(2)網頁式控制臺,透過乙太網路埠登入。

無論CLI或網頁式控制臺介面,都可執行所有的系統設定、儲存空間管理與運作狀態監控功能,網頁式控制臺還提供便利的儀表板介面,可讓管理者一目了然地掌握系統整體狀況。

對於擁有多臺Violin儲存陣列的環境,則可考慮使用第3種管理工具:

(3)Symphony中央管理平臺。

Symphony是必須獨立建置的集中管理平臺,可遠端集中管理多達100臺Violin Memory儲存陣列,並提供管理個別儲存陣列所需的全部管理功能,介面風格與單機內嵌的網頁控制臺大致相似,同樣也是利用瀏覽器登入的網頁控制臺,比起標準的網頁控制臺,Symphony提供了類型豐富的分析報表功能,並能保存日誌記錄(log)達2年之久。。

在軟體功能方面,由於Violin儲存陣列以I/O效能為主要訴求,在附屬的進階資料服務功能方面著墨不多,不過仍內建了快照與Thin Provisioning兩種基本資料服務功能,需要遠端複製、重複資料刪除等額外功能的用戶,可考慮在前端搭配Concerto 7000控制器來提供這些功能。

透過網頁控制臺儀表板迅速掌握系統狀態

透過Violin陣列的CLI介面或網頁式控制臺,都可執行所有設定與監控管理功能,當然網頁式控制臺的圖型化介面更容易操作,還提供可自訂的儀表板介面,可讓管理者即時掌握系統運行狀態。

 

Symphony管理平臺集中管理多臺陣列

Violin陣列內嵌的管理介面只能管理本機,對於擁有多臺Violin陣列的環境,可透過另外建立的Symphony管理來集中管理。Symphony分為伺服器版與行動裝置版,可支援行動管理,除了可跨遠端連接與監控多臺Violin陣列外,Symphony還提供了與單機內嵌的CLI或網頁控制臺相似的儲存管理與系統管理功能。

 

透過快照功能快速建立磁碟區複本

雖然Violin儲存陣列在附屬資料服務功能著墨不多,不過還是提供了基本的快照功能,允許為每個LUN建立多達1,024份快照複本,一個含有多個LUN的Container則可維持最多1萬份快照。快照可作為原始LUN的備份,也可將快照匯出成為獨立的LUN。透過快照管理介面,可為個別LUN建立快照排程,並檢視相關空間耗用狀態。

 

即時監控Flash記憶體壽命

Flash記憶體應用最讓人放心不下的,便是寫入壽命限制問題,針對此點,Violin在CLI、網頁與Symphony管理介面中,提供了VIMM模組健康狀況監控功能,可讓管理者檢視各VIMM模組的剩餘寫入壽命,便於及時因應底層Flash記憶體的寫入損耗。

 

Violin Memory儲存陣列的架構

從底層到前端依序為VIMM模組—vRAID控制器模組—陣列控制器—記憶體閘道器—主機端介面卡,一共有5個環節。

 

Violin Memory 6000系列產品規格


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