1 下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1云存儲(chǔ)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

信息處理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)的誕生與成長(zhǎng)對(duì)各行各業(yè)產(chǎn)生著潛移默化的影響?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)采集手段紛繁復(fù)雜，形態(tài)五花八門，半結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)體量日趨增大，傳統(tǒng)的儲(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出自身的固有局限。

在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中，以O(shè)LTP和OLAP為代表的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用占據(jù)了昂貴但又低效率的在線存儲(chǔ)設(shè)施，交易記錄、分析性數(shù)據(jù)則消耗了大量的后端存儲(chǔ)空間。異構(gòu)的存儲(chǔ)設(shè)備難以應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)浪潮帶來需求浪潮，無法及時(shí)利用數(shù)據(jù)支撐業(yè)務(wù)決策，并在“大、智、云、移”的時(shí)代提供多樣化服務(wù)。

[[208245]]

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)融合分布式存儲(chǔ)技術(shù)，利用標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)施構(gòu)造存儲(chǔ)池，虛擬化已有存儲(chǔ)設(shè)施空間，互聯(lián)互通，打破數(shù)據(jù)調(diào)度壁壘;在統(tǒng)一的系統(tǒng)下提供了對(duì)象、塊、和文件存儲(chǔ)服務(wù);并且具有可靠性高、管理簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展性，能夠提供PB到乃至EB級(jí)的存儲(chǔ)能力。

1.2云存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)從行業(yè)切實(shí)需求出發(fā)，面向數(shù)據(jù)中心私有云場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大容量的存儲(chǔ)資源池，整合替代現(xiàn)有存儲(chǔ)設(shè)施，支撐各類OLTP或OLAP業(yè)務(wù)應(yīng)用。為了能夠?qū)Ω黝悰Q策支撐系統(tǒng)、研發(fā)測(cè)試系統(tǒng)提供有效支撐;突破隨機(jī)訪問海量數(shù)據(jù)的性能瓶頸;解決數(shù)據(jù)安全性、存儲(chǔ)平滑擴(kuò)容的問題，下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)在規(guī)劃建設(shè)過程中具有以下幾點(diǎn)目標(biāo)：

1.高性能

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)首先需要有能力提供足夠的性能，能夠覆蓋到用戶大部分業(yè)務(wù)需求，滿足高并發(fā)或大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析等需求。

2.高可用性

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)需要滿足更高要求的高可用性。存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)高可靠性是業(yè)務(wù)活動(dòng)連續(xù)開展的基礎(chǔ)支撐。在存儲(chǔ)發(fā)生故障時(shí)候，有相應(yīng)的高可用機(jī)制來支撐和保障數(shù)據(jù)的自動(dòng)恢復(fù)和動(dòng)態(tài)遷移。

3.資源動(dòng)態(tài)擴(kuò)展

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠支撐資源的動(dòng)態(tài)伸縮以及資源池的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，能夠按需分配，彈性擴(kuò)展。在系統(tǒng)擴(kuò)容的時(shí)候，能夠做到性能和容量的線性擴(kuò)展，避免資源的浪費(fèi)。

4.服務(wù)、接口的多樣性

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠提供多樣的存儲(chǔ)服務(wù)，包括塊設(shè)備服務(wù)來滿足數(shù)據(jù)庫(kù)類型的存儲(chǔ)要求;文件系統(tǒng)、對(duì)象等存儲(chǔ)服務(wù)來滿足半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求。因此，這就要求存儲(chǔ)能夠提供豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口，包括文件系統(tǒng)接口(NFS、CIFS)、塊接口(iSCIS、FC)或者對(duì)象接口(S3、SWIFT)以及對(duì)內(nèi)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的管理接口。

5.高可管理性

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)在日常部署、管理、監(jiān)控的環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和可視化，提高存儲(chǔ)資源服務(wù)的可管理性，包括資源分配、資源監(jiān)控、故障告警等多方面的內(nèi)容，提高運(yùn)維管理人員的管理效率;并且逐步支持智能化的采集和分析，高效地利用現(xiàn)有資源，包括對(duì)存儲(chǔ)IOPS、存儲(chǔ)吞吐量以及存儲(chǔ)容量的使用進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，方便管理人員對(duì)存儲(chǔ)現(xiàn)有情況進(jìn)行了解和及時(shí)對(duì)未來存儲(chǔ)的擴(kuò)容進(jìn)行規(guī)劃。

