3.3 中端存储产品硬件及软件架构分析
3.3.1 典型块、文件统一存储架构分析
自从NetApp和EMC分别推出独立中端存储NAS系列和SAN系列，NAS和SAN便成为存储领域的两种形态：一种直接提供共享文件系统，客户端可以直接访问和存取文件；另一种直接提供块服务，客户端直接拿来当块的裸设备使用，客户端操作系统或应用程序（数据库）通过块接口访问。对于既有块接口需求又有共享文件需求的客户就需要分别采购两套设备，管理两套设备。业界关于NAS和SAN融合的统一存储呼声越来越高。最早2002年NetApp在其FAS系列推出了SAN的块服务，提供了一个存储阵列提供NAS和SAN的两种服务，成为首个业内有影响力的统一存储。之后EMC、IBM、HP、HDS和华为也纷纷跟进，推出统一存储。从技术角度来看，其主要有两种模式：一种是SAN和NAS的服务在一个存储操作系统中实现，NetApp、HP和华为是这种实现方式；另一种则通过在SAN存储上接入对应的NAS网关，在管理上形成一个统一的存储，对外既可以提供NAS服务，也可以提供SAN服务，其主要代表有EMC、IBM和HDS。
3.3.2 典型的统一存储架构分析——NetApp FAS系列
NetApp FAS运行在Data Ontap的存储专用操作系统之上。硬件架构上，采用典型的双HA控制器，后端连接磁盘柜，每个控制器对外提供文件和块服务，控制器间采用cache镜像，以备单控故障时，业务不中断。在后续推出的Data Ontap集群版本中，NetApp扩展了双控架构，可以通过内部网络互联（Cluster-Interconnect）把FAS的双控或者单控组合成集群模式，可支持最高达24个控制器（见图3-7、图3-8）。
图3-7 典型双控架构
图3-8 NetApp集群架构
其Data Ontap操作系统核心模块是WAFL文件系统（Write Anywhere File Layout）。通过可以在任意位置写入的数据布局，优化数据写入，尽量保证数据满条带（RAID4和RAIDDP）写入。同时，WAFL每次写都不覆盖原先的数据，使得快照生成很快，而且对文件系统的影响很小。在WAFL上层，NetApp Ontap对外提供文件和块的接口，从而实现NAS和SAN的统一。其主要架构分成三大部分（见图3-9）。
图3-9 NetApp Data Ontap软件架构
● 第一是接口部分，包括网络接口（GbE-Fiber/Copper，TCP/IP Offload Engine）和光纤接口（Fibre Channel）。
● 第二是通信协议部分，包括文件协议（NFS、CIFS、HTTP）和块协议（FCP、iSCSI）。
● 第三是文件系统WAFL和整合式RAID磁盘阵列系统（Integrated RAID Manager）。
该种架构的好处在于无须额外部署硬件，NAS和SAN的功能在同一套软件里实现，客户可以按需部署NAS和SAN的业务，实现存储资源整合。
3.3.3 典型的统一存储架构分析——EMC VNX系列
EMC公司在2011年推出了VNX系列，整合了Clarrion和Celerra两个产品，推出统一管理界面Unisphere，由此开始了统一存储之旅。在这之前，Celerra NS系列虽然也可以既提供文件，又能通过连接的后台Clarrion提供块服务，但还是需要通过两套不同的管理系统来实现NAS和SAN的部署，并不是统一存储形态。VNX系列主要通过管理面的统一，来通过同一个管理界面实现既可以部署NAS服务也可以部署SAN服务。其内部结构其实还是由NAS机头和后端存储模块组成。
从架构上，EMC的VNX统一存储实际上还是由SAN（Clarrion）提供块存储外加NAS机头Data Mover（后改为X-Blade）来实现。软件上还是用的两个不同的存储操作系统。只是在原先的管理模块（Control Station）上统一了SAN和NAS的管理，对客户而言，VNX就是可以提供NAS和SAN部署的统一存储。VNX无论是DPE还是Data Mover，都采用经典的双控HA架构、双控cache镜像以提高高可用性。
软件方面，VNX X-Blade提供文件访问及NAS协议处理，存储池由VNX的DPE提供。VNX内嵌AVM（自动卷管理系统）来为文件提供存储池，简化客户的NAS配置。而块存储由DPE直接提供。根据VNX型号的不同，X-Blade支持从2个到8个的配置。而底层的存储池，磁盘分级、RAID等功能都由DPE提供，见图3-10。
图3-10 EMC VNX软件架构
3.3.4 典型的统一存储架构分析——IBM V7000U系列
对于老牌计算机巨头IBM来说，其在高端存储上起步比较早，而在中低端存储市场上，IBM一直选择OEM其他厂商的产品，比如SAN中端OEM LSI（被NetApp收购），而NAS产品也一直是OEM NetApp的FAS。直到2010年，IBM推出自研中低端产品StorWize V系列，推出StorWize V3700、V5000和V7000 SAN存储，并于2011年推出了基于StorWize V7000的统一存储StorWize V7000U（见图3-11、图3-12）。StorWize V7000U的架构是采用StorWize V7000的块服务，配上两个文件服务模块，与EMC的VNX思路类似，即通过既有的块存储再加上NAS服务机头，实现统一存储的功能。IBM在文件系统上的研究始于20世纪90年代，其主打的高性能计算的GPFS就是从那时开始研发积累的。而StorWize V7000U的文件服务模块，正是基于其文件系统核心资产GPFS。V7000U的文件服务模块采用Redrat Linux操作系统和IBM自己的x86服务器，运行GPFS及协议处理，实现NAS服务。V7000U包含两个文件服务模块，以提供单控故障时的系统高可用性，两个控制器是以Active-Active的方式对外提供文件服务。文件服务模块与块存储之间采用光纤链接，为GPFS提供存储资源池。
图3-11 IBM V7000U逻辑架构
图3-12 IBM V7000U文件模块软件架构
StorWize V7000U是借鉴了IBM内部多个存储产品的特性，在RAID和存储池层面借鉴了DS8000；在存储虚拟化、卷管理及远程复制双活等方面借鉴的是SVC（SAN Volume Controller）；在图形界面及管理方面借鉴的是XIV；而NAS文件模块采用了SONAS/GPFS。其文件模块的软件层面集成了快照、远程复制、文件分级和生命周期管理等特性。
3.3.5 典型的统一存储架构分析——小结
文件和块存储是传统外置存储中最重要的两大部分。各大厂商都提供了基于文件或块访问的企业存储。而两大存储的融合——统一存储更是由于其使用灵活性、适合资源整合、管理方便等占据了中端存储的一大部分市场。各大厂商也纷纷跟进，推出统一融合存储。在这些统一存储的架构中，主要有两种架构：NAS和SAN在同一个存储操作系统或通过SAN存储+NAS网关的方式。前一种的特点是管理部署简单、资源高度共享、成本相对较低；而后一种的特点是文件和块服务都有专属硬件，两种服务间影响较小。
展望统一存储的未来，目前对象存储的发展如火如荼。很多传统及新兴厂商也都开始在统一存储中提供对象接口，使得统一存储可以对外提供块、文件及对象接口。比如EMC VNX通过内嵌Atomos的VE（Virtual Edition）版本，对外也可提供基于对象的访问；HP 3Par推出自研的统一存储中也提供对对象接口的支持。而Redhat收购的Inktank，致力于开发基于分布式文件系统的开源存储系统Ceph，其对外也是支持文件、块和对象存储的访问。同时，各大公有云厂商也都提供块、文件和对象服务。因此，未来的统一存储的方向可能是分布式架构，同时可以支持块、文件和对象访问。