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2018年1月28日星期日

iThome 新聞【全快閃儲存陣列Pure Storage FlashBlade】獨一無二的刀鋒式快閃儲存設備皇璽會 http://www.iwin688.com

無論在硬體還是軟體架構上，Pure Storage推出的FlashBlade，都是全快閃儲存陣列領域前所未見的獨特產品。

在硬體架構上，FlashBlade是當前僅有的刀鋒模組式全快閃儲存設備，採用類似刀鋒伺服器的架構，由一片片內含Flash儲存單元的刀鋒模組，構成Scale-Out型式的叢集系統。

在軟體架構方面，FlashBlade也是第一種原生的物件式全快閃儲存設備，可支援S3物件儲存協定，也兼用於NFS、CIFS/SMB等傳統檔案儲存協定。

FlashBlade由內含刀鋒模組的4U機箱組成，每臺機箱可容納最多15片刀鋒模組，刀鋒模組有8TB、17TB與52TB等3種儲存容量的款式，透過專屬的Purity//FB作業系統支援物件與檔案儲存服務，還可利用Scale-Out擴充能力串接5座機箱，組成多達75片刀鋒模組構成的8PB叢集儲存空間。

全快閃架構的物件與檔案儲存服務

當前多數全快閃儲存陣列產品，都屬於SAN儲存設備，以提供SAN區塊服務為目的，如Pure Storage原先的主力產品FlashArray，便是標準的SAN儲存陣列。

現在，全快閃風潮也吹進檔案與物件儲存領域。

典型的企業資料中心有80%的資料都是非結構化資料，這些資料雖然可以存放於SAN儲存設備，但存放在內含檔案系統、可在物件與檔案層級上共享的NAS或物件儲存設備上，是更自然的選擇。因此，在針對高效能結構化資料儲存需求的SAN全快閃儲存陣列之後，接著出現針對非結構化資料儲存需求、NAS與物件類型的全快閃儲存產品，也是理所當然的發展。

FlashBlade正是一款原生型物件與檔案儲存設備，核心的Purity//FB作業系統，是針對物件儲存與檔案儲存而設計。為因應物件儲存所需的擴展彈性，FlashBlade採用了叢集架構，以提供Scale-Out擴展能力，這一點本身不稀奇，當前不少全快閃儲存陣列也都是基於Scale-Out架構，但FlashBlade與眾不同的是，以專門打造的刀鋒式硬體架構，來做為組成叢集的基礎。

FlashBlade是刀鋒式架構的物件儲存設備，4U機箱可容納15片刀鋒模組，每片模組都是含有自身處理器、記憶體與Flash儲存模組的獨立儲存單元，可串接5座機箱組成含有75片刀鋒模組的大規模叢集，透過專屬Purity//FB作業系統可支援物件與檔案存取服務。

從通用硬體走向專屬硬體架構

Pure Storage原本走的是軟體定義儲存路線，旗下主力產品FlashArray的前幾代機型，硬體都是基於標準的x86伺服器與SSD模組，完全依靠專屬的Purity儲存作業系統，來架構出快閃儲存環境。

不過，隨著Pure Storage在市場上站穩腳跟，從FlashArray的第4代機型//M系列起，開始引進專屬硬體設計，以求打造出理想的系統架構，因此//M系列從機箱、控制器到Flash模組，都有別於常見的儲存產品規格。而Pure Storage這條專屬硬體架構的路線，在FlashBlade這款產品上，更是達到高峰。

FlashBlade的每一個主要元件，從機箱、Flash儲存模組到I/O介面模組，全都是Pure Storage的專屬設計，並採用全快閃儲存產品中首見的刀鋒式架構，是日益少見的專屬硬體式快閃儲存設備。

在全快閃儲存陣列產品中，專屬硬體式一直是數量最少、也相對弱勢的產品，雖然便於讓廠商從基礎元件開始，以專屬設計打造出理想的全快閃陣列架構，但也連帶存在著成本相對高昂、開發與更新週期較長等缺點，過去以來，只有少數廠商，例如IBM/TMS、Violin Memory、Skyera等公司的產品，採用這種架構，遠不如基於通用伺服器硬體的產品普遍。

