Sun Storage 7000 Unified Storage Systems
昇陽力推開放式儲存系統
文／洪羿漣

為了協助企業樽節儲存成本，Sun利用開放式的軟、硬體架構，結合成開放式儲存(Open Storage)系統，也就是以一般等級的x86/x64伺服器，搭配免費的OpenSolaris作業系統，就可以於CIFS/NFS環境中分享檔案，並且擁有快照(snapshot)、複製(replication)等功能。

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看準即使經濟環境不佳、IT預算不多，公司營運所產生的資料卻不會減少，仍然需要做好儲存空間配置以及管理，Sun(昇陽電腦)於今年(2009)度Solution Day的重點之一，即力推開放式儲存(Open Storage)架構環境，並且具體應用於Sun Storage 7000整合型儲存系統(Unified Storage Systems)產品線。





Open Storage組成架構
就整體來看，Open Storage主要包含3項要素：OpenSolaris作業系統、開放的硬體架構及其週邊、Fishwork Appliance Kit。昇陽電腦儲存事業群大中華區資深技術顧問楊晟鑫說明時表示，就傳統CPU的單核心技術而言，在RAID控制卡上配置的2顆CPU，專做RAID運算與I/O管理，若還要再執行需要較多運算資源的儲存相關程式，效能上往往會出現瓶頸。

再加上企業儲存的採購案除了硬體設備成本，免不了需要運用相對應的管理軟體，才能達到企業所需的管理與控制功能，但軟體授權費通常必須額外再收取，又是一筆不小成本。

如今隨著CPU技術不斷演進，單顆CPU已可達到6個核心，對儲存方面的應用而言，已是綽綽有餘，再搭配免費作業系統內建的功能，即可達到Sun所力推的Open Storage。楊晟鑫說，多數企業機房內，總是會有一、兩台閒置或是舊款的伺服器或工作站，就可以改裝成OpenSolaris，成為一個Open Storage。

Open Storage與一般企業儲存設備較大的差異之處，在於用戶可選擇以DIY的方式架設儲存系統。但Sun亦有提供組裝、設定完成，並且經過測試驗證的機種，楊晟鑫表示，例如7000系列產品線，還內建Sun開發的Fishwork Appliance Kit套件，其搭配OpenSolaris提供的DTrace (Dynamic Tracing)動態追蹤功能，讓使用者透過簡單、較具親和力的圖型化介面，進一步管理與即時監控儲存系統，但目前該套件並未提供開放下載使用。


OpenSolaris作業系統平台
整個Open Storage的核心可說是OpenSolaris作業系統。自從Sun Solaris開放原始碼(open source)之後，OpenSolaris已是轉由開放原始碼社群(Open Community)持續開發與維護的作業系統版本，例如新加入的COMSTAR(Common Multi-protocol SCSI Target)專案，讓儲存系統不僅可為NAS、iSCSI，同時也可支援光纖通道(Fibre Channel)傳輸。準備一部具有光纖通道HBA卡、硬碟的舊型伺服器，只要安裝Open Solaris，並啟動COMSTAR，就可做為磁碟陣列系統。

ZFS檔案格式為OpenSolaris的重要特點之一，也同時被運用在Solaris 10。該系統內建可建立儲存集區(Storage Pool)，或稱為軟體陣列(Software RAID)功能，目前支援striping、mirror (RAID1、0+1)、raidz (RAID 5、RAID 6)、spare功能。

用來保護重要檔案的快照(snapshot)以及遠端複製(replication)功能，在ZFS均已內建提供，且可儲存的快照份數並沒有限制。


ZFS混合式儲存集區
Sun Storage 7000整合型儲存系統可說是基於Open Storage概念所設計，其中較具特色的部分是該系列所提供的混合式儲存集區(Hybrid Storage Pool)。

以往為了讓儲存設備達到高效能，較常見採用轉速較高、容量卻不夠大的硬碟，且數量要夠多，才能有效提昇I/O的吞吐量(throughput)。而Hybrid Storage Pool的「混合物」，即為大容量、高轉速這兩項極端的元素，也就是具高速存取的固態硬碟(Solid State Disk；SSD)，與低成本大容量的SATA硬碟同時存在。

相較於其他儲存設備支援SSD的模式，Sun Storage 7000系列有什麼不同？楊晟鑫以圖1的3個三角形說名，最左邊的三角形是最普遍的架構，CPU運算完成之後將RAM當中的資料送到硬碟時，由於2者的速度並不一致，效能瓶頸往往會落在硬碟本身；而速度介於RAM與硬碟之間的SSD硬碟，如圖1中間的三角形，若取代記憶體成為資料讀取的緩衝(Buffer)區域，雖然可加快檔案系統存取的速度，但由於檔案系統並非是最佳化狀態，因此就總體而言可提昇的效能仍然有限。


