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SDS 增势迅猛青云QingCloud 如何用新技术支撑企业关键应用

百家作者：QingCloud 2018-08-03 13:15:58

基于 x86 架构的 SDS 存储解决方案正进入企业级存储市场，逐步替代原有的传统 SAN 存储产品。

IDC 追踪报告：SDS 增势迅猛

据 IDC 在 2017 年 9 月发布的预测报告显示，从 2017 年到 2021 年，SDS 在全球的营收将从 2016 年的 85 亿美元增长到 2021 年的 161 亿美元，年复合增长率达到 13.5%，而其中，由于 HCI 市场的不断扩大，用于 HCI 的 SDS 全球营收的年复合增长率将高达 26.6%。

IDC 预测，从 2017 年到 2021 年，SDS 在块数据、文件数据、对象数据以及 HCI 等细分市场的营收将持续增长，其中 SDS 在 HCI 方面的年复合增长率将高达 26.6%，SDS 总体年复合增长率达到 13.5%。

SDS 与 HCI 之间有着非常紧密的联系。SDS 是 HCI 的重要组成部分，但 HCI 以“一体化”整体解决方案的交付方式先于 SDS 获得用户市场的认可，为与更早时候出现的服务器+传统 SAN 一体交付的“融合基础设施(Converged Infrastructure)”相区别，HCI 因为其计算与存储更加紧密地部署在同一物理服务器节点上，故被称之为“超融合基础设施(Hyper Converged Infrastructure)”。

随后，软件定义存储(Software Define Storage，SDS)的概念被提出，HCI 中的存储子系统——基于 x86 商用服务器的分布式存储系统，被看作是 SDS 在产品实现上的典范，进而在用户市场获得迅猛增长。

另一方面，HCI 融合了计算、存储以及网络子系统形成一体化的整体解决方案，而计算子系统的成熟度较高，多种可选计算子系统的性能水平并无明显差距；并且在网络方面也无特别需求，反倒是存储子系统的性能水平成为 HCI 方案的关键，直接决定了 HCI 综合性能发挥。换而言之，HCI 的成功帮助 SDS 进入更多企业用户的视野，而 HCI 的成功又有 SDS 不可磨灭的功劳。

SDS 是 HCI 不可缺少的基石，在 HCI 场景下，SDS 控制器多安装在单独的虚拟机上或作为 Hypervisor 中的一个进程，但因为都是基于 x86 商用硬件，所以 SDS 控制器是安装在物理机还是虚机内，在技术上并无本质区别。

随着市场对 SDS 的接受程度越来越高，为了更灵活地满足不同应用场景下对存储提出的不同性能需求，存储与计算(应用服务器)分离部署的场景也在增多。基于 x86 服务器独立部署的 SDS 方案，因为软硬件解耦，不依赖特定硬件等特性，在独立部署时，SDS 能够根据不同环境提供块数据、文件数据以及对象数据等对应的存储接口。

如图一所示，SDS 与 HCI 融合部署仍是其主流应用场景，但用于满足块数据、文件数据以及对象数据存储需求的独立部署模式也获得了较高的年复合增长率。即使是年复合增长率最低的块数据存储市场，SDS 方案也有接近 5% 的年复合增长率，预计到 2021 年，其全球营收将达到 2.5 亿美元左右。增长率虽然最小，却有非凡的意义，块数据存储在以往都主流使用传统 SAN 存储，而 SDS 在块数据存储市场的增长，意味着其将逐步替代传统 SAN 存储。而在块存储市场， SDS 的另一个名字更为知名——Server SAN。

SDS 在中国市场的销售额也正飞速增长，且与全球市场不同的是，Server SAN 的增长率高于全球平均水平，中国用户对 Server SAN 的接受程度更高。据 IDC 今年 3 月发布的 HCI 与 SDS 在中国市场的细分报告显示，HCI 和 SDS 在 2017 全年销售总额分别超过了 3.7 亿和 4 亿美元，而其中 2017 年第四季度的销售额分别达到了 1.57 亿和 1.5 亿美元，均超过了全年销售总额的三分之一。

据 IDC 最新报告显示，与 2016 年第四季度相比，2017 年第四季度，HCI 和 SDS 的销售额同比了增长 188.6% 和 176.9% (图表来源于 IDC)，Q4 的销售额几乎占据了全年销售总额的三分之一。

