軟件定義存儲出現的兩大背景
隨著個性化、物聯網的發展，數據以前所未有的速度迅猛增長，據IDC數據顯示，預計2020年將達44ZB的數據量，因此，數據需要更高效，更省成本的方式存放。其次，虛擬化、云計算和硬件技術的發展，使得軟件定義成為可能。與此同時，用戶的思維方式也發生了轉變，逐漸意識到，快速、敏捷、靈活地獲取計算資源已經成為可能，并且逐漸要求能按需使用，按需付費。因此，作為虛擬化和云計算里重要的組成部分，存儲也應適應新的需求而不斷完善，做到存儲即服務，實現快速交付，動態調整。
軟件定義存儲核心技術
下面我們就來剖析一下，是哪些技術的發展，使得SDS在未來幾年內會成為主流？
二三十年前，CPU的處理能力較弱，內存較小，單塊磁盤的性能和容量都較小。為了不搶占寶貴的CPU和內存資源，也為了提高數據的性能、可靠性（如RAID保護）、可用性（如快照，容災，雙活等）、擴展性，以及提供方便易用的集中管理，誕生了外置磁盤陣列（也叫集中存儲），陣列本身自帶智能控制器，能夠組織管理數據，并提供快照、容災等高級的軟件功能。然而，近幾年來，新的技術顯著地改變了存儲架構。包括：
- SSD技術：延時從磁盤的毫秒級縮短到亞毫秒級(0.1毫秒)，性能從單塊15K磁盤的180左右IOPS，猛增到單塊SSD的8000 IOPS(外置磁盤陣列)，甚至到單塊SSD的36000IOPS(內嵌在服務器里的SAS或SAT接口的SSD，或者PCIe SSD)；閃存價格的下降速度比硬盤更快，根據IDC預測，兩者價格曲線將于2015-2017年出現交叉，屆時單位GB的SSD的價格甚至低于單位GB的15K磁盤的價格。
- CPU多核技術：服務器的CPU多核早已被業務應用利用起來，尤其在虛擬化環境里，多核處理器功不可沒，既提高了處理器利用率，也提高了單臺服務器上用戶對更多I/O的需求，這其實也驅動著底層存儲需要變革。如前所述，絕大多數存儲控制器采用了X86架構，但真正利用其多核處理IO，從最近三年才開始。正是有了多核的利用，Server SAN得以在處理業務應用之外，心有余力地去處理或優化IO，實現豐富多彩的存儲軟件功能。
- 高速網絡技術：分布式存儲借助于節點之間的緩存（用SSD存放）的同步復制來確保數據的冗余性，也得益于近些年來網絡的高速發展；通常推薦采用萬兆網絡，甚至有的采用四萬兆(40GbE）的網絡。目前，萬兆網絡的延遲非常小，大約在100 微秒左右，遠小于PCIe閃存的延遲1毫秒；如果采用RDMA技術，延遲能更小；
- 大容量服務器和磁盤：分布式存儲借助于大容量的服務器和磁盤，也能夠提供以往外置磁盤陣列才能支持大存儲容量。例如，DELL PowerEdge R730XD最多16個3.5寸近線SAS盤，可支持多達近100TB的裸容量；另外，單塊的機械磁盤容量也越來越大，例如，2015年03月，HGST首次向公眾展示了10TB的機械硬盤；這樣，不遠的未來，僅憑服務器內置磁盤，即可支持100多TB的裸容量。如果還支持服務器連接直連存儲來進行Scale Up(縱向擴展)，容量就更大了。
企業部署SDS的優勢：
在SDS模式下，數據服務由不依賴于硬件的軟件體系提供。將存儲軟件與底層硬件分開的方式為企業帶來以下關鍵優勢：
● 更高的敏捷性。采用硬件定義的存儲時，面對不斷變化的情況，很難隨時做出更改。這種類型的基礎架構通常不夠靈活，而且很難根據需要進行重新配置。與之相反，SDS 則可以在軟件級別迅速輕松地做出所需更改，更易于根據需要重新配置、部署和重新調整用途。此外，SDS 模式的可擴展性也比傳統方法強得多。
