Isilon技术显著特点
2009-08
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目录
1. 为何采用ISILON® IQ集群存储 ................................................................ 3
开放式架构 .................................................................................................................... 3 分布式操作系统 ............................................................................................................ 9 统一命名空间 .............................................................................................................. 11 易管理 ......................................................................................................................... 13 负载均衡 ..................................................................................................................... 14 高性能 ......................................................................................................................... 14
2. ISILON集群存储四大特点 ...................................................................... 17
易于安装和维护 .......................................................................................................... 17 性能非常好 .................................................................................................................. 17 数据安全性高 .............................................................................................................. 17 数据利用率高 .............................................................................................................. 21
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1. 为何采用Isilon® IQ集群存储
ISILON集群存储有六个显著特征，分别是：
开放式架构：Isilon集群存储是scale-out行业领先的存储。其他厂商基本都是采用
scale-up方式
分布式操作系统：Isilon集群存储的操作系统是全分布，具有很好的扩展性，最大可以
扩展到144个存储节点。其他厂商的操作系统都是集中式的，扩展性不好。
统一命名空间：Isilon集群存储支持单一文件系统，单个文件系统的容量可以达到
5400TB。其他厂商的文件系统（或者统一命名空间），都是将若干卷（volume）挂载到根目录下才能实现的，不是真正的单一文件系统。
易管理性：Isilon集群存储非常易于管理，不牵涉到传统的RAID组、LUN、volume等概
念，管理上PB级别的数据跟管理几个TB一样简单。其他厂商的存储必须经过RAID组、LUN、volume等层层管理，任何层次出现问题，管理上将出现比较大的麻烦。 负载均衡：Isilon集群存储目前可以在最多144个节点之间均衡负载压力，而且可以在
最多4个存储节点失效的情况下保证数据的安全。其他厂商最多可以容忍一个节点失效。
高性能：Isilon集群存储可以提供最多30GB/s的数据吞吐量，1，700，000 IOPS的性能。
其他厂商基本无法达到以上标准。