2 下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1云存儲(chǔ)系統(tǒng)總體方案架構(gòu)

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心是統(tǒng)一管理存儲(chǔ)資源，面向云平臺(tái)，提供多樣化的數(shù)據(jù)服務(wù)。下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)將應(yīng)用與底層存儲(chǔ)解耦，不依賴于傳統(tǒng)設(shè)備和應(yīng)用廠商的綁定。在未來數(shù)據(jù)中心全面轉(zhuǎn)型，整體上云的過程中，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)動(dòng)，順應(yīng)數(shù)據(jù)價(jià)值鏈向服務(wù)轉(zhuǎn)移。

圖 2-1 下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)主要由基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)和輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件構(gòu)成。

基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)的X86服務(wù)器之上，利用虛擬化技術(shù)，將集群中的存儲(chǔ)資源虛擬化為存儲(chǔ)池，并向上提供塊設(shè)備、文件和對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)。同時(shí)，軟件定義存儲(chǔ)具有高性能，能夠輕松應(yīng)對(duì)各類高負(fù)載管理的要求，其中包括業(yè)務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用與核心業(yè)務(wù)系統(tǒng);多副本及強(qiáng)一致性技術(shù)的應(yīng)用提供高可用特性;極強(qiáng)的橫向擴(kuò)展能力則為業(yè)務(wù)擴(kuò)張帶來的管理維護(hù)提供了極大的靈活性和便利。

輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件實(shí)現(xiàn)了分布式存儲(chǔ)和集中式存儲(chǔ)的統(tǒng)一自動(dòng)化管理，分布式軟件定義存儲(chǔ)通過面向存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件開放存儲(chǔ)系統(tǒng)的控制接口，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控與運(yùn)維。通過開放的接口，異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件可以實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的資源劃分與服務(wù)編排，并對(duì)集中式存儲(chǔ)設(shè)備劃分基于不同QoS策略的虛擬卷服務(wù)于云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)動(dòng)。

2.2系統(tǒng)組件及功能

2.2.1基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)

基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)技術(shù)集中提供包括對(duì)象、塊、和文件在內(nèi)的多種存儲(chǔ)服務(wù)，并且具有可靠性高、管理簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，并且具有靈活的擴(kuò)展性，能夠提供PB到乃至EB級(jí)的存儲(chǔ)能力。

基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)技術(shù)把所有服務(wù)器的硬盤虛擬化成為若干個(gè)資源池，提供虛擬卷的創(chuàng)建/刪除和快照等功能，提供北向虛擬卷形式的存儲(chǔ)服務(wù)。

軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)分為硬件設(shè)備層、引擎驅(qū)動(dòng)層、特性功能層、服務(wù)接口層以及監(jiān)控管理層五個(gè)層面，具體的功能架構(gòu)圖如下所示：

圖 2-2 軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)層級(jí)示意圖

1.硬件設(shè)備層

基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)通基于標(biāo)準(zhǔn)的X86服務(wù)器，配以不同的磁盤介質(zhì)，包括傳統(tǒng)的機(jī)械磁盤HDD、SATA-SSD以及PCIE-SSD等，來提供不同等級(jí)的IOPS和帶寬等服務(wù)性能，同時(shí)10GE網(wǎng)卡的廣泛應(yīng)用也讓系統(tǒng)在傳輸和重建過程中具有更快的速度。

2.驅(qū)動(dòng)引擎層

基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)采用分布式算法(例如CRUSH、DHT等)將數(shù)據(jù)趨近于隨機(jī)的分散于集群中的所有磁盤中，避免了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)熱點(diǎn)的產(chǎn)生。數(shù)據(jù)的存放通過多副本提供高可用性，每個(gè)副本分散于不同的服務(wù)器上，并且根據(jù)業(yè)務(wù)需求能夠遵循強(qiáng)一致性。單個(gè)硬盤或節(jié)點(diǎn)的故障不影響業(yè)務(wù)的連續(xù)性，一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重建。

