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支援大規模的應用環境,提供最高的擴充能力與效能規格,一向是高階儲存設備的訴求。因此規格的競爭,也就成了每次高階儲存產品更新的一大焦點,2014~2015年這波高階儲存更新潮也不例外,無論在擴充性、效能與硬體架構方面,都有新的突破。

硬體規格再創新高

提供最高等級的擴充與I/O處理能力,可說是高階儲存產品的最大特色。包括控制器數量、快取記憶體容量、處理器核心數、可管理的磁碟數量,以及可用儲存容量在內的硬體規格指標,也是高階儲存產品競爭的焦點。

長期以來,EMC Symmetrix系列的硬體規格,一直是高階儲存領域的領先者,不過這4、5年來面臨了富士通、華為的挑戰。

就像去年下半,EMC發表Symmetrix VMAX 3時,一度重新奪回高階儲存規格王座,並且拋開對手一段距離,可支援最多16組控制器、16TB快取記憶體、最大5,760臺硬碟與256個前端I/O埠,都是當時最高規格。

不過EMC VMAX3的規格領先,還維持不到2、3季,就分別為華為與富士通的產品所超越。

華為在今年5月發表的OceanStor 18000 V3可提供與EMC VMAX 3一樣的16組控制器與16TB記憶體,可管理的最大硬碟數量與前端I/O埠則分別提高到9,600臺與384個,大大超越了EMC VMAX 3。

富士通緊接在今年7月發布的DX8900 S3,則能提供當前最高的24個控制器節點,最大前端I/O埠數量也有384個,快取記憶體與最大硬碟總數的規格,雖然略遜於EMC與華為的產品,但6TB的快取記憶體與4608臺硬碟的規格,也相當可觀。

儘管現實環境中,很少會需要單一系統提供管理4,000、5,000臺硬碟、上百個I/O埠、幾TB快取記憶體或幾百個控制器核心這樣高的規格,反過來說,容量需求達到數PB等級的用戶,一般也很少會採用高成本的高階儲存產品,來存放與處理這樣大量的資料。不過規格數字的競逐,原本就是高階儲存市場競爭的一部份,EMC、華為、富士通等廠商提供的高硬體規格,也是對於自身技術能力的一個宣示。

經過2014~2015年這一輪產品更新後,主要高階儲存產品的硬體規格形成了三個梯次,第一梯次包括EMC、富士通與華為,可提供16個以上的控制器、6~16TB快取記憶體、4,000臺以上硬碟與250個以上的前端I/O埠;第二梯次則是HDS與HP,可提供8~16組控制器、2~3TB快取記憶體與2,000臺上下的系統硬碟規模與192個前端I/O埠;第三梯次則是IBM,只提供最大2組控制器、1TB記憶體、128個前端主機埠與1,500臺硬碟的擴充能力。

不過要特別注意的是,IBM的高階儲存產品乍看下雖然規格明顯較低,但其DS8870採用的是大型主機等級的Power處理器伺服器作為控制器,與其他廠商基於Intel Xeon處理器的硬體架構完全不同,只需要2個基於Power 7+處理器的控制器,就能提供不遜於其他高階儲存產品的效能。至於前端I/O埠雖然只支援最多128個,但能支援IBM大型主機使用的FICON(Fibre Connection)埠,目前除了IBM與HDS以外,其他廠商都不提供FICON埠的支援。

效能指標迭創紀錄

為了對抗全快閃儲存陣列在高效能應用領域的競爭,新一代高階儲存設備都標榜能透過全快閃組態,提供數百萬IOPS等級的效能。

我們這裡收集了各高階儲存設備的官方IOPS效能數值,以及主要全快閃儲存陣列產品的官方IOPS數值,以及部分產品參與SPC-1測試的結果。

對比後可清楚看出,當前新一代高階儲存產品的I/O效能,基本都是從200、300萬IOPS起跳,比上一代產品提高了2、3倍以上,無論是從官方宣稱的IOPS效能數字,還是SPC-1這種第三方測試結果來看,都已足以和全快閃儲存陣列相比擬,甚至尤有過之,有力回擊了全快閃儲存陣列在I/O效能領域的挑戰。

I/O介面大翻新

這一波高階儲存產品更新潮,有一個重要共通特色—I/O介面的更新,這涵蓋了前端介面、後端介面與控制器內部互連介面三個面向。

全面支援最新規格前端介面

支援包括FC、iSCSI、FCoE甚至大型主機用的FICON等多種主機端介面,是高階儲存陣列的必備功能。其中最重要的FC介面這兩年出現了從8Gb轉向16Gb的更新潮,上一代高階儲存產品的FC介面大多還是8Gb規格(如EMC VMAX、HDS VSP、富士通DX8700 S2),只有少數產品在小幅更新時引進16Gb FC(如HP 3PAR StoreServ 10000)。而在這一波更新中,改款後的高階儲存產品已經全面支援16Gb FC。

