IBM Spectrum Scale技术和架构详解

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2016年为止，IBM高端存储最新产品为DS8884、DS8886和DS8888。闪存系统最新产品，以FlashSystem 900为硬件基础，包装了Flash System V9000、A9000和A9000R，今天我们重点讨论下IBM Spectrum Scale软件定义存储产品。

IBM Spectrum Scale完全继承GPFS，也称作Elastic Storage，兼容AIX, Linux and Windows Server操作系统，支持IBM POWER, Intel或AMD Opteron 服务器和 z Systems。

Spectrum Scale具有良好的可扩展性、闪存加速性能，以及基于策略的自动存储分层功能（从闪存、磁盘到磁带）。

Spectrum Scale 为所有数据提供单一文件命名空间，提供Swift/S3对象服务和Openstack接口、大数据等存储服务接口。

IBM Spectrum Scale是高性能、高扩展性的文件、对象、块和大数据分析的存储软件，具备随地存储、运行和数据访问能力。

Spectrum Scale 在GPFS的基础上增加了Hadoop大数据、对象等能力，在存储功能上有了增强，具备丰富的特性、如Cache加速、生命周期管理、统一命名空间、多站点等；同时支持加密等特性和软硬件解耦部署

云集成

可以和IBM Spectrum controller SDS控制器、SmartCloud Virtual Storage Center业务编排、 SmartCloud Storage Access云存储服务引擎、Openstack、IBM Cloud云平台和管理平台集成。

存储服务能力

提供丰富的业务访问能力，如文件接口 (POSIX, NFS, CIFS), 对象接口 (S3, SWIFT) 、大数据接口 Hadoop Distributed File System (HDFS)等等，支持集中部署和分部署多Region部署。

数据生命周期管理能力，存储内部HDD、SSD之间热点迁移；存储间，存储和带库间数据热点迁移；数据云上云下数据热点迁移。

Spectrum Scale的三种交付模型

• Cloud-based delivery model，Spectrum Scale 部署在云上提供存储服务，例如 IBM SoftLayer。

• Software-based delivery model，用户可以基于现有的硬件部署IBM Spectrum Scale storage，可以选择不同的服务器硬件和操作系统，目前支持的服务器硬件和操作系统有：Linux on Power、Linux on IBM z Systems、 Linux on x86 (64-bit)、IBM AIX on Power、Microsoft Windows on x86 (64-bit)。

• Hardware-based delivery model，用户可以根据需求购买软硬一体化设备，设备上已经预安装了IBM的相关软件。

IBM Spectrum Scale基于SDS，实现容量和性能独立按需扩展，避免容量或性能浪费，也可以独立扩展存储服务接口类型。IBM Spectrum Scale支持多种部署选项和现有块存储、存储服务器（ESS）硬件节点集成，提供全局命名空间和统一访问接口。

丰富的企业存储特性

TCS（Transparent cloud tiering），集Flash、HDD disk, cloud, 带库成一套存储系统，满足高性能、降低成本。IBM公有云（如Softlayer）或Cloud Object Storage 可作为其一个存储层使用。

统一的文件和对象，文件和对象共享存储空间，文件数据可以通过文件读取，避免了数据孤岛和数据从文件到对象转化的成本。

快照和同步异步复制，实现数据快速备份，副本和数据按需恢复；实现自动的故障Failover和Fialback。

基于策略的数据压缩，节约存储容量，按需指定需要压缩的数据。

加密和文件删除 ，采用独立密钥管理系统实现数据在传输过程和存储介质中的加密，采用销毁密钥的方式删除数据。

多站点global命名空间，部署在不同区域的存储可以通过全局命名空间访问，通过全局文件共享Global Active File Management和advanced routing and caching加速跨数据中心和区域应用的访问性能.

数据生命周期智能感知，基于策略，根据冷热度把数据迁移至匹配层。

Spectrum Scale架构分类

软件定义存储，软硬件解耦，可以根据业务需要选择硬件。IBM 提供了Elastic Storage Server (ESS) 配合Spectrum Scale版本部署，四种部署架构。

Network-Based Client架构，Direct Attached Storage架构，Mixed NSD access架构和File Placement Optimizer (FPO)架构。

Spectrum Scale是存储虚拟化软件，与硬件解耦；可根据应用需求选择硬件，考虑灵活性，可以采用通用硬件，考虑性能，可以选择配置较高的硬件，IBM推荐的服务器为Elastic Storage Server。