3.特性功能層

基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精簡(jiǎn)配置，即支持提前劃分存儲(chǔ)卷的大小，但是加分配時(shí)按照數(shù)據(jù)寫入的規(guī)模自動(dòng)增長(zhǎng)，節(jié)省可用存儲(chǔ)空間。在卷級(jí)層面可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)QoS，調(diào)整附加在卷上的限制屬性，同時(shí)為了業(yè)務(wù)的需要，系統(tǒng)也支持在線擴(kuò)容和縮容，保證其他卷能夠獲取足夠的空間。除此之外，還有快照、容災(zāi)、備份等功能。

4.服務(wù)接口層

基于分布式的軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠提供多樣化的存儲(chǔ)服務(wù)，支持基于開放Linux平臺(tái)的SCSI設(shè)備輸出，支持iSCSI接口協(xié)議，支持FC接口協(xié)議和基于FC的硬件。

5.運(yùn)維管理層

基于分布式架構(gòu)的軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠通過向用戶提供可視化交互界面來完成系統(tǒng)的自動(dòng)化配置、在線升級(jí)、告警、監(jiān)控和日志等功能。包括系統(tǒng)日志和操作日志。系統(tǒng)日志記錄重要的系統(tǒng)事件，操作日志記錄操作員行為，便于排錯(cuò)、審計(jì)以及跟蹤。

2.2.2輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件

輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件基于Openstack Cinder組件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)后端存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一管理，來提供業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)服務(wù)。輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件將應(yīng)用與底層存儲(chǔ)解耦，解除設(shè)備廠商的綁定，打破異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備之間的壁壘，將存儲(chǔ)功能應(yīng)用化，支持文件、塊、對(duì)象等類型存儲(chǔ)資源分配服務(wù)。

在云計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景下，從租戶的角度看來，將不同架構(gòu)的存儲(chǔ)封裝起來，無論是傳統(tǒng)的集中式存儲(chǔ)還是分布式存儲(chǔ)都進(jìn)行統(tǒng)一管理并向上提供服務(wù)。

圖 2-3輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件架構(gòu)示意圖

輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件向下可以將各設(shè)備中可提供相同能力的存儲(chǔ)資源聚集起來，進(jìn)行統(tǒng)一管理。這一功能基于Openstack的Cinder組件，通過不同存儲(chǔ)廠商提供的面向OpenStack的Cinder的驅(qū)動(dòng)來獲取不同存儲(chǔ)設(shè)備的基本信息，包括磁盤類型、空間大小、服務(wù)能力等。在獲取不同的存儲(chǔ)設(shè)備信息之后，將性能、服務(wù)相近的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行編排、分組，以供后續(xù)使用。

輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部署自動(dòng)化、運(yùn)維監(jiān)控智能化。其中，業(yè)務(wù)部署自動(dòng)化是指支持運(yùn)維人員編輯保存服務(wù)模板，目的是為了簡(jiǎn)化創(chuàng)建調(diào)用存儲(chǔ)的流程。在申請(qǐng)存儲(chǔ)資源的過程中，僅需要輸入存儲(chǔ)容量和卷的數(shù)量即可完成資源的申請(qǐng)，統(tǒng)一管理組件會(huì)根據(jù)事先編排好的模板自動(dòng)調(diào)用不同模塊來完成具體工作。同時(shí)該組件也支持運(yùn)維監(jiān)控的智能化，即針對(duì)不同的存儲(chǔ)池，不同的虛擬卷，都能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控性能與故障，對(duì)存儲(chǔ)卷進(jìn)行有效性、空間、數(shù)據(jù)可用性等方面進(jìn)行的監(jiān)控管理;支持在存儲(chǔ)系統(tǒng)的各級(jí)軟硬件產(chǎn)生故障時(shí)，由控制臺(tái)向管理員告警提示;支持卷級(jí)的QoS編排，保證不同租戶之間的服務(wù)質(zhì)量。