不過，為了突破通用規格硬體帶來的效能與容量制肘，Pure Storage仍在FlashBlade上採用專門打造的專屬硬體架構，並藉此獲得一般通用伺服器形式產品，所無法企及的高儲存密度與效能。

專屬的刀鋒式硬體架構

每套FlashBlade系統，由1組4U機箱、最多15組刀鋒模組、2組Fabric模組，與4組電源供應器等4大元件組成。

高儲存密度結合高效能

專屬規格的刀鋒式硬體設計架構，以及同樣是專屬設計的Purity//FB儲存作業系統，是Pure Storage FlashBlade的兩大特色。

如同刀鋒伺服器具有相對於機架式伺服器的高密度優勢，FlashBlade也透過刀鋒式架構的使用，獲得遠高於標準機架式快閃儲存設備的效能與容量密度，每1座4U機箱可提供最多792TB的原生容量，平均每U空間可提供近200TB容量，儲存容量的密度相當驚人。如果換成普通的標準2U機箱，即使搭載當前最高容量的15TB SSD，也達不到這樣高的儲存密度。

而且，1座FlashBlade滿載15片刀鋒模組的4U機箱，就能擁有100萬IOPS等級效能（或100萬個NFS交易存取），等於每2U空間提供50萬IOPS，這樣的效能密度表現，在當前也是名列前茅。

而在軟體架構方面，FlashBlade的Purity//FB作業系統也有與眾不同的設計，在共同的核心層上，來建立與運行所有儲存協定，不像多數儲存設備是在區塊儲存區或檔案系統底層上，再依靠軟體堆疊來執行不同協定，以致帶來許多限制。

FlashBlade硬體組態

如產品名稱所示，FlashBlade是一款基於刀鋒（Blade）架構的Flash儲存設備，每套FlashBlade由4大元件組成：

(1)機箱；4U高度的機箱，用於容納其他元件。

(2)刀鋒模組：基本儲存單元，每片刀鋒模組等同於是一臺獨立的Flash儲存系統，1臺FlashBlade的4U機箱可容納最多15片刀鋒模組。

(3) Fabric模組：一種乙太網路交換器，負責提供刀鋒模組互連用的10GbE網路埠，以及供用戶端主機存取、或與其他FlashBlade機箱串接用的40GbE埠。每組FlashBlade機箱含有構成高可用性架構的2組Fabric模組，每一組都含有內部互連用的10GbE網路埠，以及4組外部存取用的40GbE埠。

(4)電源供應器：4組電源供應器提供N+2電力備援。

FlashBlade機箱內的刀鋒模組，彼此互連組成N+2叢集，能承受2片刀鋒模組失效，而仍可維持服務。還可串接多組FlashBlade機箱，組成更大規模的叢集，目前Pure Storage提供串接最多5臺FlashBlade機箱的選項，匯聚成最大規模達到75片刀鋒模組的叢集。

在FlashBlade系統中，第1座機箱的起始組態，必須以最少7片刀鋒模組來組成叢集，後續則可以1片刀鋒模組為單位來擴充。而在第2座機箱以後，也都能以1片刀鋒為單位擴充。

刀鋒儲存模組

刀鋒模組是FlashBlade的基本單元，負責提供存取服務與儲存空間，目前有8TB、17TB或52TB等3種容量的款式可選，1臺FlashBlade的4U機箱可容納最多15片刀鋒模組，系統起始組態是7片刀鋒，串接多座機箱還可匯聚更多刀鋒模組。

I/O介面配置

FlashBlade是透過安裝在機箱背面的Fabric模組，來提供內部與外部網路連接能力，每一組Fabric都含有4組供外部存取用的QSFP+型式40GbE網路埠 1 ，以及1個維護與設定用的Console埠 2 。所以一臺機箱一共有8個對外連接的40GbE埠，而每個40GbE埠又能分為4條10GbE通道使用。

Fabric模組的連接架構

Fabric模組其實是提供FlashBlade內部互連與對外連接用的網路交換器，內側含有15組供刀鋒模組互連用的10GbE埠，外側提供了4組對外連接用的40GbE埠。每座FlashBlade機箱都安裝了2組Fabric模組，構成高可用性架構。