● 易操作性。SDS平臺提供先進的管理和自動化功能，可使應用程序的存儲配置更加簡便，更可減少手動干預的需求。除此之外，由于軟件和硬件分離，企業可以選擇其IT員工（甚至是非存儲管理員）所熟悉的軟件定義的存儲平臺，從而更順暢地實現向 SDS的過渡，并減少對專業技能的依賴。
● 更高的經濟效益。舊式存儲設備中內置專有軟件和硬件，并且必須定期續訂昂貴的許可證才能使用。所有這些元素都會帶來附加費用，使得存儲的獲得和使用成本高昂。SDS平臺可使用通用型硬件，從而使企業免受供應商限制并大幅節約成本。此外，企業甚至可以選擇開源SDS平臺，以便獲得更大的成本優勢。
在評估SDS解決方案時，企業需要就以下因素加以考量：
● 通過開放系統保留選擇自由。某些供應商提供的解決方案包含軟件定義的元素或功能，但仍要依賴專有硬件和方法才能實現。保持開放性（特別是在硬件級別）將使企業可以按自己的方式利用創新——無論創新來自何處，同時能在基礎架構層面保護企業投資。
● 避免“一刀切式”解決方案。每個企業都是獨一無二的，都有其獨特的應用程序需求、基礎架構限制以及資源考慮因素。在評估SDS解決方案包時，要了解工作負載需求，并在這些需求與部署和操作首選項之間取得平衡。
● 通過全面支持確保工作效率。新的體系結構和SDS部署類型可能非常復雜。如果出現問題，跨系統進行準確修復可能非常困難，而且如果IT組織變成供應商之間的中間人，協調起來可能相當耗時。覆蓋全球的、全面的、單一來源支持可以避免這些情況。
主流存儲廠商SDS技術及方案：
軟件定義存儲由于不像軟件定義網絡那樣較早建立起了業界標準，當前廠商們在軟件定義存儲上的技術發展則表現各異。當前廠商們的軟件定義存儲技術實現可以歸納為數據保持、數據服務和數據消費三層。數據保持層是指存儲媒介對數據存儲方法的優化，如RAID、糾刪碼等；數據服務層是指存儲媒介對數據活動的優化，如重刪、備份、壓縮、加密等；數據消費層是指數據的訪問接口，如塊存儲、文件存儲、對象存儲、Hadoop系統等。
EMC 軟件定義存儲產品組合
EMC公司的SDS通過存儲虛擬化平臺將物理陣列中的存儲(無論是基于文件、塊還是對象)抽象為虛擬共享存儲資源池。從而跨物理陣列實現靈活的存儲使用模型，并提供應用程序和創新型數據服務。存儲虛擬化平臺從底層硬件陣列抽象出存儲控制路徑，以便可以在軟件中集中執行多供應商存儲基礎架構的訪問和管理。
EMC 的 SDS 理念不是一個單一產品，而是關于未來交付存儲方式的一種概念。以此為目標，EMC 打造了強大的軟件定義存儲解決方案組合。
EMC SDS 產品組合不僅包含新的 SDS 產品及服務如 ScaleIO、ViPR 及 Elastic Cloud Storage，還包含如 vVNX 及將在未來發布的僅軟件 Isilon OneFS 這類產品，它們構建在公司經過時間考驗的傳統存儲產品 VNX 和 Isilon（參見下圖）的基礎之上。
圖1 EMC 軟件定義存儲產品組合
編配和管理(ViPR)
EMC ViPR目前是以軟件的形態，運行在3-5個服務器虛擬機組成的集群上。此款 SDS 解決方案針對自動化配置及管理數據中心異質存儲資源。它包括控制平面（Control Plane）和數據平面（Data Plane）兩部分功能。前者實現的是自動化存儲管理，包括：多租戶、自助式門戶、計量和調配等；后者可以說是建立在前者對文件存儲的管理之上，提供全局數據服務，包括對象存儲、HDFS（Hadoop分布式文件系統）和其他服務。
圖2 EMC軟件定義平臺ViPR
橫向擴展塊及超融合（ScaleIO）