輕量化異構(gòu)存儲(chǔ)統(tǒng)一管理組件北向通過REST接口與虛擬化平臺(tái)或者容器云平臺(tái)完成兼容，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源服務(wù)的統(tǒng)一發(fā)放。OpenStack的不同組件如Cinder、Nova等與異構(gòu)存儲(chǔ)管理組件，完成卷的劃分與掛載，實(shí)現(xiàn)云硬盤的分配或者虛擬機(jī)實(shí)例創(chuàng)建在云硬盤中;Kubernets中Persist Volume 存儲(chǔ)系統(tǒng)則通過Cinder提供的插件，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和服務(wù)的狀態(tài)保存。

3 下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)特性

3.1高性能

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)基于主流的開源分布式存儲(chǔ)技術(shù)以及開源云平臺(tái)中的存儲(chǔ)管理模塊，充分滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)自主可控的要求。下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠勝任高并發(fā)、高效率的需求，與主流NVMe閃存相結(jié)合，突破單點(diǎn)性能瓶頸，適應(yīng)多種場(chǎng)景需求。

3.1.1 I/O并行提升性能

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了類似于條帶化技術(shù)的并行I/O功能，滿足支持業(yè)務(wù)開展的高性能需求。獨(dú)立存儲(chǔ)設(shè)備的吞吐量限制，極大影響了存儲(chǔ)的性能和伸縮性，所以存儲(chǔ)系統(tǒng)一般都支持把連續(xù)的信息分片存儲(chǔ)于多個(gè)設(shè)備以增加吞吐量和性能。在下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)會(huì)均勻分布到存儲(chǔ)池中所有的硬盤上。當(dāng)某臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行讀寫時(shí)，集群中所有的節(jié)點(diǎn)都會(huì)對(duì)其提供服務(wù)，這樣能很好地保證IO并發(fā)。

3.1.2閃存的應(yīng)用與分級(jí)存儲(chǔ)

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)支持各類接口閃存介質(zhì)，通過閃存介質(zhì)的使用，來提供高性能的IO。當(dāng)前閃存存儲(chǔ)開始進(jìn)入開始逐漸進(jìn)入數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，如表3-1所示，閃存相比HHD具有如下差別：

表 3-1 閃存與HDD特性對(duì)比

固態(tài)閃存SSD作為新的存儲(chǔ)技術(shù)，相比HDD具有超快的數(shù)據(jù)訪問速度，隨機(jī)數(shù)據(jù)訪問速度比HDD快100多倍，響應(yīng)時(shí)間從毫秒級(jí)縮短到亞毫秒級(jí)(0.1ms)，將IOPS從HDD的200-300提升至數(shù)萬。SSD的高性能充分滿足了存儲(chǔ)系統(tǒng)I/O負(fù)荷瓶頸帶來的困擾。

SSD在下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用有兩種不同的方式，均能提升性能，一是作為讀寫緩存，二是作為數(shù)據(jù)盤直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

在第一種情況下，下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用緩存算法對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，使熱點(diǎn)數(shù)據(jù)盡可能駐留在高速閃存存儲(chǔ)上，以提升系統(tǒng)性能;而對(duì)于訪問不頻繁的數(shù)據(jù)則從高速存儲(chǔ)中遷移到低速機(jī)械磁盤做持久化存儲(chǔ)。這種方式對(duì)于大量讀取場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)系統(tǒng)具有較大的提升;或者將高速存儲(chǔ)設(shè)備作為全局緩存，數(shù)據(jù)先寫入高速存儲(chǔ)中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)再將數(shù)據(jù)同步入后端存儲(chǔ)中，這種方式同樣可以在滿足性能要求的前提下明顯降低存儲(chǔ)成本。

圖 3-1 下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)的多級(jí)緩存

面對(duì)對(duì)性能有強(qiáng)烈需求的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，第二種全閃存模式能夠大幅度增強(qiáng)對(duì)各類高要求負(fù)載的管理，其中包括業(yè)務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用、核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)等等。這種情況下，可以充分發(fā)揮閃存存儲(chǔ)的高性能讀寫，但是成本較高。

