資料來源 /iThome整理,2022年7月

從產品發展脈絡來檢視,備份專用儲存伺服器的存在,可看做「磁碟」到「磁碟」備份儲存(D2D Backup Storage)應用的進化形式。

D2D備份儲存的基本訴求,是利用低成本的大容量磁碟,作為一種相對高速的備份儲存裝置,藉此改善備份與還原作業的效能,但由於儲存成本顯著高於磁帶,並不適合長期保存大量的備份資料,後端依舊需要搭配磁帶裝置,作為備份資料最終保存的場所,構成「磁碟」到「磁碟」到「磁帶」(D2D2T)的架構,而D2D備份儲存裝置扮演「中轉」與「備份寫入緩衝」角色。

而備份專用儲存伺服器不僅具備了D2D備份儲存裝置的高效能,還藉由結合資料減量技術,提供可與磁帶競爭的儲存成本,從而具備取代磁帶的能力。

從產品架構來看,備份專用儲存伺服器十分接近NAS,都是由磁碟陣列硬體,再加上儲存作業系統軟體組成,並且都支援NFS、CIFS、iSCSI等標準的傳輸協定,兩者主要區別在於這2點:

對於資料減量技術應用的深度不同

不單備份專用儲存伺服器,當前許多NAS的作業系統都提供資料減量功能,但這兩類設備對於資料減量技術的應用深度完全不同。

資料減量是備份專用儲存伺服器的核心功能,提供高倍率的資料減量是這類產品的主要訴求。相較下,NAS的主要功能是一般的共享存取服務,資料減量只是附屬功能之一,為了避免資料減量功能產生的運算負載,影響到一般的存取應用,對於資料減量功能的使用上,往往有許多顧慮與限制。

但另一方面,備份專用儲存伺服器也因為本身整合高倍率的資料減量功能,以致功能也被局限在備份、歸檔這類靜態的儲存應用,而不適合需要頻繁與即時存取的一般儲存應用。細部來看,原因有下列兩點:

首先,高倍率的資料減量技術,例如,動態執行、可變長度(Variable-Length)的重複資料刪除比對運算,相當消耗設備本身的運算能力,會影響到儲存設備用於其他I/O服務的能力,因此難以在執行資料減量運算的同時,還能夠如常提供一般的存取服務。

其次,經過重複資料刪除等減量技術處理的資料,必須先還原成原始型態,才能為前端主機讀取與使用,當前端主機將資料寫回備份專用儲存伺服器時,又會將資料再次進行縮減處理。因此,若備份專用儲存伺服器以極高壓縮倍率保存的資料,頻繁地進行讀寫操作,將帶來龐大資料縮減與還原運算負載,也會嚴重衝擊系統效能。

然而,若我們將應用局限在備份、歸檔,用於定時批次執行存取的作業,資料減量運算給備份專用儲存伺服器帶來的負擔,便不會成為太大問題。

更深度的備份應用環境整合能力

備份專用儲存伺服器同於一般NAS,可透過NFS、CIFS、iSCSI等標準傳輸協定,供前端主機存取儲存空間,不過,這類產品還能支援個別備份軟體的專屬傳輸架構,或應用軟體的專屬備份架構,例如:Veritas OST、Oracle RAMN、NDMP等,有些產品還能提供專屬的傳輸模式,與備份軟體整合,例如:Dell Data Domain的DD Boost模式,HPE的StoreOnce Catalyst介面,Quantum DXi的Accent模式等,提供最佳化的備份傳輸整合能力。

另外,有些備份專用儲存伺服器產品能提供虛擬磁帶櫃(VTL)模式,以便配合較老舊的備份環境使用。這些與備份環境的深度整合能力,都不是一般NAS所能具備的。

一線大廠寡佔的備份專用儲存伺服器市場

備份專用儲存伺服器是個大廠寡占的產品領域,依照市調機構IDC的統計,2020年的備份專用儲存伺服器市場中,前5大供應商就占了將近75%的銷售額。

在這個領域,最重要的供應商與產品線,共有5家,包括Dell的Data Domain(現在已更名為PowerProtect DD),HPE的StoreOnce系列,Quantum的DXi系列,還有ExaGrid的EX系列,以及Veritas的Access等。