全闪 Server SAN：将替代传统 SAN

Server SAN 这一分支的诞生，标志着 SDS 开始进入主流市场，在产品布局上完成了对企业主流应用场景的覆盖。而 Server SAN 本身所具有的三大特点也使得其替代传统 SAN 存储成为可能：

首先，Server SAN 都是基于标准的 x86 商用硬件，或者说，Server SAN 的核心是软件，其可以安装在任意 x86 服务器之上，而非像传统 SAN 存储那样需要有专门设计的存储硬件。这就使得其具有灵活的部署选择，既可以独立部署(如Server SAN)，也可实现超融合部署(HCI)。

在存储资源方面，SSD 是必选项，用以加速硬盘，这使得其性能保持在一定水平之上。同时，随着闪存单位成本的下降，用闪存全面替代硬盘可以提供更高的存储性能，相比于硬盘，闪存的每 IOPS 成本和 IO 响应时间都有巨大优势，而与这两大特点最契合的就是以数据库为代表的企业块数据存储场景，这也是传统 SAN 存储最主要的阵地，全闪存配置 SDS 用以满足块数据存储需求，即 Server SAN。

并且，相对于传统 SAN 存储需要专门的存储网络(如 FC、IB 或 iSCSI)，Server SAN 与前端计算采用相同的以太网络，不仅能够降低网络的复杂度，也有助于成本节省。

随着具有更高性能的 NVMe SSD 以及支持 RDMA 技术的 25GbE 网络走向普及，相比于传统 SAN 专有硬件设计，Server SAN 只需从软件堆栈上作出改变就能利用新技术带来的性能提升，这将极大地推动了 Server SAN 进入企业关键应用领域，同时也给创新型 SDS 提供商带来弯道超车的机会。

相比 2016 年，SDS 在各行业都获得了极高的增长率，2017 年平均增长率超过了 125%。(数据来源：IDC)

据 IDC 的预测数字显示，到 2022 年，中国市场的 SDS 产品年销售额将突破 10 亿美元，HCI 的年销售额也将接近 9 亿美元。2017 年，HPC、VSS、流媒体、云原生应用、归档、VDI 以及 DB 等应用场景成为 SDS 产品的主要增长领域。其中 VDI 和 DB 都属于块数据存储场景，而块数据存储场景在以往通常是传统 SAN 存储的“天下”，但 SDS 在这两个场景的增长分别超过了 60% 和 30%。这意味着 Server SAN 正在逐步取代传统的 SAN 存储。

2017 年，SDS 在中国市场上的主要增长领域(数据来源：IDC)

旺盛的市场需求正促使诸多新兴供应商加入到 HCI 市场当中，HCI 以一体化交钥匙的方式交付给用户，大幅简化了部署实施过程。而 HCI 重存储的特点也让在 SDS 领域有经验积累的厂商能够迅速加入进来。

其中较为典型的例子就是青云QingCloud，青云QingCloud 在 2017 年提出了“全模云”概念，同时支持分布式和集中式业务架构的云端部署，希望根据不同用户不同应用场景下的不同需求提供灵活且适宜的产品或组合解决方案，推出了包括 Bare Metal(裸金属服务器)、NeonSAN 以及 RadonDB 等多种满足企业用户所需的产品及服务。其中 NeonSAN 是面向企业关键应用负载所推出的一款新的块数据存储产品(Server SAN)，同时也可以作为其青立方超融合系统的底层多维存储选择之一。

青立方超融合系统从 2017 年第三季度才开始被 IDC 纳入统计，近下半年两个季度，就占据了 4% 的中国地区市场份额，即使放到全年来看，青云QingCloud 占据了 3% 左右的市场份额(数据来源：IDC)

QingStor™ NeonSAN：新技术支撑企业关键应用

青云QingCloud 自主研发的 QingStor™ NeonSAN 是一款符合软件定义存储理念的分布式存储系统，其支持 HDD、SATA SSD、NVMe SSD 乃至 Intel Optane 等多种存储介质，并可选 10GbE 或新一代 25GbE 网络，通过不同的硬件组合，能够为不同应用场景下的不同存储性能需求提供灵活选择；同时也能根据应用特点融合部署在虚拟化环境（HCI），或者分离部署在商用 x86 服务器之上（Server SAN），Oracle RAC、SQL Server 等核心数据库集群、物理机和容器高可用架构、大数据分析计算等应用场景都有相匹配的 NeonSAN 产品。

