基于光纤网络的存储应用程序平台

前言

过往存储程序主要是存放在主机和企业级存储设备中，如果把这些存储应用程序挪至存储区域网络（SAN）的光纤网络，那将可以为企业大幅度减少整体存储管理成本。这篇文章探讨有关光纤网络存储应用程序对硬件平台的要求，以及各种可供选择的体系结构。

基于光纤网络的存储应用程序有着明显的管理优点，在其操作的平台上能呈现卓越的性能表现、可用性和成本优势。第一代的存储应用程序平台的设备主要基于一般用途的计算器技术。而新兴的存储应用程序平台例如智能SAN交换机和director产品则是以专门为其创建的技术为基础。本篇文章比较了各种平台和其相关的体系结构选择，同时说明为什么特别创建的交换机是最佳方针。

基于光纤网络存储应用程序的需求

财富1000强的企业都面临着同样的挑战?D?D存储的需求在不断增加，但是IT预算却没有相应增加，甚至减少。针对这个挑战的解决方案是需要能大幅度减低存储管理成本的崭新技术（这是存储拥有总费用的主要部分）。

一个有效的减少管理负荷方法是将现在存放于主机或企业存储设备上的某一级存储应用程序转放在SAN光纤网络上。

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这些光纤网络应用程序通过多种节省成本方法减少管理费用：

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例如，把卷管理等存储应用程序从存储子系统上脱离，可以在同一个管理方针下运用更少的资源，合并和管理各种存储设备。在不受单个存储子系统限制的情况下，卷管理应用程序可以从整个存储资源群集向所有相连接的主机系统作更多的个别供应。基于光纤网络的应用程序也可以从各种不同系统供应商的存储子系统（高端、中型、JBOD和磁带）提取存储资源。此外，一个集中化管理规划能够在这些异构存储子系统进行其它数据管理应用程序，如抽点转储、迁移和复制。这些好处可以使IT经理节省很多管理成本。

存储应用程序平台要求

由于这些应用程序是在主机和企业级阵列环境外运作，因此必须考虑一种全新的存储应用程序平台。为了取得更高效益，这些平台必须符合以下的要求：

电缆速度的性能：应用程序处理平台不能使任何性能降低，这一点十分重要。换句话说，不论应用程序处理在激活或非激活状态，每秒的输入/输出（IOPS）、吞吐量和等待时间都不可以改变。

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可扩展性：这个系统必须能支持简单的SAN，以及最大型的企业级SAN，管理数量以拍打字节(Petabytes)计算的存储数据。无论哪种情况，多重系统必须以一个系统的形式出现。

支持范围广泛的应用程序：这些平台必须支持各种应用程序，从独立软件厂商的产品到OEM子系统厂商的存储应用程序。

存储应用程序平台体系结构(一)

目前已经有许多已经推出或正在设计的平台是针对以上的要求，这些平台可分为两大类：

第一类的应用程序平台是基于一般用途的技术，例如服务器、网络服务平台和路由器。由于这些很容易实施，第一波的产品主要是设备。虽然这些产品能成功地节省管理成本，它们全都在性能和扩展性方面不能达到上述标准，主要原因是大多数第一代系统是使用一般用途的组件。通常PCI－X总线管理费用、操作系统管理费用和HBA存储转发的低效都大幅度影响了性能和等待时间。这些系统也不能作多于几个端口的扩展。此外，第一代系统与单一应用程序紧密结合，因此不能处理范围广泛的应用程序。

以下是一个SAN和存储应用程序设备的结构图。假设50个主机中的每个IOPS是20K且是双向路径，这个SAN便需要50个设备。此外，这个体系结构需要16个16端口的边缘交换机用于连接。

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第二类平台是由基于目前结合特别建造技术的SAN交换机或director的交换机平台来控制存储应用程序。这些设备结合了许多新科技，因此更能满足上述要求。这些革新举措包括：

特别建造的组件

控制路径/数据路径应用程序分开（分配式应用程序处理）

整合交换

下面是一个SAN和存储应用程序director的结构图。根据上面同样的假设要求，它只需使用2个64端口的director。

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存储应用程序平台体系结构(一)

