可靠的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

1、“簡便、高效、可靠”的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)NetApp公司美國網(wǎng)域存儲(chǔ)技術(shù)有限公司的英文全稱是Network Appliance，簡稱為NetApp。公司成立于1992年，是一家總部位于美國加州硅谷地區(qū)的高科技專業(yè)存儲(chǔ)公司。成立之初，其取名就前瞻性地預(yù)示了存儲(chǔ)的發(fā)展趨勢：以網(wǎng)絡(luò)化（Network）為核心，以專具化（Appliance）為理念。NetApp的宗旨就是提供革新的存儲(chǔ)解決方案以降低企業(yè)數(shù)據(jù)管理的成本和復(fù)雜性。為此，NetApp公司在成立之初一直到今天，積極地推動(dòng)著存儲(chǔ)技術(shù)的革新和發(fā)展，比如NDMP協(xié)議、CIFS協(xié)議目前已分別成為磁帶備份和NAS必須支持的技術(shù)。NetApp的許多存儲(chǔ)技術(shù)一直被許多

2、存儲(chǔ)廠商學(xué)習(xí)跟進(jìn)，不過很多技術(shù)目前還是保持著領(lǐng)先的優(yōu)勢，比如能夠防范任意兩塊磁盤任意時(shí)間點(diǎn)故障的RAID-DP技術(shù)，目前還是許多廠商未能掌握的技術(shù)。 NetApp公司的產(chǎn)品特點(diǎn)可以簡單的總結(jié)為“簡便、高效、可靠”。因此，公司的財(cái)務(wù)狀況一直健康地發(fā)展。從上市以后可以看到，每季度都以70%的速度來進(jìn)行增長，直至2000年互聯(lián)網(wǎng)泡沫破滅帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)下滑，才出現(xiàn)了唯一一次的下挫。但是正所謂“塞翁失馬，焉知非福”?；ヂ?lián)網(wǎng)泡沫的破滅和全球經(jīng)濟(jì)下滑，并且緊接著的“911”事件使得人們有了兩點(diǎn)重要的認(rèn)識(shí)：1、數(shù)據(jù)一定要有保護(hù)；2、一分錢要掰成兩半花。因此，采用NetApp存儲(chǔ)解決方案的價(jià)值優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)，從

3、而使得NetApp公司的業(yè)績迅速地重新回到了高速上升的通道。許多客戶充分認(rèn)識(shí)到了NetApp公司“簡便、高效、可靠”以及最優(yōu)整體擁有成本（TCO）的特點(diǎn)，在近四年里迅速成為NetApp的巨型客戶，比如Oracle公司，從原來只有少量的NetApp產(chǎn)品變成目前光Austin數(shù)據(jù)中心就擁有2.5PB（2500TB）的客戶；摩根斯坦利（Mogan Stanley）也由原來并非NetApp的客戶迅速成為NetApp的PB級俱樂部成員之一。正如我們所熟知的，直連存儲(chǔ)市場（DAS）已經(jīng)日漸衰落，而網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（FAS）市場在欣欣發(fā)展。根據(jù)IDC的細(xì)分，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)可以分為三大類：NAS、iSCSI SAN和FC

4、SAN。NetApp以其先進(jìn)的技術(shù)和方案一直穩(wěn)居NAS和iSCSI SAN的領(lǐng)導(dǎo)者的地位，而在FC SAN領(lǐng)域，自從2002年開始，也在不斷前進(jìn)，穩(wěn)步擴(kuò)大著相應(yīng)的市場份額。目前，NetApp擁有三條存儲(chǔ)產(chǎn)品線：一級在線存儲(chǔ)FAS、二級近線存儲(chǔ)NearStore和存儲(chǔ)虛擬化網(wǎng)關(guān)V-Serial。每一系列的產(chǎn)品都擁有多款型號。三個(gè)系列的多個(gè)型號采用同樣的操作系統(tǒng)，具有“功能統(tǒng)一、管理一致、靈活升級、簡便可靠”的特點(diǎn)?？梢哉f，由于NetApp公司“簡便、高效、可靠”以及最優(yōu)整體擁有成本（TCO）的特點(diǎn)，NetApp公司在各行各業(yè)擁有了許多忠實(shí)的客戶，包括電信、金融、能源、政府、高科技、制造業(yè)、生命科

