浅谈存储架构之组合式存储

　　随着数据的不断增长，以前的存储架构已经不能在满足于现在的需求，当前存储架构还只是发展到第三个存储架构，那就是组合式存储，它可以提供纵向扩展存储的性能和效率，同时实现横向扩展存储的简单操作。本文将围绕这个话展开描述。

　　目前存在什么问题？

　　大多数数据中心的应用都在环境中混合使用。一些传统孤岛应用需要极高的性能，这些应用程序在性能和可用性方面通常必须具有非常具体的保证。纵向扩展存储系统是这些工作负载的理想选择，但随着周围环境的增长和工作负载的变化，它们变得越来越有挑战性。

　　这些数据中心还拥有新一代的应用程序，环境或数据集，这些应用程序和数据集迅速扩展，更适合横向扩展存储设计。虽然性能对某些应用程序很重要，但更重要的是能够快速灵活地扩展（在四个方向），以映射到不可预测的即服务应用程序模型的需求。可能不需要具体一致的保证。在很多情况下需要足够紧密和足够好。

　　横向扩展存储设计中的另一个挑战是计算和存储资源规模良好，节点间通信通常并不好。支持横向扩展设计（通常是基础IP）的网络变得复杂，可能最终会出现瓶颈，为存储IO增加了大量的延迟。

　　为了应对这种二分法，许多组织拥有多达五到六个存储系统，其中包括纵向扩展架构和横向扩展架构，此外还有一种混合存储模式来解决超融合基础设施，私有或混合IaaS等特定的业务挑战。这些混合使得存储环境非常复杂，同时也变得脆弱。

　　什么是组合式存储？

　　组合式存储是第三种存储架构。它充分利用了纵向扩展架构和横向扩展存储的优点。就像纵向扩展架构一样，组合式存储系统可以从单个节点开始。可以在IO性能和容量方面充分利用该节点。但是，与纵向扩展设计不同，还可以将另外的节点添加到可组合的存储中，因此在不引入另一个管理点的情况下，获得更多的容量或计算性能用于环境。组合式存储还可以分解存储计算和存储容量，这使得这些资源可以动态地分配或使用它们的应用程序释放。

　　这种设计的早期迭代称为scale-right架构。虽然纵向扩展和横向扩展架有了巨大的改进，但一旦增加节点，这些scale-right的设计就会变得规模庞大，因此继承了许多横向扩展的负面特性。换句话说，scale-right实际上并不是一个新架构，只是两个现有架构之间的桥梁。

　　实际上，组合式存储并不是纵向扩展和横向扩展架构之间的桥梁，实际上是一个适合的架构。实现了从纵向扩展到横向扩展的转换，它解决了横向扩展架构的局限性。也就是说能够将具体的性能和特征专门用于特定的应用，并克服了节点间通信在环境规模上潜在的网络瓶颈。

　　针对专门的性能限制，组合式存储在存储集群中创建动态可组合的虚拟专用存储系统。这种专用的虚拟存储阵列可以根据IOPS，带宽和容量来硬性分配特定的性能和属性。虚拟存储阵列可以与传统应用程序结合使用，因此需要非常具体的性能要求。

　　为了解决网络问题，组合式存储系统也需要更好的网络，而更好的网络不仅能够实现规模化，而且还提供更复杂的功能，如虚拟专用存储阵列。高级网络的问题是成本高昂，并且通常是专用网络。NVMeoverFabrics可以为组合式存储系统供应商提供一种提供高级网络的方式，而不会被锁定在专有或比较小众的的网络中。NMVe使可组合的存储能够提供4种缩放功能，分别是：纵向扩展，横向扩展，横向缩小（每节点的容量更小）和纵向缩小（每个集群的控制器更少）。

　　NVMe是一个专门用于与基于内存的存储设备通信的新协议。其设计是通过PCIe总线进行通信，并显著增加命令数量和IO队列深度。NVMeoverFabrics是该标准的网络，可以使其网络性能与本地连接相媲美。

　　将Fabrics网络上的NVMe集成到组合式的存储架构中是一个合乎逻辑的步骤。集群内的节点现在通信性能和延迟水平几乎与直接连接一样好。其结果是有效的规模，并进一步扩大了能力。

　　软件定义存储是关键

　　数据中心现在需要组合式存储的能力。他们期望存储供应商能够更快地设计定制硬件并修改其软件，特别是考虑到硬件现在可用。如今，部署了下一代的英特尔处理器，PCIe总线，以及完全支持NVMe协议的服务器不断上市，而NVMe闪存设备也将同时推出，这意味着延迟将创新低，而IOPS将创新高。随着新一代处理器和存储设备的到来，采用NVMe协议的Fabric网卡的设备也即将推出。

　　如果所有硬件组件都可用，那么所欠缺的一环就是存储软件。软件定义的存储供应商应能够快速将其软件适应高性能NVMe驱动硬件的新现实，并为数据中心提供解决方案，可以显著减少存储系统的数量。

　　结语

　　未来的数据中心可以将其存储系统数量减少到两个。一个可能部署在内部数据中心的系统，将是基于第三个存储架构的全闪存阵列。第二个可能在云端，该系统是可以存档，保存和保留活动数据的对象存储系统。