磁碟介面全面SAS化

一些歷史悠久的高階儲存產品,如EMC Symmetrix、HP 3PAR與IBM DS8000系列等,都長期使用FC-AL作為後端磁碟櫃連接介面。相對的,晚近研發的產品如富士通DX 8700與華為OceanStor等,由於沒有歷史包袱,一開始就採用了連接拓樸更有效率、頻寬更高、也更新穎的SAS介面。

在這波高階儲存更新中,EMC Symmetrix與HP 3PAR終於擺脫了FC-AL,將後端磁碟介面升級為SAS,只剩IBM DS8870仍沿用FC-AL。

在使用SAS作為後端介面的產品中,問世稍微早一些的EMC VMAX 3與HDS VSP G1000採用的是較舊的6Gb SAS,今年才新發表的HP 3PAR、華為與富士通產品則都採用最新的12Gb SAS。

控制器互連介面從專屬走向通用規格

在這一波更新中,當EMC放棄RapidIO介面,改用InfiniBand作為控制器互連(interconnect)介面後,便只剩HP 3PAR的控制器互連仍採用專屬介面,其餘產品的控制器互連網路,都已經改用PCIe或InfiniBand等通用規格介面,不僅可提供比先前各廠商專屬介面更高的頻寬,也有助於降低成本。

目前採用PCIe作為控制器互連的高階儲存產品有IBM、HDS、富士通與華為,採用InfiniBand的大廠只有EMC,但另外還有XIV、Infinidat等新創廠商採用。兩種介面相較下,InfiniBand頻寬稍大一些,但PCIe則有延遲較低的優勢,而且省略了HCA卡(只需簡單的轉接卡),成本也低於InfiniBand。

6大高階儲存產品規格對比

 

更深入的「快閃化」應用

在Flash快閃記憶體應用日漸普及的風潮下,包括高階儲存陣列在內的各階層儲存產品,都必須回應結合快閃記憶體的應用需求,才能跟上當前技術潮流的變化。

但是由於快閃記憶體的特性與傳統機械式硬碟大不相同,儲存設備若沒有針對快閃記憶體調整存取機制,將會制約快閃記憶體的效能。因此當前的快閃儲存支援,已經不是只要能提供安裝SSD的選項就好,而是在於能否針對快閃記憶體特性,提供存取最佳化。

對於高階儲存陣列來說,由於大多是誕生於快閃記憶體尚不普及的時代,產品歷史相對悠久,基本架構是針對機械式硬碟應用而設計,後來才增加使用快閃記憶體的功能。相較下,新興的全快閃陣列或混合式陣列,一開始就是針對使用快閃記憶體而從頭全新開發,有著更能適應快閃記憶體特性的先天優勢。

因此高階儲存產品能否透過「快閃化」,來面對新興全快閃陣列或混合式陣列的競爭,關鍵就在於能否提供更深入的快閃記憶體支援。

儲存設備的快閃應用可分為4個層次:

1.部分使用快閃記憶體

混合使用快閃記憶體與傳統硬碟,快閃記憶體可作為輔助DRAM的第二層快取記憶體,或是作為一個儲存層,搭配自動分層儲存機制(Auto Tiering)與傳統硬碟混合運用。

目前幾乎所有高階儲存產品,都能支援快取與自動分層等兩種快閃應用。

2.完全使用快閃記憶體

提供完全使用SSD或快閃記憶體模組的組態選項,也就是把儲存設備轉型為一臺全快閃陣列。

目前幾乎所有高階儲存產品,都已經能支援全快閃的組態,HP新推出的3PAR StoreServ 20000系列,甚至還有專門的全快閃型號。

3.提供針對快閃記憶體特性的存取機制

單單只是以SSD替換掉傳統硬碟,未必就能在任何情境下改善儲存陣列的I/O效能,如果不能妥善處理快閃記憶體的寫入放大(write amplification),也就是因抹除舊資料、執行垃圾回收(garbage collection)與損耗均衡等作業,導致SSD產生額外寫入動作的現象,以及寫入壽命等問題,反而還會帶來許多副作用。

因此進階的快閃記憶體應用,便是為儲存陣列的系統韌體整合適應快閃記憶體特性的存取機制,最基本需提供針對快閃記憶體的最佳化寫入功能,更進一步還需提供即時壓縮與重複資料刪除功能,藉此減少寫入資料量、提高快閃記憶體壽命,而且由於需寫入的資料量減少,也有提高寫入效能的效果。

