傳統外置存儲系統或將迎來冬天(上)

作者簡介

張冬，資深存儲專家，《大話存儲》及《大話存儲2》的作者。多年來一直從事存儲技術的設計、研發及傳授，擁有3項技術專利。現任職于某知名廠商，負責存儲產品/方案的設計與開發工作。

編者按近10年來，由于數據量的迅速飆升，存儲需求日益猛增，由此推動著存儲技術日新月異地向前發展，并不斷演繹著優勝劣汰的故事。現在被廣泛采用的傳統外置存儲系統，因需求而生，隨技術發展而更新換代。不過，固態硬盤和云計算等技術的出現，也許使這一存儲形式遇到了前所未有的挑戰。本文作者著力分析了外置存儲系統的前世今生，以及未來的前景，本報將分上、下兩期連載。

前世：不斷更新換代

1. 硬件發展，軟件給力

從2002年到2009這7年間，應該說是存儲行業在中國落地生根的時期。

在這個時期，國內有不少存儲業界的工程師活躍在各種技術論壇里，熱烈討論著存儲系統的基本原理、部署配置等。初期，IBM從LSI公司OEM的FAStT系列存儲系統在國內被廣泛使用，而技術論壇里大都是關于該系列存儲系統的討論。在高端存儲中，大家討論的重點則基本聚焦在IBM Shark系列，而對EMC和HDS等專業存儲公司的產品的關注和探討明顯不如IBM，其中一個重要原因是因為IBM的存儲系統大量與其服務器捆綁銷售，而EMC和HDS這兩家公司卻只有存儲產品。

之后，FAStT的換代產品出現，包括OEM LSI公司的DS4000、DS5000系列等，它們本質上是一個硬件規格不斷提升的過程。然而，存儲行業的發展就像一個人的成長過程一樣，首先要長身體，但身體長到一定階段時，就需要長心智了。隨著上層業務的多樣化發展，底層存儲不再只是一個提供數據存儲的盒子，它需要一些靈活易用的數據管理功能來豐富它的價值，比如快照克隆、擴容復制、壓縮重刪、超供回收以及虛擬化等。

在中國，存儲從業人員的水平也在不斷提高，這從最近10年間國內幾個著名存儲論壇中所討論的話題便可以看出。從最初對一些基本概念和彼此間異同的一知半解，到后來對各廠商中高端存儲設備的內部架構以及各種數據管理特性、原理、實現、價值及應用場景的討論，以及之后更進一步探討存儲系統的選型、部署和規劃管理等，我相信隨著國內業界對存儲的不斷認知和積累，包括廠商、集成商和最終用戶，大家的水平不斷提高，終將會形成更加專業的氣氛和促使國內廠商不斷自主研發進取的動力。

2. Scale-Out受追捧

最近10年間，存儲廠商發生了不小的變遷。2008年，IBM將早先收購的XIV推向了市場，并且定位在高端存儲級別，引起了不小的轟動，這是個里程碑式的事件，它不僅象征著傳統高端存儲封閉式架構的土崩瓦解，而且還引起了一股Scale-Out熱。緊其隨后，EMC把經營了多年的傳統高端Symmetrix DMX系列的核心軟件遷移到了開放式硬件平臺上，推出了新一代Scale-Out高端存儲系統Symmetrix V-Max。之后一年，HDS也按捺不住，將其傳統高端存儲USP V也遷移到了開放硬件平臺，變身成了VSP存儲系統，并宣稱其為Scale-Out架構，但VSP并不十分開放，其形態上，筆者認為依然是傳統高端的封閉式架構，不過CPU從Power PC變成了Intel x86，同時保留了ASIC芯片，外觀上采用大背板，CPU、內存、IO板分離式熱插拔，這些依然還是傳統高端存儲系統的元素。

3. 統一存儲被認可

2011年，EMC將其Celerra產品當做機頭，后端掛接CLARiiON存儲，包裝成了VNX系列，當然硬件平臺是升級之后的。這個產品沒有什么本質創新，但其同時推出了一款低端的VNXe系列，該產品看似低端，其實暗藏玄機。筆者今年3月曾在文章《VNXe會給存儲系統帶來顛覆性變革嗎？》中詳細剖析了VNXe內部，并做出推斷，存儲+虛擬機就是百變金剛，存儲+計算，即應用存儲很有可能會是后續外置存儲系統的發展方向。果不其然，在今年9月的VMware World大會上，EMC明確地表述了這個觀點，存儲直接運行虛擬機，直接與應用結合，搶占部分服務器市場。在應用存儲這方面，國內某軟件公司就頗具前瞻性。

2010年，IBM將其多個產品的多個模塊進行了堆疊組合，形成了Storwize V7000中端存儲產品，這款產品可以說是IBM真正自主研發的第一款中端存儲系統。EMC在經歷了Symmetrix V-Max變革之后，在中端存儲系統產品線，也終結了其CX系列，改頭換面為VNX系列，后者實則是CX系列升級的硬件版本加上Celerra NAS機頭組合而成的一款所謂Scale-Out的統一存儲。

