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在緊繃的IT預算支出限制下,如何以最少的錢作最多的事情,是所有企業都在追求的目標。比起僅針對單一用途的專用設備,兼有多種功能、可同時滿足不同用途的整合式設備,顯然更能達到「花最少錢、作最多事」的目的。

幾年以前,支持傳統專用型儲存設備的廠商陣營,與推動整合式儲存設備的少數先驅性廠商之間,還在爭論整合的必要性與實際價值。但是到了現在,許多廠商紛紛跟進推出這種以單一機型同時提供儲存區域網路(SAN)、網路附加儲存(NAS)等不同類型儲存傳輸支援的整合型設備,顯示原先的爭議已不再存在,整合的必要性與需求已為普遍接受。

整合儲存設備的不同類型

整合儲存設備可分為兩種類型,一為SAN的整合,也就是單一設備同時提供光纖通道(FC)、iSCSI或FCoE等不同類型的區塊傳輸協定;另一為SAN與NAS的整合,即一臺設備不僅可提供應用在SAN環境的區塊(Block)類型存取,亦能同時支援透過NFS、CIFS傳輸協定的檔案型態存取。

目前,幾乎所有主要儲存廠商都能提供SAN類型的整合式儲存設備,而能提供SAN+NAS類型整合產品的廠商亦逐漸增加,接下來我們便來逐一檢視國內外儲存廠商相關產品線的情況。

外商發展趨勢:整合式設備成為重點競爭領域

主要儲存廠商中,以NetApp對多協定整合式設備的投入最為積極,在這個領域經營也最久,其餘大廠過去在這領域的投入相對不深。但自從EMC於今年初發表VNX與VNXe兩款產品後,頓時讓整合式儲存設備成為儲存界矚目的焦點,也改變了這個產品領域原有的廠商生態。

目前幾乎所有廠商都能提供SAN類型的整合式設備,能同時提供FC與iSCSI兩種主機介面的磁碟陣列產品,已經相當普遍。

至於在同時橫跨SAN與NAS兩個領域的整合式設備方面,目前EMC、IBM、NetApp與Oracle都能提這類產品,HP與Dell的部份NAS產品亦能透過iSCSI Target,提供有限的SAN支援。其餘廠商則大都仍是採用NAS閘道器搭配SAN磁碟陣列的傳統方式,來滿足這方面的需求。

EMC

業界龍頭EMC的兩大SAN產品線——高階的Symmetrix與中階的CLARiiON,很早就已能同時支援FC與iSCSI兩種主要的區塊存取協定,包括4Gb/8Gb FC與1Gb/10Gb iSCSI等多種不同類型的主機埠。而且兩個系列都擁有相當強大的I/O介面擴充性,即使是中階的CLARiiON也能透過Flex I/O Module,為控制器增加數量更多、或不同類型的主機埠。

至於在SAN+NAS的整合方面,過去EMC是以NAS閘道器搭配SAN磁碟陣列的方式來滿足這方面的需求,也就是以Celerra系列NAS的控制器,來搭配CLARiiON系列磁碟陣列,由後者向前者提供磁碟空間,再由Celerra格式化為檔案系統空間,並透過NFS、CIFS協定分享給前端使用。藉由這樣的組合,用戶既能從Celerra閘道器取得NAS服務,亦能從底層的CLARiiON得到SAN服務。但這種架構仍不是真正的整合,系統中存在著兩種不同的控制器,儘管EMC能提供Unisphere管理平臺來統合兩個系統的管理介面。

新推出的VNX與VNXe系列是早先Celerra與CLARiiON兩個系列的後繼者,EMC把這兩款產品統合在一個VNX產品線下。其中VNX在架構上仍舊是NAS閘道器加SAN磁碟陣列的形式,只是硬體比前一代的Celerra與CLARiiON有所更新;而VNXe則真正作到將NAS與SAN整合到同一個控制器上,屬於全新的架構。