對於專門的全快閃儲存陣列來說,這幾個功能都是必要的,不過當前的高階儲存產品中,只有華為同時提供了即時壓縮與即時重複資料刪除功能,HP 3PAR提供了即時重複資料刪除,其餘產品暫時還付之闕如。

4.針對快閃記憶體調整資料服務功能

當儲存陣列的儲存媒體從硬碟換成SSD後,不僅會影響到存取機制,連帶也會影響到部分資料服務功能的應用型態,因此最後一個快閃應用層次,便是針對SSD特性,調整資料服務功能型式。

這方面,HP為3PAR StoreServ 20000新提供的非同步遠端複製模式是一個典型。遠端複製有同步與非同步兩種類型,對於快閃化的儲存陣列來說,不太適合使用會造成存取延遲增加的同步模式,但對於關鍵應用來說,一般的非同步遠端複製又有著RPO太長的問題。而HP 3PAR新的非同步模式,則能將複製周期從分鐘等級降為秒等級,可兼顧使用SSD時的低存取延遲需求,以及資料回復的RPO需求。

 

高階儲存陣列產品的IOPS效能

(1) 注意各廠商官方宣稱IOPS數值所基於的條件(負載與讀寫比例等)互有不同。
(2) SPC-1測試需同時考慮效能與成本,各廠商參與SPC-1測試的組態並非是最大IOPS效能組態。
(3) 以每組HPFE全快閃機箱25萬IOPS效能、一套DS8870最多8組HPFE機箱為基準計算。
資料來源:iThome整理,2015年8月

 

全快閃儲存陣列產品的IOPS效能

(1) 注意各廠商官方宣稱IOPS數值所基於的條件(負載與讀寫比例等)互有不同。
(2) SPC-1測試需同時考慮效能與成本,各廠商參與SPC-1測試的組態並非是最大IOPS效能組態。
資料來源:iThome整理,2015年8月

 

進入快閃世代的高階儲存

這一波高階儲存產品在各方面的規格更新,幾乎都可以解讀為是強化快閃儲存應用的註腳,升級控制器的規格與效能,是為了配合快閃儲存的I/O速度;升級前後端介面,是為了解放快閃記憶體的I/O瓶頸;更高的IOPS效能,則是應用全快閃架構的成果。

藉由對快閃儲存的深入支援,各大高階儲存供應商試圖證明,無須透過從頭研發的全新產品,經由既有產品線的改款,也能適應快閃儲存應用的需求。

從目前高階儲存的「快閃化」支援情況來看,除了即時壓縮與即時重複資料刪除尚未全面普及外,已經快要到了專門的全快閃儲存陣列擁有甚麼特性,高階儲存陣列也能提供這些特性的層次。

一旦在高階儲存產品「快閃化」應用的深入程度,也能達到專業全快閃儲存陣列產品的水準,不僅不致在快閃儲存風潮中落後,還可望結合本身的可用性與完整資料服務功能優勢,在接下來的儲存架構競爭中,繼續占有一席之地。

 

高階儲存陣列產品的I/O介面規格

 

高階儲存產品的快閃儲存支援

 

高階儲存產品對OpenStack的支援

OpenStack是當前最活躍的雲端基礎設施開源解決方案,除了在公有雲得到廣泛應用外,許多企業也引進OpenStack來打造私有雲環境,在OpenStack應用日趨熱絡的風潮下,幾乎所有儲存大廠都支援了OpenStack。

OpenStack的儲存服務是由Cinder與Swift兩項元件來提供,前者提供區塊儲存(block),後者提供物件儲存(Object),高階儲存產品基本上都是以區塊儲存為主,所以涉及的是Cinder。

Cinder能使用Ceph這種純軟體Server SAN、FC或iSCSI類型的儲存陣列,甚至NFS檔案儲存設備(NFS)等多種型式的儲存設備,來為Nova運算節點的VM提供區塊儲存服務。在Cinder架構下,儲存管理路徑與資料傳輸路徑是相互分離的,透過各儲存廠商提供的Cinder Driver,以SSH加密的管理路徑來控制儲存設備的資源分配;而Nova節點中的VM,則是直接透過FC或iSCSI通道直接存取儲存設備的磁碟區。

雖然所有儲存大廠都為主力產品提供了對應OpenStack的Cinder Driver,不過各廠商的支援情況有所不同,我們將OpenStack官方網站中關於高階儲存產品的Cinder支援情況整理於上表。從表中可看出,EMC與HP 3PAR對OpenStack支援的版本比較舊,富士通與HDS相對較新,華為則率先全面支援最新Kilo版。

 

高階儲存產品支援的OpenStack版本與功能


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