其中Dell是這個市場的領導者,根據IDC在2020年發布的統計數據為例,單市Dell一家的銷售額,便超過20億美元,在整個備份專用儲存伺服器市場所占的比重,高達47%。

備份專用儲存伺服器的關鍵指標

經過十多年的發展,不同備份專用儲存伺服器產品間,規格與功能已逐漸趨同,能提供相近的基本服務與功能,不過,在進階功能方面仍存在較大差異,最重要的規格與功能指標是這4項:資料減量能力,擴展性、效能與安全性。

資料減量能力

高倍率的資料減量能力,是備份專用儲存伺服器的主要賣點所在,也是我們檢視這類產品時,首先會注意的規格項目之一。透過使用重複資料刪除技術,這類產品宣稱的資料減量比率通常是20:1以上,也就是節省95%的儲存空間,有些還宣稱可以達到50:1以上的減量效果,等同於節省99%以上的儲存空間。不過,重複資料刪除技術的效果,牽涉到資料類型與儲存應用型態等因素,我們後續會在另外的欄目進一步的討論。

擴展性

備份是持續累加性的儲存作業,新備份將與舊備份並存,而不會取代後者,因而隨著時間的推移,保存的備份資料量也將持續增加,儘管備份專用儲存伺服器可藉由減量技術抑制資料量的成長速度,但資料總量的持續增長還是不可避免。因而充分的擴展能力,以便容納持續成長的備份資料,也就成為包括備份專用儲存伺服器在內,任何備份儲存系統首要的規格要求之一。

除了仰賴系統本身的儲存空間之外,部分備份專用儲存伺服器也提供了搭配公有雲物件儲存空間,構成分層儲存的功能,可將雲端儲存空間作為長期儲存層使用,一定程度解放了本地端系統儲存空間的容量壓力。

效能

隨著備份資料量的增長,除了導致占用的儲存空間增加以外,也會造成備份作業耗用的時間增長。為了避免備份作業衝擊到正常的運作,用戶必須依據備份資料量的大小,以及未來的增長情況,來評估備份儲存系統的吞吐能力需求,以確保備份儲存系統能在要求的時間之內,完成備份資料的傳輸與寫入。

因而傳輸與寫入備份資料的資料吞吐能力(Throughput),也就成為備份儲存系統另一重要的規格要求,業界通常是以每小時可以寫入多少資料,也就是TB/hr,作為衡量備份儲存系統效能的基準。

安全性

備份扮演了企業資料保護最終救濟手段的角色,當原始資料損毀時,仍可利用備份複本來回復資料,但前提是備份複本必須是完好的,才能作為資料還原的來源。這也意味著,備份儲存系統必須具備保證備份複本完好能力。

影響備份複本完好性的威脅,通常來自下列這兩個方面:

一是備份儲存系統自身元件的失效,導致系統儲存的備份複本損毀;另一為外來的惡意入侵,導致備份複本遭到惡意存取與刪改。

所謂的針對系統層級的風險,主要是透過儲存系統的資料保護機制來因應,例如RAID與遠端複製等,前者用於因應單一磁碟的失效,後者則可因應整個系統的失效。至於針對惡意入侵威脅,則需利用存取權限管制與防竄改功能來因應,同時配合靜態加密功能,以便系統出現安全漏洞時保護資料。

特別值得一提的是,為了對應日漸猖獗的勒索軟體威脅,目前所有主要的備份專用伺服器都整合資料防刪改功能,也就是軟體式的WORM一寫多讀功能,用於保護備份複本,避免遭到惡意軟體的刪除或加密。

主要備份專用儲存伺服器產品總覽

最後,我們便從資料減量能力、擴展能力、效能與安全性等4個面向出發,檢視主要的備份專用儲存伺服器產品。

Dell PowerProtect DD

技術源自著名的Data Domain公司,是這個領域的標竿產品,後併入EMC,並隨著EMD與Dell的合併,成為Dell Technologies旗下產品,在2019年的產品線重整中,更名為PowerProtect DD,目前有DD3300、DD6400、DD6900、DD9400與DD9900等5個硬體款式,還提供VM軟體版本DDVE。

