軟件定義存儲及最佳實踐

許辰宏

摘要：該文主要討論了云計算時代，面對存儲需求的日益擴(kuò)張，如何使用新技術(shù)來滿足這種需求，以及從投資保護(hù)的角度，如何與已經(jīng)購買的存儲設(shè)備兼容。

關(guān)鍵詞：云計算；軟件；存儲

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）10-0245-03

1 概述

云計算、移動計算、社交媒體以及大數(shù)據(jù)的發(fā)展，使得數(shù)據(jù)爆炸式增長。一方面，企業(yè)要存儲這些數(shù)據(jù)，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行利用；另一方面，新建存儲系統(tǒng)周期長與新興業(yè)務(wù)快速上線間的矛盾；系統(tǒng)龐大，管理復(fù)雜，運維人員壓力巨大；存儲性能無法滿足越來越多的數(shù)據(jù)并行處理應(yīng)用需求；客戶需求分析、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析與決策推薦等需求，導(dǎo)致對大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)應(yīng)用的需求。本文主要探討怎樣利用新興的存儲技術(shù)來面對這些挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)中心虛擬化對存儲提出新的要求和挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)的激增對存儲的需求主要體現(xiàn)在：

1）可擴(kuò)展性：存儲集群可以根據(jù)用戶需求線性擴(kuò)展，并且數(shù)據(jù)會自動均衡，無需人工干預(yù)。

2）低成本：和傳統(tǒng)的 SAN 相比，在性價比上具有明顯的優(yōu)勢。

3）高性能：存儲集群架構(gòu)具有靈活的擴(kuò)展能力，集群性能隨著規(guī)模的增長線性增長。

4）高可靠性：集群中的每個數(shù)據(jù)至少保存兩份副本，且集群會自動將數(shù)據(jù)分布在不同的存儲單元上，硬件損壞的情況下依然可以獲取一份完整的數(shù)據(jù)，并且丟失的副本會自動重構(gòu)。

5）高可用性：存儲集群提供多副本機(jī)制，當(dāng)某個故障單元發(fā)生故障后，整個集群依然可以對外提供服務(wù)。

6）易用性：提供方便易用的管理界面，實現(xiàn)存儲集群的靈活部署和監(jiān)控運維。 集群系統(tǒng)可以靈活的增加和刪除節(jié)點，可以自動實現(xiàn)集群的故障恢復(fù)、數(shù)據(jù)均衡等功能，不需要人工干預(yù)。

7）業(yè)務(wù)靈活性：既可以以傳統(tǒng)的存儲集群形式為計算節(jié)點服務(wù)提供塊存儲或者對象存儲，又可以和計算節(jié)點緊密結(jié)合，提供計算存儲的融合方案。虛擬環(huán)境的數(shù)據(jù)中心，要求存儲能夠提供新的特征：

a.提供虛擬機(jī)精確控制

b.在應(yīng)用高度整合的情況下滿足性能要求

c.提供與vSphere相同級別的應(yīng)用和數(shù)據(jù)移動性

d.支持快速調(diào)配零停機(jī)操作

e.按需動態(tài)擴(kuò)展

f.支持VDI和大數(shù)據(jù)等新應(yīng)用

g.性能可以滿足對關(guān)鍵應(yīng)用的需求

這些新特性是傳統(tǒng)的存儲所不能滿足的，因此軟件定義的存儲應(yīng)運而生。它解決了虛擬化數(shù)據(jù)中心面臨的問題和挑戰(zhàn)：簡化存儲的管理、降低總擁有成本、實現(xiàn)端到端的SLA交付。

2 什么是軟件定義的存儲

和使用專用的存儲硬件不同，軟件定義的存儲（SDS）是一種以軟件方式提供存儲功能的存儲形式，這種動態(tài)的存儲架構(gòu)可以幫助用戶大大降低數(shù)據(jù)中心的費用支出和復(fù)雜程度。某些中等規(guī)模或是遠(yuǎn)程站點的業(yè)務(wù)需求頻繁變化而且對容量要求較高（比如VDI），針對這種應(yīng)用場景許多虛擬化環(huán)境用戶開始轉(zhuǎn)向具有更佳彈性的SDS。

綜合來看，軟件定義存儲具備以下特征：

? 以應(yīng)用為中心的策略，可實現(xiàn)存儲使用自動化

? 與硬件無關(guān)的虛擬化數(shù)據(jù)服務(wù)

? 通過硬盤和固態(tài)磁盤虛擬化確保數(shù)據(jù)持久性

3 軟件定義的存儲解決方案

軟件定義的數(shù)據(jù)中心改變了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的運行和管理模式。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)轉(zhuǎn)由運行在基于x86服務(wù)器的虛擬化軟件所管理，這種轉(zhuǎn)變提供了極大的靈活性和控制，同時提高了效率，也大大降低了成本。

軟件定義數(shù)據(jù)中心最關(guān)鍵的組成部分是計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲，而超融合基礎(chǔ)架構(gòu)是適用于SDDC 的理想體系結(jié)構(gòu)，因為這種架構(gòu)模式在簡易性、成本、可擴(kuò)展性和性能等方面相對于傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)有著明顯的優(yōu)勢。為了實現(xiàn)超融合基礎(chǔ)架構(gòu)，軟件定義的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。

