SAS Switch 技術(shù)之優(yōu)化服務(wù)

在基于SAS Switch的硬件構(gòu)架之上易于實現(xiàn)一系列的優(yōu)化服務(wù)。比如共享啟動盤的管理。在機群上的每個服務(wù)器都需要一個裝有該機器應(yīng)該運行的操作系統(tǒng)的盤卷，此外通常還需要提供虛存對換空間以及根文件系統(tǒng)。前者作為操作系統(tǒng)的軟件映像通常是只讀的，且在大型數(shù)據(jù)中心中，不同機器之間采用重復(fù)的操作系統(tǒng)的映像的可能性很高。后者通常需要可寫，并且機器之間共享的可能性不大，但后者通常所需的空間較小。要為成百上千的服務(wù)器結(jié)點管理這些盤卷，既需要硬件成本，又是個運維的負(fù)擔(dān)。提供低成本，便利，有可靠的啟動盤卷服務(wù)，是一個有價值的挑戰(zhàn)。

有了SAS Switch我們可以試圖在物理盤的層次支持共享啟動盤卷的。 采用把一個（或采用一對共享盤來提供熱備份）高性能的盤（例如SAS SSD） 在物理上創(chuàng)建多個分區(qū)?？捎袃深惙謪^(qū)，第一類存放共享的操作系統(tǒng)的靜態(tài)映像，不同分區(qū)對應(yīng)于機群上可能要使用的不同的操作系統(tǒng)版本，第二類分區(qū)，是用于存放單臺機器的根文件系統(tǒng)，因此需要為每臺單獨服務(wù)器創(chuàng)建一個根文件系統(tǒng)分區(qū)。把這個共享啟動盤連接到SAS Switch的拓?fù)渖?，然后可通過SAS Switch 把該盤共享給所有需要通過它來啟動的服務(wù)器結(jié)點。在服務(wù)器側(cè)，需要安裝一個UEFI BIOS應(yīng)用，用以負(fù)責(zé)接受SAS Switch的管理配置（包括使用SAS Switch所指定的盤，特定分區(qū)上找到操作系統(tǒng)映像，并用另一個所指定的分區(qū)上找到根文件系統(tǒng)）來進行物理服務(wù)器的啟動操作。

在上圖所展示的例子中，兩臺服務(wù)器（server 0， server 1）通過SAS Switch共享了一個啟動盤。 其中服務(wù)器0 采用了OS分區(qū)1上的操作系統(tǒng)，并把自己的根文件系統(tǒng)放在私有的RFS1分區(qū)上，而服務(wù)器1同樣采用了OS分區(qū)1上的操作系統(tǒng)，而把根文件系統(tǒng)放在了私有的RFS2分區(qū)上，因此兩太服務(wù)器在運行時不會互相干擾。

這樣的簡單方法，會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性下降。如果共享的啟動盤發(fā)生硬件故障，會導(dǎo)致整個機群的不能啟動?？梢酝ㄟ^在系統(tǒng)中配置兩個或多個共享啟動盤來提高系統(tǒng)可靠性。比如通過SAS Switch為每臺服務(wù)器結(jié)點配置3個共享啟動盤以及在啟動盤上的相應(yīng)分區(qū)。在服務(wù)器的UEFI 啟動應(yīng)用上，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第一個啟動盤正常工作時，切換到使用第二或第三個啟動盤。并且還需要把3個共享啟動盤安裝在不同的故障域內(nèi)（例如：位于不同的JBOD當(dāng)中，甚至在不同的機架中）。這樣，單個共享啟動盤的故障不會導(dǎo)致整個機群的故障。

采用共享的啟動盤，除了可以消除每臺服務(wù)器內(nèi)安裝兩個啟動盤的成本，還帶來其他運維上的便利性。操作系統(tǒng)和應(yīng)用的升級可以通過在共享的啟動盤上更新操作系統(tǒng)映像分區(qū)的數(shù)據(jù)來完成，而不需要對每臺服務(wù)器結(jié)點的映像進行逐一更新。而當(dāng)服務(wù)器結(jié)點硬件發(fā)生故障時，只需更新服務(wù)器，而不需重新安裝操作系統(tǒng)和軟件。這些可在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中節(jié)約大量的運維成本。

在一個SAS Switch構(gòu)成的域內(nèi)由于所有服務(wù)器結(jié)點都能訪問到所有存儲資源，這為動態(tài)業(yè)務(wù)的彈性遷移和保護提供了基礎(chǔ)。

以一個Hadoop大數(shù)據(jù)分析的業(yè)務(wù)機群為例。 在該例子中，初始配置了10臺服務(wù)器和20個數(shù)據(jù)盤。每個服務(wù)器上分配了2個HDFS數(shù)據(jù)盤。通過機群管理系統(tǒng)對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行性能評測和監(jiān)控，這包括了動態(tài)測量每臺服務(wù)器的CPU使用效率，IOPS， 帶寬等，并且對每個盤的IOPS和帶寬也進行檢測。動態(tài)檢測的結(jié)果發(fā)現(xiàn)Hadoop結(jié)點上CPU的使用效率只有18%。 管理調(diào)度層 （通過人工干預(yù)或自動調(diào)度的策略）決定對該Hadoop 機群進行資源的重新配置，并決定把計算服務(wù)器結(jié)點減少到2個，并把原有的20個HDFS數(shù)據(jù)盤重新分配到剩余的2個服務(wù)器上，每個服務(wù)器接管10個HDFS 數(shù)據(jù)盤。新的資源配置通過管理接口配置到SAS Switch上。這個重新配置可在Hadoop業(yè)務(wù)在線的情況下完成。被釋放的8個空閑的CPU可重新分配給機群上的其他業(yè)務(wù)使用。即使在沒有其他業(yè)務(wù)可利用這8個CPU的情況下，也可以把把它們設(shè)置到睡眠等節(jié)省電能的狀態(tài)。而剩余的2個CPU在重新配置完成后繼續(xù)執(zhí)行原有的Hadoop計算業(yè)務(wù)。重新配置后剩余的CPU可基本達(dá)到接近100%的利用效率。