在PowerProtect DD的硬體款式中,除了最低階的DD3300,其餘4款都可透過Extended Retention功能外接擴充櫃,以擴展容量,特別的是還提供了基於機械式硬碟與SSD的兩種類型。

Dell宣稱,PowerProtect DD的資料減量能力可以達到50:1甚至65:1,是同類產品中最高的數值。不過,相對於同類產品,PowerProtect DD的實體可用容量規格相對稍小一些,但可利用Cloud Tier功能搭配雲端物件儲存層,擴展可用容量,因此,上傳到雲端物件儲存空間的資料,是經過重複資料刪除功能減量過的。

透過新版作業系統提供的Smart Scale功能,還可以將最多32臺PowerProtect DD設備結合為一個命名空間,構成最大可達48PB的儲存空間,緩解單一裝置的容量壓力。

PowerProtect DD的傳輸速率規格,在同類產品中算是中等水準,不過若採用專屬的DD Boost傳輸模式,可以將傳輸速率提高60%到1倍以上。針對還原作業,PowerProtect DD還提供立即存取與立即還原功能(須搭配SSD),直接開啟備份儲存區中的VM複本。

PowerProtect DD提供相當齊備的安全性功能,在系統層級提供了RAID 6保護,以及稱做DD Replicator的遠端複製功能;在入侵防護層級方面,則有存取管制、加密,以及稱作DD Retention Lock的資料防刪改功能。

HPE StoreOnce

StoreOnce目前有硬體伺服器版本,以及稱作StrreOnce VSA的軟體版本,存在兩種形式,其中在硬體版本方面,有Gen4與Gen4+等2個系列,前者分為3620、3640、5200、5250、5650等5款機型,後者則有3660、5260與5660等3款機型,較高階的機型,如5260與5660,都搭載了SSD作為快取使用。

除了系統本身儲存空間外,StoreOnce也能利用Cloud Bank功能,來搭配雲端儲存空間,用於存放無須再更新的老舊備份資料。

在StoreOnce資料減量能力上,HPE宣稱的規格比較保守,是以20:1為基準。而在傳輸效能方面,除了標準傳輸模式,還提供專屬的Catalyst傳輸模式(須在用戶端安裝相關軟體),傳輸速率可較標準模式提高近一倍。

安全性方面,HPE StoreOnce在系統層級亦有RAID 6保護,以及StoreOnce Replication與Catalyst Copy等2種遠端複製功能;在入侵防護的層級上,這系列產品則有存取管制,靜態加密與傳輸加密,以及稱作Catalyst Data Immutability的資料防刪改功能。

Quantum DXi

DXi系列是這個領域最老牌的產品之一,目前有DXi4800、DXi9000、DXi9000 HD與DXi9100等4個硬體伺服器款式,以及軟體版本DXi V5000。

Quantum宣稱的DXi系列資料減量能力,是以30:1為基準。在擴充能力方面,DXi系列的本地端擴充能力最高可達2PB,算是同類產品較高的,但目前尚無直接整合雲端儲存層的功能。

在效能方面,DXi同樣也有標準模式,以及稱作DXi Accent的加速模式(須在用戶端安裝軟體),可提高30%到1倍以上的傳輸速度。

在安全性方面,DXi系列的系統層級保護架構較為特殊,採用稱作Dynamic Disk Pooling的分散式RAID架構,可提供較傳統RAID架構更快的還原速度,另外還有多站點遠端複製功能,可將資料複製到異地端作為第2層保護。在入侵防護層級方面,DXi系列提供了傳輸加密、靜態加密,還有透過Secure Snapshot功能提供的防刪改功能。

Exagrid EX

相較於同類產品,ExaGrid的EX系列算是晚近的產品,目前含有7個機型封面故事,備份專用儲存伺服器,重複資料刪除,最大特點是採用了Scale-Out橫向擴充架構,並結合了特殊的分層儲存架構。

EX系列可從最小的單節點組態,擴展到最大32節點的組態,單一節點的可用容量與傳輸效能規格雖然不大,但可利用Scale-Out堆疊擴充方式擴展容量與效能,組成擁有2.69PB容量的龐大儲存叢集,並提供488 TB/hr的驚人傳輸速率,效能與容量的擴展上限與靈活性,都高於其他產品。不過,EX系列目前沒有直接整合雲端儲存層的選項。