HDS

在HDS的高階儲存產品線中,高階的VSP、USP系列與中低階的AMS2000系列,都以支援SAN為主,必須另外搭配NAS閘道器才能支援NAS存取,不過VSP/USP與AMS2000都能支援多種SAN存取協定(詳見附表)。

而源自Bluearc的HNAS系列則僅提供單純的NAS功能,沒有其他廠商NAS常見的區塊存取模擬支援。

HP

HP的SAN產品線目前可分為高階的P9000/XP系列、中高階的EVA系列、中低階的P4000系列,以及低階的MSA P2000系列等4大產品家族。

其中高階的P9000/XP系列,是源自HDS VSP/USP家族的授權產品,因此支援能力亦與HDS VSP/USP相同。EVA系列以支援FC介面為主,必須另外選購MPX2000多功能路由器模組,才能另外支援iSCSI與FCoE等不同的SAN協定。源自併購LeftHand公司的P4000系列是iSCSI介面專屬機型,在低階的MSA P2000系列方面,則有FC專用、iSCSI專用、SAS專用,以及FC+iSCSI Combo等不同的機型選擇。

至於剛併入HP的3Part產品線,無論中階的F系列或高階的T系列,都能同時支援FC與iSCSI兩種SAN主機介面。

HP的NAS產品線曾有過許多變化,目前可分為三個層級。低階的是X系列NAS應用伺服器,有X300/X500/X1000等機型,基本上就是一種Windows儲存伺服器,部份款式預載了Windows Storage Server 2008 R2,只要啟用作業系統的iSCSI Target功能,就能充當iSCSI儲存設備支援區塊存取,成為一種簡易型的整合儲存設備。

中階產品是NAS閘道器類型產品,有P4000 G2與X3000 G2這兩款閘道器,可搭配HP的SAN磁碟陣列如EVA、P2000、P4000等,向前端主機提供NAS應用。兩款機型都預載了Windows Storage Server 2008 R2作業系統,因此同樣具備iSCSI Target功能。

高階產品是採用Scale-Out架構的X9000,基本上是以提供檔案存取服務為主。

IBM

IBM的SAN儲存陣列產品線,大致可分為高階的XIV與DS6000/8000系列、中階的DS5000/5020系列、入門級的DS3000系列,以及採用虛擬化架構的SVC與Storwize V7000。

在高階產品方面,DS 8000/6000以支援光纖通道介面為主,XIV系列則能支援FC與iSCSI兩種主機通道。

中階產品方面,針對高效能應用環境的DCS9900可支援FC與InfiniBand介面,DS5000系列則支援FC與iSCSI兩種主機介面。入門級的DS3000系列中,則包括有FC介面、FC+SAS介面、iSCSI+SAS介面等幾種類型的控制器,但目前沒有FC+iSCSI的組合。

至於SVC與Storwize V7000兩款虛擬化架構產品,則都能支援FC與iSCSI兩種SAN介面。

在NAS產品方面,IBM的產品主要有授權自NetApp的N系列,以及Scale-Out架構的SONAS,前者是同時支援SAN與NAS的整合型設備,後者則以支援NAS存取為主。

NetApp

如前所述,NetApp是整合式儲存設備的先驅,經營最久、投入也最深。該公司的FAS系列與V系列兩大產品家族,很早以前便能同時支援FC、iSCSI等區塊存取協定,以及CIFS、NFS等檔案存取協定,新近又增加了對FCoE的支援,可以把iSCSI與NAS等基於乙太網路的傳輸協定,都整合到同一個FCoE主機埠下。

Dell

Dell過去在儲存領域以轉售其他廠商產品為主,不過近來亦透過收購建立了自身的儲存產品線。目前Dell的儲存產品線在SAN領域包括了Dell Compellent、Dell Equallogic與PowerVault等三大自身所屬的產品系列,以及OEM自EMC的Dell/EMC AX4與CX4系列。