在 2014 年初，EMC 收購了一家以色利存儲初創公司 ScaleIO，青睞于其創新的基于服務器的存儲技術，該技術使用工業標準的商用硬件來創建軟件定義的橫向擴展塊存儲解決方案。ScaleIO 產品不同于市場上的其它產品，因為它能夠作為超融合存儲平臺運行，并支持多個虛擬機管理程序、操作系統及計算硬件（包括基于 ARM 的服務器）。而且，ScaleIO 的一個獨到之處是其出眾的擴展性——在單一的聯合集群中能夠擴展至數千個節點。這一功能讓 EMC 將 ScaleIO 定位為針對大企業及云服務供應商的產品，對于這類用戶來說，擴展和異質至關重要。
橫向擴展對象（Elastic Cloud Storage）
EMC 推出 Elastic Cloud Storage 作為下一代超大規模基于對象的存儲解決方案。ECS 可以以軟件的形式交付用于第三方商用基礎架構之上，也可作為集成設備交付。ECS 用于規模存儲、存檔及訪問非結構數據。作為對其他基于對象的存儲平臺的補充，ECS 旨在克服 Centera 及 Atmos 的某些局限性，其目的是讓企業得以在私有或公有云中部署可大規模擴展的存儲。ECS 具有可定制的元數據，用于數據布局、保護和生命周期策略。
橫向擴展文件（Isilon）
Isilon NAS 產品系列由分布式文件系統 OneFS 提供支持，是最早進入快速增長的橫向擴展文件市場的首批產品之一。OneFS 是軟件定義的基于文件存儲解決方案的早期典范之一——它采用無共享架構，在工業標準服務器上提供各種各樣的存儲協議。為了滿足傳統購買渠道的需求，EMC 選擇以全集成設備的方式交付Isilon。
統一 SAN 及 NAS (vVNX)
EMC 的 VNXe 產品是一款統一 SAN（iSCSI）及 NAS（NFS/SMB）入門級陣列，適于中型 IT 環境。EMC 目前正在推出的 VNX 軟件定義版適于借助虛擬 VNX 存儲進行 vApps 開發/測試，并且測試如數據復制及快照/克隆這些功能等用例，而不會產生任何硬件開銷。
EMC 產品組合的優勢：
開放：對供應商中立、開放標準的 API 讓產品得以單獨使用，或作為云部署（如 OpenStack）的一部分使用。開源社區版本讓買家無需支付任何開支即可評估軟件。
多樣：EMC 的 SDS 產品組合包括 SDS 數據組織和交付模式——文件、塊、對象、HDFS 及超融合式。它還包含下一代機架、數據中心及超大橫向擴展架構。
靈活：EMC 希望其解決方案可以作為設備使用，或作為可下載的軟件安裝于工業標準硬件之上。
IBM的軟件定義存儲——光譜存儲
IBM光譜計算產品體現了IBM軟件定義基礎架構戰略在認知時代背景下的新發展。光譜計算和光譜存儲兩者互為補充、相輔相成，將共同為客戶提供一系列具備獨特優勢的軟件定義基礎架構功能，幫助企業針對具體業務需求變化動態調整計算和存儲基礎架構，在靈活性、選擇多樣性、管理成本、分析速度等方面獲得致勝優勢。
IBM對SDS的三個階段的定義，從某種角度上有點像服務器從虛擬化向云計算、全自動化負載優化的演進。IBM軟件定義存儲的發展過程：從SDS 1.0的“虛擬化和優化”到SDS 2.0的“開放，可延展且行業導向”，再到SDS 3.0的“開放，智能分析且應用驅動”。
圖3 IBM對SDS的三個階段的定義
目前，SDS中的控制與數據平面的概念已經廣受認可。所謂的控制平面就是指，在存儲的范疇內對數據進行的操作處理，以提供相應的功能或服務，比如快照、復制、備份、自助服務、策略管理、分析優化等。而數據平面則是保證滿足不同的數據存取的需求，比如虛擬化、橫向擴展、歸檔存儲等等。IBM光譜存儲家族的6款產品組合，也由此可以分成兩大部分。
圖4 IBM的軟件定義存儲
首先看控制平面，成員有兩個：
