如何使用SAS Switch 技術(shù)（第二部分優(yōu)化服務(wù)）

　　共享啟動(dòng)盤(pán)的服務(wù)

　　在基于SAS Switch的硬件構架之上易于實(shí)現一系列的優(yōu)化服務(wù)。比如共享啟動(dòng)盤(pán)的管理。在機群上的每個(gè)服務(wù)器都需要一個(gè)裝有該機器應該運行的操作系統的盤(pán)卷，此外通常還需要提供虛存對換空間以及根文件系統。前者作為操作系統的軟件映像通常是只讀的，且在大型數據中心中，不同機器之間采用重復的操作系統的映像的可能性很高。后者通常需要可寫(xiě)，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)器結點(diǎn)管理這些盤(pán)卷，既需要硬件成本，又是個(gè)運維的負擔。提供低成本，便利，有可靠的啟動(dòng)盤(pán)卷服務(wù)，是一個(gè)有價(jià)值的挑戰。

　　有了SAS Switch我們可以試圖在物理盤(pán)的層次支持共享啟動(dòng)盤(pán)卷的。 采用把一個(gè)(或采用一對共享盤(pán)來(lái)提供熱備份)高性能的盤(pán)(例如SAS SSD) 在物理上創(chuàng )建多個(gè)分區?？捎袃深?lèi)分區，第一類(lèi)存放共享的操作系統的靜態(tài)映像，不同分區對應于機群上可能要使用的不同的操作系統版本，第二類(lèi)分區，是用于存放單臺機器的根文件系統，因此需要為每臺單獨服務(wù)器創(chuàng )建一個(gè)根文件系統分區。把這個(gè)共享啟動(dòng)盤(pán)連接到SAS Switch的拓撲上，然后可通過(guò)SAS Switch 把該盤(pán)共享給所有需要通過(guò)它來(lái)啟動(dòng)的服務(wù)器結點(diǎn)。在服務(wù)器側，需要安裝一個(gè)UEFI BIOS應用，用以負責接受SAS Switch的管理配置(包括使用SAS Switch所指定的盤(pán)，特定分區上找到操作系統映像，并用另一個(gè)所指定的分區上找到根文件系統)來(lái)進(jìn)行物理服務(wù)器的啟動(dòng)操作。

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

　　這樣的簡(jiǎn)單方法，會(huì )導致系統的可靠性下降。如果共享的啟動(dòng)盤(pán)發(fā)生硬件故障，會(huì )導致整個(gè)機群的不能啟動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)在系統中配置兩個(gè)或多個(gè)共享啟動(dòng)盤(pán)來(lái)提高系統可靠性。比如通過(guò)SAS Switch為每臺服務(wù)器結點(diǎn)配置3個(gè)共享啟動(dòng)盤(pán)以及在啟動(dòng)盤(pán)上的相應分區。在服務(wù)器的UEFI 啟動(dòng)應用上，當發(fā)現第一個(gè)啟動(dòng)盤(pán)正常工作時(shí)，切換到使用第二或第三個(gè)啟動(dòng)盤(pán)。并且還需要把3個(gè)共享啟動(dòng)盤(pán)安裝在不同的故障域內(例如：位于不同的JBOD當中，甚至在不同的機架中)。這樣，單個(gè)共享啟動(dòng)盤(pán)的故障不會(huì )導致整個(gè)機群的故障。

　　采用共享的啟動(dòng)盤(pán)，除了可以消除每臺服務(wù)器內安裝兩個(gè)啟動(dòng)盤(pán)的成本，還帶來(lái)其他運維上的便利性。操作系統和應用的升級可以通過(guò)在共享的啟動(dòng)盤(pán)上更新操作系統映像分區的數據來(lái)完成，而不需要對每臺服務(wù)器結點(diǎn)的映像進(jìn)行逐一更新。而當服務(wù)器結點(diǎn)硬件發(fā)生故障時(shí)，只需更新服務(wù)器，而不需重新安裝操作系統和軟件。這些可在大規模數據中心中節約大量的運維成本。

　　動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)的彈性遷移和保護

　　在一個(gè)SAS Switch構成的域內由于所有服務(wù)器結點(diǎn)都能訪(fǎng)問(wèn)到所有存儲資源，這為動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)的彈性遷移和保護提供了基礎。