軟件定義存儲是軟件定義的數(shù)據(jù)中心的重要支柱之一，可對異構(gòu)存儲資源進(jìn)行抽象化處理，以支持存儲在邏輯上的池化、復(fù)制和按需分發(fā)。并以應(yīng)用為中心進(jìn)行消費和管理，并實現(xiàn)基于策略的自動化。

軟件定義的存儲的一個關(guān)鍵因素是融合，比如遷移數(shù)據(jù)，需要各種層級，高中低端存儲的融合，業(yè)務(wù)加速，需要閃存和固態(tài)盤的融合，數(shù)據(jù)備份，需要主存儲和備份設(shè)備的融合，資源整合，需要以前采購的不同廠商設(shè)備的融合。

軟件定義的存儲的另外一個關(guān)鍵因素是管理，用戶需要統(tǒng)一的自動化的管理界面以實現(xiàn)：自助式的用戶服務(wù)接口，策略驅(qū)動的存儲界面，以提供SLA的保障，各種存儲資源一體化的管理，并且能夠管理和兼容任意硬件：嚴(yán)格來講要包含通用的硬件與專用的硬件存儲設(shè)備。

軟件定義的存儲通過純軟件實現(xiàn)了存儲相關(guān)的兩個層面的功能：

1）硬件資源的管理：通過開放的軟件而不是封閉的機(jī)頭IOS來管理存儲硬件資源；

2）服務(wù)內(nèi)容的連續(xù)性：提供基不依賴于硬件的數(shù)據(jù)服務(wù)。包括快照、克隆、復(fù)制、備份。

Virtual SAN是專為虛擬機(jī)設(shè)計的極其簡單的存儲，它具有速度快、恢復(fù)能力強(qiáng)、具有動態(tài)性等優(yōu)點，并且在性能大致相當(dāng)?shù)那闆r下，總體擁有成本降低達(dá)50%。它是VMware 針對超融合基礎(chǔ)架構(gòu)推出的一款軟件定義的存儲解決方案，同時也是一個軟件驅(qū)動的體系結(jié)構(gòu)，可通過虛擬化的x86服務(wù)器交付緊密集成的計算、網(wǎng)絡(luò)連接和共享存儲。Virtual SAN 會池化與服務(wù)器連接的閃存設(shè)備和/或硬盤 （HDD），以便為 vSphere 虛擬機(jī)創(chuàng)建一個富有彈性的高性能共享數(shù)據(jù)存儲。

Virtual SAN可為虛擬化生產(chǎn)環(huán)境提供企業(yè)級存儲服務(wù)，以及可預(yù)測的擴(kuò)展能力和全閃存性能，所有這些均以遠(yuǎn)低于專門構(gòu)建的傳統(tǒng)存儲陣列的價格提供。像vSphere一樣，Virtual SAN可為用戶提供所需的靈活性和控制力，以供他們從大量硬件選項中進(jìn)行選擇，并針對各種IT工作負(fù)載和用例部署并管理這些選項。Virtual SAN可配置為全閃存存儲，也可配置為混合存儲。它可利用全閃存存儲體系結(jié)構(gòu)提供最多700萬的 IOPS；或通過混合存儲體系結(jié)構(gòu)提供250萬的IOPS。

VSAN自面市以來取得了前所未有的發(fā)展勢頭，最初的十五個月就發(fā)展到了兩千多個客戶，如下所示。

1 ）體系結(jié)構(gòu)和性能

Virtual SAN 以獨特的方式內(nèi)嵌在虛擬化管理程序的內(nèi)核中，其位置剛好在 I/O 數(shù)據(jù)路徑上。因此，相比在虛擬化管理程序上分開運行的其他存儲虛擬設(shè)備，Virtual SAN 能夠提供最高級別的性能，而不會帶來額外的 CPU 開銷，也不會消耗大量內(nèi)存資源。Virtual SAN可利用全閃存存儲體系結(jié)構(gòu)提供最多700萬的 IOPS；或通過混合存儲體系結(jié)構(gòu)提供250萬的IOPS。

2 ）可擴(kuò)展性

Virtual SAN 采用支持彈性、無中斷擴(kuò)展的分布式體系結(jié)構(gòu)，可將每個集群的主機(jī)從 2 臺增加到 64 臺。通過向集群添加新主機(jī)（橫向擴(kuò)展），可以同時擴(kuò)展容量并提高性能；通過僅向現(xiàn)有的主機(jī)添加新驅(qū)動器（縱向擴(kuò)展），則可以分別擴(kuò)展容量和提高性能?！半S增長而擴(kuò)展”的模型可提供線性和精細(xì)的擴(kuò)展，并且一直以來都能保持合理投資。

3） 管理和集成

Virtual SAN 無需安裝其他軟件，只需單擊幾下即可啟用。它由 vSphere Web Client 管理，并與VMware產(chǎn)品體系集成，包括 vMotion、HA、Distributed Resource Scheduler （DRS） 和 Fault Tolerance （FT） 等功能特性以及其他 VMware 產(chǎn)品（如 VMware Site Recovery Manager、VMware vRealize Automation和 vRealize Operations）。