在分層儲存功能上,EX系列提供稱做磁碟快取著陸區(disk cache Landing Zone)的效能層,用於快速還原資料,另外再結合保存層,用於保存重複刪除後的資料。至於在資料減量能力方面,EX系列宣稱的數值是從10:1到50:1,平均可達20:1。

在安全性方面,EX系列的系統保護機制包括個別節點的RAID 6保護,以及跨節點的遠端複製功能,可將資料複製到遠端的EX系列節點,或公有雲上的EX VM版。在入侵防護方面,這裡則有存取管制、傳輸加密與靜態加密,還有稱作Retention Time-Lock的防刪改功能。

Veritas Access

Access目前只包含一款伺服器機型3350,採用控制器節點搭配擴充櫃的組態,可提供280TB至2.8PB的最大容量,在目前的同類產品中,擁有最大的本地端容量擴充能力,並且具備公有雲儲存整合功能。

關於資料減量能力的表現上,Veritas宣稱Access可達到30:1的等級,不過並未公開傳輸效能規格。

在安全性方面,Access的系統層級保護機制,包含了RAID與遠端複製;針對惡意入侵的防護,也提供了存取管制、靜態加密與資料防刪改功能。

與同類產品相比,Access的另一特色,是提供了與Veritas Enterprise Vault歸檔管理軟體完全整合的能力,可構成一套整合的歸檔儲存解決方案。

企業備份應用不可或缺的一環

經過多年發展,備份專用儲存伺服器已成為企業備份應用不可或缺的環節,成為因應中、短期的備份儲存需求最重要的產品類型之一,雖然大容量物件儲存系統,以及公有雲物件儲存服務也來勢洶洶,以龐大的擴展能力為訴求,但備份專用儲存伺服器憑藉資料減量技術的加持,在成本效益、效能,以及備份環境整合方面,仍占有優勢,並非其他類型產品所能輕易取代。

而在產品選擇方面,備份專用儲存伺服器除了必須擁有高效率的資料減量能力外,還必須提供與備份環境的整合,以及充份的系統可靠性與安全性,這些都有賴於廠商的經驗與技術,短期內應該難以有新進廠商,可以挑戰既有市場領導者的地位。

備份專用儲存伺服器的資料減量效果

透過重複資料刪除技術,提供高倍率的資料減量效果,是備份專用儲存伺服器的的主要賣點所在,動輒宣稱可提供10:1以上,甚至20:1、50:1的資料減量。

但要注意的是,備份專用儲存伺服器的資料減量效果,是以長期使用效果為基準,並非經過少數幾次備份,就能達到這樣高的縮減比率。

由於重複資料刪除技術是藉由比對、去除資料重複部分,達到資料減量效果。但備份次數較少時,可供比對的資料不足,難以達到較高的資料減量比率,隨著備份次數增加,資料減量效果便能隨之提高。

我們這裡參考的是iThome在2009年7月與2008年12月的測試數據,當時分別針對Data Domain DDOS、Quantum DXi等2款備份專用儲存伺服器平臺,執行了資料減量效果實測。雖然這份測試數據是十多年前進行所取得的,但這兩個平臺的最新版本,目前都仍在市場上活躍,技術架構也一脈相承,憑藉過去的測試數據,就能顯示重複資料刪除累加效應,十多年後的現在,成效應該會更理想。

當時的測試我們連續作5次備份,每次新增5%資料,均為與原有備份完全不同的新資料,並執行全備份。

從最終的結果可以看出,首次備份時,由於缺乏過往的資料,供重複資料刪除演算法比對,只能達到1.6:1的減量效果,也就是節省40%儲存空間,不過在後續備份中,有了先前備份資料作為比對基礎後,資料減量效果便能大幅提高,到了第5次備份時,減量效果接近7:1,節省空間的比例超過85%。

除了累加效應外,重複資料刪除技術對於不同類型的資料,能提供的減量效果也有差異,對於影音、多媒體這類本身便是壓縮形式的資料,無法提供顯著的減量效果。不過,對於虛擬化與VDI環境,便能達到極佳的資料減量表現,對於資料庫也有不錯的效果。

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