一場將陣列控制器移出數(shù)據(jù)路徑之外的變革又洶涌襲來。

叮鈴鈴，現(xiàn)在是NVMeF時間!

NVMe-over-Fabrics (簡稱NVMeF)共享存儲訪問機制可能會徹底令傳統(tǒng)存儲陣列業(yè)務(wù)被丟入歷史的垃圾堆，除非相關(guān)供應(yīng)商擁有出色的創(chuàng)造力，并以某種方式繼續(xù)證明為NVMeF數(shù)據(jù)訪問提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)的必要性。

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這一切是如何發(fā)生的?

NVMeF架構(gòu)面向服務(wù)器當(dāng)中發(fā)出存儲IO請求的應(yīng)用程序，而服務(wù)器與目標(biāo)存儲系統(tǒng)則利用RDMA傳輸直接面向服務(wù)器內(nèi)存與存儲驅(qū)動器進行數(shù)據(jù)往來傳遞，為了提供理想的性能表現(xiàn)，這里的存儲驅(qū)動器基本上是指固態(tài)存儲驅(qū)動器。

之所以需要引入這樣一套機制，是因為虛擬多核心服務(wù)器往往不得不坐等IO操作完成，其配套的聯(lián)網(wǎng)SAN與文件管理系統(tǒng)無法快速做出反應(yīng)，而這將直接導(dǎo)致計算效率低下。利用SATA與SAS閃存驅(qū)動器(SSD)替代這些存儲系統(tǒng)中的磁盤驅(qū)動器能夠在一定程度上帶來性能改善，但這又將引入兩種新的網(wǎng)絡(luò)——陣列中的SATA或者SAS，外加陣列與訪問服務(wù)器間的塊訪問光纖通道/iSCSI或者文件協(xié)議。這意味著仍有相當(dāng)一部分時間被耗費在數(shù)據(jù)傳輸所產(chǎn)生的IO請求當(dāng)中。

內(nèi)部陣列網(wǎng)絡(luò)問題可通過使用NVMe驅(qū)動器(其速度高于SAS與SATA)以及NVMeF網(wǎng)絡(luò)的方式解決。指向各驅(qū)動器的數(shù)據(jù)由RDMA傳輸至存儲陣列控制器的內(nèi)存當(dāng)中。其通過控制器軟件堆棧進行處理，同時跨越外部網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)陣列往來。

NVMeF模式

以上流程皆需要時間。NVMeF模式旨在利用類似于擴展PCIe總線的機制取代傳統(tǒng)塊訪問網(wǎng)絡(luò)，提供端到端NVMe協(xié)議且能夠顯著提升SCSI上的并行性，并可作為訪問服務(wù)器與目標(biāo)存儲陣列之間的RDMA傳輸機制實現(xiàn)運行。這不僅能夠降低物理網(wǎng)絡(luò)的傳輸時間，同時亦可通過直接訪問驅(qū)動器將存儲陣列控制器的軟件堆棧從整個傳輸流程當(dāng)中移除。

好吧，一部分陣列控制器軟件堆棧內(nèi)置于塊訪問協(xié)議當(dāng)中，例如LUN處理以及將其映射至驅(qū)動器的協(xié)議。然而在多數(shù)情況下，例如RAID模式當(dāng)中，情況并非如此，其仍然存在于數(shù)據(jù)路徑之內(nèi)。而消除陣列控制器則會帶來另一種后果，失去數(shù)據(jù)管理服務(wù)。

我們發(fā)現(xiàn)閃存驅(qū)動器的容量正在日益提高，這意味著用戶已經(jīng)不再需要能夠訪問共享式存儲系統(tǒng)的方式接入體積超出物理驅(qū)動器的數(shù)據(jù)集。希捷公司已經(jīng)擁有64 TB SSD，而三星公司則公布了一款128 TB全新設(shè)計方案。

NVMeF訪問與持續(xù)提供的服務(wù)器直連存儲(簡稱DAS)容量上限意味著，我們已經(jīng)不再需要陣列控制器這種東西，這可能代表著我們習(xí)以為常的現(xiàn)有全閃存雙控制器以及整體陣列將不復(fù)存在。相反，存儲陣列在本質(zhì)上只是一堆構(gòu)成遠程DAS結(jié)構(gòu)的閃存驅(qū)動器(即JBOF)，其中包含某些主干共享訪問所必需的NVMe前端。當(dāng)然，我們也可以直接在超融合型系統(tǒng)當(dāng)中引入容量更高的DAS存儲資源。

在這樣的嚴(yán)峻形勢之下，戴爾、HDS、HPE、IBM、NetApp、Tegile以及Tintri等存儲陣列供應(yīng)商又該走向何處?