其中Dell Compellent的Storage Center系列,可支援FC、iSCSI與FCoE等三種SAN主機介面,Dell Equallogic是專門針對iSCSI領域的產品線,入門級的PowerVault亦以支援iSCSI為主。而OEM自EMC的AX4與CX4,則能同時提供FC與iSCSI的支援。

在NAS領域,Dell的產品包括PowerVault NX系列,以及OEM自EMC的NS系列與NX4系列。PowerVault NX系列包含許多款式,其中入門級款式實際上就是預載了Windows Storage Server 2008作業系統的儲存伺服器,可透過iSCSI Target功能提供有限的SAN存取支援。而NS與NX4系列則源自EMC的Celerra系列NAS,可參照EMC的產品說明。

其他廠商

除了前述大型儲存廠商外,還有不少中小型廠商,也能提供類型豐富整合式儲存設備。

以提供SAN儲存虛擬化產品著稱的FalconStor與DataCore等廠商,都能透過他們虛擬化軟體內建的FC與iSCSI Target功能,提供FC與iSCSI兩種SAN主機通道的支援。

FalconStor擁有整合了儲存伺服器硬體的NSS VS系列產品,包括內含硬碟的應用伺服器與不內建磁碟空間的閘道器兩種款式;而DataCore則僅提供軟體產品,用戶必須另外購買伺服器硬體與之搭配。

另一家廠商是Oracle,該公司的Sun ZFS儲存伺服器系列是一種與NetApp產品相似,同樣是以NAS為基礎的整合式儲存產品,系統底層以Sun著名的ZFS檔案系統為基礎,可透過系統軟體功能提供NFS、CIFS等檔案存取,亦可透過FC與iSCSI Target功能支援SAN區塊存取,還支援應用在高效能運算領域InifiniBand介面,另外系統軟體亦能提供豐富的附加應用。

本土廠商的相關產品逐漸增加

臺灣廠商的相關產品,目前可分為SAN磁碟陣列形式與NAS形式兩大類。

在NAS型式產品方面,目前幾乎所有國內NAS廠商的產品,無論是低階入門型或企業級,甚至是桌上型機型,都可透過內建的iSCSI Target軟體功能提供有限的SAN支援。

而能提供FC Target的NAS產品,目前已知只有普樺proNAS儲存伺服器產品的部份機型—這除了要求在系統韌體中嵌入FC Target功能外,硬體上也必須提供FC HBA,需要的成本相當高,因此實際採用的廠商並不多。

在SAN磁碟陣列類型產品方面,目前國內幾家較大的廠商都能提供同時擁有FC與iSCSI兩種主機埠的產品。如普安的ESVA與EonStor DS兩個產品系列中,都有同時支援FC與iSCSI兩種區塊存取協定的機型。

喬鼎的VTrak家族中的S3000系列,亦能同時支援FC與iSCSI,而特別值得一提的是,喬鼎VessRAID家族中的1000f系列與1000i系列都有橫跨SAN與NAS的支援能力,其中1000f系列能同時支援FC、iSCSI區塊存取與CIFS、NFS等檔案存取,1000i系列則支援iSCSI與CIFS、NFS等以乙太網路為基礎的區塊或檔案存取。

新架構帶來新應用

所謂條條大路通羅馬,要達到相同的目的,可以有許多不同路徑選擇。同樣的,要在單一機型上實現不同儲存介面的支援,亦存在著多種方法,在這眾多方法中,特別值得一提的是EMC VNXe系列率先引進的虛擬機器架構。

如邊欄中所述,VNXe利用在控制器中運行多個虛擬機器,分別執行提供NAS與SAN服務的作業系統,藉此達到同時支援SAN與NAS的目的,而這種架構也帶來更多應用上的可能性。