4） 自動化

虛擬機(jī)存儲的調(diào)配和存儲服務(wù)級別（如容量、性能、可用性）均可通過以虛擬機(jī)為中心的策略實現(xiàn)自動化和控制，支持實時設(shè)置或修改這些策略。Virtual SAN 可以動態(tài)地自行調(diào)整，以適應(yīng)持續(xù)變化的工作負(fù)載情況并實現(xiàn)存儲資源負(fù)載平衡，從而確保每個虛擬機(jī)都遵守為其定義的存儲策略。這種策略驅(qū)動的方法可實現(xiàn)手動存儲任務(wù)的自動化，并簡化虛擬機(jī)存儲管理。

3.5 可用性

a.Virtual SAN 提供“6 個9”企業(yè)級可用性

b.利用FTT=2 Virtual SAN 提供“6 個9”保護(hù)à每年停機(jī)時間不超過32 秒

c.典型硬件組件可提供約“2 個9”可用性級別（每年停機(jī)時間為3.65 天）

d.Virtual SAN 通過跨集群鏡像使可用性呈指數(shù)級增長

e.利用默認(rèn)的可用性策略，Virtual SAN 可提供“5 個9”保護(hù)à每年停機(jī)時間不超過5 分鐘

f.按虛擬機(jī)分配可用性級別，并動態(tài)調(diào)整

4 部署最佳實踐

在部署Virtual SAN時有如下幾個宗旨：

1）不要只用Virtual SAN群集中的少數(shù)主機(jī)存放全部存儲對象

2）不要只用Virtual SAN群集中的少數(shù)主機(jī)運行全部的虛擬機(jī)

3）虛擬機(jī)默認(rèn)都是精簡配置

根據(jù)這件宗旨，做出如下推薦：

1）存儲設(shè)備（SSD，HDD）需要平均分配到集群中的所有主機(jī)。否則，Virtual SAN集群內(nèi)可支持的最大虛擬機(jī)數(shù)會受到影響。

2）開啟的虛擬機(jī)（在Virtual SAN數(shù)據(jù)存儲中）需要平均分布到集群中的所有主機(jī)。在穩(wěn)定模式下（即無主機(jī)故障時）大約200個虛擬機(jī)/主機(jī)/Virtual SAN數(shù)據(jù)存儲。否則，將無法達(dá)到最佳性能。VMware推薦的最佳實踐是群集內(nèi)每個主機(jī)采用相似的存儲配置來達(dá)到平均的群集分布。

3）SSD是提升性能的重要因素。如果虛擬機(jī)負(fù)載要求高性能，可以考慮部署多個高SSD：HDD比例的磁盤組，也可以考慮更高性能的SSD硬件。

4）需要注意的是隨著虛擬機(jī)尺寸的增加，需要在Virtual SAN群集添加存儲，尤其在過量分配開啟并達(dá)到容量上限的時候。

5 成功案例

面臨的問題和挑戰(zhàn)：

1）系統(tǒng)利用率低：80%的時間服務(wù)器資源在閑置狀態(tài)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)高峰時段每天僅4個多小時

2）IT成本效益低

3）核心電商要求有高性能的數(shù)據(jù)的存儲和訪問

4）對數(shù)據(jù)存儲空間擴(kuò)展要求高

5）核心電商系統(tǒng)的可靠性要求高

解決方案：

1）My SQL 5.6數(shù)據(jù)庫運行核心電商系統(tǒng)，部署在VSAN上

2）VSAN 集群同時支撐測試開發(fā)、O2OWeb平臺

3）VSAN 集群為前期電商系統(tǒng)提供災(zāi)備服務(wù)

成果：

1）大幅降低TCO：提高了每個物理服務(wù)器及其CPU的資源利用率，避免了購買昂貴的共享存儲。使硬件投資減少到40%～60%，操作管理投資減少65%～90%。

2）數(shù)據(jù)庫運行的IO性能明顯提高：管理員明顯感覺IO的瓶頸不再造成應(yīng)用性能的下降。

3）VSAN運行非常穩(wěn)定：未發(fā)生宕機(jī)，數(shù)據(jù)丟失等情況。

4）業(yè)務(wù)應(yīng)用的靈活度大大增加并提高日常運營效率：VSAN基于策略的存儲管理，自調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)存儲資源池，讓運維人員可以高效地提供服務(wù)。

6 總結(jié)

VSAN能夠提供極為簡單的企業(yè)級存儲，作為一種全新的存儲模式，從根本上簡化存儲的部署方案，具有技術(shù)成熟，操作簡單，性能高，擴(kuò)展能力強(qiáng)的優(yōu)勢，必定成為未來幾年存儲發(fā)展的主流。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張輝. 軟件定義存儲的應(yīng)用分析[J]. 廣播電視信息， 2015（11）.

[2] 郭佳琳. 云計算時代的軟件定義存儲[J]. 黑龍江科技信息， 2016（30）.