最近發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，華為賽門(mén)鐵克N8500集群NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）和CIFS（通用互聯(lián)網(wǎng)文件系統(tǒng)）兩項(xiàng)SPECsfs2008測(cè)試結(jié)果分別為636036OPS（每秒操作數(shù)）和712664OPS。該結(jié)果在SPEC公布的各個(gè)廠商同類產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)中位居第一，并且大幅領(lǐng)先第二名。    

那么打破NFS和CIFS兩項(xiàng)業(yè)界記錄的華賽N8500的“過(guò)人之處”究竟來(lái)自何方？對(duì)此，本文將從兩方面入手探究，揭開(kāi)N8500的高性能之謎。一是將傳統(tǒng)NAS設(shè)備與N8500進(jìn)行對(duì)比，從硬件架構(gòu)方面分析N8500存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)；二是對(duì)比業(yè)界NAS產(chǎn)品的集群技術(shù)與華賽N8500集群技術(shù)，從軟件層面分析N8500存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)。    

Scale-out架構(gòu)設(shè)計(jì)讓N8500“橫行”    

傳統(tǒng)NAS設(shè)備使用單控制節(jié)點(diǎn)或者雙控制節(jié)點(diǎn)提供NAS業(yè)務(wù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)支持一組特定的工作負(fù)載和文件系統(tǒng)。在故障替換場(chǎng)景下，工作負(fù)載可以從一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。傳統(tǒng)NAS設(shè)備雖然具有易部署、易維護(hù)的特性，但是隨著信息社會(huì)數(shù)據(jù)的海量增長(zhǎng)，其架構(gòu)方面的缺陷越發(fā)明顯。一是文件系統(tǒng)與節(jié)點(diǎn)的綁定導(dǎo)致任何時(shí)刻一個(gè)文件系統(tǒng)只在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上處于活動(dòng)狀態(tài)，容易存在負(fù)荷熱點(diǎn)。二是擴(kuò)展性差，系統(tǒng)性能和空間不能隨著用戶需求的增加而增加。

N8500集群架構(gòu)示意圖

與傳統(tǒng)NAS設(shè)備不同，N8500集群NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)采用Scale-out設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，前端NAS引擎由多個(gè)存儲(chǔ)專用服務(wù)器構(gòu)成，內(nèi)部通過(guò)專用心跳網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；引擎通過(guò)FC-SAN與多套存儲(chǔ)單元相連。當(dāng)系統(tǒng)整體負(fù)載過(guò)大需要擴(kuò)展系統(tǒng)整體性能時(shí)，可以再線橫向擴(kuò)展引擎和存儲(chǔ)單元。另外，N8500各引擎節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)并發(fā)訪問(wèn)同一文件系統(tǒng)，不存在負(fù)載熱點(diǎn)問(wèn)題。    

全Active集群技術(shù)賦予N8500每個(gè)引擎節(jié)點(diǎn)“平等”    

傳統(tǒng)NAS設(shè)備的不足加速了集群技術(shù)在NAS設(shè)備中的應(yīng)用。業(yè)界當(dāng)前主要使用兩種集群技術(shù)，一是N+M共享存儲(chǔ)集群技術(shù)，二是基于分布式文件系統(tǒng)的分布式存儲(chǔ)集群技術(shù)。

N+M共享存儲(chǔ)集群NAS系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖2所示，多個(gè)引擎節(jié)點(diǎn)之間使用專用心跳鏈路通訊，N個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)外提供NAS業(yè)務(wù)，M個(gè)節(jié)點(diǎn)作為備用，允許系統(tǒng)中同時(shí)故障M個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。N+M集群技術(shù)解決了傳統(tǒng)NAS設(shè)備擴(kuò)展性差的問(wèn)題，但是單個(gè)文件文件系統(tǒng)仍然是與特定NAS節(jié)點(diǎn)綁定，容易存儲(chǔ)負(fù)荷熱點(diǎn)問(wèn)題。

N+1集群配置圖

基于分布式文件系統(tǒng)的集群存儲(chǔ)硬件組網(wǎng)比較簡(jiǎn)單，主要用存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之前使用10Gb以太網(wǎng)或者infiniband技術(shù)通訊。各存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)都有專用存儲(chǔ)空間互不共享。同一文件系統(tǒng)橫跨所有存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)并發(fā)對(duì)外提供服務(wù)?；诜植际轿募到y(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)解決了負(fù)荷熱點(diǎn)問(wèn)題，但是如果某一存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間就得不到利用。另外，由于使用分布式文件系統(tǒng)的原因，業(yè)務(wù)服務(wù)器訪問(wèn)某一文件可能需要訪問(wèn)多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，存在巨大的內(nèi)部開(kāi)銷。    