美国赛龙集群存储系统有限公司是2001年成立于美国西雅图，并由美国红杉投资集团投资，专门面向集群存储领域的存储提供商；2006年在NASDAQ上市，2007年十月进入中国市场，目前在中国市场有比较多的客户，主要集中在能源、媒体、高性能、生命科学等领域。2008年Gartner的统计数据显示，Isilon在scale-out NAS领域处于遥遥领先的位置，技术上至少领先同类厂家五年以上。
开放式架构
首先，需要解释一个概念，scale-up和scale-out是什么？
Scale-up和scale-out技术都是从服务器领域衍生出来的概念。在服务器领域，从早期的mainframe到Unix小型机到现在最为流行的集群架构，就经历了从scale-up架构到scale-out架构的转变。
开始的mainframe和Unix小型机都是标称最大可以支持若干CPU和若干内存，但是实际购买时，却不会一次到位，而是按需扩展，比如第一次先买4个CPU，8G内存。过一两年
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以后，扩展到8个CPU和16G内存；当某一天达到此系统的上限以后，服务器的处理能力就不能通过在原来服务器里面扩展CPU和内存来实现了，而只能购买新的服务器来实现。这种架构就叫做scale-up架构，其含义就是设备处理能力上限在购买时已经确定，如果需求超过上限，只能重新购买更高性能的设备。
现在流行的集群架构是完全采用了积少成多，采用搭积木的方式来实现高端服务器的处理性能。构成集群系统的个体本身性能并不高，但是通过把成百上千台个体聚合起来，其提供的处理能力就可以比高端的服务器还要高。目前世界上最快的计算系统，就是采用这种架构来完成的。这种采用搭积木模式搭建起来的系统采用的就是scale-out的架构。这种scale-out架构本身就是一种开放式的架构。当把这种架构移植到存储设备上，就形成了scale-out架构的存储。
ISILON公司的集群存储作为scale-out NAS领域的领头羊，具有如下的架构特点：
如图所示，Isilon集群存储分为三个组成部分： 前端网络
ISILON集群存储前端网络目前采用千兆以太网，接入客户现有环境的核心交换机内部。在可见的将来，如果万兆网成为主流，ISILON集群存储也将提供万兆接入端口。 存储节点
ISILON集群存储的存储节点分为五大系列（其中S，X，NL三大系列又被称为平台节点，Accelerator和EX扩展节点又被统称为扩展节点），十四小类：
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ISILON IQ S系列：包括一小类产品，5400S，采用15000转SAS硬盘，两个四
核intelCPU，8G内存。每节点的存储容量为5.4TB
ISILON IQ X系列：包括六小类产品。
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ISILON IQ NL系列：包括一小类产品。
ISILON IQ Accelerator：包括三小类。
1G加速器和10G加速器
备份加速器
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ISILON IQ EX扩展节点：包括三小类。
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通过任意的组合，可以达到单独扩展容量（使用平台节点+EX扩展节点），单独扩展性
能（使用Accelerator节点）和即扩展性能也扩展容量（使用同型号的S，X，NL系列节点）。因为ISILON集群存储的架构特点，决定了性能和容量同步增长的特点。
ISILON集群存储的架构，决定了参与其中的所有节点在集群里面的地位平等，没有主
次、先后，元数据、数据的区分，因此大大降低了出现数据热点的概率。 后端网络
目前ISILON集群存储架构支持SDR、DDR和QDR的infiniband交换机。 支持的厂家包括flextronics，Qlogic，CISCO，Voltire等。
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分布式操作系统
ISILON是软硬件一体的解决方案提供商，其底层硬件结构是基于一种开放式结构的（参见上节，开放式结构）。硬件层之上是ISILON拥有完全版权的操作系统OneFS，它既是操作系统又是文件系统，是一种全分布的操作系统。
OneFS 是Isilon 已经提出专利申请的分布式文件系统，为Isilon IQ 提供了核心智能特征。OneFS 通过使用一个分布式锁管理器、一个缓存和一个维持集群内全局一致性的区域管理器，来保持节点的同步。正是由于这种整个集群节点间的全局一致性，避免了访问文件系统时的单点故障。集群内的任何一个节点都能处理读写要求，都能代表整个文件系统的功能特色。集群内的所有节点都具有同等地位， 因此整个系统是完全对称的，克服了节点的等级差异和内在的瓶颈。
其他存储系统通过RAID和卷管理层来传输数据，产生了数据布局的低效率。而OneFS直接在单独的磁盘上控制文件的布置，通过优化文件在集群上的分配，极大地改善了磁盘子系统的性能。 通过以一个文件接着一个文件的方式在磁盘上布置数据，OneFS能在卷、目录甚至是文件的层级上来控制存储系统的冗余水平。