5、學(xué)等。1簡便, 但決不意味著簡單用戶考察存儲(chǔ)，首先問的問題是：好不好用？如果不好用，很復(fù)雜，比如說連接很復(fù)雜，空間分配很復(fù)雜，空間配置改動(dòng)很復(fù)雜，備份恢復(fù)很復(fù)雜，容災(zāi)很復(fù)雜，整體方案很復(fù)雜，等等。那么于公而言，會(huì)增加相應(yīng)的成本；于私而言，會(huì)增加管理復(fù)雜度，給自己添亂。因此，簡便是首要的。簡便不是簡單，而是簡潔方便。帶來的明顯優(yōu)勢就是無論實(shí)施、應(yīng)用、管理、維護(hù)都非?？旖萦行?，同時(shí)很靈活。這樣也會(huì)大大提高系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的可用性。首先，我們考察一下NetApp存儲(chǔ)產(chǎn)品連接的簡便性。我們知道，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)目前根據(jù)連接的協(xié)議以及連接的計(jì)算機(jī)可以區(qū)分四種模型：1、通過企業(yè)專門的FC交換機(jī)（如Brocade

6、和McData的交換機(jī)等）把服務(wù)器和存儲(chǔ)連接的FC SAN，在服務(wù)器和存儲(chǔ)間是通過FCP的協(xié)議承載數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式由服務(wù)器端的文件系統(tǒng)決定；2、通過企業(yè)專門的IP交換機(jī)（如Cisco和華為的交換機(jī)等）形成以太私網(wǎng)把服務(wù)器和存儲(chǔ)連接的IP SAN，在服務(wù)器和存儲(chǔ)間是通過iSCSI的協(xié)議承載數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式由服務(wù)器端的文件系統(tǒng)決定；3、通過企業(yè)專門的IP交換機(jī)（如Cisco和華為的交換機(jī)等）形成以太私網(wǎng)把服務(wù)器和存儲(chǔ)連接的FS SAN，在服務(wù)器和存儲(chǔ)間是通過NFS和CIFS的協(xié)議承載文件訪問，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式由存儲(chǔ)端的文件系統(tǒng)決定；4、通過企業(yè)公用的IP交換機(jī)（如Cisco和華為的交換機(jī)

7、等）形成以太公網(wǎng)（即LAN）把眾多客戶端和存儲(chǔ)連接的NAS，在客戶端和存儲(chǔ)間是通過NFS和CIFS的協(xié)議承載文件訪問，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式由存儲(chǔ)端的文件系統(tǒng)決定。NetApp是目前業(yè)內(nèi)最先推出統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)架構(gòu)的廠商。任一型號的產(chǎn)品只需要購買相應(yīng)的許可證即可支持用戶所需的訪問模型，并且是同時(shí)支持。而且更為有意思的是，用戶無需針對不同的存儲(chǔ)模型進(jìn)行復(fù)雜的空間預(yù)分配，而是通過“精靈卷”FlexVol的存儲(chǔ)虛擬化軟件共享存儲(chǔ)的空間。從而大大提高了應(yīng)用的靈活性，降低管理復(fù)雜度。其次，我們考察一下NetApp的空間管理的簡便性，包括空間初始分配，用后容量調(diào)整（擴(kuò)大或縮?。┑?。NetApp在其支持網(wǎng)格存儲(chǔ)的Dat

8、a ONTAP 7G操作系統(tǒng)里采用先進(jìn)的精靈卷FlexVol的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)來進(jìn)行空間的管理。采用精靈卷FlexVol技術(shù)，首先會(huì)把所有的磁盤空間虛擬化成一個(gè)巨大的存儲(chǔ)空間池，而后用戶可以非常靈活地進(jìn)行精細(xì)數(shù)據(jù)空間管理，就像精靈一樣，空間大小可以從20MB一直到16TB大小。所分配的空間可以是有保障的、也可以是無需預(yù)分配的?？臻g大小以后可以象精靈一樣動(dòng)態(tài)擴(kuò)大和縮小。因此，用戶無需在最開始的時(shí)候，花費(fèi)大量時(shí)間來確定空間的大小。精靈卷FlexVol技術(shù)在空間管理上的另一好處是可以有效提高存儲(chǔ)空間的有效利用率。由于用戶實(shí)際使用的空間是動(dòng)態(tài)地從一個(gè)共享的存儲(chǔ)池獲取或釋放的，因此所有未使用的空間會(huì)集中在