经过 E 企研究院的测试结果显示：在采用 NVMe SSD+25GbE（RDMA）技术后的 NeonSAN，其单卷（Volume）可提供不低于 10 万 IOPS 的随机读写性能，容量可扩展到 100TB，单个 NeonSAN 节点随机读写性能最高可达 50 万 IOPS。

QingStor™ NeonSAN 逻辑架构图

QingStor™ NeonSAN 主要有四个大的功能角色组成：

Zookeeper 用于集群管理，进行注册发现服务，新加入的 NeonSAN 节点会自动注册到 Zookeeper；
中心节点（Center Node）用于NeonSAN的控制节点，类似 SDS 中的控制平面（Control Plane），通过一主多从模式来实现高可用，当主控制节点不可用时，通过 Zookeeper 可以自动产生新的主控制节点；
元数据信息存放在 MySQL Plus 数据库中，MySQL Plus 是一个分布式数据库集群，可以分布到所有 NeonSAN 之上，主控制节点可自动访问 MySQL Plus 以获取元数据信息；
Store Node 主要用于数据服务，类似 SDS 中的数据平面（Data Plane）。

QingStor™ NeonSAN 通过多副本机制来保证数据的高可用，副本数量可以设置为一、二、三或更多（默认为三），接收到应用服务器的写请求之后，其在写入主副本的同时，Replicator 进程会同时将数据副本发送到其他 NeonSAN 节点，当主副本与从副本的都写入成功之后，再返回应用服务器写入成功，这种机制保证了数据各副本之间的强一致性。

NeonSAN 数据写入流程图，在全闪存阵列中，NeonSAN 内部存储网络使用支持 RDMA 技术的新一代 25GbE 网络，利用 RDMA，数据本地写入与远程节点数据写入拥有几乎一致的响应时间，这可大幅降低 NeonSAN 数据写入延迟

除了数据存储的高可用之外，存储系统还需要关注存储网络的高可用。

与传统 SAN 存储的双控制器或多控制器来实现高可用不同，青云 NeonSAN 的存储网络高可用是通过交换机和数据链路的冗余来实现高可用，如下图所示：

QingStor™ NeonSAN 网络架构拓扑图，以三节点全闪存 NeonSAN 集群为例

每个 NeonSAN 节点上都配备了 2 张双端口网卡，每个端口都连接到不同交换机上。其中互为冗余的两台前端交换机作为服务网络，即为前端应用服务器提供数据读取服务；两台支持 RDMA 技术（即RoCE，RDMA overConverged Ethernet）的 25GbE 交换机作为数据网络，主要用于 NeonSAN 的多副本写入等数据交换操作。

作为支撑企业关键应用的数据存储解决方案，NeonSAN 在注重高可用性的同时，也致力于提供更高的性能。因此，在 NeonSAN 开发过程中，简洁是第一原则，所有存储软件堆栈都以“简单”为第一优先级以充分发挥 NVMe SSD 的高性能优势。

除了对 IO 路径进行优化之外，NeonSAN 还提供了诸多企业存储常用功能，比如标准 iSCSI 接口支持，和最新的 NVMe over Fabric 规范支持，以及多路径故障切换、无中断的数据恢复、迁移和容量均衡等功能。

QingStor™ NeonSAN 通过多副本与多数据链路的机制达到数据存储与服务的高可用，利用 NVMe SSD+25GbE（RDMA）来提升存储性能，辅以“简洁”的存储软件堆栈最大限度发挥 NVMe SSD 的高性能优势，并支持多种企业关键应用常用功能来满足不同应用场景下的存储功能需求，这一系列特点已经让 NeonSAN 具备了替代传统 SAN 存储的基础。目前，青云QingCloud 正在引入 Intel 提出的 SPDK，以进一步提升 NeonSAN 性能。

在下一篇文章中，E 企研究院将针对企业关键应用场景特点，构建一个贴近真实的 Oracle RAC 数据库应用环境，用以评估 QingStor™ NeonSAN 在真实环境中的性能表现，欢迎继续关注！

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