直連存儲：雲計算基礎設施的關鍵

直連存儲過時嗎？

直連存儲即我們常說的DAS(Direct-attached storage)，通常指那些安裝在伺服器內部或者安裝在與伺服器直接相連的擴展盤櫃中的存儲介質。 DAS存儲與伺服器之間必須有固定的綁定連接關係，因此它們之間不存在網路結構，而是直接進行資料的讀寫。

在伺服器與存儲的各種連接方式中，DAS曾被認為是一種低效率的結構，而且也不方便進行資料保護。 直連存儲無法共用，因此經常出現的情況是某台伺服器的存儲空間不足，而其他一些伺服器卻有大量的存儲空間處於閒置狀態卻無法利用。 如果存儲不能共用，也就談不上容量分配與使用需求之間的平衡。

DAS結構下的資料保護流程相對複雜，如果做網路備份，那麼每台伺服器都必須單獨進行備份，而且所有的資料流程都要通過網路傳輸。 如果不做網路備份，那麼就要為每台伺服器都配一套備份軟體和磁帶設備，所以說備份流程的複雜度會大大增加。

與直連存儲架構相比，共用式的存儲架構，比如SAN(storage-area network)或者NAS(network-attached storage)都可以較好的解決以上問題。 於是乎我們看到DAS被淘汰的進程越來越快了。 可是到目前為止，DAS仍然是伺服器與存儲連接的一種常用的模式。 事實上，DAS不但沒有被淘汰，近幾年似乎還有回潮的趨勢。 今年，隨著EMC公司宣佈推出一款基於PCI Express(PCIe)的固態存儲產品(EMC的設計是希望用它來儲存一些伺服器本地的資料)，DAS的復蘇進程進入高潮階段。

SAN和NAS的實際表現低於人們的期望

到目前為止，DAS存儲結構依然存在的一個原因是SAN和NAS表現不佳，在預期和現實之間存在著巨大的落差。 人們對SAN架構的期望很高，希望通過SAN 方便的創建一個全域存儲資源池，以便將容量動態的分配給前端的伺服器，實際用多少就分配多少。 可是，在SAN架構技術出現的最初8年左右時間裡，我們距離這種目標依然遙遠。 至今，SAN存儲仍然不得不為每台伺服器劃分出一個獨立的存儲分區。 當某台伺服器需要更多存儲空間的時候，必須再劃出一個新的分區並指定給該伺服器，在伺服器端，還要將新分區和已有的分區連接在一起使用。 糟糕的是，新分區和原有分區的管理是彼此獨立的。 所以實際上，在SAN環境中為一台伺服器增加存儲空間的過程與之前DAS的那一套方法是非常類似的。

人們還期望SAN架構下的資料保護工作能夠更簡單一些。 使用者的目標是直接從SAN環境進行備份，而不必單獨處理每一台伺服器。 可是，目前只有極少數的應用軟體能夠説明使用者精確的實現這一功能，而在大多數情況下，我們只能盲目的備份資料，卻並不知道備份出來的資料到底是些什麼。 使用者很快意識到他們其實需要一種叫做「應用感知」的技術，該技術能夠説明他們備份線上的應用，並且執行智慧化的恢復操作。 可前提是使用者需要在伺服器端安裝特定的備份軟體。

最後還要說明的一點是，SAN和NAS產品的價格仍然遠遠高於DAS。 許多使用者出於價格因素考慮選擇了低效率的直連存儲而不是高效率的共用存儲。

客觀的說，現在的SAN和NAS系統已經可以利用類似自動精簡佈建(thin provisioning)這樣的技術來彌補早期存儲分配不靈活的短板。 然而，之前它們消耗了太多的時間來解決存儲分配的問題，以至於給DAS留有足夠的時間在資料中心領域站穩腳跟。 此外，SAN和NAS依然問題多多，至今無法解決。

現在，SAN/NAS等共用存儲架構發展的主要推動力來自于快速增長的伺服器和桌面虛擬化應用，如果要實現虛擬機器映射在物理主機之間靈活移動的話，後端需要搭建共用存儲架構。 在虛擬化環境中，虛擬機器實際上就是一個大檔，因此應用感知(application-aware)和脫離主機備份(off-host backup)都是可行的，備份過程也不需要涉及物理主機部分。 儘管共用存儲架構有很多新增專案和重要的應用案例，但是，DAS結構在資料中心應用中依然存在，而且其價值還在不斷提升。

啟動系統需要DAS

DAS 結構在資料中心環境依然流行的一個重要原因是系統需要本地的開機磁片。 雖然許多SAN環境已經具備各種形式的從SAN啟動系統的方法，但這需要專用的主機介面卡(HBA)，而且SAN存儲系統本身也必須支援這一功能才可以。 所以我們看到，大多數物理伺服器仍然從本地DAS存儲啟動系統。

除此之外，DAS還要感謝SSD固態盤的普及，從本機存放區啟動系統要比從SAN系統啟動具有明顯的優勢。 首先，從本地SSD盤上啟動或重啟系統只需要很短的時間(秒級)，而且SSD盤還可以做虛擬記憶體交換頁空間使用，這一點對虛擬化環境來說極為重要。 在虛擬化環境中，當我們在主機上載入虛擬機器時，記憶體會迅速耗盡，隨即便開始使用本機存放區上的記憶體交換頁空間。 如果本機存放區使用的是普通硬碟，記憶體交換的性能會受到很大影響，而如果我們使用像Flash SSD這樣的固態存儲，那麼性能的下降幅度則基本可以忽略不計。 用SSD作為開機磁片可以承載更多的虛擬機器，而不必採購價格昂貴的記憶體。