IBM Elastic Storage Server软件包括；Red Hat Enterprise Linux 7 for Power，GPFS Standard Edition 4.X，GPFS Native RAID 4.X，IBM Support for xCAT 2（Extreme Cluster/Cloud Administration Toolkit）。

IBM Elastic Storage Server

Elastic Server分为GS和GL两类， GS系列分四个型号：

GS1支持24块SSD磁盘，带宽支持6GB。

GS2支持SSD或SSD SAS配置，对应带宽有所区别。

GS4模型和GS2类似，最大区别在于磁盘数量和带宽。

GS6支持SSD和SAS混合配置，带宽可以支持7GB。

Elastic Server GL系列分三个型号：

GL2支持SSD和NL-SAS磁盘配置，聚焦分析性业务，对应带宽可达5GB以上，裸容量可达460TB。

GL4聚焦大数据分析和云计算，类似GL2，最大区别在于磁盘容量和带宽。

GS6是由6个磁盘框构成，所以支持容量更大，性能更高，带宽可以支持12GB以上。

IBM Spectrum Scale RAID

Spectrum Scale搭配IBM的服务器和JBOD硬件组合为Elastic Storage Server，这种方案中已经实现了EC方式的软RAID(本地RAID)，所有数据分布由Spectrum Scale控制。 软RAID支持EC（最大 3）和副本（最大4副本）；数据分布到更多盘，获取更高的性能和数据恢复效率；能承受硬盘框级别的故障。

Active File Management (AFM)

AFM主要用来实现跨地域的数据共享和访问加速，适用于分支办公场景，AFM为位于不同地域的多个集群提供统一的命名空间，多个集群间可通过WAN互联，使用NFS协议进行数据的并行传输 。

Spectrum Scale Snapshots for Files

支持基于file system, file set, and file level的快照，可指定策略的保留周期、支持多次快照，快照支持备份或镜像程序并发访问（推测是只读快照）。

支持文件克隆。 IBM Spectrum Scale V4版本支持10,000个Filesets，支持256个Global 快照和256个独立的Fileset快照。

Filesets：提供一个细粒度的文件目录管理方式，如文件系统的一个分区或子目录，Filesets可以用来执行配额管理、快照、挂载、卸载操作、并可作为存储Pool使用等。

Cache加速技术

通过在Client节点插入廉价的SSD和Flash，Spectrum Scale 自动的、透明的把热点数据加速在SSD或Flash中，增加存储性能，并且减小数据访问时延。

HAWC采用NVRAM（SSD、Flash或FlashSystem）缓存Recovery Log，降低同步写的时延，通常有两种方式使用HAWC。

• 保存Spectrum Scale recovery log和元数据到高可用的存储系统，例如闪存、FlashSystem。

• 保存Spectrum Scale recovery log和元数据在Spectrum Scale client节点的低可靠NVRAM中。

Hierarchical Storage Management (HSM)

HSM是一个数据性能优化方案，通过闪存IBM FlashSystem作为Hot file存储层提高文件系统性能，并实现数据在HDD、SSD和带库之间按照热点自动回迁。

Spectrum Scale可以定制ILM（Information lifecycle management）策略， ILM策略使用类SQL的语法，将冷数据迁移到云存储中，云存储支持IBM自己的公有云、Cleversafe和其他兼容Amazon S3或OpenStack Swift的对象存储。

Unified file and object access （UFO）

通过文件接口(SMB/NFS/POSIX)访问对象数据，同时支持通过对象接口访问文件，无缝地继承了文件和对象数据。

在类似Hadoop MapReduce或Spark的分析系统中，对象数据可以作为File或fileset被直接访问用来进行数据分析。

数据以对象采集、分析结果以对象发布，整个过程无需数据移动。

支持虚拟化部署

Spectrum Scale支持部署在专用的服务器，或部署在如基于虚拟化的AIX, Linux,或者 Windows操作系统之上。

基于虚拟化部署，考虑到性能，兼容性等因素，在实际应用中很少遇到，在技术上支持的虚拟化平台有：

• PowerVM: 两种Virtual I/O Server (VIOS)方式实现虚拟化。Virtual SCSI target adapters (VSCSI)和Virtual Fibre Channel adapters (NPIV)。

• Hyper-V

• VMware

• KVM

Native Encryption and Secure Erase

数据加密，采用加密软件在应用层实现加密。数据在存储到磁盘之前完成加密，不影响其他存储其他增值特性。

安全数据销毁，通过销毁管理密钥实现数据销毁，不需要多次擦写磁盘，所以在销毁数据时，对其他应用业务不会产生性能影响。

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