你所不知道的彈性存儲(chǔ)

　　全世界只需要三臺(tái)計(jì)算機(jī)

　　稀缺是由什么引起的？許多人會(huì)回答說(shuō)，生產(chǎn)力的匱乏是稀缺性產(chǎn)生的關(guān)鍵因素；那么我們來(lái)看一個(gè)例子，60年前，許多著名的科學(xué)家和思想家認(rèn)為一旦有高速計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，全球的計(jì)算能力問(wèn)題便可以由三臺(tái)計(jì)算機(jī)解決；但是今天，全球的計(jì)算機(jī)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了幾十億臺(tái)，而人們的計(jì)算能力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有得到完全滿(mǎn)足。生產(chǎn)力的提升會(huì)促進(jìn)人們對(duì)更多資源的需求，稀缺性是永恒的難解難題與進(jìn)步的動(dòng)力。

　　同樣在今天，磁盤(pán)從1962年IBM實(shí)驗(yàn)室中誕生時(shí)所擁有的28MB已經(jīng)發(fā)展至TB級(jí)的存儲(chǔ)容量，但是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)仍然是信息生產(chǎn)力跟上需求增長(zhǎng)過(guò)程中的一項(xiàng)瓶頸。泛在化移動(dòng)終端、數(shù)字傳感器與全新的信息存儲(chǔ)模式在存儲(chǔ)信息化技術(shù)出現(xiàn)之前是無(wú)法想象和預(yù)見(jiàn)的，而這些因素促使著數(shù)據(jù)在近年來(lái)不斷呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)模式，無(wú)論從海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，或是數(shù)據(jù)訪問(wèn)角度看，現(xiàn)有的存儲(chǔ)體系架構(gòu)是難以支撐起這種海量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的上層應(yīng)用的。

　　所謂彈性存儲(chǔ)就是為了應(yīng)對(duì)這種全新數(shù)據(jù)模型而產(chǎn)生的存儲(chǔ)體系架構(gòu)方式，當(dāng)然你也能將其稱(chēng)為云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)、軟件定義存儲(chǔ)、軟件定義數(shù)據(jù)中心……這些頻繁地出現(xiàn)在各種IT相關(guān)的報(bào)刊雜志上的術(shù)語(yǔ)對(duì)于每個(gè)IT經(jīng)理人而言都不會(huì)陌生。

　　彈性存儲(chǔ)最早出現(xiàn)在1998年，為了給當(dāng)時(shí)全球最快速的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群（代號(hào)米拉）提供可靠而高效的基礎(chǔ)架構(gòu)帶寬。米拉超算集群當(dāng)時(shí)位于阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，由768,000顆IBM藍(lán)色基因內(nèi)核集群構(gòu)成。其中彈性存儲(chǔ)架構(gòu)支持各類(lèi)科學(xué)研究、氣象分析、地震預(yù)測(cè)和計(jì)算化學(xué)。當(dāng)時(shí)的彈性存儲(chǔ)就具備了存儲(chǔ)虛擬化、高可用性、自動(dòng)存儲(chǔ)分層和高效管理大規(guī)模超大尺寸文件的能力。

　　彈性存儲(chǔ)使得大量計(jì)算機(jī)并發(fā)通過(guò)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）、IP網(wǎng)或混合網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)同一組文件數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行AIX這樣的專(zhuān)屬操作系統(tǒng)，或是Linux、Microsoft Windows等開(kāi)放式操作系統(tǒng)。彈性存儲(chǔ)的額外功能包括存儲(chǔ)管理、信息生命周期管理、集中化監(jiān)控以及全局化命名空間內(nèi)的共享文件系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)之初，彈性存儲(chǔ)支持高性能工作負(fù)載環(huán)境。而在今天，其普遍安裝運(yùn)用于大規(guī)模并發(fā)計(jì)算，支持包括氣象模型到颶風(fēng)仿真、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中的大數(shù)據(jù)商業(yè)智能分析、基因排序、數(shù)字媒體與可擴(kuò)展性文檔服務(wù)等領(lǐng)域。這些高性能運(yùn)算應(yīng)用普遍服務(wù)于科研、金融、零售、數(shù)字媒體與政府管理等行業(yè)。

