时空穿梭 探寻高端存储架构的前世今生

  低端存储拼价格，中端存储拼功能，那么高端存储拼什么？当然是架构。5月8日，浪潮正式推出新一代高端存储AS18000，满足了关键业务对高性能、高可靠性、高可扩展性的核心需求，而这一切的基础就是其独特的架构——业内领先的全共享交换架构iMatrix。

  架构设计对于高端存储系统来说，就像摩天大楼的建筑结构设计，不同的结构决定了建筑的安全性、耐久性和适用性。所以，高端存储的架构设计将对产品的性能、可靠性、可扩展性起到决定性作用。

  俗话说，外行看热闹，内行看门道。对于高端存储来说，这个门道就是架构。高性能、高可靠和可扩展性是所有高端存储面临的“三角”难题，也是成为衡量高端存储技术领先性的重要指标。如何在三者之间取得均衡，对于厂商和用户来说都是一道难题。那么，高端存储架构经历了怎样的演进呢？浪潮全共享交换架构iMatrix又是如何重新定义新一代高端存储架构的领先性呢？且看下文分解。

  (图示：黄色方块代表控制器，浅蓝色方块代表缓存，深蓝色方块代表存储介质，白色方块代表交换，线条代表线缆)

  多控高端存储演进

  先回顾一下存储架构过去几十年的发展历史。高端存储是在大型机、小型机出现后，随着数据规模的持续增长需求开始出现，自从问世就一直承担着IT应用中的最核心的业务数据的存储、管理。其中，基于开放系统的高端存储系统出现的时间已接近20年。按时间顺序，高端存储架构经历了从总线架构到交换式架构、矩阵直连架构、分布式架构、全共享交换式架构的演进历程。今天，浪潮AS18000的推出将高端存储架构定格在新一代全共享交换架构。可以这样说，浪潮AS18000采用的新一代全共享交换架构的iMatrix融合了前几代架构的优势，既充分发挥了交换架构的高可靠优势，又使得分布式架构的高扩展优势得以全面施展。浪潮AS18000为高端存储的可靠性、扩展性、性能、延迟等指标树立了新杆杆。

  1. 总线架构：扩展性差，总线资源争用

  总线架构图示

  目前，已经没有厂家再采用总线交换式的架构。EMC和HDS的早期产品都曾经采用过这种架构。该架构的缺点是可扩展性不强，且由于基于总线，存在总线争用，造成数据访问效率受到影响。

  2. 交换式架构：时延大，资源争用

  交换式架构

  交换式的架构通过交换ASIC将前端和后端连接进行数据交换。交换式架构具有更好的可扩展性，但要解决减少交换时延和交换争用等问题。目前，在全球仍有高端存储厂商在采用该架构。

  3. 矩阵直连架构：不易扩展，布线复杂

  矩阵直连式架构

  该架构的前端和后端采取矩阵式直接连接方式，缺点是可扩展性很差，同时由于连接信号线数目众多，在一定程度上给布线和维护带来了困难。EMC的DMX-4就是采用基于矩阵直连式的存储阵列架构。目前，EMC在VMAX高端存储上已经弃用该架构。

  关于矩阵直连式架构的诞生，在这里给大家讲个小故事，据说当年研发出交换式架构的厂商对该架构申请了技术专利。这样就让竞争厂商没有办法采用，只得放弃交换式架构另辟蹊径，转而将每个需要通信的部件全部用线连起来，确保架构的应用能力，并且规避专利版权问题。这就是矩阵直连式架构的由来。

  矩阵直连架构的优点是：数据响应敏捷、时延低，因为不用经过交换机。缺点也显而易见：扩展性差。可以想象，每增加一个控制器，都会带来线缆的大量增加，给产品设计带来不小的挑战，也增加了项目实施和运维的复杂度。

  4. 分布式架构：非全共享模式

  分布式架构

  分布式架构将串行延迟降至了最低，使得系统获得了理论上最高的加速比。由于该系统的所有资源，包括计算资源、内存资源、磁盘资源都足够分散，因此资源争用的可能性极小。分布式系统具有更好的性能、可扩展性，同时也拥有更低的成本。

  然而，这种架构也存在一些不足，分布式架构在系统内部保持了一个较高的数据冗余保证，但是在主机到存储的链路层，缺少更高层次的可靠性保证机制;在关键业务应用环境中，只保证了数据的高性能、高可靠的内部存储，没有提供更高可靠性的数据IO服务。

  目前，市场上最新一代高端存储阵列HP P10000、EMC的VMAX等高端存储都在采用这种全分布式架构。

  5. 全共享交换架构iMatrix：定义新一代高端架构，高可靠、高性能、高扩展

  全共享交换式架构

  在“互联网+”的影响下，用户要迎接新时期的“关键业务+”的挑战，首先就需要一个高可靠、高性能和灵活可扩展的核心业务架构。浪潮新一代全共享交换架构iMatrix，包括主机层、控制器层、存储层三层全共享交换，提供了领先的高可靠、高性能、高扩展等关键存储特性，代表着高端存储架构设计未来的发展方向。

  基于iMatrix架构的浪潮AS18000高端存储与天梭K1构成浪潮“计算+”战略的核心应用引擎。浪潮AS18000为客户提供“7个9”的方案级可靠性、600万IOPS(约每秒承载60万笔业务)的高性能、16个控制器和7680个硬盘驱动器的高扩展能力。

  目前，iMatrix具有业界最强的容错能力，提供了从容忍三控制器故障、三引擎故障到容忍三站点故障的系统架构保障。基于新一代高端存储架构的AS18000毫无疑问将成为用户核心业务的强大支撑，让用户的核心数据系统能够轻松应对关键业务带来的诸多挑战。

  浪潮AS18000通过32路存储冗余链路和智能化的IO调度策略，可实现高端存储链路、控制器、存储资源的自动负载均衡。基于前端PCIe 3.0全交换，浪潮AS18000可构建全局缓存资源池，充分发挥每个控制器的性能，达到目前业界最高的600万IOPS和小于1ms延迟。通过后端SAS 3.0全交换，浪潮AS18000可构建统一的数据共享资源池，实现每一块数据对每个前端控制器可视。

  iMatrix架构让浪潮AS18000充分发挥了前后端交换组件的最大性能，可实现768GB/s的双向均衡带宽，达到小于1ms的低延迟，满足关键业务对数据响应速度和数据一致性的高要求。

  在极端情况下，16个控制器只要还有一个控制器“存活”，也可确保数据的可访问性。可以说，iMatrix具有数倍于其他厂商高端存储的容错能力，能够实现“6个9”的系统可靠性和“7个9”的方案级可靠性。