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為求改善系統可靠性,雙控制器冗餘配置是企業級儲存設備常用的手段,這除了可以構成互為備援的多路徑高可用性架構、避免形成單點故障,讓系統在某一元件失效時仍可繼續維持存取外,還可進一步提供負載平衡服務,從而改善系統效能。

一般雙控制器磁碟陣列大都採用Active-Standby,或是非對稱式(Asymmetric)的Active-Active模式運作,缺乏在兩組控制器間動態調節效能負載的能力,而需依靠上層多路徑管理軟體的介入。

以往只有高階的企業級磁碟陣列,才支援對稱式(Symmetric)的Active-Active模式。不過近來一些中階磁碟陣列也開始引進對稱式Active-Active模式,可在雙控制器之間執行動態的負載均衡,從而有效提高了效能。

主機端 vs. 控制器端的負載平衡

磁碟陣列的雙控制器配置,是建立高可用性儲存環境的基礎。不過對於許多用戶來說,傳統的Active-Standby模式只會有一組控制器執行作業,另一組控制器的效能則被浪費了,因此產生了透過Active-Active模式,以同時運用兩組控制器效能的需求。

但一般中低階磁碟陣列的Active-Active模式,大都屬於必須搭配多路徑I/O(Multi-Path I/O)管理軟體作業的非對稱式架構。前端主機透過2條通道分別連接磁碟陣列的兩組控制器,透過安裝在前端主機上的多路徑管理軟體,將磁碟陣列兩組控制器所屬的LUN,各自透過2條通道映射給前端主機。

多數企業級磁碟儲存系統廠商,也都會提供搭配自身磁碟陣列產品的多路徑I/O管理軟體,較著名的如EMC的Powerpath,HP的SecurePath,IBM的SDD、HDS的HDLM等,國內儲存廠商也有普安的EonPath與喬鼎的PerfecPath等。某些第三方廠商提供的多路徑I/O管理軟體還能管理多種不同廠牌、型號的磁碟設備,如Symantec旗下著名的Veritas DMP。

這些多路徑I/O軟體,通常都能提供包括FailOver、Round Robin、Least Queue Depth等幾種常見的負載平衡政策設定。

這種方式,確實能讓兩組控制器構成Active-Active組態,並在多路徑管理軟體的控制下,於兩條通道/兩組控制器之間實現故障切換與負載平衡,並且更充分的運用兩組控制器的效能。

不過限制在於,磁碟陣列的LUN雖然透過2組控制器的2條通道連接前端主機,但必須指定其中一組控制器為owner,而且無法在控制器這一層級,線上即時切換每個LUN的owner控制器,必須透過主機上的多路徑軟體來執行切換LUN映射路徑的動作,切換作業相對更為消耗資源與時間。

而且當用戶的儲存網路環境規模較大、前端主機數量較多時,這種方式需要的事先規劃工作與設定程序將會相當麻煩,多路徑I/O軟體的授權費用亦會隨之增加。另外還要考慮到多路徑I/O軟體支援作業系統類型的問題,不是每種作業環境都能找到合適的多路徑軟體。

而支援對稱式Active-Active模式的控制器,由於內部架構區隔了前端(主機埠)、後端(磁碟介面),並且讓兩組控制器的前後端以交錯方式構成連接,因而可允許兩組控制器的前後端之間,構成任意的連接組合,再搭配系統韌體中的負載平衡功能,就能藉由調整底層每個LUN的owner控制器方式,達成動態調節負載平衡的效果。

對於對稱式Active-Active模式的磁碟陣列,管理者無需預先指定底層每個LUN的owner控制器,而可交由系統自行依情況指派。

接下來在實際運行中,磁碟陣列會依據每個控制器的負載狀況,調整底層每個LUN的owner控制器,藉以達成負載平衡。

換言之,而且這種負載平衡切換機制,在控制器這一層即可完成,遠比透過主機層多路徑管理軟體切換的方式,更加方便靈活,不僅設定管理更便利,切換時間也可從原先的數十秒到數分鐘,減少為數秒以內甚至更低。

支援對稱式Active-Active模式的磁碟陣列產品

幾年以前,只有較高階的磁碟陣列產品才支援對稱式Active-Active模式,一些產品如剛被HP併購的3PAR公司的Titan系列,甚至還可跨出兩組控制器負載平衡的範圍,擴展到8組控制器之間的自動負載平衡。

不過近年來,能支援這種架構的中階磁碟陣列產品亦逐漸增加,包括HDS的AMS 2000系列、Pillar的Axiom系列等,都提供了這種功能。另外一些針對中小企業的產品,如IBM DS3500與Dell MD3200系列等,據說也都能支援Active-Active雙控制器負載平衡功能,從而得到更高的效能。

 

雙控制器磁碟陣列的三種模式

Active-Standby模式
平時只有一組控制器執行作業,失效時再由另一組控制器接手作業,通常需搭配安裝在前端主機上的多路徑管理軟體,來為主機端的存取路徑進行故障切換動作。整組系統只運用了一半效能,總是有1組控制器處於閒置或失效狀態。

非對稱式Active-Active模式
兩組控制器同時都處於作業狀態,但兩組控制器彼此各自獨立運作,在控制器這一層級上無法動態調節負載,必須依靠安裝在前端主機上的多路徑管理軟體,才能執行負載均衡切換作業。

對稱式Active-Active模式
與非對稱式相比,對稱式Active-Active模式最大特色是在控制器這個層級即可完成負載均衡,無需主機端多路徑管理軟體的介入。

在硬體架構上,對稱式Active-Active模式的兩組控制器之間,透過高速匯流排在I/O處理器與後端磁碟控制晶片/介面之間構成交錯式連接,換言之,A控制器的I/O處理器不僅連接了本身的磁碟控制晶片,也連接了B控制器的後端磁碟控制介面,反之亦然。

所以從A控制器前端主機埠流入的I/O,不僅可透過A控制器的後端磁碟介面存取後端磁碟,也可跨到B控制器,利用B控制器的後端磁碟介面存取後端磁碟。再配合控制器系統韌體的負載均衡管理功能,即可動態調節兩組控制器的負載。

當前端主機以2條傳輸通道連接磁碟陣列的兩組控制器、存取後端磁碟上的某個LUN時,系統會依據兩組控制器的工作負載情況,在線上自動調整負責控制該LUN所屬的控制器。而且調整過程並不牽涉到前端主機,在控制器這一層級即可完成,無需在主機端安裝任何多路徑I/O軟體,設定建置相對簡單許多。

 

 

 

非對稱式與對稱式Active-Active模式

看大圖

 


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