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雲端儲存

New Generation Cloud Storage Architecture
雲端儲存
雲端儲存常讓人感覺一頭霧水,因為雲端技術讓人們在雲端輕飄飄的;但卻是真實新興的儲存技術,也是儲存技術發展的一個重要分水嶺。在了解雲端儲存之前,須先了解企業儲存在過去50年的幾個重要技術轉變過程。
儲存技術的第一個重要創新發生在1960年代中期,在這個階段,磁碟不再只存在於主機內,而是獨立的外接儲存設備,即是DAS(Direct Attach Storage)的時代。在DAS架構下,外接儲存設備與主機以SCSI協定透過銅纜線連接,主機使用外接儲存設備的空間因而獲得更大的儲存空間。

1987年,一群加州大學柏克萊分校的電腦專家(David Patterson, Garth Gibson及Randy Katz)發表了標題為『A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disk-RAID』的報告,這份文件的標題成為RAID一詞的由來(磁碟容錯陣列,Redundant Array of Independent Disks)。由於RAID磁碟陣列技術與儲存網路協定的誕生,80年代開始邁入了SAN(Storage Area Network)的蓬勃年代。在SAN架構下,主機與外接儲存設備透過專屬交換器與光纖通道協定連結;一台外接儲存設備的空間可提供給多台主機使用。外接儲存設備切割多個邏輯磁區後(Logical Unit Number, LUN),主機透過儲存網路,經由外接儲存系統的某一個LUN掛載容量空間。

SAN問市之後,網路儲存隨之發展出另一個重要的技術,NAS(Network Attached Storage)。NAS儲存設備透過乙太網路提供檔案存取服務,主機透過區域網路與NFS/CIFS通訊協定將NAS的儲存空間訂定為實體主機的檔案夾。
隨後,SAN儲域網路除了最早問市的FC (Fibre Channel ),又發展出基於乙太網路的IP SAN。
儲存設備發展史
90年代企業儲存技術大體分為SAN與NAS兩個主要陣營。至今仍是一般企業儲存選擇。然而隨著雲端運算的興起,企業儲存技術發展到了另一個重要的分水嶺。

自2012年Amazon開始提供兩種雲端儲存服務。第一類為Amazon Elastic Block Service(EBS)儲存服務,當客戶租用了Amazon的雲端虛擬主機後,也同時須租用EBS的服務讓虛擬主機有儲存空間。EBS顧名思義就是提供區塊式(Block level)的磁碟服務,根據所租用的儲存容量,將之掛載到虛擬主機上;同時,Amazon還提供另一種雲端儲存服務Simple Storage Service(S3),是一種物件式儲存(Object Storage )的方式。

EBS磁碟區塊服務,就像以往為伺服器建立磁區一樣,能透過作業系統來操作磁區。但S3的服務截然不同,物件式儲存需透過應用程式介面(Application Programming Interface, API)來操作,當使用者租用S3的儲存空間做為網站伺服器的圖檔資料庫時,系統必須透過S3的API來存取S3的儲存空間。在此之後利用物件式儲存的各種雲端儲存服務也跟著百花齊放,例如Dropbox、Cloud Box、BOX、Google Box等,讓物件式雲端儲存技術蓬勃發展。
三種DaaS雲端儲存服務 (DaaS)
環視目前雲端儲存廠商所提供的服務,雲端資料儲存服務(Data storage as a Service, DaaS)可區分為三種服務類型:
1. 針對普遍使用的SAN與NAS或混和這兩種儲存空間的雲端服務;提供使用者以網際網路或區域網路連結,使用磁碟區塊或檔案系統(File Level System)作為儲存。例如透過IP-SAN來使用雲端儲存服務商提供的磁碟區塊服務,為主機增加一個磁碟機;或者,透過CIFS/NFS協定來使用雲端儲存廠商提供的檔案系統服務。這類型的雲端儲存服務讓使用者可以延用現有的IT架構與投資。
2. 針對資料庫應用。這類型雲端儲存服務提供與資料庫雷同的操作,並強調資料庫的絕佳擴充性。不過,這類型服務通常需要採用特定軟體廠商的專屬API界接。
3. 物件式雲端儲存服務。這類型軟體定義儲存的服務將每個資料視為物件,賦予一個統一資源標識(Uniform Resource Identifier,URI),由Name Base網頁介面或API來存取;例如Amazon S3即是透過API來存取檔案。

雲端儲存服務優點如同雲端運算,使用者根據使用容量來付費,其使用方式與舊IT技術的運用方式截然不同;市場上也有許多針對雲端儲存而推出附加功能軟體例如檔案壓縮(Data compression)、檔案重覆刪除( Data De-duplication) …等等,藉以減少所占用的實體儲存空間,畢竟雲端服務用多少就算多少錢。

而目前的雲端儲存服務,仍是各家廠商開發各自的專屬規格,各種儲存服務間資料格式不相容將會是發展的一大阻力。因此,儲存產業協會SNIA (Storage Networking Industry Association)就積極規劃雲端儲存標準CDMI(Cloud Data Management Interface),在2012年完成1.0.1版規格定義;讓SDS軟體定義儲存能逐步解決相容性問題,協助新儲存技術發展。