9、一起，共享給所有的精靈卷動(dòng)態(tài)使用。這樣可以有效地提高存儲(chǔ)空間的利用率，而不會(huì)發(fā)生空閑空間固定在某一預(yù)分配的卷里無法被其他有需求的卷共享使用的情況。采用精靈卷FlexVol技術(shù)還可以最快化存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能，這點(diǎn)將在談及高效時(shí)進(jìn)行討論。簡便其實(shí)還體現(xiàn)在對存儲(chǔ)管理的許多方面，但最重要的是要體現(xiàn)出人性化出來。比如說用戶對個(gè)人文件的恢復(fù)，傳統(tǒng)方式需要引入系統(tǒng)管理員從磁帶或別的地方來進(jìn)行恢復(fù)，這樣制約了系統(tǒng)管理員的自由，也對用戶很不方便。但采用NetApp的存儲(chǔ)產(chǎn)品，其“零拷貝”模式的時(shí)間點(diǎn)拷貝可以為用戶自己訪問，從而大大方便了用戶本身，也把系統(tǒng)管理員釋放了出來。還有，一般的存儲(chǔ)產(chǎn)品對磁盤架的連接順序和磁盤

10、的槽位要求很嚴(yán)格，比如說需要搬家，就得預(yù)先做好周密的準(zhǔn)備工作，給每一塊盤貼上標(biāo)簽，為每一根連線寫上序號，然后把系統(tǒng)分部件拆卸下來，搬運(yùn)，重新細(xì)致地按標(biāo)號裝配起來。這絕對是一件復(fù)雜的項(xiàng)目工程，需要詳細(xì)的計(jì)劃、周密的執(zhí)行。但是，采用NetApp的存儲(chǔ)設(shè)備，搬家的工作就要人性化得多，用戶無需做任何的標(biāo)記工作，只需要下電、拔盤、斷線、搬運(yùn)、插盤、連線、上電，兩分鐘后，數(shù)據(jù)即可上線可用。盤插錯(cuò)了位置完全無所謂，系統(tǒng)可以自動(dòng)智能識(shí)別。2高效, 業(yè)務(wù)拓展的基石用戶選擇存儲(chǔ)時(shí)問的第二個(gè)問題就是：性能怎么樣啊？快不快？“快”在這里是一個(gè)很模糊的概念。我們需要對此進(jìn)行定性和定量的分析。保時(shí)捷通常就兩人，跑得很快，

11、加速也很快；集裝箱貨車運(yùn)東西很多，跑得比保時(shí)捷慢，但也很快；拖拉機(jī)運(yùn)的東西也不少，但跑的很慢。這說明什么？說明性能其實(shí)包含了多個(gè)指標(biāo)，并且是多個(gè)指標(biāo)間的一個(gè)動(dòng)態(tài)關(guān)系的反映。考察存儲(chǔ)性能的指標(biāo)最主要的是兩個(gè)：響應(yīng)時(shí)間（或稱延遲時(shí)間）和負(fù)載。通常一般兩者的關(guān)系是響應(yīng)時(shí)間隨著負(fù)載的增加而增加。許多存儲(chǔ)產(chǎn)品在負(fù)載增加時(shí)甚至延遲時(shí)間是非線性的增加。一款好的存儲(chǔ)，應(yīng)該是無論低負(fù)載還是高負(fù)載，首先其響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該保持最低，其次相應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間/負(fù)載的曲線應(yīng)該線性變化并且傾度盡量的小。在大部分的應(yīng)用里，相對于響應(yīng)時(shí)間而言，負(fù)載大小其實(shí)是一個(gè)相對次要的指標(biāo)。因?yàn)檫@是和用戶的應(yīng)用情況緊密聯(lián)系的。比如說你買一輛車，非得

