效能超群的高階IP SAN儲存系統

IP SAN系統往往被定位為FC SAN的一個低價的替代品，是無力負擔部署FC SAN系統的高價時，才會選用的方案。因此IP SAN產品的主要訴求也放在較低的部署費用上，效能則被置於次要的位置。

利用既有的乙太網路環境即可架設IP SAN，因此對不以性能為優先取向，而對價格較為敏感的中小企業來說，以iSCSI為基礎的IP SAN相當有吸引力。而隨著高性能的SAS硬碟，以及高效能磁碟控制器的陸續引入，也使IP SAN在某些環境下也能擁有接近FC SAN的效能與可靠性，這也開啟了讓IP SAN走入企業關鍵應用領域的契機，滿足有更高性能需求的用戶。

IP SAN的兩大傳統弱點——通道頻寬與硬碟轉速
就基礎架構來說，FC的頻寬已可達2Gb/s或4Gb/s，8Gb/s也已開始上市，透過乙太網路存取的IP SAN則只有1Gb/s。加上優先考慮成本，多數的IP SAN儲存產品大都選擇搭配低價位的SATA硬碟。而SATA硬碟為了滿足低價的要求，目前除了WD的Raptor X是採用1萬轉的馬達外，其餘最高也就只有7200轉，相較下FC硬碟幾乎都是1.5萬轉。轉速高低在循序存取中的影響還不大，但在非常依賴搜尋速度的隨機存取中，SATA硬碟低轉速所造成的局限就展露無疑。

雖然通道頻寬與硬碟轉速都是IP SAN的弱點，但就實際應用環境中，傳輸通道頻寬通常不是性能瓶頸所在，硬碟轉速的影響更具決定性，所以要改善IP SAN的性能，與其導入高價的10GbE網路，不如設法提高硬碟轉速要來的實際。但SATA硬碟受到成本的限制，改用高轉速硬碟的可能性不高，而若改用FC硬碟，除了信號轉換的麻煩外，也會大幅提高IP SAN的價格，削弱IP SAN最重要的低價優勢。

讓IP SAN脫胎換骨的SAS硬碟
隨著SAS硬碟的出現，情況就有所不同了。由於SAS是定位在SCSI的後繼者，因此各廠商推出的SAS硬碟也都鎖定了高性能、高可靠性應用領域，除Maxtor早期曾推出1萬轉的3.5吋SAS硬碟外，其餘廠商的3.5吋SAS硬碟，均採用目前性能最高的1.5萬轉主軸馬達，1萬轉則多半只有2.5吋的SAS硬碟使用。

單就硬碟本身而言，同容量的1.5萬轉SAS硬碟的性能、價格與FC硬碟幾乎完全相同，多數硬碟供應商都是在同系列的硬碟產品中同時提供FC與SAS兩種介面供用戶選用。但就組成整個磁碟陣列來說，FC規格的接頭、纜線與HBA等元件的價格，均遠高於架接在SATA上、可透過相同物理規範降低元件製造成本的SAS。因此，這也讓訴求低價的IP SAN系統，有了一個改善效能的機會。

改用SAS硬碟雖然會使IP SAN的成本提高不少（相對於SATA硬碟），但還是比FC SAN便宜，不會改變IP SAN的低價本質，且SAS也同樣具備與FC相似之處，例如容錯能力強、全雙工和串接數目多等特性，這都不是SATA硬碟所能提供的。

我們這次測試的Equallogic PS3800XV正是一款採用1.5萬轉SAS硬碟的iSCSI磁碟陣列，3U高度的機箱容納有16臺146GB的3.5吋硬碟，原生容量達2.3TB。系統採雙控制型式，每個控制器各含1GB快取記憶體與3個GbE埠，可支援RAID 5/10/50等三種RAID層級，具備磁碟、控制器、電源、風扇等元件的熱抽換等高可用性功能，並支援可彈性配置容量的Thin Provisioning，同時還內建了免費的快照與遠端複製等進階應用功能。