3.2高可靠性

3.2.1數(shù)據(jù)多副本存儲(chǔ)

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)采取多副本備份機(jī)制替換傳統(tǒng)的RAID模式來保證核心數(shù)據(jù)的完整性。同一個(gè)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)的不同磁盤上會(huì)有大于等于三個(gè)副本的存儲(chǔ)，這樣，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或者磁盤產(chǎn)生故障的時(shí)候，數(shù)據(jù)可以從冗余的副本中讀取并恢復(fù)。同時(shí)所有的數(shù)據(jù)均勻的分布在所有的節(jié)點(diǎn)上以達(dá)到負(fù)載均衡的效果，避免局部熱點(diǎn)的出現(xiàn)。在下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)具體部署時(shí)，所有的副本采取跨機(jī)架同步分布策略，確保單一機(jī)架掉電后的數(shù)據(jù)可用性。

3.2.2保持?jǐn)?shù)據(jù)一致

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)支持強(qiáng)一致性和最終一致性兩種模型，面向不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求。保證租戶成功寫入一份數(shù)據(jù)時(shí)，幾個(gè)副本都保持一致，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，無論從任何一個(gè)副本上進(jìn)行，都能夠保證取到最新的、可用的數(shù)據(jù)。強(qiáng)一致性情況下，保證對(duì)副本的讀寫操作會(huì)產(chǎn)生交集，從而保證可以讀取到最新版本;無論更新操作實(shí)在哪一個(gè)副本執(zhí)行，之后所有的讀操作都要能獲得最新的數(shù)據(jù)。最終一致性情況下，保證用戶最終能夠讀取到某操作對(duì)系統(tǒng)特定數(shù)據(jù)的更新，針對(duì)的是讀寫都比較頻繁的場(chǎng)景，是一個(gè)比較折中的策略。

3.2.3服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)

無論任何行業(yè)，業(yè)務(wù)的連續(xù)性與高質(zhì)量是主流需求，下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了多種場(chǎng)景下的服務(wù)質(zhì)量保證手段：

1、提供面向卷級(jí)的服務(wù)器訪問QoS，充分避免非關(guān)鍵應(yīng)用占用過多帶寬;

2、在數(shù)據(jù)較長(zhǎng)時(shí)間處于不一致的狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)重建，在此過程中支持QoS，保證重建過程中占用過多帶寬，避免影響關(guān)鍵業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.4副本安全邊界

規(guī)模龐大的分布式系統(tǒng)，必須考慮多故障的安全隱患，以統(tǒng)計(jì)學(xué)的規(guī)律和概率分布來看，磁盤數(shù)量越多，磁盤發(fā)生故障的概率越大，甚至幾個(gè)磁盤同時(shí)發(fā)生故障。不斷的故障會(huì)造成系統(tǒng)大部分資源都用于數(shù)據(jù)重建，影響業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的可靠性目標(biāo)，必須在保證高并發(fā)的前提下，盡量縮小副本分布的磁盤范圍，即設(shè)定安全邊界，以防止數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)陡然上升。

副本安全邊界有兩種模式，一是基于池級(jí)的安全邊界管理，設(shè)定存儲(chǔ)池最大跨越的磁盤數(shù)量;二是基于卷級(jí)的安全邊界管理，即設(shè)定虛擬卷最大跨越的磁盤數(shù)量。

3.3可擴(kuò)展性

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)支持大規(guī)模擴(kuò)展，最低三節(jié)點(diǎn)，直至上千節(jié)點(diǎn)，隨著存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)量的增長(zhǎng)，整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量和IOPS等性能指標(biāo)也同時(shí)會(huì)隨之增長(zhǎng)。并且容量和性能呈線性擴(kuò)展。一旦需求有所變化，即可通過模塊化的方式添加更多的存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源。在擴(kuò)容和縮容的過程中間，分布式算法保證了數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡，結(jié)合自動(dòng)的QoS策略，在用戶無感知的情況下，保證不會(huì)與現(xiàn)有業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖 3-2下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)的橫向擴(kuò)展