　　以一個(gè)Hadoop大數據分析的業(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(gè)數據盤(pán)。每個(gè)服務(wù)器上分配了2個(gè)HDFS數據盤(pán)。通過(guò)機群管理系統對系統的運行狀態(tài)進(jìn)行性能評測和監控，這包括了動(dòng)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(gè)盤(pán)的IOPS和帶寬也進(jìn)行檢測。動(dòng)態(tài)檢測的結果發(fā)現Hadoop結點(diǎn)上CPU的使用效率只有18%。 管理調度層 (通過(guò)人工干預或自動(dòng)調度的策略)決定對該Hadoop 機群進(jìn)行資源的重新配置，并決定把計算服務(wù)器結點(diǎn)減少到2個(gè)，并把原有的20個(gè)HDFS數據盤(pán)重新分配到剩余的2個(gè)服務(wù)器上，每個(gè)服務(wù)器接管10個(gè)HDFS 數據盤(pán)。新的資源配置通過(guò)管理接口配置到SAS Switch上。這個(gè)重新配置可在Hadoop業(yè)務(wù)在線(xiàn)的情況下完成。被釋放的8個(gè)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(méi)有其他業(yè)務(wù)可利用這8個(gè)CPU的情況下，也可以把把它們設置到睡眠等節省電能的狀態(tài)。而剩余的2個(gè)CPU在重新配置完成后繼續執行原有的Hadoop計算業(yè)務(wù)。重新配置后剩余的CPU可基本達到接近100%的利用效率。

　　對需要高可靠性的業(yè)務(wù)，也可通過(guò)SAS Switch實(shí)現業(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(gè)服務(wù)器結點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，把該結點(diǎn)承擔的業(yè)務(wù)調度到機群內一個(gè)空閑的服務(wù)器結點(diǎn)，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)器結點(diǎn)，這樣的動(dòng)態(tài)替換可在業(yè)務(wù)在線(xiàn)的情況下完成，從而保證業(yè)務(wù)的持續性。

　　超融合存儲

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

　　該技術(shù)有3個(gè)突出的特點(diǎn)：1)采用標準服務(wù)器而不采用專(zhuān)門(mén)的硬件系統來(lái)實(shí)現存儲業(yè)務(wù)層的功能。2)完全采用軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現機群內的所有服務(wù)器直接連接的存儲(DAS)資源的池化。3)采用機群內的服務(wù)器結點(diǎn)既運行存儲業(yè)務(wù)，也運行用戶(hù)的應用。即用戶(hù)的業(yè)務(wù)應用程序和超融合的存儲業(yè)務(wù)共生在同一服務(wù)器結點(diǎn)上。

　　表面看來(lái)，該技術(shù)應該可消除專(zhuān)門(mén)用于連接存儲資源的存儲交換網(wǎng)絡(luò )(如SAN等Storage Fabric)，還可消除傳統的專(zhuān)用存儲系統硬件。而完全采用通用服務(wù)器的硬件系統。但是，生產(chǎn)服務(wù)器的廠(chǎng)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(lèi)簡(jiǎn)單的后端存儲Fabric技術(shù)，以及存儲資源解耦合的硬件構架在刀片和機架服務(wù)器上的應用，即采用高密度刀片或機架服務(wù)器+SAS Switch+JBOD的硬件構架來(lái)實(shí)現超融合系統。

　　歸納下來(lái)有如下原因：

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

　　2)由于用戶(hù)應用程序和存儲業(yè)務(wù)共生在同一個(gè)CPU上，而用戶(hù)應用對硬件資源的需求最優(yōu)配比千差萬(wàn)別，難以向所有用戶(hù)推薦統一的集成了CPU和存儲資源的磚塊服務(wù)器型號。而要根據用戶(hù)的具體應用來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，這就需要把存儲和計算解耦合。

　　3)在公有云，VDI等許多應用場(chǎng)景，需要支持在同一個(gè)機群硬件設施上支持多個(gè)房客(Multi-Tenant),而出于數據安全的考慮，許多客戶(hù)要求服務(wù)提供方保證他們的私有數據和其他訪(fǎng)客的數據在物理上隔離(即存放在物理隔離的盤(pán)上，物理上保障其他用戶(hù)的虛擬機不可能訪(fǎng)問(wèn)到他們的私有數據)。這樣的物理隔離在SAS Switch上很方便就可實(shí)現。

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