當前最高階的IP SAN儲存設備
Equallogic一向專注於IP SAN儲存系統的研發，他們的PS產品線分為採用7200轉SATA硬碟的入門級E系列，包括PS-50E/70E/100E/300E/400E；採用1萬轉SAS硬碟的中階X系列，即PS3600X；以及採用1.5萬轉SAS硬碟的高階XV系列，含PS3800XV與PS3900XV兩款。

我們過去曾測試過入門級的PS300E與中階的PS3000X，這次測試的則是最高階的PS3800XV。

PS3800XV功能、架構均與同系列另一款PS3900XV相同，都採用了1.5萬轉SAS硬碟，只是硬碟容量不同而已，PS3800XV用的是146GB，而PS3900XV則為300GB，前者整個系統的原生容量為後者的1/2，其餘完全相同。

單從規格來看，PS3800XV可說是目前規格最高的IP SAN儲存系統之一。從功能來看，除了快取記憶體稍小，以及不支援RAID 6以外，PS3800XV無論在磁碟效能、系統擴充性、附加軟體的豐富性方面，都是當前IP SAN產品中的佼佼者，比起中高階的光纖通道（FC）磁碟陣列也不遜色。大幅改善的隨機存取效率
在我們半年前的PS3600X測試中，就能發現SAS硬碟顯著改善了PS3600X的隨機存取效能。在循序存取測試中，採用1萬轉SAS硬碟的PS3600X，和採用7200轉SATA硬碟的PS300E幾乎沒有差別，但在隨機的OLTP測試中，PS3600X的IOPS數值就比PS300E高出70％。

當換成採用1.5萬轉SAS硬碟的PS3800XV，OLTP測試結果更比PS300E高出一倍有餘，而且也比採用1萬轉SAS硬碟的PS3600X高出25％，高轉速的優勢非常明顯。單就OLTP測試數據來看，PS3800XV可以比擬採用FC硬碟的FC磁碟陣列。

雖然高轉速硬碟有助於改善PS3800XV的隨機存取效能，但對循序存取的幫助就相當有限。大區塊循序存取的性能瓶頸主要是通道頻寬，不管系統採用SAS、SATA或FC介面，還是7200、1萬或1.5萬轉的硬碟，都會受限於單一GbE埠的125MB/s上限。舉例來說，PS300E、PS3600X與PS3800XV在大區塊循序存取的測試數值都只有100～110MB/s，也印証了這個事實。

但由於這3款產品每組控制器都含有3個GbE埠，可同時支援前端多臺伺服器的同時存取，理論上可超過單一GbE埠造成的性能限制。測試中我們啟用兩個GbE埠，並以兩臺伺服器同時存取PS3800XV時，可發現吞吐量幾乎達到單一GbE埠時的兩倍。

而在小區塊循序存取時，iSCSI效能瓶頸則在於處理器的效能（必須負擔更大量的封包拆解作業）。我們分別以一臺雙Xeon 2.4GHz與一臺雙Xeon 3.0GHz伺服器進行了PS3800XV小區塊循序存取，結果發現後者的IOPS數值可達到前者的兩倍，顯示前端伺服器的處理器速度越快，則PS3800XV的小區塊循序存取效能就越好。

簡便的安裝程序與管理介面
IP SAN能夠以低價為號召，容易導入與部署的特性可說貢獻良多，只要具備IP網路知識，利用既有的乙太網路卡、線材與交換器就能方便的完成IP SAN系統的安裝，比起需要FC HBA與FC交換器的FC SAN方便很多。

而Equallogic的PS系列除具IP SAN易於安裝的特性外，全系列也都具有通用的安裝程序與操作介面，只要操作過其中一款產品，就能熟悉同系列的其他產品。

由於我們之前已有安裝PS300E與PS3600X的經驗，因此安裝PS3800XV時可說駕輕就熟，先透過序列埠以文字命令列介面（CLI）登入系統設好IP位址，接下來即可接上網路以瀏覽器登入系統的網頁式管理介面，完成磁碟組態設定、建立磁碟區並指定存取路徑後，到前端伺服器上以微軟iSCSI initiator 2.0啟動PS3800XV分配的磁碟區後，即可開始使用。