磁碟陣列的控制器實際上可看作是一種濃縮、精簡的伺服器,既然能在控制器中以虛擬機器執行NAS與SAN的作業系統與服務軟體,讓控制器分別扮演NAS與SAN的角色,顯然的,只要硬體資源足夠,則同樣也能透過虛擬機器的方式,讓控制器執行其他類型應用伺服器的系統軟體,從而扮演其他類型的應用伺服器角色。

換言之,VNXe這種以虛擬機器為基礎的控制器架構,帶來了「通用控制器」或「通用應用伺服器」的可能性,由於不同應用伺服器的底層硬體需求大致上是相似的,我們可以設想,以同一臺控制器硬體,只要透過虛擬機器執行不同的應用伺服器軟體,便能讓該控制器提供不同類型的服務。

如在虛擬機器中執行重複資料刪除應用伺服器、連續資料保護(CDP)應用伺服器的系統軟體,或是備份軟體,則該控制器便能扮演重複資料刪除、CDP或備份伺服器的角色。

只要變更虛擬機器中執行的系統軟體類型,甚至還可讓控制器跨出儲存以外的應用領域。

若前述「通用控制器」或「通用應用伺服器」的構想成真,還可能帶來全新的銷售服務模式,用戶只需購入一種控制器硬體搭配磁碟櫃等週邊,然後選購內含不同應用軟體的虛擬機器套件包,就能讓控制器提供各式各樣的服務,從而一統資料中心各式各樣應用伺服器的底層架構。

 

11家主要儲存廠商產品線對各儲存協定的支援程度

 

整合SAN與NAS的5個層次

區塊與檔案是兩種基本儲存型態,提供這兩種存取需求的SAN與NAS則是企業儲存環境中的基礎設備,在這兩種設備構成的基礎環境上,再建立起各式各樣的儲存應用。

要得到SAN與NAS兩種服務,最簡單的方式就是分別購入兩種類型的產品,但這也會造成建置成本與管理負擔的增加,為解決這個問題,便產生了整合SAN與NAS的需求。

按整合程度的深淺,我們可以把SAN與NAS的整合分為5個層次:

(一)未整合,SAN與NAS各自獨立

這種架構雖然最為直接了當,不同設備各司其職,但有幾個明顯問題:首先,購入與維護多套產品的成本相對較高;其次,管理者負擔較重,必須管理多種不同設備;第三,無法在各設備之間調節硬體資源,限制了磁碟空間利用率,以及控制器運算資源的發揮。

 

(二)SAN的整合

相較於橫跨SAN與NAS的整合,先行整合SAN是較為容易的作法。對於SAN磁碟陣列控制器來說,iSCSI與FC的差別只在於前端主機埠不同,並不影響到I/O處理器與後端磁碟介面,只要控制器同時搭載乙太網路與FC控制器晶片,系統韌體也同時提供iSCSI與FC Target功能,就能讓控制器支援FC與iSCSI兩種主機埠。目前市場上,也已有許多能同時支援iSCSI與FC介面的SAN磁碟陣列。

完成了SAN的整合後,下一個階段便是SAN與NAS間的整合。

 

(三)SAN與NAS的初步整合:SAN磁碟陣列+NAS閘道器

在這個架構下,NAS閘道器就等同於SAN磁碟陣列的一臺前端主機,NAS閘道器本身不配置獨立的磁碟(只有開機用的儲存裝置),而由SAN磁碟陣列負責向NAS閘道器提供空間,NAS閘道器再把儲存空間格式化為特定檔案系統,並透過CIFS、NFS等協定分享給前端主機。

藉由這種架構,可靈活的在SAN與NAS間調配磁碟資源,從而提高磁碟空間利用率,減少空間浪費。不過NAS閘道器本身與SAN磁碟陣列仍是兩個獨立系統,管理者的負擔仍沒有減輕。

在整合式儲存設備尚未普及前,對於同時兼有SAN與NAS需求的應用環境來說,這種架構是最被普遍採用的作法。

 