IBM Spectrum Control(監控)：它源自于IBM的數據與存儲管理解決方案，確切的說由兩種方案——基于本地的IBM SmartCloud Virtual Storage Center(虛擬存儲中心，VSC)與新近推出的，基于云的IBM Storage Insights，前者提供了強大的存儲管理平臺統一管理塊、文件與對象存儲，包括自動化的存儲供給與分層優化，支持OpenStack與VMware環境，并提供應用感知快照管理。而IBM Storage Insights只需要在本地部署一臺虛擬機，與一臺IBM存儲設備，即可獲得基于云的存儲管理方案，相當于云化的VSC，并能獲得更好的體驗，包括更好的容量規劃、更高存儲利率用、更合理的數據分布、增強的性能監控以及人性化的存儲管理報告
IBM Spectrum Protect(保護)：基于原有的IBM 的備份與恢復解決方案，即著名的Tivoli Storage Manager家族。它為用戶提供了備份與恢復的單點控制，讓用戶可以進行可靠的、可伸縮的高成本效益的備份，并能快速的恢復至虛擬、物理與云環境。在具體的操作中，數據刪重與持續增量備份技術可以讓虛擬與物理環境的備份存儲需求降低95%，成本最多可節省38%。同時，基于策略的自動化數據管理解決方案，可以讓數據自動的在閃存、磁盤與磁帶介質中按需遷移以進一步達到最高的“性價比”，最后該方案還支持OpenStack Backup與VMware vCloud 集成。
在數據平臺，則有4款產品方案：
IBM Spectrum Virtualize(虛擬化)：借助IBM強大的實時壓縮功能，SVC在虛擬異構傳統存儲系統進行池化，方便用戶在不同廠牌的存儲系統間進行數據遷移而不影響應用的同時，還可以將存儲容量等效提高最多5倍，并提升磁盤利用率達50%或更多。借助于IBM Spectrum Virtualize，光譜存儲完成了對原有存儲系統的“包容”，為盡可能的池化提供了有力的支撐。
IBM Spectrum Accelerate(加速)：這是光譜存儲家族中最耀眼的一員，源于大名鼎鼎的IBM XIV存儲系統，也是界業第一個基于已經被驗證過的企業級存儲技術的SDS解決方案——目前XIV技術已經穩定運行于全球超過10萬臺服務器之上。簡單來說，它將XIV存儲系統的軟件“解耦”出來，讓它可以部署在業界標準的x86服務器上，30分鐘即可實現網格級(Grid-Scale)塊存儲的快速部署，并支持與公有云相結合的混合模式。
IBM Spectrum Scale(擴展)：它是數據平面可實現高度橫向擴展的重要基礎，它支持數據的全局共享訪問，擁有極致的可擴展性，可管理超過10億PB級的非結構化數據，并具有閃存加速特性，確保極低的延遲。與此同時，IBM Spectrum Scale 還提供了強大的存儲管理功能，配合基于策略的自動化管理，用戶無需人工介入，即可完成對數據在不同層級存儲間的遷移，從而可減少90%的存儲成本，同時提高云、大數據和分析環境中的安全性和管理效率。 而且，IBM Spectrum Scale 還支持OpenStack Swift對象存儲，可以讓后者更女孩的管理圖片、視頻等對象。
IBM Spectrum Archive(歸檔)：已經不常用，但需要長期保留備案的數據，就需要歸檔處理了，這也是數據生命周期的最后階段(再往后就是刪除了)，這些數據不需占用寶貴的閃存與磁盤存儲的空間，此時最合適的介質就是磁帶。
戴爾SDS解決方案
戴爾軟件定義存儲率先實現了存儲軟件與硬件相分離，戴爾豐富的產品組合基于開放標準，決定了軟件定義存儲解決方案不會采用一刀切方法。戴爾與領先的存儲軟件提供商合作，聯合設計了敏捷的開放式解決方案，不僅可以保護當前投資，還可以提升未來靈活性。從經過預驗證的零風險參考架構，一直到可在30分鐘內完成部署的超大規模解決方案，企業可以自由選擇最理想的選項。