12、買最高時(shí)速達(dá)到500公里的，或者能夠承重1000噸的。有必要嗎？你在中國無論城市還是郊區(qū)，你也開不了那么快，或者裝那么重的東西。把這些作為選擇的指標(biāo)，只會(huì)忽略掉了其他如省油、自動(dòng)檔、人性化設(shè)計(jì)、自動(dòng)門窗等內(nèi)容，成了“丟了西瓜撿芝麻”。現(xiàn)代的存儲(chǔ)產(chǎn)品隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，無論在CPU、內(nèi)存、鏈路帶寬等方面，都有了長足的發(fā)展?？梢哉f，制約性能的瓶頸已經(jīng)不重點(diǎn)在這些方面了。真正影響性能（尤其是響應(yīng)時(shí)間）的主要在磁盤的機(jī)械尋道方面。相比較CPU主頻、內(nèi)存容量、鏈路帶寬等的發(fā)展，磁盤機(jī)械尋道的時(shí)間縮短的并不顯著。所以，只有解決如何把數(shù)據(jù)從磁盤上找到并及時(shí)地輸出，才能從根本上提高存儲(chǔ)的性能。NetApp在

13、“高效”這方面有許多獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢，如WAFL的批次動(dòng)態(tài)條帶讀寫算法，NVRAM的快速響應(yīng)技術(shù)，精靈卷FlexVol最快化并行吞吐技術(shù)等。下面我們談?wù)勅绾卫镁`卷FlexVol技術(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效的。單塊磁盤的吞吐總是有限的。如果卷的大小局限于有限的幾塊盤內(nèi)，那么卷能夠提供的負(fù)載和性能總是有限的。但如果采用精靈卷FlexVol，那么所有卷的數(shù)據(jù)就都會(huì)平均分布到所有構(gòu)成共享聚合存儲(chǔ)池的磁盤里。這樣就可以得到一個(gè)大并發(fā)量的吞吐，既可以提高系統(tǒng)的負(fù)載量；在同等的負(fù)載量下，其響應(yīng)時(shí)間又是最短的。當(dāng)然，要支持實(shí)際上數(shù)據(jù)訪問的高效性，除了有這種先進(jìn)的空間管理機(jī)制外，還需要有先進(jìn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計(jì)算算法才行。

14、而NetApp的WAFL和批次動(dòng)態(tài)條帶化讀寫算法就是“高效性”里另外重要的元素。有些存儲(chǔ)產(chǎn)品也提供類似的并行磁盤的機(jī)制，但是往往存在兩個(gè)問題：缺乏先進(jìn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，空間管理很復(fù)雜。3可靠, 成功的保障用戶選擇存儲(chǔ)第三個(gè)關(guān)心的問題就是：可不可靠？嚴(yán)格地說，百分百可靠的系統(tǒng)是不存在的。提高可靠性的唯一手段就是冗余，比如我們買汽車，為了防止輪胎爆裂，每輛車都會(huì)多配一個(gè)備胎。不過天下沒有免費(fèi)的午餐，冗余代表著我們需要花更多的錢來保證我們的可靠性。因此，我們需要考慮的是如何“花最少的錢，做最多的事，并且做得最快最好”！俗話說，“水桶能裝多少水，取決于最短的那塊桶板”！一個(gè)堅(jiān)固的存儲(chǔ)系統(tǒng)也一樣，我們需

15、要考慮如何才能武裝到牙齒。不能夠因?yàn)槟骋环矫娴膬?nèi)容而影響了我們的數(shù)據(jù)可靠性。堅(jiān)固的存儲(chǔ)系統(tǒng)需要考慮三塊桶板：硬件設(shè)備故障，本地邏輯錯(cuò)誤，遠(yuǎn)程物理災(zāi)難。這三塊桶板更形象的說是存儲(chǔ)系統(tǒng)堅(jiān)固性這幢大樓的三層。就像建筑大樓一樣，我們不可能忽略了底層的建設(shè)直接構(gòu)建最高的樓層，因?yàn)槟鞘呛Ｊ序讟?，住進(jìn)去是會(huì)死人的。硬件設(shè)備故障最重要的一項(xiàng)是磁盤的可靠性，因?yàn)槠髽I(yè)內(nèi)的存儲(chǔ)設(shè)備是24x7連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的。這是最容易出故障的地方。通常，對磁盤的故障采用的應(yīng)對措施就是構(gòu)建RAID。采用RAID既可以突破單塊磁盤的限制，擴(kuò)大存儲(chǔ)的空間，又可以利用冗余的校驗(yàn)信息和空閑盤重構(gòu)故障盤上的數(shù)據(jù)。但是目前市面上絕大部分的RAID實(shí)現(xiàn)