OneFS还有其他几个特点和好处。FlexProtect-AP™软件提供了最新的功能性，能在短时间内重建发生故障的磁盘，利用整个集群内的空余存储空间来规避数据丢失的风险，主动地监
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控和抢先将数据从有风险的组件迁移出去。传统的企业存储系统将等值重建操作局限在存储系统的子集内进行，这导致出现了恢复的瓶颈，增加了重新保护数据的时间，大大增加了当单个组件发生故障时数据丢失的风险。传统的RAID-5等值保护如果在重建工作完成之前如果出现多个组件故障，就会引起数据丢失。相比之下，FlexProtect-AP能自动地将所有的数据和错误更正信息分布到整个集群上，其高效可靠的错误更正技术保证了所有的数据保持完整，即使在同时出现多个组件故障的情况下也能被方便地被存取。 在OneFS之外，有五个需要单独付费购买的模块：
SnapShotIQ：ISILON SnapShotIQ 提供了秒级快照的解决方案，和其他厂商的快照方案
不同的是，snapshotIQ是基于目录或者子目录层次做快照；而且每个目录可以维护高达1024个快照；做快照不需要预留空间。
SmartConnect：SmartConnect IQ提供了前端网络的负载均衡模式，可以提供
roundrobin，CPU忙闲，网络吞吐量，网络连接数等四种均衡策略。另外对于NFS协议，SmartConnect提供了基于NFS协议的的IP failover方式，提供了对TCP连接的容错。
SmartQuotas：ISILON smartquotas是空间访问限额模块，通过此模块可以对目录和用户实现空间限额。另外此模块，可以非常容易的加入客户环境中现有的AD，NIS，LDAP等用户控制域，更好的提供基于用户的访问空间限额。另外还可以提供thin provisioning的功能，实现跨用户空间的共享。
Aspera for ISILON IQ：此模块提供跨城域网WAN，快速数据同步的机制。
SyncIQ：ISILON SyncIQ是用于异地容灾的模块，可以在两个集群存储之间同步数据。 Ocarina for ISILON IQ：此模块提供de-dup的功能。
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传统的文件系统使用集中服务器来管理多个存储资源，致使出现了存储系统内的依赖性，故障点和热点。使用OneFS操作系统软件，Isilon集群存储系统内的每个节点享有同等地位，因此任何节点都能处理请求。OneFS使用Infiniband®进行集群内通信和同步，使用拥有专利的B-tree技术，将所有数据(包括元数据)完全并行的分布到所有节点中，这样每个节点都清楚整个文件系统的布局，以及每个文件和文件部分存放在哪个地方，不需要专门的元数据服务器，从而杜绝了其他存储架构出现元数据服务器热点问题。
在使用过程中，可以根据应用的需求，随时调整客户端可访问存储节点的数量。例如在网段一中，作业分为paradigm group1和paradigm group2，其中paradigm group1要求完成的时间更紧张些，通过实时的调整配置，而把尽量多的存储节点的数量优先让给group1的作业使用；
如上图所示，可以调整配置，对于时间要求不太紧的paradigm group2作业，可以只让访问三个节点，而其他全部节点的处理能力都由paradigm group1来使用。
如果在使用过程中，有更多网段的客户端需要访问集群存储的节点，可以实时按照要求更改存储节点的网段配置，以满足不同数据访问的需求。
统一命名空间
真正的分布式单一全局命名空间与简单的命名空间综合不同，Isilon的OneFS分布式文件系统可以智能地将数据存放到集群的节点上，创建一个共享存储池，应用范围很广，包括对非结构化数据的制作、分析、传输和归档。
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图 1 Isilon® IQ开放式系统架构示意图
目前业界有很多存储也声明支持大容量（上P级）的统一命名空间，但是底层无一不是通过将若干卷挂载在一个根目录下来形成的大容量统一命名空间。这里试想传统存储的一个场景，假如A机头挂接了D1的LUN，B机头挂接了D2的LUN。那么无论怎样将数据分布，通过B机头访问D1lun里面的数据，必然要通过A机头将数据从D1LUN读出，传给B机头，这样很容易出现存储热点问题。而ISILON集群存储则是将所有节点的存储空间通过专利技术整合到真正的单一文件系统OneFS中，因为是单一文件系统，就不会发生跨LUN而发生的性能问题。
目前ISILON的集群存储，最少需要三个节点，最多支持96个节点（96的限制不是系统本身的上限，而是infiniband交换机端口数的上线，目前最多端口的IB交换机是144端口，ISILON将会很快支持144个节点），最大单一文件系统的大小为3.45PB。