電源供應器

熱備援與熱抽換能力的電源供應器，滿載4組電源供應器時，可提供N+2備援能力。

FlashBlade刀鋒模組解剖

絕大多數快閃儲存設備的硬體設備，都是採用機架伺服器形式，而FlashBlade則與眾不同地，採用了刀鋒式架構的伺服器形式，實際上，刀鋒模組才是FlashBlade的核心，機箱只是容納刀鋒模組的容器。

FlashBlade的每片刀鋒模組，實質上就是一臺獨立的Flash儲存系統，每一片刀鋒模組又可分為運算模組（Compute Module）與儲存單元（Storage Unit）等兩大部份，兩部分之間透過PCIe匯流排彼此互連。

其中的運算模組部份，主要負責提供刀鋒模組的基本系統管理功能，以及對外的網路連接能力，含有8核心的Intel Xeon處理器、64～128GB容量的DRAM記憶體，以及2組用於連接Fabric網路模組的10GbE連接埠（稱作Elastic Fabric Connector）。

至於儲存單元部份，則負責提供存取管理、I/O處理與資料儲存空間等儲存控制功能，含有1顆可程式化處理器（由1顆FPGA晶片與2個ARM處理器核心所組成），加上基於超級電容的嵌入式NVRAM記憶體，以及用於存放資料的NAND Flash記憶體。

在刀鋒模組的組態選擇上，Pure Storage目前提供了3種刀鋒模組款式，分別含有8TB、17TB與52TB容量的NAND Flash記憶體，其中的8TB容量刀鋒模組，含有64GB DRAM，52TB容量的刀鋒模組則搭配128GB DRAM。

FlashBlade機箱中安裝的一片片刀鋒模組，均透過Fabric網路模組的10GbE網路彼此互連，然後，再透過Fabric網路模組的40GbE埠來連結前端存取的用戶端，或是其他機箱的刀鋒模組。

同時，在Purity//FB作業系統的管理下，FlashBlade能夠跨多片刀鋒模組來組成叢集，進而共同提供儲存服務，每一片刀鋒模組就是叢集中的一個節點，藉此獲得企業儲存應用所需要的高可用性，以及擴展能力。

FlashBlade系統管理與軟體功能

Purity//FB軟體架構

可以概分為3個主要部份—核心層、metadata引擎與網路協定層，特點是在共同的核心層上，建立與運行所有儲存協定，不像多數儲存設備是在區塊儲存區或檔案系統底層上，依靠軟體堆疊來執行不同協定，各主要部份的角色如下：

Elastic Core：核心層   提供底層Flash記憶體的可用性功能，快照、壓縮與加密等資料服務功能，並對應前端的網路協定，提供新增、讀取、修改、刪除等基本物件儲存操作功能。

Elastic Map：metadata引擎   提供可變區塊長度形式的matadata管理功能。

Protocols：網路協定層   提供多重網路協定支援，包括S3物件協定，以及NFS、CIFS/SMB等檔案傳輸協定。

在當前的全快閃儲存陣列產品中，FlashBlade的Purity//FB作業系統，是首見原生以提供物件儲存為目的的儲存作業系統。

一開始，Pure Storage是將FlashBlade的作業系統軟體命名為Elasticity，後來為了與FlashArray系列儲存陣列的Purity作業系統統一名稱，才將Elasticity作業系統更名為Purity//FB，而FlashArray系列的作業系統也跟著改名為Purity//FA。

所以Pure Storage的Purity作業系統便分為兩種，一為搭配FlashArray系列的Purity//FA，另一為搭配FlashBlade的Purity//FB。

Purity//FB目前的版本是2.1.1版，採用分散式架構，將多片刀鋒模組建立為叢集，並提供N+2備援與資料校驗修復功能。另外，也提供了快照、壓縮與AES256加密等3種進階資料服務功能。

Purity//FB的基本功能是跨刀鋒模組建立統一的命名空間，並支援不同儲存協定的存取要求，目前可支援3種儲存協定，包括物件類型的S3協定，以及檔案類型的NFS與CIFS/SMB協定。用戶可透過S3協定來存取FlashBlade，也能像使用一般的NAS般，讓前端主機以NFS、CIFS/SMB協定來存取。

FlashBlade的系統管理是透過網頁控制臺來進行，也能相容於Pure Storage專屬的Pure1雲端管理平臺。管理者無論身處何處，都可從雲端連接Pure1管理平臺，利用Pure1的中介來監控管理自身的FlashBlade。