16、，即使RAID0+1也沒有辦法防范任意兩塊盤發(fā)生故障。而NetApp的RAID-DP卻可以在充分保證存儲(chǔ)空間有效利用率的前提下，方便靈活地實(shí)現(xiàn)防范任意兩塊盤在任意時(shí)間點(diǎn)內(nèi)發(fā)生故障。這比RAID5的可靠性高出10000倍以上，比RAID0+1則高出2000倍以上。本地邏輯錯(cuò)誤包括意外刪除、黑客攻擊、病毒感染、軟件崩潰、升級失敗等等。傳統(tǒng)的解決方法是采用備份恢復(fù)的方法來應(yīng)對，比如磁帶備份。但是采用磁帶的備份方式對于現(xiàn)代的企業(yè)而言已經(jīng)落后，其RTO和RPO遠(yuǎn)不能夠滿足現(xiàn)代企業(yè)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)可用性的要求。流行的方法是采用在線的時(shí)間點(diǎn)拷貝技術(shù)來保證在發(fā)生災(zāi)難的時(shí)候最快地恢復(fù)數(shù)據(jù)，并且達(dá)到損失的數(shù)據(jù)最少。業(yè)內(nèi)

17、目前實(shí)現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)拷貝的技術(shù)分三種：全拷貝、半拷貝和零拷貝。全拷貝是無論數(shù)據(jù)改動(dòng)以否，數(shù)據(jù)塊都進(jìn)行拷貝。這雖然可能沒有性能的影響，但需要耗費(fèi)大量的空間。半拷貝是僅拷貝改動(dòng)的數(shù)據(jù)塊。雖然空間耗費(fèi)較少，但空間分配是靜態(tài)的，很不靈活。并且最主要的是性能有嚴(yán)重的影響。零拷貝是不管數(shù)據(jù)是否改動(dòng)，都不做任何拷貝的動(dòng)作。其空間分配是動(dòng)態(tài)地根據(jù)數(shù)據(jù)改動(dòng)量而改變。最重要的是存儲(chǔ)性能沒有任何影響。第三方的研究機(jī)構(gòu)Veritest研究表明，半拷貝模型性能下降達(dá)60%之多。NetApp是目前業(yè)內(nèi)唯一采用零拷貝技術(shù)的廠商。利用其快照（SnapShot）和快照恢復(fù)（SnapRestore）技術(shù)，可以迅速的對全盤數(shù)據(jù)進(jìn)行備份或

18、恢復(fù)。每個(gè)卷的拷貝數(shù)可以高達(dá)255個(gè)，并且拷貝可以被用戶直接訪問。如果本地的在線拷貝數(shù)量過多，還可以采用SnapVault和OSSV把時(shí)間較遠(yuǎn)的拷貝傳遞到二級近線存儲(chǔ)NearStore上。從而降低成本，優(yōu)化我們的存儲(chǔ)投資。遠(yuǎn)程物理災(zāi)難包括火災(zāi)、戰(zhàn)爭、地震、大面積停電等引發(fā)的生產(chǎn)系統(tǒng)宕機(jī)。通常應(yīng)對遠(yuǎn)程物理災(zāi)難有兩種方法：非對稱容災(zāi)和對稱容災(zāi)。對稱容災(zāi)需要生產(chǎn)系統(tǒng)和備份系統(tǒng)的存儲(chǔ)是相同或類似的存儲(chǔ)，而非對稱容災(zāi)要靈活的多，生產(chǎn)系統(tǒng)和備份系統(tǒng)的存儲(chǔ)可以是相同的，可以是不同的，可以是高端之間，低端之間，高端和低端之間，F(xiàn)C存儲(chǔ)和ATA存儲(chǔ)之間等不同的模型?？梢哉f，非對稱容災(zāi)可以實(shí)現(xiàn)對稱容災(zāi)，反之則不行。NetApp用于遠(yuǎn)程物理容災(zāi)的方案有兩個(gè)：非對稱容災(zāi)的SnapMirror，和HA+Cluster的Me