圖1：混合式儲存集區架構。(資料來源：Sun)


L2ARC負責檔案讀取
ZFS則是採用控制緩衝記憶體資源的作法，運用較彈性的演算法，來取得、管理及釋放有限的記憶體資源，Sun稱為ARC(Adaptive Replacement Cache；自動置換快取)，如圖1最右邊的三角形上方。再延伸至中間層，讓SSD硬碟作為快取記憶體，雖然速度上沒有系統主記憶體快，但容量卻較大，因此可進一步延伸檔案系統緩衝記憶體可用空間，也就是L2ARC (Level 2 Adaptive Replacement Cache；第二階自動替換快取)。

一旦資料被讀取至系統主記憶體ARC，同時會被複製到SSD的L2ARC中，當該筆資料已存在系統主記憶體中，但需要再次讀取相同的資料時，即可發揮SSD硬碟快速讀取的特性取得資料。楊晟鑫表示，於此架構下，即使用來存放檔案的硬碟是效能較低的SATA介面，對檔案的讀取效能仍然有正面的幫助。


ZIL負責檔案寫入
在圖1最右方的三角形中間層的另一邊為ZIL (ZFS Intent Log；ZFS索引紀錄)，也就是ZFS的Transaction Log，同樣採用獨立的SSD硬碟來加速寫入速度。

檔案系統為了讓資料寫入速度加快，同時必須兼顧在檔案不正常運作導致損毀之後，還能夠正確的被回復，多數運用Transaction Log來維持資料的安全及一致性，ZFS內建的技術稱為ZIL (ZFS Intent Log)。

每一筆資料寫入硬碟時，會消耗資料搜尋時間，同時Transaction Log的寫入還要再消耗一次，雖然這些Transaction Log通常不大，但數量卻可能很多，而形成效能上的瓶頸。因此ZFS的作法是分離Transaction Log至SSD硬碟，除了得以突破檔案寫入效能，其非揮發性的特性，還可確保Transaction Log不會因失去電力而流失。

就圖2的系統運作來看，當ZFS接收到應用程式的檔案存取命令時，將自動將索引寫入屬於ZIL的SSD硬碟，同時自動把判斷為頻繁存取的資料移至L2ARC的SSD硬碟供快速讀取。


圖2：寫入與讀取的快取記憶體採用SSD硬碟。(資料來源：Sun)

Sun Storage 7000整合型儲存系統產品共分為7110、7210、7410，共3款不同型號，除了硬體擴充不盡相同外，差異點還包括入門款7110雖未採用SSD硬碟作緩衝記憶體，但設計搭載SAS硬碟來提昇存取效能；7210採用的是SATA II硬碟作為資料儲存，並搭載供寫入Transaction Log的SSD硬碟；7410採用的是SATA II硬碟作為資料儲存，並搭載寫入與讀取專用的SSD硬碟。(圖3)


圖3：Sun Storage 7000整合型儲存系統產品線。(資料來源：Sun)


遠端監控與管理
在管理的部份，Sun Storage 7000內建Open Storage Manager介面，取代Command Line的方式，透過瀏覽器登入即可設定與管理。其操作介面以5大類別的方式設計，分別是Configuration、Maintenance、Shares、Status、Analytics。

在Maintenance的頁籤中，可發現硬體元件、系統是否出了問題。如圖4的範例畫面中，Storage 7410裝載了10顆Hitachi 1TB SATAII 7200 RPM硬碟，其中ID編號HDD 8即為專門提供寫入Transaction Log的SSD硬碟，配置的是STEC的Zeus-IOPS系列，擁有17 GB容量。


圖4：Storage 7410的Maintenance頁籤。

整體運作狀態以儀表板方式總覽，如圖5，無論是硬體元件(例如CPU、記憶體、網路卡、硬碟等)，或是系統服務(iSCSI、NFS、CIFS等)，均可以監看其運作狀況，在某元件或服務超過臨界值(threshold)而導致儲存系統不正常運作之前，能夠早一步發現。


圖5：儀表板總覽儲存系統運作。

管理介面中較特別是Analytics功能，結合了OpenSolaris 的DTrace技術，針對硬體元件，或是提供的各種服務項目，提供即時、動態、較深入的分析(drill down)數據資料，並輸出存檔。在圖6的範例中，即設定為收集通過CIFS協定存取檔案的流量統計，還可進一步細分為存取來源IP，以及檔案被存取的總量…等。


圖6：Analytics統計分析功能。

關於管理介面所提供的功能與設定方式若有疑問，利用儲存系統內建完整說明文件，如圖7，依據管理功能項目，或是以搜尋關鍵字的方式，可方便找到相關內容。


圖7：儲存系統內建完整說明文件。




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