對需要高可靠性的業(yè)務(wù)，也可通過SAS Switch實現(xiàn)業(yè)務(wù)保障。例如采用1：1或N:1的保護倒換的方法，在一個服務(wù)器結(jié)點發(fā)生故障時，把該結(jié)點承擔(dān)的業(yè)務(wù)調(diào)度到機群內(nèi)一個空閑的服務(wù)器結(jié)點，并且把原有分配給發(fā)生故障的服務(wù)器的存儲資源重新分配給替換的服務(wù)器結(jié)點，這樣的動態(tài)替換可在業(yè)務(wù)在線的情況下完成，從而保證業(yè)務(wù)的持續(xù)性。

目前存儲業(yè)界對超融合存儲（例如： Nutanix， VMWare VSan）或稱 Server SAN的技術(shù)有很多關(guān)注。這類技術(shù)正在經(jīng)歷高速增長的發(fā)展。對傳統(tǒng)的SAN和存儲系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的沖擊。

該技術(shù)有3個突出的特點：１）采用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器而不采用專門的硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)存儲業(yè)務(wù)層的功能。２）完全采用軟件技術(shù)來實現(xiàn)機群內(nèi)的所有服務(wù)器直接連接的存儲（DAS）資源的池化。３）采用機群內(nèi)的服務(wù)器結(jié)點既運行存儲業(yè)務(wù)，也運行用戶的應(yīng)用。即用戶的業(yè)務(wù)應(yīng)用程序和超融合的存儲業(yè)務(wù)共生在同一服務(wù)器結(jié)點上。

表面看來，該技術(shù)應(yīng)該可消除專門用于連接存儲資源的存儲交換網(wǎng)絡(luò)（如SAN等Storage Fabric），還可消除傳統(tǒng)的專用存儲系統(tǒng)硬件。而完全采用通用服務(wù)器的硬件系統(tǒng)。但是，生產(chǎn)服務(wù)器的廠商卻有不同的看法：超融合存儲軟件極大地催生了對SAS Switch 這類簡單的后端存儲Fabric技術(shù)，以及存儲資源解耦合的硬件構(gòu)架在刀片和機架服務(wù)器上的應(yīng)用，即采用高密度刀片或機架服務(wù)器+SAS Switch+JBOD的硬件構(gòu)架來實現(xiàn)超融合系統(tǒng)。

歸納下來有如下原因：

１）通過把盤從刀片或機架服務(wù)器內(nèi)部挪到更便宜的JBOD上，優(yōu)化了“地價”成本，從而使得服務(wù)器計算結(jié)點密度提高，成本降低。這個優(yōu)化的思路在本文的第一部分已有論述。

２）由于用戶應(yīng)用程序和存儲業(yè)務(wù)共生在同一個CPU上，而用戶應(yīng)用對硬件資源的需求最優(yōu)配比千差萬別，難以向所有用戶推薦統(tǒng)一的集成了CPU和存儲資源的磚塊服務(wù)器型號。而要根據(jù)用戶的具體應(yīng)用來進行優(yōu)化，這就需要把存儲和計算解耦合。

３）在公有云，VDI等許多應(yīng)用場景，需要支持在同一個機群硬件設(shè)施上支持多個房客（MulTI-Tenant），而出于數(shù)據(jù)安全的考慮，許多客戶要求服務(wù)提供方保證他們的私有數(shù)據(jù)和其他訪客的數(shù)據(jù)在物理上隔離（即存放在物理隔離的盤上，物理上保障其他用戶的虛擬機不可能訪問到他們的私有數(shù)據(jù)）。這樣的物理隔離在SAS Switch上很方便就可實現(xiàn)。

綜上所述，我們十分欣慰地看到，SAS Switch 在大型數(shù)據(jù)中心以及企業(yè)存儲領(lǐng)域的許多應(yīng)用場景已經(jīng)開始進入大規(guī)模部署的階段。我們過去幾年所提倡的解耦合，存儲資源池化的設(shè)想也隨之變成現(xiàn)實。在中國數(shù)據(jù)中心的天蝎2.0的機架上，我們看到了基于SAS Switch的產(chǎn)品日趨成熟。這催生了中國數(shù)據(jù)中心在這個技術(shù)路線上的超越美國率先進入了存儲池化的時代，讓云技術(shù)更先進，更有彈性，更經(jīng)濟，更環(huán)保。而在國際市場上，我們也看到了主流服務(wù)器廠商以及各類數(shù)據(jù)中心的積極跟進。2015年 SAS Switch 正當(dāng)時。