今年9月，HP也成功地將其收購的3PAR存儲硬件升級為P10000產品型號。

說到統一存儲，必須提到NetApp。作為EMC的頭號對手（存儲界僅剩下三家專業聚焦存儲的巨頭，為EMC、NetApp、HDS），NetApp是一個老牌存儲公司了，它上世紀90年代靠獨立NAS起家，之后通過在文件系統上虛擬塊空間，從而支持了塊級訪問，并提出了Unified Storage（統一存儲）概念，廣受業界追捧，直到今天還沒退火。NetApp憑借其強大的增值功能和簡便的配置占據了NAS市場老大的位置。從早期的FAS270、FAS980，到后來的FAS2000、FAS3000、FAS6000，直到最近的FAS3200和FAS6200，NetApp在硬件平臺上遷移得很平穩，形態上沒有什么大的變化（除了最近的FASx200系列平臺支持IO擴展柜之外）。NetApp的核心競爭力在于其軟件，它從ONTAP 7.0操作系統開始，支持Flexvol特性，這也是存儲業界第一個Thin技術的原型，不過，“Thin”這個詞似乎并不是NetApp推廣出來的。其核心層WAFL文件系統是一個非常強大的角色，號稱“The last word in filesystem”的ZFS就是借鑒了WAFL的思想，并在多方面進行了改良的文件系統，以及變種BTRFS。

然而，這樣一個看似紅紅火火的存儲市場，即將迎來的可能會是一個嚴酷的冬天。

今生：遭遇挑戰

從存儲產品形態變化可以看得出來，在硬件形態上，高端存儲傳統架構崩塌，轉為開放式架構，那么存儲與服務器架構已經沒有本質區別，這一步的變化已經奠定了外置存儲系統體系走向崩塌的基礎。一個事物總是要向前發展，傳統雙控存儲系統在大架構體系上已經沒有可以拿得出手的新鮮東西了，所以不得不向Scale-Out架構來發展，就像CPU多核化一樣，上百核的CPU都已經可以商用了。那么，對于存儲系統來說，Scale-Out的下一步又會是什么呢？在沒有革命性新技術出來之前，筆者認為，外置存儲也就只能這樣了，無非就是硬件規格、接口速率的提升過程，激進一些可能直接以磁盤為單位來做Scale-Out，讓控制器節點數達到系統內的硬盤數量級，而每個控制器節點規格可以降低，但是這始終還是Scale-Out。

那么，為什么外置存儲系統后續的日子會越來越難過？這還得從最近的兩個熱門話題說起，一個是固態存儲介質，另一個則是炒得火熱的“云”。

1. 存儲與服務器同質化

上一代存儲產品在硬件上還是頗具特色的，尤其是以EMC Symmetrix和HDS USP為代表的高端平臺，在大背板上安插CPU板、內存板、IO板等。在上一代高端存儲中，普遍使用PowerPC處理器，而中端產品中則到處可覓ASIC的身影，比如IBM DS4000/DS5000、HDS AMS2000等。但到了今天，Intel處理器的x86硬件平臺似乎已經統治了從高端到中端甚至中低端的存儲陣列，內部架構與普通x86 PC服務器無異，只是外觀以及其他一些專門為硬盤槽位以及維護性考慮的細節上略有不同。而只有一些低端產品依然使用ASIC來降低成本。

外置存儲發展到這個階段，已經在硬件上失去了它獨立發展的“借口”。其次，在軟件上，外置存儲的“借口”似乎也越來越脆弱。隨著各種卷管理軟件，比如傳統的LVM、CLVM甚至GLVM以及Windows平臺下的動態卷越做越強，還有Symantec從VERITAS繼承來的馳騁多年依然寶刀未老的VxVM以及Storage Foundation平臺，再加上號稱“The last word in filesystem”的ZFS以及其變種Btrfs，甚至原Sun公司的統一存儲軟件ComStar等平臺，這些角色的發展對于傳統外置存儲的軟件層來說都是威脅。比如ZFS，容錯保護、數據校驗糾錯、快照、Thin、重復數據刪除、Clone、Replication等外置存儲用來增值的特性，它也都已經集成了，只要將其架設到JBOD或者服務器自帶存儲介質上，即可形成一個差不多的存儲系統，既可以用做自身使用，也可以通過SCSI Target向外部提供存儲空間，成為一個獨立的存儲設備。

2. 固態存儲介質終將一統天下

固態存儲介質的好處想必大家都已經很了解了。固態存儲介質遲早會取代機械磁盤，這是大勢所趨，雖然短期內不太可能，但不排除若干年之后不會發生。固態存儲介質的可靠性、容量、存儲密度以及成本均會變得越來越讓人容易接受。機械磁盤屆時已經沒有必要存在，而磁帶可能相對于機械磁盤要稍晚些一樣會被固態存儲介質所替代。Flash硅片也有不同的規格等級，使用低規格大容量的Flash陣列完全可以提供比傳統物理帶庫或者VTL更劃算的備份介質。這樣，從RAM到歸檔設備，一條路下來就不會有任何機械部件存在，而且性能和成本可以是平滑下降的。

相信不少人都在機房看到過某些高端存儲產品占用了整整一個機柜的空間，風扇呼呼地吹著，噪音讓人頭疼，結果上面只插了幾十塊甚至十幾塊磁盤。拋開其他因素，從任何方面講，這都屬于投資浪費。這幾十塊機械硬盤在高端存儲上所能提供的性能，可能只需要幾塊SSD就可以滿足了。至于在容量方面，目前很多應用環境中，所配置的容量都是過剩的，由于機械盤無法提供太高的IOPS，不得不用幾十塊、上百塊甚至數百上千塊磁盤來堆出所需要的性能，然而磁盤容量的增長速度遠比性能增長的速度快，那么，數百塊600GB的磁盤，就可以達到上百TB的空間，而這些空間絕大多數可能都被浪費了，只因為單個機械盤的性能不夠。機械盤拿數量來換性能，容量過剩；而SSD則是性能過剩，容量稍小，且價格太高。但是容量和壽命問題可以隨著技術的發展不斷得到解決，價格也會不斷降低，而且如果從耗電、占地等多個方面綜合判斷，SSD顯然是劃算的。