與上述兩種集群技術(shù)迥異，華為賽門(mén)鐵克N8500存儲(chǔ)系統(tǒng)采用全Active集群設(shè)計(jì)，前端NAS引擎由2~16個(gè)存儲(chǔ)專用服務(wù)器構(gòu)成。首先，與N+M集群技術(shù)不一樣，N8500采用單一命名空間，所有集群節(jié)點(diǎn)可以并發(fā)方位同一文件系統(tǒng)，不存在負(fù)荷熱點(diǎn)問(wèn)題。N8500所有引擎節(jié)點(diǎn)互為備份，具有更高的系統(tǒng)可靠性。而與基于分布式文件系統(tǒng)存儲(chǔ)相比，N8500具有更高資源利用率；引擎節(jié)點(diǎn)內(nèi)部通訊使用千兆以太網(wǎng)，具有低成本優(yōu)勢(shì)。所有引擎節(jié)點(diǎn)共享存儲(chǔ)空間，使得文件訪問(wèn)無(wú)需訪問(wèn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)，更高效快捷。    

GAB、LLT協(xié)議架起N8500內(nèi)部通信的“高速公路”    

高效的內(nèi)部通訊設(shè)計(jì)尤其讓N8500驚艷。N8500集群內(nèi)部通訊采用經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)的VCS(VeritasClusterServer)組件，采用高效的GAB(GroupMembershipServices/AtomicBroadcast)和LLT(LowLatencyTransport)通訊協(xié)議。圖3大致介紹了引擎節(jié)點(diǎn)間的通信方式。

N8500引擎節(jié)點(diǎn)間通訊示意圖

每個(gè)引擎節(jié)點(diǎn)都作為獨(dú)立單元運(yùn)行并在集群級(jí)別共享信息。在每個(gè)系統(tǒng)上，作為集群決策邏輯的高可用性后臺(tái)駐留程序(HAD：HighAvailableDemon)維護(hù)著集群配置視圖。該后臺(tái)駐留程序作為重復(fù)狀態(tài)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，這表示集群中的所有系統(tǒng)都具有同步的集群配置狀態(tài)。

GAB主要有兩項(xiàng)主要功能，一是提供可靠的集群通信，二是維護(hù)集群成員集。GAB提供AtomicBroadcast功能用以確保集群中的所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到所有的配置更改消息，或全部回滾到先前狀態(tài)，這與數(shù)據(jù)庫(kù)原子提交非常相似。值得一提的是，AtomicBroadcast消息并不是真的廣播消息，而是從發(fā)送端到每個(gè)接收端的一系列點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單播消息。

LLT協(xié)議控制信息遠(yuǎn)少于IP協(xié)議控制信息，它是IP協(xié)議的一種高性能、低延遲替代協(xié)議。LLT有兩項(xiàng)主要功能，一是各心跳鏈路上進(jìn)行流量負(fù)荷分擔(dān)，二是心跳信息發(fā)送/接收。

通過(guò)上面的技術(shù)分析可以看出GAB/LLT協(xié)議組比TCP/IP協(xié)議更加高效，更適用于系統(tǒng)間多鏈路通訊，為各系統(tǒng)維護(hù)統(tǒng)一配置視圖。 [!--empirenews.page--]

從以上的對(duì)比分析，用戶不難看出N8500存儲(chǔ)系統(tǒng)性能卓越的奧秘了。硬件架構(gòu)的Scale-out設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)各組件可以隨著客戶的性能需求進(jìn)行橫向擴(kuò)展。全Active集群軟件設(shè)計(jì)，發(fā)揮了每個(gè)引擎節(jié)點(diǎn)的作用。節(jié)點(diǎn)間的負(fù)荷分擔(dān)控制，使得不存在全局熱點(diǎn)。GAB、LLT高效協(xié)議的使用，使得集群內(nèi)部通訊更高效、更可靠，降低內(nèi)部資源消耗。

華為賽門(mén)鐵克N8500 SPEC測(cè)試NFS曲線

綜上所述，N8500集群NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)具有高性能、可擴(kuò)展性和可獲得性等特點(diǎn)，能夠幫助客戶采用更低的運(yùn)營(yíng)成本，而獲得更高的性能。根據(jù)N8500產(chǎn)品資料介紹，在后端存儲(chǔ)單元不存在瓶頸的情況下，隨著引擎節(jié)點(diǎn)的增加性能呈近線性增長(zhǎng)。有數(shù)據(jù)為證，圖4即是根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)整理的N8500在SPEC測(cè)試中NFS性能曲線圖。由圖中曲線可以看出隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，系統(tǒng)性能確實(shí)呈近線性增加。