(四)SAN磁碟陣列+NAS閘道器:管理介面整合

硬體架構與(三)相同,但以一個共通管理平臺,來統合NAS閘道器與SAN磁碟陣列的管理,藉以減輕管理者的管理負擔。

(五)以單一控制器架構,來同時整合SAN與NAS

最徹底的整合,由單一控制器同時提供SAN與NAS類型的存取。這種架構不僅可以簡化儲存架構、減輕管理負擔,也能靈活地在不同存取通道間,調配磁碟與控制器運算資源。而且這種以單一控制器同時整合SAN與NAS的架構,也比SAN磁碟陣列+NAS閘道器的架構少了一種控制器,有利於降低購置與維護成本。

 

單一控制器整合SAN與NAS的三種實現方式

在資料存取流程中,區塊存取與檔案存取分別屬於兩個不同層次,彼此迥然有別,要讓單一控制器同時提供SAN與NAS兩種不同型態的存取功能,通常可有三種做法:

(一)以NAS為基礎,搭配SCSI Target軟體

NAS本身是以提供檔案共享存取服務為目的,不過只要在NAS應用程式中增加iSCSI與FC Target軟體,就能將磁碟區模擬為iSCSI或FC LUN,透過乙太網路或FC HBA提供給前端主機存取,如此也讓NAS成為一臺可兼顧SAN區塊存取應用的整合儲存設備。

當然要讓這些Target軟體發揮作用,還要有底層的硬體配合,iSCSI需要乙太網路,而FC Target則需要FC HBA。由於NAS本身同樣是使用乙太網路,因此增加iSCSI Target功能時,並不需要增加硬體方面的投資,反之若要提供FC Target功能,就得另外安裝FC HBA。

考慮到部署成本上的巨大差距,目前iSCSI Target在NAS上的應用遠比FC Target普遍。不管NAS是基於哪種作業平臺,都有許多開源或商用版iSCSI Target軟體可供選擇。

以當前最普遍被NAS廠商採用作為底層核心的Linux為例,就有SCST、STGT、IET與LIO等SCSI Target軟體可用,其中SCST與LIO還支援FC Target。而微軟在專供NAS廠商OEM使用的Windows Storage Server作業系統中,也內建了iSCSI Target功能,HP、Dell與其他許多廠商採用Windows Storage Server的NAS產品,都透過這個方式支援iSCSI存取。

這種架構在實作上相對較為簡單,採用者眾多,不過在區塊存取服務上,這種架構必須經過更多層的處理與轉換,效能與穩定性相對較缺乏保證。

 

(二)透過虛擬機器

要讓單一控制器同時提供NAS與SAN兩種截然不同應用服務,除了設法將兩種存取服務功能整合到同一個系統下之外,另一種更簡單的變通做法,便是透過虛擬化技術,將一臺控制器資源分割為多個虛擬機器,讓不同虛擬機器分別執行NAS與SAN服務。

在邏輯上,這種架構實際上仍是一臺獨立的NAS加上一臺獨立的SAN,不過兩者都是基於同一臺實體的控制器,邏輯上NAS與SAN彼此獨立,但兩者在實體上統合為一。

磁碟陣列控制器本身也是一種伺服器,隨著硬體效能的不斷提高,讓虛擬化的應用成為可能。

率先採用這種架構的是EMC剛推出的VNXe。VNXe採用雙控制器互相備援的架構,每臺控制器據說各自執行了5個虛擬機器,其中2個用於執行DART作業系統、2個執行Flare作業系統,最後1個用於執行Control Station。

DART與Flare兩種作業系統,分別用於提供NAS與SAN服務,2個DART與2個Flare虛擬機器中,1個Flare與1個DART用於處理本控制器的I/O,各自的另1個虛擬機器則是用於備援,當另一組控制器失效時,自動接手作業。