用DAS來擴展SAN

在 DAS市場復蘇的過程中，固態存儲還扮演了另外一個重要角色，即作為SAN之外的擴展。 利用基於PCIe匯流排的固態存儲的超高性能，IT系統存儲架構正在向分層存儲方向發展，或者直接將伺服器需要的資料緩存在本地。 PCIe SSD固態盤能夠直接與CPU進行通訊，這一點與傳統的SSD不同，傳統的SSD在性能方面會受到SAS或SATA協定的羈絆。 對於記憶體容量有限的系統來說，PCIe SSD無疑是一個理想的虛擬交換頁空間，因此基於該技術的存儲分層和資料緩存應用案例也越來越受到關注。

利用這種架構，存儲系統就能夠智慧的將最活躍的資料預存在PCIe SSD盤中。 之後，如果有應用程式或使用者請求訪問這些熱點資料，存儲系統就能夠從PCIe SSD中用最快的速度回應資料訪問請求。 這就意味著應用程式和使用者不必再等待他們的訪問請求跨越存儲網路，然後由存儲系統的控制器接收並處理這些訪問請求，再等著硬碟的磁頭找到正確的磁軌位置，最後經原路返回需要的資料或寫操作確認。

如果一切按照預想發展的話，這種在SAN前端擴展DAS 的設計模式將會顛覆傳統SAN的世界。 我們看到，SAN存儲將變成資訊的中央倉庫，其上存放的資料的活躍度會越來越低，而伺服器本地基於PCIe SSD盤的 DAS存儲則用於處理最熱的資料。 因此，SAN存儲將用來做資料的長期保存或備份，而伺服器則負責處理活動的進程。 這種結果帶來的影響是，SAN存儲的設計將更加偏重容量，而性能卻變得不那麼重要了。 但是，目前的PCIe SSD技術還有一個短板就是無法作為系統開機磁片使用，所以在伺服器上插一塊SAS硬碟或者普通的SSD盤還是有必要的。

DAS，雲計算基礎設施的關鍵

另一個促成DAS復蘇的關鍵驅動力來自于大資料存儲應用環境的設計。 包括像Facebook、Google以及其他一些公司都涉及其中。 他們設計的系統的特點是將計算資源和存儲資源整合在單台伺服器上，而多台伺服器之間則通過高速網路進行互聯通訊，伺服器能夠直接從本機存放區上訪問所需的資料。 他們甚至還會利用PCIe SSD與硬碟的組合來做系統啟動。 這些線上服務提供者以及互聯網技術公司之所以選擇這種設計，是因為這種架構具有極高的成本效益，而且在此架構下通過增加伺服器做系統擴展也非常簡單。

過去，有人曾認為這種DAS存儲加計算的整合系統模式應用場景有限，只有那些具有大量線上應用的公司才會部署這種系統。 然而現在的情況已有所不同。 這裡，我們不得不再次提到伺服器虛擬化，因為伺服器虛擬化應用需要運行在計算能力和存儲能力可同時擴展的基礎架構環境上。 有些廠商，像Nutanix就可以提供一種內置存儲的伺服器集群產品，利用該產品能夠快速的搭建起一套雲計算基礎設施，因此非常適合那些傳統的資料中心。

伺服器虛擬化環境仍然需要共用存儲，用來實現虛擬機器遷移和虛擬機器高可用等功能。 在這種共用存儲架構下，資料可以在一個集群內不同節點間自動遷移，也就是說，一個虛擬機器的映射可以在集群內任何一個節點上運行。 這種「共用的DAS」模式既有本機存放區簡單、高性價比的特點，同時還可以提供很多SAN架構才有的優勢。

如果DAS代表未來，那麼SAN會消亡嗎？

DAS不僅沒有消失，而且發展得很好。 許多存儲業內專家都認為資料中心存儲環境正在向著以DAS結構為主的方向發展。 正如前文所描述的那樣，未來SAN存儲在資料中心的定位是作為資料長期保存的倉庫，而真正活躍的資料都存放在伺服器本機存放區上。 目前資料移轉管理軟體成熟的很快，未來可以用於將活躍的資料保留在伺服器本地。 此外，這類軟體還可以感知本地寫操作，然後將新寫入的資料同步到後端的SAN存儲空間。

以DAS模式為主的存儲架構被專家看好還有兩個原因，即虛擬化應用環境對性能有較高的要求，以及SSD固態存儲的高性能表現。 前者是應用要求資料存儲的當地語系化，而後者則是利用本地資料訪問的高性能，儘量避免由於經過存儲網路而產生的延遲問題。

利用好組合方案

同以往一樣，存儲管理員在應對存儲應用挑戰時依然有很多方案可以選擇。 但首先要有性能分析工具，它可以説明我們對當前的環境進行調整。 在決定下一步如何選擇之前，重要的是儘量做好前期的準備工作並制定正確的決策。

如果因為預算或時間因素的限制無法升級網路或存儲設施的話，我們可以走一條捷徑，即構建SAN存儲與SSD DAS存儲混合使用的策略。 這種方案通過消除存儲網路瓶頸，可以最大化的發揮SSD的優勢，從而在整體上獲得性能提升。

如果預算不是問題，那麼我們可以加大在存儲網路和共用存儲系統上的投資，比如今後想要減少性能方面的顧慮，使用者可以選擇一款全固態存放裝置。 當然，在後端存儲系統優化的同時，利用DAS結構的SSD做開機磁片和記憶體交換分區，優化前端的結構也是很重要的，這樣就可以形成一套完整的高性能存儲解決方案。