零存储

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零存储解决方案

云计算对IT基础架构的挑战


当今社会已经进入数据时代,数据与业务的联系越来越紧密。云计算技术的发展与应用促进了共享存储的需求。目前,企业数据中心大都采用服务器+集中共享存储的层次架构。在这种架构中,共享存储设备通常是Scale-up架构,可扩展性差,降低了整个基础设施架构的敏捷性和弹性,使得业务部署缓慢、IT运维复杂, IT系统越来越难以适应瞬息万变的市场需要。另一方面,这种计算与存储分离的架构采用复杂的网络如SAN和NAS,在服务器和集中存储阵列之间传递数据,大量的数据跨网络传输使得整个系统的效率和性能下降,而且在数据中心中维护一个专门的存储网络增加了数据中心成本。此外,在全社会强调节能减排、绿色环保的今天,数据中心的高能耗日益成为不能忽视的问题,提高IT资源利用效率成为数据中心和IT建设的一项重要原则。
针对上述挑战,H3C提出了计算与存储融合的“零存储”基础架构,相比传统架构,这种融合技术架构具备更好的扩展性,能有效提升IO速度,并降低空间占用和能源消耗,代表了云计算数据中心的技术发展方向。

解决方案介绍

概述

H3C 零存储解决方案融合了计算虚拟化和存储虚拟化,将计算和存储集成到一个硬件平台,形成可横向扩展(Scale-out)的云计算基础架构。运行在这种架构上的虚拟机不仅能够像传统层次架构那样支持vMotion、DRS、快照等,而且数据不再经过一个复杂的网络传递,性能得到显著提高。由于不再需要集中共享存储设备,整个数据中心架构得以扁平化,大大简化了IT运维和管理。利用H3C零存储解决方案构建数据中心,有效利用服务器资源,降低能源消耗,帮助企业实现IT环境的节能减排。
H3C 零存储解决方案的逻辑架构如图1所示。这种架构的基本单元是部署了H3C CAS系统的x86标准服务器。在提供虚拟计算资源的同时,服务器上的空闲磁盘空间被组织起来形成一个统一的虚拟共享存储:分布式存储系统vStor。vStor在功能上与独立共享存储完全一致;同时由于存储与计算完全融合在一个硬件平台上,用户无需像以往那样购买连接计算服务器和存储设备的SAN网络设备(FC SAN或者iSCSI SAN)。

图1 零存储解决方案示意图

H3C零存储方案核心技术

1)分布式LUN设计
在H3C零存储架构中,每台服务器同时也是一个存储节点。除了安装平台软件的系统盘外,每个节点上的其他所有磁盘空间(包括系统盘的剩余分区)都能被用于vStor。vStor会使整个LUN尽量均匀分布在所管理的全部节点和物理磁盘上,这样的设计使得对LUN的IO操作能利用整个系统中全部节点和磁盘的性能。当用户创建一个LUN时,vStor并不会马上为该LUN分配实际的物理存储空间,而是采用精简模式,在有数据写入的时候才分配存储空间。精简模式使用户在存储空间有限时,能按未来的业务发展需要提前规划LUN的容量。
2)高可用性设计
用户可以根据业务需要为数据设置副本数量。vStor支持用户为每个LUN设置不同的副本,并且使得不同的副本分布在不同的服务器和物理磁盘上,从而提供最大的容错性。当一个服务器故障,甚至多台服务器故障时,vStor仍能正常工作,而且数据不丢失。
3)高性能设计
vStor采用分布式系统设计,其存储容量和性能随着服务器节点的增加而线性增加。由于每个LUN都横跨全部节点服务器和物理磁盘,所以每个LUN都可以利用全部服务器和物理磁盘的性能,从而提供比传统存储更高的性能。下面图示显示vStor的IOPS和吞吐能力随节点服务器数量的增加而线性增加的状态。