在這個架構中,執行DART的虛擬機器等同於一臺NAS閘道器,後端的磁碟由Flare虛擬機器負責管理,並向DART虛擬機器提供磁碟空間。

透過這種方式,EMC可在VNXe上沿用久經驗證、成熟可靠的DART與Flare作業系統(DART是Celerra系列NAS的作業系統,Flare則是CLARiiON系列SAN的作業系統),既保證了穩定性,也能沿用Celerra與CLARiiON豐富的附加應用軟體(前述關於EMC VNXe的敘述為外界推測,並非EMC官方說法)。

 

(三)利用磁碟陣列的開機作業系統

磁碟陣列控制器實際上也是一種伺服器,只是精簡了與儲存無關的元件,並且把所有元件都整合在一張控制器主機板上而已。

在軟體架構上,磁碟陣列也與其他類型的應用伺服器相似,系統韌體通常是安裝在Flash等開機裝置上,開機後會先帶起作業系統與開機檔案系統,然後執行磁碟管理程式,藉以提供各項儲存服務。由於底層所用的作業系統通常是嵌入式Linux或Windows,理論上只要搭配相對應的軟體元件,就能利用既有的磁碟空間提供檔案存取服務,讓磁碟陣列控制器充當NAS使用。

儘管前述方式在理論上可行,目前也有少數產品採用這種架構,不過考慮到磁碟陣列底層的嵌入式作業系統與相關元件,都不是為了NAS存取應用而設計,這種架構在檔案存取效能上較不能讓人滿意,並不適合當作線上存取用的NAS,但足以應付較不講求效能的近線用途。

 

我們如何進行測試:

這次採購特輯我們一共借測了5款整合式儲存設備,分別為HP的P2000G3 FC/iSCSI Combo、NetApp的FAS 3210、普安EonStor DS B24F-R2842-6、喬鼎VessRAID 1840f,以及普樺EN-2803S6H-NQX。

這5款產品涵蓋了幾種不同類型,其中普安B24F-R2842-6與HP P2000G3 Combo都是SAN類型的整合儲存產品,可提供FC與iSCSI兩種主機介面;NetApp FAS 3210、喬鼎VessRAID 1840f與普樺EN-2803S6H-NQX,則是橫跨SAN與NAS的整合式設備,不僅可提供FC與iSCSI兩種區塊存取主機介面,也支援透過CIFS、NFS等檔案傳輸協定的檔案共享存取。

從系統架構上來看,普安B24F-R2842-6、HP P2000G3 Combo與喬鼎VessRAID 1840f等三款產品都屬於磁碟陣列架構,而NetApp FAS 3210與普樺的EN-2803S6H-NQX則屬於以NAS為基礎的架構。

在控制器後端磁碟介面方面,全部5款產品都採用SAS介面,其中除了喬鼎VessRAID 1840f以外的4款產品,都能支援新的6Gb SAS規格,匯流排頻寬可較既有的3Gb SAS提高一倍。相較於去年底我們製作8Gb FC磁碟陣列採購特輯時,目前6Gb SAS規格在磁碟陣列上的應用已普及許多。不過除非是在硬碟數量非常龐大的環境,否則一般情況下,後端磁碟介面是3Gb或6Gb SAS,對效能的影響並不大。

測試平臺規格 微星X2-106S3R伺服器,Intel Xeon 5160 3.0GHz×2,2GB ECC記憶體,Windows Server 2003 R2 SP2,QLogic QLE2562 8Gb FC HBA,含2組8G FC埠。

測試方式 將全部硬碟均規畫成1個RAID 5磁碟區,然後在磁碟機上建立數個磁碟區,分別用於區塊存取與檔案存測試。

執行區塊傳輸測試時,將磁碟區透過FC與iSCSI埠掛載給前端主機,完成後,再透過LUN映射設定,改變使用的傳輸通道類型。

執行NAS傳輸測試時,則將磁碟區以系統預設檔案系統格式建立共享目錄,再由前端主機登入該目錄進行存取測試。

 


相關報導請參考「整合式儲存設備採購大特輯


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