戴爾SDS從各個存儲陣列中提取功能，然后綜合運用于計算，從而提升性能和響應能力。基于API的全新自動化工具可幫助IT人員減少管理工作，以便把更多時間投入更有戰略意義的工作。集成功能可將管理范圍擴展到一般存儲陣列之外，同時還可以降低復雜性。最終結果是VDI實施速度提升高達6倍，最多可節省27 %的成本。這與傳統VDI存儲方法相比，戴爾的SDS解決方案可以支持兩倍的用戶，并且占用空間減少91 %。
圖5 戴爾軟件定義存儲解決方案
盡管SDS的承諾是“任何軟件、任何硬件”，但現實往往復雜得多。基于“白盒”硬件的解決方案常常達不到預期效果。采用合適的配置在經過反復測試的企業級硬件上部署SDS可顯著改善成果。例如，采用使用VMware Virtual SAN 6.0的Dell PowerEdge FX的VDI解決方案可以允許您支持更多用戶，收回寶貴的機架空間并獲得巨大的存儲靈活性，與傳統存儲陣列相比，這種存儲更易于設置、管理和使用，大幅簡化企業SDS。
戴爾SDS解決方案優勢
戴爾SDS解決方案主要有三大優勢：第一、借助戴爾基于行業標準的開放式方法，選擇適合用戶的硬件和軟件；第二、更快地獲得最新軟件或硬件先進功能，從而快速增加新的IT功能；第三、通過單點聯系人獲取服務和支持，降低風險并節省時間。
惠普SDS解決方案
在惠普看來，軟件定義存儲與其融合架構、公有云、開源等并不是割裂的，惠普認為真正面向軟件定義數據中心的存儲包括三個層面：首先是標準的平臺基礎，其次是聯合的數據服務，最上面是融合的控制與架構。
圖6 惠普面向多款軟件定義數據中心的存儲
惠普“軟件定義存儲”方案的更新包括以下幾點：
1、對虛擬機的支持：惠普增加了Linux環境下KVM的支持，這樣惠普Storevirtual VSA就全部支持了VMware、Hyper-V和KVM三種主流的虛擬化方案。對Linux虛機KVM的支持實際上和惠普的Helion云戰略密不可分，因為用戶更加傾向于在Linux環境下，基于KVM虛機來署Openstack，所以Storevirtual VSA融入Helion云戰略的前提，就是支持KVM。
2、空間利用率改善：對軟件定義存儲的客戶來說，利用的是服務器端存儲的空余空間，所以空間利用率和成本密切相關。惠普在軟件定義存儲方案中增加了T-10UNMAP功能，這樣用戶在刪除數據后，可以在非常靈活的擴展和釋放空間給其他存儲業務。
3、性能方面的提升：軟件定義存儲同樣對性能有一定的要求。惠普最近針對Vmware虛擬化應用做了一系列優化，通過路徑管理提升系統性能，在高IO應用環境下尤其有明顯的性能提升。根據惠普的測試數據，在應用SSD的環境下運行Vmware虛擬機，實現了58%的性能提升，同時還大幅度降低系統延時。據介紹，這種優化很快還將移植到KVM虛機環境下。
4、對Openstack的支持：這一點其實也和Helion云的整體戰略密不可分，惠普在Storevirtual VSA中增添了REST API的支持，能夠更好的與Openstack環境相集成。
總結：在筆者看來惠普StoreVirtual VSA和StoreOnce VSA都有著較為廣泛的用戶基礎。隨著VMware介入到軟件定義存儲領域，惠普一直強調會給用戶更多選擇。值得稱贊的是，惠普在其軟件定義存儲產品中加強了與Helion公有云平臺的集成，符合當前混合云的趨勢，擁有自家公有云平臺也使得惠普在未來的混合云競爭中更具吸引力。
NetApp的SDS解決方案
