万变归宗:关键业务看高端 高端存储看架

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万变归宗:关键业务看高端 高端存储看架

知与谁同 2017-08-01 10:53:00 浏览630
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前不久上映的周星驰大作《美人鱼》中,莫文蔚和郑少秋合唱的这首老歌《世间始终你好》,唤起了不少粉丝的共鸣。笔者认为,这首歌用来形容高端存储也颇为贴切:别看这几年关键业务领域AFA那么打眼,但还处于社会主义初级/阶段,国产高端存储人家在闷声发大财、低调练大招呢好不好。

何以见得?您看全闪存被热炒,但2015年全闪存市场份额只有中国存储整体市场的3%,即使投入再多资源进来,收效估计能在2016年超过两位数就算不错了。相应的传统高端存储市场虽然在缓慢收缩, 但仍是很多大型企业关键数据平台的首选存储基础设施。甚至可以说,高端存储里的高可靠架构和亮瞎眼的高级数据服务,是AFA打马狂追的方向。(说的远一些,没准高端和AFA这俩以后两个巴掌拍在一起了,变成基于固态介质的高端存储呢,到时候高端存储还是关键业务领域的"世间始终你好"。)

刚才扯得远了,现在咱看干货。存储系统是否可靠是关键业务得以稳定运行的根本。高端存储系统凭借着其在可靠性方面的独特设计,被广泛用于金融、电力等各行业的关键业务。

AS18000是浪潮的一款高端存储系统,其在架构上与业界其他高端存储产品有着本质区别,也正是这种架构成就了该系统相对更高的可靠性。本文中,笔者就针对AS18000高端存储系统的整体架构做一个详细分析以及对比。

中低端存储:后端共享架构

中低端存储系统采用的是双控共享访问后端的全部磁盘扩展柜,形成如下图所示的架构:

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双控存储架构图

该架构是传统存储系统的关键点之一,正式利用后端共享存储的方式,才使得两个控制器之间才能够在任何一方出现故障,或者某个链路出现问题之后,系统依然可以从另外一条路对硬盘进行访问。

多种高端存储架构:哪山更高

高端存储相比中低端存储,可靠性和性能必须更高。为了做到这两点,业界出现了多种高端存储系统架构。

SDRAM共享的高端架构:性能和扩展性不能兼顾

最早期的架构是采用多控制器(8个、16个或更多控制器),或者更加准确的说:多对儿控制器,组成一个集群,所有控制器通过某种高速网络共享访问一大片集中的DDR SDRAM,利用这片SDRAM进行消息传递从而相互协同工作,同时将其用作数据缓存。这种架构的典型代表如下。

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早期高端存储架构1:点对点直连集中式数据缓存架构

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早期高端存储架构2:交换式集中式数据缓存架构

其中,部分厂商在设计上增加了一小堆性能相对高一些的SDRAM内存专门用于存放元数据表、各个节点之间的消息等等元数据,也就是图中所示的Control Memory;而数据缓存的角色单独采用容量更大但是速度也低一些的SDRAM来担任。

这种架构看似与传统双控架构大相径庭,看似"高大上",而事实上,该架构单从效率上讲,其实是有所降低的。我们仔细观察该架构就可以发现,其本质就是如下图右侧所示的架构。其将本来使用DDR接口与CPU相连的RAM,一部分搬移到外面,采用PCIE接口相连,这无疑降低了访问部分内存的性能。

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数据缓存分拆、前后端IO控制分拆的高端架构

也就是说,这种通过将数据缓存分拆到外面,以及将前后端IO控制分开的高端存储架构,可以实现任意两点对等访问数据缓存,但是却降低了性能。同比而言,左侧的传统双控架构则更加紧凑,前后端的消息传递直接通过DDR接口访问内存,速度更快,但劣势是前后端耦合在一起,一旦该节点故障,则会损失一对儿前后端访问通路。

拆到不能分拆,进了死胡同

这种架构后续的发展想必大家也可以推断出,其将会继续拆分各个角色。我们可以想一下,还能再将什么拆开?对了,那就是把IO控制器与CPU松耦合分拆。IO控制器之前是通过PCIE直连到CPU的,现在,可以在所有前后端IO控制器之间增加PCIE Switch,所有的控制节点也通过Switch连接这些IO控制器。也就是如下图所示的架构。

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我们再来看看厂商包装之后的图样。

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美化后的架构图

从上述这种所谓"共享内存"架构的高端存储系统架构发展史可以看到, 这类架构的出发点很简单,那就是将能拆开的角色全部拆开,直到无法再拆为止,并且乐此不彼。

上述这套架构已经是分拆这条路线的终点站了,因为再也没有什么可以拆开的了。CPU和本地DDR内存不能拆开,因为这里面放的是本地OS运行代码,拆开之后时延将会非常高,严重降低性能。

分布式架构:损失性能,损失强一致性

所以部分厂商最新一代的高端已经彻底放弃了其原有架构,成为彻底的分布式架构。

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采用分布式架构的高端存储

上述高端架构能够在一定程度上增加系统的可靠性,但是是以损失性能为代价。

浪潮AS18000:颜值三高的新一代高端架构

要想既不损失性能,又有足够的冗余性,那还得看另外一个派系的高端存储架构,也就是浪潮AS18000所采用的全对称式后端共享式架构。

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浪潮AS18000架构

该架构的优点显而易见,其并没有将数据缓存分拆集中存放,本地CPU访问本地RAM依然使用DDR接口享受高速率,同时本地CPU也可以访问其他节点的RAM,此时则通过PCIE Switch,与前文中所述的架构相同。这样,性能不会降低。同时,由于所有的后端JBOD都可以被任何节点直接访问,而并非之前架构的同一个JBOD只能最多由两个节点访问。这就意味着,后端访问通路的冗余度可以大于2,比如,AS18000满配16个控制器,则其冗余度就是16,哪怕系统中仅剩一个控制器,整个系统依然是可用的。

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冗余度16的AS18000

该架构采用PCIE Switch的NTB特性,将各个节点的一部分内存相互映射到本地,本地控制器将需要同步给远端的消息、数据写入本地的这块内存空间,底层硬件就会自动将这些消息向目标端传递。

综上所述,浪潮AS18000的全对称式后端共享架构,能够在保证性能的前提下,极大提升系统的可靠性及扩展性。这也是为何该架构如今仍然生命力顽强,而其他的架构已经陨落的原因。


原文发布时间为:2016年5月16日

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