特别建造组件

基于交换机的平台现在可以利用下一代，采用光纤通道HBA、特别建造的存储处理器，而不是一般用途的中央处理器。这些存储处理器是功能强大的设备，可以支持数据流的传输形式在存储网络中操作－这样大幅度降低等待时间，把它控制在10微秒内。

控制路径/数据路径应用

分离

大多数存储应用程序进行两类操作。第一类用于控制进入的SCSI数据，然后根据一些表格查找发送出去，这类操作要求很高的性能表现。相对而言，第二类操作对性能方面要求较低，然而它却是非常复杂的，包括例外处理、错误、失效和复杂操作。

第一类的操作在上述存储处理器中非常容易受硬件加速影响。通过把控制路径和数据路径的分离，基于交换机的平台可以使存储应用程序加速到前所未有的水平，这样确保了电缆速度的操作（每端口10－40K，速度为每端口每秒200MB）。

应用程序通过控制路径/数据路径组件发送的另一好处是可扩展性和可用性。多重数据路径单元可以通过一个或多个交换平台被发送，一个或多个控制路径（通常是一簇）单元可以控制数据路径单元，这就可以使一个小的SAN扩展到最大的SAN，同时还是单个应用程序。由于数据路径和控制路径不存在任何失效点，所以可用性也大大提高。控制路径和数据路径的体系结构分离在设备模式中并不存在。

整合交换

整合交换为用户带来三大好处：

减少成本－在一个设备为主的SAN中，仍旧需要独立的交换机用于连接，因为单独的一个设备不通过交换机不一定能被适当的主机或目标锁定。整合交换为整套解决方案降低了大量的成本。接下来的分析采用了相对价格作为演示范例,它并不是用作预测实际的价格。使用以上的配置，服务50个主机/1M IOPS的硬件成本大约是40万美元（假设每个交换机端口是1,000美元，每个设备是3,000美元），而如果使用交换机和director，那么费用仅仅是30万美元（假设每个智能交换机或director的端口是3,000美元）。

简便的可管理性－设备减少的好处是简化了SAN的可管理性。而且，交换机里的应用程序处理可以利用虚拟N-端口技术来提供大量的端口地址。相反，一个设备只可以提供与实际端口数量相同的地址。提供大量地址的好处是通过明确的追踪和分区功能，简化可管理性。

提高可用度－减少设备数量同时会减少可能发生故障的环节。

交换体系结构的好处

很明显地，上述基于交换机平台的体系结构革新，将可以满足存储应用程序平台的要求。

电缆速度的性能

通过使用专门设计的存储处理器和把数据路径/控制通道的分离，处理机制，基于交换机的平台上的存储应用程序就会以电缆速度操作。换句话说，主机的速度不会因为应用程序存放在光纤网络而降低。

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除了简单的IOPS和等待时间考虑外，其它数据路径的先进功能也因为交换机整合体系结构也大大提高，这些功能包括每小时太字节的数据传输速度（迁移，备份）和写入IOPS（抽点转储，复制）。

可扩展性

把分配式体系结构和整合交换合并，将使得应用程序具备灵活的可扩展性，可以从非常少的端口提高到数量庞大的端口，在扩展过程中，应用程序在提供中央化控制及分配式数据/路径处理的能力维持一致。

此外，因为可用度及可管理性提高，可扩展性也因而增强。

强大的应用程序支持

交换平台提供的控制路径/数据路径的分离机制是支持多种应用程序的关键。数据路径的功能（特别是应用在硬件中的）被使用在应用程序编程接口（API）。行业的趋势就是将API标准化。一个标准化的API可以使软件厂商，从大型存储OEM到新涌现的厂商，将它们的软件应用到基于平台的交换机上。每个应用程序所表现出的性能都能与其需求相配。

结论

财富1000强企业为了简化管理和异构存储的整合，因此对某些涵盖企业范围的存储管理功能进行重新分配，这些功能包括卷管理、从一个独立的主机或存储子系统把数据迁移及复制到新一代的应用程序存储网络设备。通过在光纤网络中集中这些功能，IT经理们可以大大简化企业存储管理任务及提高网络性能和扩展性。这些好处将驱使光纤网络存储管理在未来几年成为主流。

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