「存儲極客」學習超融合,傳統存儲知識不可少
vSAN 的設計就是為了自家虛擬化,所以把自身嵌入到vSphere Hypervisor;Dell XC超融合設備則是每個節點上有一個CVM虛擬機運行的分布式存儲軟件。許多第三方廠商都是類似的實現,這樣做也有一定好處,那就是可移植性。Dell XC除了VMware ESXi之外,還支持微軟Hyper-V和AHV(KVM)虛擬化環境。
Dell XC幾年前就在NDFS分布式文件系統上實現了壓縮和重復數據刪除,以及快照和克隆的支持,如今這些功能逐漸成為超融合產品的標配。vSAN 則傾向于簡捷的設計——快照和克隆都是沿用vSphere虛擬機自身的功能。
本文將重點討論Dell XC系列比較有特色的兩個存儲特性。
在傳統服務器+SAN網絡+存儲陣列架構中,所有主機都是通過存儲網絡訪問集中式存儲,數據的可靠性和可用性在后者內部實現。而基于分布式存儲技術的超融合集群,其虛擬機數據通過副本保護存放于多個服務器節點上,以此來保證冗余高可用。
在分布式存儲/超融合集群中,相當于用以太網替代了傳統FC交換機的功能,這時選擇一款高品質的交換機更為重要。在Dell XC推薦的參考配置中,我們可以看到Dell Networking S4048-ON這款10/40 GbE架頂式開放式網絡交換機——高密度1RU 48端口10 GbE,具有6條40 GbE上行鏈路,且具有超低延遲、無阻塞,可確保實現線速性能。
如果不做特別的設計,虛擬機需要訪問的數據副本不一定位于其所在節點本地,讀寫操作將會增加一些集群間的網絡流量。Dell XC超融合使用了下面的“本地讀”技術來對此進行優化。
在常規情況下,每個虛擬機寫入NDFS的數據,其中一個副本放在服務器本地存儲,以保證后續讀取不通過網絡提高效率。一旦出現虛擬機遷移到其它節點,將會遵循以下規則處理:
新寫入的數據,繼續按照本地讀優化規則,在新的服務器宿主機存儲一個副本。
當虛擬機在新位置讀取原來節點上的數據時,會觸發數據遷移以維持“I/O本地化”。
(注:只在讀操作發生時才移動數據,以減少網絡流量,同時我們也應考慮到虛擬機可能隨時根據需要遷移回原節點或者新的位置。)
在虛擬機被遷移之前,如果有部分數據的“第二副本”正好位于遷移后的新宿主機,這些數據在讀取時將無需觸發數據移動。
當從事技術工作到一定階段,就會發現每種技術路線/選擇都會有其限制,基本上沒有十全十美的。無論是否為支持“本地讀”的超融合,我們注意到一些分布式存儲設計為只從主副本讀,這樣做不只是為了圖省事,也能節約內存/SSD緩存的使用。
在I/O訪問足夠離散的情況下,只從主副本讀不會造成不均衡的情況。而在服務器虛擬化應用中卻有一種情況可能造成數據熱點,那就是在分布式存儲上創建快照,并以此作為虛機模板(黃金鏡像)。如下圖,此時“Base VM vDisk”的原有數據塊被凍結為只讀,而同時它還要為“鏈接克隆”并運行于其它服務器節點上的虛擬機提供讀訪問。此時怎樣同時照顧多個節點上的“本地讀”呢?
針對這種應用場景,Dell XC特別設計了影子克隆(Shadow Clones)特性。一旦NDFS定義基礎虛擬機目標磁盤為multi-reader狀態,該vDisk將被標記為不可變,并在出現跨節點讀虛機模板時將數據緩存在本地CVM控制的存儲上。
如此一來,在快照/克隆之后每個節點上的虛機仍然能夠做到本地讀,有效分散了數據熱點。影子克隆(Shadow Clones)會增加一些磁盤占用,相比之下集中式存儲陣列沒有這個問題。比如Dell SC遇到SSD或者HDD分層性能不足的情況,向寬條帶化存儲池中添加對應的驅動器就可以輕松rebalance擴展性能。當然,這是由分布式/集中存儲自身的特點所決定,并不意味著選擇陣列就不需要做IOPS和SAN網絡帶寬性能設計。
Dell XC超融合提供了高效的數據壓縮特性。如下圖:大數據塊或者順序I/O將在內存中壓縮處理并直接寫入Extent Store持久存儲層;而隨機I/O則直接先進入OpLog——位于SSD上的寫緩存,經過合并、在寫入到Extent Store之前進行壓縮。這樣做顯然是性能優先的考慮,原則上不會因為壓縮處理而增加延時。
就像我在《存儲極客:為什么說VSAN與Dell SC漸行漸近?》中所寫,如今分布式和集中存儲系統中的有些技術是相通并可以借鑒的。Dell SC陣列的活動數據壓縮,也是先將原始內容直接寫入高速SSD RAID1分層,然后向RAID 5/6或者HDD執行自動分層存儲的數據調度時執行壓縮。這一點與Dell XC超融合的在線壓縮有類似之處。
在Dell服務器上有一個特色的Dual-SD模塊選件,可以用于安裝VMware ESXi等嵌入式操作系統。在XC系列超融合上,該選件有一個專門的用途——系統軟件恢復介質,包括CVM在內的管理組件等。它能夠快速重置XC系統至出廠鏡像狀態,只需要10-20分鐘的時間。
最后給大家推薦一款新產品——Dell XC超融合家族中的新成員XC430 Xpress。這是專為中等企業規模設計,提供多功能合一的解決方案:原生地整合了服務器、存儲與虛擬化,并將基礎架構堆疊大幅簡化至單一、省空間的平臺。只需要3-4個1U節點,就可以為5~500個虛擬機器(VM)提供經過驗證的性能和可靠性,讓身兼多職的IT人員能更輕松支持所有的基礎架構需求。
選擇Dell XC430 Xpress,您就能快速開啟業界領先體驗的超融合之旅。而我在本文中介紹的技術,只是其中一些代表哦