　　在擴(kuò)展性方面，彈性存儲(chǔ)沒(méi)有任何限制，其可以跨越地域限制，連接起一個(gè)日不落的存儲(chǔ)帝國(guó)。當(dāng)然彈性存儲(chǔ)也可以是只有單個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的分層存儲(chǔ)解決方案；兩個(gè)節(jié)點(diǎn)所組成的數(shù)據(jù)庫(kù)高可用性存儲(chǔ)平臺(tái)；抑或是上千節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的大規(guī)模計(jì)算應(yīng)用，例如天氣預(yù)測(cè)模型。迄今為止最大的彈性存儲(chǔ)配置仍是米拉超算集群，由百萬(wàn)計(jì)的計(jì)算內(nèi)核和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。

　　日不落帝國(guó)的基礎(chǔ)：文件系統(tǒng)與應(yīng)用程序接口

　　彈性存儲(chǔ)的文件系統(tǒng)構(gòu)筑在包含文件系統(tǒng)與元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備之上。文件系統(tǒng)可以基于單塊磁盤(pán)或者存儲(chǔ)PB級(jí)數(shù)據(jù)的數(shù)千塊磁盤(pán)上。每個(gè)文件系統(tǒng)可以被集群內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)存取訪問(wèn)，因此從理論角度看，每一種文件系統(tǒng)都是沒(méi)有容量限制的。

　　應(yīng)用程序則通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的文件系統(tǒng)，例如POSIX接口存取文件。由于所有的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)可以訪問(wèn)所有的數(shù)據(jù)文件，集群內(nèi)的任意節(jié)點(diǎn)可以并發(fā)讀取或更新同一組文件——從而使得應(yīng)用程序可以便捷地快速擴(kuò)展。彈性存儲(chǔ)使用字節(jié)范圍鎖、分布鎖以及日志方式確保文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性。這意味著支持標(biāo)準(zhǔn)化文件系統(tǒng)的應(yīng)用程序不需修改就可以直接運(yùn)行在彈性存儲(chǔ)的體系架構(gòu)內(nèi)。除了標(biāo)準(zhǔn)化接口，彈性存儲(chǔ)提供的擴(kuò)展接口可以提供額外的應(yīng)用程序功能，例如判斷文件在存儲(chǔ)池中的具體位置、創(chuàng)建文件克隆并管理空間分配。

　　無(wú)可比擬的性能、擴(kuò)展性與管理控制

　　彈性存儲(chǔ)在性能方面的最大優(yōu)勢(shì)在于其給非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)帶來(lái)了空前的I/O提升。這其中包括（1）信息的條帶化處理，將數(shù)據(jù)分布于不同節(jié)點(diǎn)的不同磁盤(pán)上；（2）不同文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊大小來(lái)匹配I/O性能所需；（3）利用特定算法與緩存來(lái)改善預(yù)讀與延后寫(xiě)入操作；

　　在創(chuàng)建彈性文件系統(tǒng)過(guò)程中，原始存儲(chǔ)設(shè)備被預(yù)分配諸如NSD之類(lèi)的文件系統(tǒng)，然后所有彈性存儲(chǔ)體系架構(gòu)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)TCP/IP或Infiniband存取該磁盤(pán)，進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移。彈性存儲(chǔ)中的智能軟件可以進(jìn)一步提升存儲(chǔ)架構(gòu)的整體性能，其功能通常包括I/O優(yōu)化、自動(dòng)識(shí)別順序、逆序以及隨機(jī)I/O的存取模式。

　　彈性存儲(chǔ)的管理控制模式需要易于使用并和標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)管理方式一致，這樣才能對(duì)存儲(chǔ)體系架構(gòu)的管理擴(kuò)展至整個(gè)集群網(wǎng)絡(luò)。除了主要的集群監(jiān)控外，管理控制還需要包括標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)、使用量、快照等管理控制。

　　彈性存儲(chǔ)的管理工具能夠簡(jiǎn)化集群的工作任務(wù)。通過(guò)任意節(jié)點(diǎn)中發(fā)出一條簡(jiǎn)單指令便可在整個(gè)集群范圍內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)的文件系統(tǒng)操作。或者在更常見(jiàn)的方式下，客戶(hù)可以指定單獨(dú)的管理控制節(jié)點(diǎn)群，甚至單一授權(quán)登陸來(lái)對(duì)整個(gè)集群環(huán)境進(jìn)行管理控制，從而提升整體存儲(chǔ)環(huán)境的安全性，防止產(chǎn)生誤操作。