图2 IOPS随着节点的增加线性增加
此外,不同于传统RAID以专用空闲磁盘作为热备,vStor由系统自动提供热备空间,并且将热备空间均匀分布在全部物理磁盘上。这样当数据重构启动后,全部节点服务器及物理磁盘都可以参与重构从而实现最佳的重构效率。
可以在每个服务器节点上配置RAID卡缓存来增强IO性能,根据存储容量的不同可以配置容量不等的RAID卡缓存。在追求更高性能的时候,还可以在每台服务器上配置SSD固态硬盘作为缓存。
4)自动化管理设计
vStor采用无中心架构,每个节点服务器的角色完全一样,这样用户无需像传统分布式存储系统那样管理元数据服务器。而且整个虚拟存储系统的元数据采用分布式设计,由系统自动管理,无需人工干预。
当系统扩容时(比如增加物理磁盘或者增加服务器节点),用户只需几条简单命令(通过命令行或者图形化管理界面)将物理部件加入集群,系统上原有的数据将自动重新均衡,原有LUN将自动扩展到新的物理设备上。
vStor具备强大的自愈能力,一般硬件故障无需人工干预。物理磁盘或者服务器节点故障后,系统可在数秒内自愈,自动恢复业务。

H3C零存储方案特点和价值

1)高可靠
vStor采用分布式设计,具有磁盘、节点、机架、数据中心等多个级别的容错性。即使多个节点故障也不会影响整个存储系统对外提供服务。用户可以根据需要为不同性质的数据设置不同的副本数量,对关键数据提供最高的保护。用户可以采用vStor提供的快照功能随时对数据卷实行快照保护;如果需要,还可以利用远程复制功能将重要的数据复制到远程存储系统上进行保护。
2)高性能
由于采用分布式系统设计,vStor的存储容量和性能随着服务器节点的增加而线性增加。每个LUN都能利用整个系统中全部服务器节点的性能,任何磁盘或者服务器节点故障,都不会对IO性能产生严重影响。vStor支持SSD缓存技术,可将性能提升至50万IOPS。
vStor采用分布式热备空间,从而极大的缩短数据重构时间,每TB数据重构时间从传统RAID阵列的10小时缩短到20分钟,有效降低在数据重构期间再次发生硬件故障的几率。
3)按需扩展
vStor是一种可横向扩展(Scale-out)的分布式架构,当客户需要更多计算和存储资源时,只需以服务器为单位进行扩容,即能实现计算与存储资源的同步扩展,而无需像传统存储阵列那样,哪怕是扩容一个硬盘,也需要再购买整套存储设备。采用每次增加一台节点服务器的扩容方案,vStor存储容量可从几个TB逐步扩展到几千TB。新加入的节点服务器将在业务不中断的情况下,自动纳入统一资源池,极大缩短扩容部署时间。
4)高性价比
H3C零存储方案使计算能就近访问数据,同时采用分布式LUN技术,使得在同等存储容量下,不采用特殊专用硬件,存储性能相比传统存储产品得到显著提升。
采用H3C 零存储方案构建数据中心,可以有效降低TCO(总体拥有成本)。首先,数据中心服务器同时提供计算和存储资源,用户无需购买专门的共享存储,从而降低CAPEX。由于实现了计算、存储资源统一管理,能有效降低OPEX。此外,通过H3C零存储方案建设数据中心,能有效降低能源消耗。
5)管理简便
H3C 零存储系统采用采用无中心分布式架构,无需人为设置管理节点,从而避免了传统集群存储系统复杂的元数据服务器管理。系统具备强大的自愈能力,一般硬件故障无需人工干预。一个节点故障后,系统能自动自愈,用户只需选择合适的时间窗口更换故障件即可使整个系统恢复到原样。当增加一个服务器节点时,无需中断业务,该节点的存储空间将自动纳入整个系统,系统中已有的数据将自动重新均衡分布。这一切都无需人工干预。
由于整个系统具备强大的自我管理能力,用户在使用vStor提供的存储资源时,只需简单的创建、删除存储资源(iSCSI Target、LUN),查看存储资源使用情况,以及通过日志了解系统运行状况就可以了,管理十分方便。

H3C零存储解决方案技术规格与订购

如前所述,H3C 零存储虚拟化技术是一项软件定义存储技术,其主要技术规格如下:

H3C云业务单元(H3C CloudCell)以及统一基础架构系统(H3C UIS)都支持vStor特性,用户可以选择H3C CloudCell或者H3C UIS为基本单元构建架构简洁、性能稳定的零存储云计算数据中心。采购上述产品时,请购买含有“分布式存储管理系统”license授权的H3C CAS软件,以获得零存储(vStor)特性的使用授权。


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