支援Thin Provisioning彈性配置空間
除效能外，PS3800XV一大特色是Equallogic在PS系列3.2版韌體新增的Thin Provisioning功能。傳統SAN的容量配置，都是由後端儲存設備將一塊固定大小的容量以LUN或Volume提供給前端主機，但配置完成後，要再變更容量設定就很麻煩，負荷較輕主機的多餘容量，沒辦法轉移給儲存空間緊繃的主機使用，因此SAN的儲存空間利用率一般都只能達到30～40％，換句話說，高達60％以上的容量都是閒置的。

而Thin Provisioning的核心觀念就是「依實際占用情況分配容量」。只有資料真正寫入時，才會把實體容量分配給主機，不像傳統方式一開始就分配一塊固定大小的LUN或Volume。

啟動PS3800XV的Thin Provisioning功能後，分配給前端主機的空間就成為「邏輯容量」，前端伺服器透過iSCSI initiator被告知的容量數字是「虛擬」或說是「假」的，和後端實體儲存空間無關。

系統會把整個儲存設備構成一個儲存池，當前端主機寫入資料時，系統才會將儲存池的實體容量以一份一份的小單位分配給前端主機。

這也是說，系統不是「一次」就把一塊數十或上百GB的容量分給前端主機，而是視前端主機寫入的資料量大小，將實體容量「逐次」分配給主機，這也就是「按需分配」的意義，只有真的寫入，才會分配到對應的容量，故空間利用率可提高到80～90％。同樣的實體容量，透過Thin Provisioning可榨出比過去多一倍以上的有效容量。

當然實體容量總有耗盡的時候，即使靠Thin Provisioning也沒辦法挖出更多的容量。但由於前端伺服器分配到的是虛擬的邏輯容量，用戶很可能會忽略實體空間耗盡的問題，導致系統停擺。所以PS3800XV有最小保留容量（預設為該Volume容量的10％實體空間，可依需要調整）、使用空間警告值、最大使用空間等三種設定，可在實體空間消耗接近設定時自動警告管理者，或是在達到設定值時強制讓該Volume離線，不再接受寫入，避免實體容量耗盡造成的種種問題。

內建多種進階功能
磁碟陣列本身是一種相當成熟的產品，各廠商的產品在硬體規格上的區別越來越小，因此如何在同質性越來越高的硬體平臺上，提供更豐富、更強大的附加功能，逐漸成為廠商間的角力重點。而內建豐富的進階應用功能，正是Equallogic PS系列產品的一貫特色，用戶無須購買授權即可使用，對產品價值增色不少。

多路徑I/O、快照與遠端複製是PS系列的三種免費進階功能。多路徑I/O可讓使用者替裝有多片網路卡的Windows伺服器設定存取通道，系統會依通道狀況自動調整不同通道間的負載，預防單點故障導致連接中斷。

而遠端複製則可讓PS系列磁碟陣列上的資料，自動複製到任何具有IP位址的網路存取節點上，可讓用戶藉以建立異地備援機制。

快照則可讓用戶以Volume為單位，為每個Volume建立最多512份快照，而全系統則最多可達到1萬份快照。快照的啟動可以排程自動執行，或是以手動方式隨時啟動。由於PS系列的快照是透過記錄磁碟區塊Index的方式進行，因此對I/O效能的影響不大。

Equallogic快照技術的特別之處，還在於用戶可將快照副本屬性設為唯讀或可讀寫，設為可讀寫時還能把特定Volume的快照副本拉出，掛載到前端其他伺服器作為測試開發之用，而不會影響到原來Volume的存取。文⊙張明德