NetApp的SDS主要通過其集群操作系統Data ONTAP對底層的異構存儲進行統一管理，并實現存儲資源的策略配置以及提供可編程API，實現應用程序自定義和工作流自動化。所有的異構存儲設備通過NetApp設備接入。目前，NetApp的ONTAP產品主要支持塊和文件存儲接口，對對象存儲支持較弱：兼容硬件支持列表中，主要是NetApp認證的存儲設備。
圖7 NetApp的集群模式Data ONTAP平臺
上圖為集群模式Data ONTAP的原理示意圖，從中我們可以看到NetApp對軟件定義存儲的理解。NetApp的軟件定義存儲分為上層的虛擬應用，中間集群模式 Data ONTAP提供的虛擬化存儲服務以及位于底層的硬件和云資源。筆者個人理解可以將這個架構解釋為通過集群模式 Data ONTAP將底層的存儲資源(包括硬件存儲設備和云存儲服務)虛擬成為多個SVM最終提供給上層的應用。這樣集群模式 Data ONTAP就可以通過設置SVM的容量、性能和其他的策略來實現對上層的應用提供符合其需求的服務。
這個解決方案最大的特點就是上層應用并不用考慮底層的資源類型，NetApp 存儲虛擬機對于存儲的意義正如服務器虛擬化為服務器所帶來的意義，它消除了將數據束縛于特定硬件的物理障礙。應用所面對的是一個個容量、性能有所不同的存儲虛擬機(SVM)，數據的存儲、遷移、管理的策略都會由集群模式Data ONTAP統一控制和實現。這點也是軟件定義存儲的基本要求。
而具體的底層的存儲資源可以是NetApp的FAS和FlexPod，也可以是EMC或者HDS等廠商的第三方存儲陣列資源(NetApp之前的V系列的功能，現在已經集成到集群模式Data ONTAP當中，被稱為FlexArray)。集群模式Data ONTAP對于每種硬件資源都做了深入的研究，不論是閃存還是公有云資源，他都做了非常細致的優化，以確保所有資源能夠物盡其用。
NetApp 提供 SDS（通過集群模式 Data ONTAP 軟件實現）、業內最全面的應用程序集成以及支持無縫工作流自動化的可編程 API。SDS 功能有機地融入到我們的產品中，而不是之后作為單獨的管理層添加進來。我們通過以下方式實現 SDS：
• 應用程序自助服務，便于用戶更加快速地訪問存儲服務、應用程序和工作流
• 全面虛擬化的存儲服務器，便于基于服務級別動態地配置資源
• 在廣泛的多供應商硬件和云服務提供商之間部署，實現平臺靈活性
NetApp軟件定義存儲的優勢
• NetApp 集群模式 Data ONTAP 操作系統，在全球第一品牌存儲操作系統[*] Data ONTAP 的基礎之上進一步創新。
• NetApp OnCommand® 管理軟件和管理集成工具套件。
• NetApp FAS 系列光纖連接數據存儲系統。
• NetApp FlexArray 虛擬化軟件，支持使用集群模式 Data ONTAP 界面管理。NetApp 和第三方存儲陣列。
e-works觀點：
軟件定義存儲不是一個概念，也不是飄在空中的一朵云，而是一個實實在在正在落地開花的一種創新性產品。無論是從技術、產品、市場還是用戶的角度來看，軟件定義存儲都具有巨大的創新。但是，真正的想把軟件定義存儲做好，也并不是那么簡單的事情，在技術上和傳統存儲軟件存在較大的差異，需要更加強調系統的容錯性。而并不是簡單的把傳統存儲中的軟件單獨打包銷售。
軟件定義存儲是未來發展的方向，它能夠幫助企業獲得前所未有的敏捷性和高效率，但考慮采用SDS的企業也應當基于現有需求，同時采取面向未來的合理策略。
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本文標題：軟件定義存儲技術及解決方案
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