ISILON的单一文件系统OneFS，提供了非常好的扩展功能，在扩展节点的时候，不影响原有存储系统的使用，而且在60秒之类，新加入的节点空间就可以被客户端看到并且可以使用。
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当集群增加新的节点和容量后，Isilon® IQ专有的AutoBalance功能会自动实时通过IB交换机平衡数据在集群节点上的分布，而且OneFS（单一文件系统）能够动态调节数据重新分布进程的级别，更好的利用存储和服务器的资源，为客户端提供更加有效的性能，最大化程度提高性能和存储利用率，消除停机时间。有了Isilon® IQ，当您升级存储系统时，再也不需要手动地迁移数据或者是改变应用逻辑了。
易管理
ISILON集群存储易管理性体现在如下三个方面： 安装和扩展简单
传统的SAN和NAS存储在配置过程中，必然要提前做好规划工作，包括硬件上架，连线，存储网络配置，RAID group划分，HBA卡配置，SAN switch配置，LUN划分，卷划分，文件系统创建等等。任何一步出现问题都会影响到存储的使用。
而ISILON集群存储，因为采取了很多专利技术，在客户端看来没有任何RAID，LUN，Volume等这些概念，因此安装起来非常简单，只需要将所有硬件上架，连线，存储网络配置即可，存储系统就可以上线交付使用。
在扩展存储的案例中，由于OneFS的单一文件系统功能，可以做到不影响客户端使用的情况下，动态的添加节点到原有系统中，而且只需要60秒钟的时间。 管理和配置简单
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ISILON集群存储的管理和配置非常简单，管理存储的精力不会随着存储容量的增加而增加。ISILON集群存储提供两种管理界面，一个是基于浏览器的管理界面，一个是全命令行的管理界面，功能完全一致。
负载均衡
参见“分布式文件系统“一节中内容
高性能
ISILON集群存储的吞吐性能将随着节点的增加而增加，其曲线参见如下图形：
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根据实际测试结果，ISILON集群存储节点上的每个千兆以太网卡，大约可以提供100MB/s的带宽。集群存储的聚合带宽，可以用100MB/sx每节点千兆网卡数量x节点数来获得。 衡量一个存储架构的优劣，无外乎从读写两个方面来看，现举例说明ISILON集群存储读写操作的特点：
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某个客户端发起读写请求，通过核心交换机，向ISILON集群存储发起读写请求。以ISILON八个存储结点实例，ISILON分布式操作系统，内嵌SmartConnect模块是做负载均衡用的，，从八个结点里头选择出目前最闲的结点来接收此次读写请求的文件，这个文件到了结点之后，并没有立刻写到磁盘上；此时OneFS会把这个文件自动地由分成八个小块（现在以八个结点举例），通过后端的IB交换机，带宽高，网络延迟小，通过IB交换机的内存级别拷贝功能把八小块数据分别写到其他节点各自的硬盘上。
形象地举个例子，传统架构数据要写到磁盘上，相当于一个人（一个机头）搬八个箱子，而ISILON集群存储是八个人搬八个箱子，效率和速度大大提高，这种并行架构决定了写的性能比一般的存储性能高很多。
反过来看读一个文件，这个非常好理解，就是写的一个反过程，也就是充分利用了infinibaed的带宽和内存级别拷贝，从这个角度看，我们的集群存储给客户提供了非常高的读写性能。
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2. Isilon集群存储四大特点
易于安装和维护
参见以上“易管理”一节内容。
性能非常好
参见以上“高性能”一节内容。
数据安全性高
ISILON集群存储的数据安全性非常高，可以提供两个级别的容错，第一个级别是结点级的容错，还是用将一个文件写到ISILON集群存储里做示例，还是用八个结点，文件被OneFS分成八个小份，如果采用了N+1的数据保护级别，当某一个结点发生问题了宕掉了，通过节点级容错，数据仍然是安全的、完整的。应为ISILON集群存储每个节点都至少有12块硬盘，因此同时可以允许12块硬盘发生错误，但是数据都是安全的，这跟传统的数据容错有本质的区别，因为实现容错的架构是在节点操作系统这一级，所以ISILON集群存储可以提供节点型的容错；如果N+1还不能满足要求，我们可以最多支持4个结点，而且数据保护级别可以在线更换，数据仍然是完整的，这个容错机制跟业界其他产品容错机制完全不 一样，这也是ISILON集群存储非常有特点的一个产品特性。
节点级容错跟传统RAID比较大的区别是，如果我们存储选用了RAID话需要改变级别的话，唯一的方法就是格式化掉，我刚开始选了N+4的保护模式，过了一段时间之后觉得N+4有点多，就改成N+2上，不需要更改数据布局，非常方便易用。以上介绍的是第一类的容错：节点级的容错。
对于N+1和N+2的数据保护类型，参见如下存放方式：