瞭解儲存技術發展歷程後,可發覺我們已經都在雲端環境裡。但軟體基礎的雲端儲存對於硬體要求又有什麼條件呢?
技嘉科技經過與雲端儲存開發商合作,瞭解其需求功能,提供軟體定義存儲硬體配置,分析如下:
● CPU:By Core (處理器核心數,根據作業系統以及物件式儲存系統的服務程式需求)
● Memory:Per OS & OSD quantity corresponding
● SDS OS firmware:Independent Disk 240GB *2 (Minimum)
● Cache Disk:Per OSD Capacity correspondence
● Data Disk:According to demand capacity
● NIC Port:By demand structure
● Raid Card:By demand structure & ISV Software firmware
傳統儲存架構擴充 vs SDS差異
傳統儲存與SDS架構最大差異在於系統擴充條件,SDS的優勢說明如下:
● 隨時因應需求的橫向擴充
● 不受單點擴充影響而導致系統停機
● 儲存的資料在擴充過程不需搬移

傳統儲存困難點:
1. 儲統儲存硬體品牌多樣,導致管理難度大
● 各廠牌儲存混雜,硬體類型多樣
● 各種主機系統以及虛擬化平台界接

2. 無法滿足大數據高速多變的應用需求
● 架構瓶頸限制靈活性不足
● 使用端不斷新增儲存需求
● 新業務服務對儲存連接&儲存效能要求

3. 傳統儲存設備資源利用率不均衡
● 不同應用對於資源的利用率不均衡
● 相同應用無法滿足快速緊急的要求

因此傳統儲存架構的瓶頸,可藉由SDS新技術得到解決。
SDS優於傳統儲存原因
1. 採用x86主機由一般網路連接,不受傳統儲存架構限於專屬連接限制,故能排除儲存孤島及資料搬移困擾。
2. 儲存規模彈性更大,在容量,效能要求上,都比傳統架構有更靈活的能力。
3. 可在虛擬架構平台底層進行儲存系統部署,讓應用程序與資料儲存共存、共享。
4. 支援多種通訊協定。能支援各種儲存通訊協定。
5. 支援Open Stack的儲存環境以及主流虛擬平台,例如VMware、MSFT Hyper-V或Linux的儲域網路架構。
從近幾年HPC規劃架構,SDS常被作為獨立分項,可以預見高速運算超級電腦(Supercomputer System)對儲存傳輸與容量需求滿足點。
技嘉S系列伺服器儲存解決方案
即使SDS較傳統儲存擁有更多的優勢,企業在IT環境或自建私有雲架構中仍面臨許多挑戰。排除超超級電腦中心對大容量與高速傳輸需求的資料儲存池建置,SDS架構必須根據需求做客製化調整,導致小型商品化困難,不利於小型專案。

SDS架構產品是基於開源軟體所發展的系統供應商,各ISV廠商除了獨有的產品優勢,更提出特殊優化的硬體產品,持續對軟體迭代更新維護,也是SDS據以突出於整體市場競爭的努力方向。

技嘉科技於伺服器產品開發與銷售已經超過20年,長期硬體產品開發以及對市場互動觀察中看見儲存市場趨勢。所以從多年前針對產品用途細分出R(Rack)、H(High Density)、G(GPU),S(Storage)對應各種需求條件設計伺服器,提供適用於不同用途的最佳性價比產品;並積極合作軟體儲存廠商從設計階段就開始合作,期望能對客戶端提供一站式硬體解決方案,促使客戶可以獲得企業級商用儲存系統產品。
Bigtera VirtualStor Scaler
Bigtera是慧榮科技(Silicon Motion Technology)的SDS產品,其中VirtualStor Scaler產品線著重在提供高經濟效益具備橫向擴展儲存產品,讓用戶能隨業務服務需求彈性調整擴容。VirtualStor Scaler橫向擴展架構,具備所有SDS靈活、彈性,資料保護….等優點。

技嘉科技協助VirtualStor Scaler設計三款不同容量標準伺服器,提供降低初期建置成本與彈性擴充容量與效能最佳化的儲存解決方案。
VMware vSAN
VMware的vSAN專為vSphere虛擬架構之SDS產品,讓用戶在VMware平台上能同時具備運算和儲存。VMware vSAN適用於標準x86伺服器,根據vSAN deployment-guide,技嘉設計生產之x86伺服器均可做應對配置;如同VMware Hyper-Converged Infrastructure認證樣本範例(vSAN Ready Node),可加快vSAN 規劃和部署程續。

vSAN的樣本範例,是硬體配置標準化,在vSAN VCG (VMware Configurator Guide)列出每個Ready Node產品說明鎖定零件選擇條件。VMware對vSAN Ready Node清楚標示可變動選項。(詳情如MY VMware網站登入解說文件https://my.vmware.com/group/vmware/home )

為便利客戶選擇產品,技嘉科技提供與vSAN Ready Node相同配置範例;藉此讓客戶可以享有最佳性價比的選擇並獲得最佳投資效益。技嘉配置範例:AMD & Intel ; VMware vSan HY-6 & AF-8
結語
隨著新世代的處理器上市,技嘉伺服器持續優化伺服器硬體產品設計,與軟體定義儲存夥伴合作隨需求擴充容量的儲存架構產品,期望提供一站式採購與一體式儲存資源,有效消除儲存孤島。

我們的客戶涵蓋了廣播電視、教育、國家級實驗室以及半導體等相關產業,未來也將持續開發不同產業別合作夥伴,建構更完整產業生態,解決IT團隊面臨各項儲存、資料安全與運算效能問題。
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