將控制器數(shù)據(jù)管理功能遷移至應(yīng)用堆棧

一種潛在的可能性在于將部分陣列控制器功能遷移至訪問服務(wù)器當(dāng)中，并在一定程度上將其與NVMe訪問流程并行執(zhí)行。如果這種思路真的可行，那么確實能夠帶來理想的指導(dǎo)方向。

數(shù)據(jù)管理服務(wù)此前就已經(jīng)能夠在服務(wù)器應(yīng)用堆棧層級進行交付，具體實例包括：

• Veritas分卷管理器– VxVM與 VxFS
• Veritas 分卷復(fù)制器
• 擁有內(nèi)置邏輯分卷管理器的操作系統(tǒng)
• 甲骨文DataGuard

但這意味著NVMe驅(qū)動器將無法直接查看，而只能經(jīng)由分卷管理器之類機制實現(xiàn)訪問，這樣的訪問方式也會帶來時間消耗。

其中一部分時耗可以通過在硬件當(dāng)中執(zhí)行數(shù)據(jù)管理的方式實現(xiàn)消除。RAID已經(jīng)能夠立足硬件實現(xiàn)，且具備通過接入ASIC或者FPGA實現(xiàn)的相對底層的壓縮與擦除編碼操作。

不過對于重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等級別較高的服務(wù)，其需要占用CPU周期與內(nèi)存容量且無法單純利用硬件加以實現(xiàn)。

在這樣的情況下，我們可以采取這樣的方法：使用NVMe架構(gòu)內(nèi)陣列控制器。驅(qū)動器能夠在200微秒之內(nèi)對數(shù)據(jù)請求作出響應(yīng)，而NVMe指向驅(qū)動器的訪問則耗時約為10微秒。通過提升數(shù)據(jù)管理堆棧的執(zhí)行效率并將底層任務(wù)交由硬件直接完成，我們將能夠把這200微秒的時間浪費壓縮至100微秒以下，這意味著用戶將可在無需變更數(shù)據(jù)管理服務(wù)的前提下實現(xiàn)NVMeF加速。

而各類數(shù)據(jù)管理服務(wù)將能夠在陣列控制器或者應(yīng)用程序服務(wù)器當(dāng)中完成。

雙訪問陣列

另一種可行方案在于在現(xiàn)有陣列基礎(chǔ)之上或者以并行方式為一級數(shù)據(jù)添加JBOF，從而建立起雙軌陣列。在此之中，指向及來自該JBOF的數(shù)據(jù)將以二級數(shù)據(jù)的形式被導(dǎo)入至數(shù)據(jù)管理服務(wù)域，并在這里進行保護、復(fù)制或者重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等常用操作。

這種方式能夠幫助客戶以并行方式同時運行NVMeF數(shù)據(jù)訪問與原有塊數(shù)據(jù)訪問流，從而更好地完成面向NVMeF時代的過渡。

在NVMeF時代下提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)

需要指出的是，數(shù)據(jù)管理服務(wù)的實現(xiàn)道路并非一帆風(fēng)順。數(shù)據(jù)保護、復(fù)制以及重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等應(yīng)對驅(qū)動器、服務(wù)器系統(tǒng)乃至高成本存儲故障的重要功能皆很難達成。其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)管理功能需要運行在訪問服務(wù)器當(dāng)中，方可真正在DAS驅(qū)動器故障以及服務(wù)器故障場景下實現(xiàn)保護。

那么此類方案將由誰來提供?首先自然是服務(wù)器供應(yīng)商，其能夠憑借操作系統(tǒng)擴展實現(xiàn)這一目標(biāo)。其次則為陣列供應(yīng)商，他們可以將陣列軟件組件轉(zhuǎn)換為服務(wù)器插件。

就目前來看，陣列供應(yīng)商在這一領(lǐng)域仍面臨著嚴(yán)重問題，這是因為在以某種方式建立起NVMeF未來發(fā)展路徑的過程當(dāng)中，其當(dāng)前套件可能將不再適用于存儲一級數(shù)據(jù)。當(dāng)然，供應(yīng)商也有可能找到優(yōu)于NVMeF的新型數(shù)據(jù)訪問與存儲方法。但這項任務(wù)恐怕將極難達成。

對于服務(wù)器與服務(wù)器系統(tǒng)軟件供應(yīng)商而言，這更像是一種潛在機遇而非迫在眉睫的問題。那么，Veritas分卷管理器與其它類似的產(chǎn)品能夠把握機會，在新時代下繼續(xù)生存下去?

服務(wù)器系統(tǒng)軟件與陣列控制器軟件工程師們顯然非常睿智，因此我們期待看到他們能夠拿出怎樣的最終方案。