　　同樣重要的是集群環(huán)境中的單臺(tái)節(jié)點(diǎn)在升級(jí)時(shí)需要保證整個(gè)文件系統(tǒng)在線狀態(tài)。目前的彈性存儲(chǔ)大多可以支持滾動(dòng)升級(jí)，舉例來(lái)說(shuō)，你可以在新的彈性存儲(chǔ)軟件版本發(fā)布時(shí)進(jìn)行在線升級(jí)。

　　容量管理可以幫助管理員控制每個(gè)用戶(hù)或用戶(hù)組對(duì)集群文件系統(tǒng)的用量，并通過(guò)通常會(huì)附帶其中的報(bào)告系統(tǒng)產(chǎn)生用量報(bào)告，這對(duì)于需要計(jì)算單個(gè)用戶(hù)運(yùn)營(yíng)成本的應(yīng)用環(huán)境會(huì)十分重要。而在更細(xì)顆粒度的單一文件系統(tǒng)中，管理員往往可以定義用戶(hù)或用戶(hù)組的文件系統(tǒng)樹(shù)形結(jié)構(gòu)。

　　最后，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）接口可以使得整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理工具進(jìn)行監(jiān)控。SNMP協(xié)議提供了彈性存儲(chǔ)架構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，并且在意外事件發(fā)生后采取相應(yīng)策略。例如當(dāng)有新的文件系統(tǒng)裝載、節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或者某個(gè)文件系統(tǒng)的可用容量低于閾值。SNMP插件可以運(yùn)行在跨平臺(tái)環(huán)境下，并且監(jiān)控整個(gè)異構(gòu)環(huán)境。

　　永恒的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

　　彈性存儲(chǔ)體系架構(gòu)能夠交付最苛刻環(huán)境對(duì)存儲(chǔ)可用性的要求。集群特性以及支持同步異步數(shù)據(jù)復(fù)制使得彈性存儲(chǔ)擁有無(wú)與倫比的容錯(cuò)特性，在某個(gè)集群節(jié)點(diǎn)，甚至某個(gè)區(qū)域的存儲(chǔ)系統(tǒng)出現(xiàn)物理故障時(shí)，仍能夠保證持續(xù)數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

　　在彈性存儲(chǔ)集群內(nèi)部，所有的節(jié)點(diǎn)都能夠訪問(wèn)所有數(shù)據(jù)；在沒(méi)有限定數(shù)據(jù)私密性的前提下，所有集群的所有類(lèi)型操作均可以經(jīng)由集群內(nèi)的任意節(jié)點(diǎn)完成；當(dāng)然也可以通過(guò)策略、集群配置與許可證方式控制某些特定節(jié)點(diǎn)的操作類(lèi)型。同時(shí)，集群存儲(chǔ)會(huì)持續(xù)監(jiān)控文件系統(tǒng)組件的健康程度，例如自動(dòng)化監(jiān)測(cè)并釋放死鎖、對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況的監(jiān)控，以及修復(fù)元文件、保證數(shù)據(jù)一致性等。

　　對(duì)于人為錯(cuò)誤，彈性存儲(chǔ)通過(guò)快照方式保護(hù)文件系統(tǒng)中的內(nèi)容。快照可以用于在線備份，防止例如錯(cuò)誤文件刪除、病毒侵入等所造成的文件丟失。并且在快照中，新的數(shù)據(jù)塊只有在文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)被刪除或修改時(shí)才會(huì)被創(chuàng)建，這樣可以節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間。最后，快照會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，數(shù)據(jù)會(huì)被直接存儲(chǔ)于現(xiàn)有的存儲(chǔ)池中，進(jìn)一步簡(jiǎn)化管理員的工作，并優(yōu)化存儲(chǔ)利用率。

　　海納百川，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的未來(lái)

　　自1998年發(fā)展至今，彈性存儲(chǔ)已經(jīng)被運(yùn)用于全球3,000多家企業(yè)，包括金融交易、生命科學(xué)、研究設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域。

　　彈性存儲(chǔ)的宗旨在于跨越傳統(tǒng)存儲(chǔ)廠商在存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域的限制，通過(guò)快速、自動(dòng)且智能地?cái)U(kuò)展其存儲(chǔ)需求，支持完全異構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，允許跨多個(gè)位置的企業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)訪問(wèn)任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)。相信在未來(lái)，存儲(chǔ)市場(chǎng)將不再是那些傳統(tǒng)廠商在封閉的系統(tǒng)控制器上的角逐，因?yàn)閺椥源鎯?chǔ)將如同海納百川那樣，聯(lián)接匯聚獨(dú)立的存儲(chǔ)系統(tǒng)，形成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的“大一統(tǒng)”。 

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