3.4易管理性

3.4.1兼容第三方管理監(jiān)控接口

業(yè)界主流Web管理界面主要包括SOAP和REST標(biāo)準(zhǔn)，其中后者架構(gòu)更為輕便，新生系統(tǒng)多采用后者。VMware體系至今仍以SOAP標(biāo)準(zhǔn)為主，而面向OpenStack的接口則遵循REST標(biāo)準(zhǔn)。下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)所提供的接口能夠兼容這兩種標(biāo)準(zhǔn)。

3.4.2虛擬化和私有云應(yīng)用支持

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)支持主流操作系統(tǒng)，可以部署在RedHat、SUSE、CentOS以及Ubuntu上。虛擬化平臺(tái)則支持VMware、Hyper-V以及KVM等。支持通過RESTful API標(biāo)準(zhǔn)接口與OpenStack 的Cinder組件和SWFIT組件進(jìn)行交互，向私有云應(yīng)用提供存儲(chǔ)支持。

3.5高級(jí)功能

3.5.1自動(dòng)精簡(jiǎn)配置

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)支持自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能，在創(chuàng)建邏輯卷時(shí)，并不真實(shí)占用實(shí)際物理資源，而是在邏輯卷使用過程中，按需實(shí)時(shí)分配實(shí)際物理空間資源，節(jié)約了存儲(chǔ)資源，簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)規(guī)劃難度。在存儲(chǔ)系統(tǒng)的使用過程中，租戶在資源申請(qǐng)階段往往無法準(zhǔn)確預(yù)估在業(yè)務(wù)廣泛展開后的具體需求，因而會(huì)多申請(qǐng)部分的存儲(chǔ)空間作為緩沖，而這部分資源往往無法做到物盡其用，存在了大量的浪費(fèi)現(xiàn)象。在實(shí)際使用中，可以設(shè)置容量閾值，當(dāng)剩余存儲(chǔ)容量低于閾值時(shí)，進(jìn)行提示。

圖 3-3 下一代云存儲(chǔ)精簡(jiǎn)配置

3.5.2卷級(jí)快照和鏈接克隆

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)提供卷級(jí)的快照功能，進(jìn)行增量備份，并能根據(jù)需要快速恢復(fù)到每一個(gè)備份點(diǎn)，對(duì)業(yè)務(wù)中斷后提供快速的恢復(fù)功能保證，加強(qiáng)系統(tǒng)整體的連續(xù)性，提供了業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的手段與方法。

同時(shí)此系統(tǒng)還支持鏈接克隆的機(jī)制，基于一個(gè)快照創(chuàng)建出多個(gè)克隆卷，創(chuàng)建出來的克隆卷與原始卷中的數(shù)據(jù)內(nèi)容一致，克隆卷的修改不會(huì)影響原始卷，用戶既可以通過快照來還原卷以恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)，也可以從快照來創(chuàng)建模板，直接啟動(dòng)新的虛擬機(jī)以保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

圖 3-4下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用增量快照

3.5.3全局負(fù)載均衡

下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的分布式架構(gòu)使得數(shù)據(jù)的IO操作均勻分布在不同服務(wù)器的不同硬盤上，避免了局部熱點(diǎn)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)全局的負(fù)載均衡。

系統(tǒng)將數(shù)據(jù)塊打散存放在不同服務(wù)器的不同硬盤上，冷熱不均的數(shù)據(jù)均勻分布在不同的服務(wù)器上，不會(huì)出現(xiàn)集中的熱點(diǎn);數(shù)據(jù)的分配算法保證主副本與其余副本在不同服務(wù)器和不同硬盤上均勻分布;同時(shí)，在節(jié)點(diǎn)或者硬盤故障時(shí)，在數(shù)據(jù)重建的過程中，也實(shí)現(xiàn)全局負(fù)載均衡。

4 下一代云存儲(chǔ)系統(tǒng)部署方案

4.1部署拓?fù)?/strong>