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目前为了增加数据的使用效率，ISILON集群存储又推出了N+M：B的数据保护模式。使得存储的使用效率和数据安全性提高了一倍以上。
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接下来看第二级容错是文件级的容错，ISILON集群存储可以针对某一个目录或者某一个文件，比如说自己有独立的私人目录，那么可以针对这个目录做单独的设置，对于这个目录下 的所有文件或者某一个文件可以做到两份一直到八份的镜像，每一个镜像都会分布在不同的节点上，给数据提供足够的数据保密度。即使结点或者是磁盘失效了，我们的数据仍然是安全的。实际上结合了这两种容错模式，一个是结点级的容错还有一个是文件级的容错，数据日常备份基本上没有必要了，因为数据容错级别非常高。而且这个文件级的容错是针对某一个目录甚至是某一个单一文件来完成的，所以跟传统的文件备份的方式也有比较大的区别。
行业领先的磁盘重建速度
对于一个存储系统来说，重建故障磁盘驱动器的数据所花时间的多少，是衡量数据可靠性的重要指标。传统存储系统的重建过程要花掉数个小时的时间，在磁盘容量不断增大的情况下，这种情况变得更为糟糕。伴随1/2TB 磁盘的出现，和越来越大的单一卷/文件系统的创建，传统的存储系统会花掉多达24 小时甚至是更多的时间恢复磁盘故障。在恢复过程中，这样的传统存储系统对额外的磁盘故障非常敏感，一旦发生其他磁盘故障，系统就会遭受数据丢失和停机的打击。
由于Isilon IQ 依分布式构架而建，它利用了集群内所磁头和硬件的最大容量，来重建故障磁盘的数据。因为Isilon IQ 不受任何一个磁盘的速度的限制，Isilon 系统能从磁盘故障中快速恢复过来。一个Isilon IQ 集群内的磁盘故障能在一到两个小时之内得到重建。相比而言，光纤通道和SCSI 磁盘可能需要超过8 个小时的重建时间，ATA 磁盘驱动器也需要花费8 到24 小时不等的时间重建单个故障磁盘驱动器。比较之下，Isilon IQ 的先进性显而
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易见。依靠行业领先的驱动器重建速度，Isilon IQ 为用户提供更为可靠的存储系统，它更具弹性，对多个故障的抵御力更强。 主动的监控和抢先数据重建
OneFS 能持续监控所有文件和驱动器的状况，和保持对每个驱动器上的自动统计值（可恢复的读错误）的记录，以预知哪个驱动器有可能会发生故障。当OneFS 确定哪些部件处于危险中后，它能抢先把可疑磁盘的数据迁移到集群的剩余空间上。对于用户来说，这个过程是自动而非常明显的。一旦数据被成功重建，系统会通知用户在实际故障发生之前维修可疑磁盘。这个先进的功能使用户坚信今天所写的数据能100%被可靠地存储，每比特的数据都是正确的，能在需要的时候随时可用。现如今没有任何一种集群存储方案能像Isilon IQ 这样提供如此高可靠的数据保护。 完全日志化的文件系统
OneFS 是完全日志化的文件系统，每个节点具有大量的电池后备非易失性RAM，确保了文件系统在写操作发生意外故障时的安全。当每一个内容被写入Isilon IQ 集群后，内容能交由日志管理，保护系统免遭节点或集群故障的影响，无需文件系统脱机检查。在一个节点发生故障时，这个节点能更加迅速地重新与集群连接，这是因为它不需要进行文件系统一致性检查。另外，OneFS 在发生非易失性RAM 故障的情况下也能保持业务的安全性，避免了单点故障。最后，一些集群存储构架依赖UPS 为存储节点提供非易失性内存。这种方式仍然不能经受其他会为非易失性RAM 导致单点故障的硬件故障（比如节点电力供应故障）或软件故障，把文件系统置于危险之中。Isilon IQ 通过在每个节点定位电池后备非易失性RAM，在Isilon IQ 集群内的每个节点充分分布文件系统，解决了这一问题。 瞬时可用性
一个完整的集群存储方案，是建立在许多不同行业标准的硬件组件的基础上。对厂商或是期望装配一个集群存储系统的用户来说，最大的一个难题是如何保证组件的瞬时可用性，或者说是如何处理可能随时发生从而影响方案总体可用性的硬件错误。在集群方案下，发生这种错误的可能性大增，这是由于很多行业标准的硬件组件被拼装在了一起。比如说，服务器或节点与集群的连接可能会暂时断开，原因可以是交换机故障、电缆出毛病而间歇工作、电涌，或者是其他硬件故障，都会导致某一个节点断开连接一段时间。因此，一个集群构架必须是高弹性和强劲的，能经受此类的硬件故障，确保总体方案的安全。在存储系统进行读写操作，同时发生多个故障的极端情况下，必须保持文件系统内的一致性Isilon 视这个功能为OneFS 的基石。拥有多项先进专利技术的OneFS 具备高弹性，即使是在发生瞬时中断的情况下，也能重新与节点连接，保持文件系统内的一致性。
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数据利用率高
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