企业存储向超融合系统演变进化的3个瞬间

　　摘要：前的IT应用中，有一“小”一“大”是几乎所有人关注的焦点。“小”是前端的移动，虽然设备的尺寸在逐渐变大(如不久前推出的iPhone6Plus)，总的来说还是比PC/Mac小很多，关键是操作习惯不同，强调简洁和随时随地使用;“大”是后端的大数据，不仅仅是数据大、多样性，更重要的是追求数据的全集而非子集，特别是从历史数据中发掘价值。

　　有厂商将为传统应用设计的平台称为记录交易系统(systemsofrecord)，为新一代应用设计的平台称为互动参与系统(systemofengagement)。划分不是很严谨，兼具二者特性的新平台亦非鲜见。

　　不过，每一笔交易都会产生交易记录，这些在传统应用中已经成为历史的数据，可以被新一代应用拿来做离线分析，供定向广告、精准营销等应用。日积月累下来，互动参与系统的数据增长率显然更高，数据吞吐量也非记录交易系统可比，即要求大容量、高带宽。典型记录交易系统处理的数据量不算大，但对延迟要求较高，类似需求在新一代应用中只多不少：

　　一方面，电子商务的蓬勃发展，让人们的交易更方便快捷。以前交易的瓶颈通常在窗口/柜台，排队的是人;现在每个人的手机/平板或PC/Mac都可以成为窗口/柜台，随时随地发起交易，排队转到服务器里进行，峰值时交易请求量提高多少数量级，如淘宝+天猫的双11，以及春节前后的12306mdash;mdash;挤爆点由售票大厅，换成了服务器。

　　另一方面，在移动时代，人们更加缺乏耐心，一个页面或App两三秒还没有加载内容，可能就要关掉ldquo;走人rdquo;了;12306的票刷不出来还可以忍，ldquo;光棍节rdquo;的失败则是阿里巴巴无法承受的。大量I/O请求时仍要保证延迟不超标，互联网应用面临的挑战是全方位的。

　　简而言之，除了传统的容量和IOPS，新一代应用需要存储(子)系统在带宽和延迟上也有很好的表现，而这是传统存储难以满足的。传统存储的局限存储作为一个独立的行业存在，很大程度上得益于80年代初的硬盘驱动器(HDD)小型化浪潮。在此之前，基本上每家主机厂商都有自己的硬盘(驱动器)业务。如今最大的存储公司EMC，和很长时间内作为最大硬盘公司的希捷(Seagate)，均创立于1979年，不能完全以巧合来解释。大尺寸硬盘可以提供更大的容量和更高的顺序传输性能，小尺寸硬盘在随机I/O上的表现更好。即使提高转速、缩短寻道时间，单个硬盘的IOPS(I/Opersecond，每秒I/O操作数)也有限(在二三百的量级)，要获得更高的IOPS，就必须尽可能多的增加硬盘数量，而服务器内部空间是有限的。

　　香港服务器托管介绍，使用专门的存储设备则不受此限制，而且还可以通过SAN(StorageAreaNetwork，存储区域网)被多台服务器共享。与直接连到服务器内部的方案(DAS，DirectAttachedStorage)相比，存储网络增加了延迟，带宽也相对有限。不过，在硬盘时代这都不是大问题：延迟方面，响应速度在毫秒(ms)级的硬盘才是瓶颈;带宽方面，每个交易的I/O块都不大，以4KB计，每个硬盘也就是1MB/s左右的输出，就是有几千个硬盘一起工作，又能有多少呢?闪存技术的成熟，彻底改变了游戏规则。

　　英特尔公司非易失性存储器(NVM)解决方案事业部市场总监PeterK.Hazen曾经给过一个非常直观的比喻：从旧金山飞到北京需要大约11个小时，如果说这是硬盘的速度，那么，换成基于闪存的固态盘(SSD，Solid-StateDrive)，只需要1分钟。延迟和IOPS是闪存的强项，别说600多倍，千倍的理论指标都有。而从实际应用来看，SSD在硬盘的百倍之上，通常是可以保证的。当SSD的访问延迟(latency)可以低至几十微秒(mu;s)，通过存储网络访问的延迟就不能再忽略不计了;当单个SSD随机I/O访问的输出都能填满一条8Gb/sFC(8GFC)主机通道，主机和存储之间的带宽也可能成为瓶颈了。特别是，当几个SSD就能满足一台服务器对I/O能力的需求时，用户为什么还需要外接磁盘阵列呢?除了容量hellip;作为存储行业的领头羊，EMC很早就意识到了变革的来临。EMC不仅在存储厂商中率先拥抱SSD，还给出了上述问题的解决之道：要么让存储靠近计算，要么让计算靠近存储。第一条好实现mdash;mdash;把存储重新塞回服务器里去(并不是EMC表达的原意)就行了。

　　第二条呢?Oracle给出了一个范例。Exadata的早期启示2008年上半年，EMC在其高端存储SymmetrixDMX-4里引入了SSD;下半年，Oracle联合惠普推出了数据库一体机Exadata的ldquo;前身rdquo;。说是前身，一则Exadata只是存储服务器的名字，而一个整机柜最多有8个数据库节点和14个Exadata存储服务器组成，全都是HP基于英特尔至强(Xeon)CPU的服务器，通过高速InfiniBand(IB)互连;二则定位为数据仓库设备，不适于OLTP应用。道理很简单，数据仓库系统中以英特尔为代表的x86处理器是主流，更关键的是OLAP应用以批量传输为主，只要不频繁的随机访问，硬盘的吞吐量并不算差。

　　如果是OLTP应用，14个存储服务器的100多个硬盘不够用，20多个至强CPU又显浪费mdash;mdash;因为要的就是IOPS。然而，Oracle之所以用存储服务器，要的就是里面的CPU，以实现让计算靠近存储的目标，为网络和数据库服务器减负。计算靠近存储的一个典型好处就是，在靠近数据的地方处理，直接返回结果，而不是传输大量的原始数据到服务器去处理，这在原始数据集很大，而处理结果很小的情况下效果尤为明显，可以避免大量网络传输的开销。虽然Exadata采用高速的InfiniBand，但首要是利用其低延迟的特性，再高的带宽，传输大量数据也需要耗费时间啊。

　　Exadata不同于一般的OracleRAC，很重要的一点就在于其内置智能扫描(SmartScan)处理技术，将一些简单的查询工作卸载到存储服务器，ldquo;通过把扫描处理从数据库中剥离，减少了数据库服务器的CPU负担，同时极大降低了无效的信息传输mdash;mdash;仅仅传输需要的有价值的信息rdquo;。理论上从数TB的表中返回几MB的数据到数据库服务器，意味着多大的节省hellip;总之，可以明显提高OLAP应用的效率。

　　2009年初，Oracle收购了Sun，半年后推出ldquo;根正苗红rdquo;的Exadata。之所以这么说，一是Exadata正式成为整个一体机(融合系统)的名称，二是服务器全都换成自家的SunFirex86服务器mdash;mdash;都基于英特尔至强，能有多大差别?所以，真正重要的变化是，由于在存储服务器中引入了PCIe闪存卡作为SmartFlashCache，极大地提高了I/O性能，使Exadata也能胜任OLTP应用，而不仅仅是一款数据仓库设备。

　　从2009年的SunOracleDatabaseMachine(V2)加入闪存开始，Exadata就不再局限于数据仓库