EMC 集群NAS动车—Isilon技术解析

HR在广纳良才的时候， IT部的同事们正头疼不已——几年前配置的NAS，无论容量还是性能都承受不了这么多新员工。容量问题还可以通过加盘解决，性能问题实在是让人无计可施。传统NAS就像一列火车，运能可以通过连接更多车厢来提高。但是作为动力的火车头只有一个，随着负载加重，总有拉不动的时候。

如何解决这个问题呢?EMC在2010年收购的Isilon就是一个很好的答案。Isilon把多个存储节点聚合起来，形成一台整体的NAS。每个节点既是提供容量的存储，又是支持访问的机头。单个存储节点的性能不一定出色，但是当节点到达一定数量，其容量和性能就超过了高端的传统NAS。我们称这种架构为scale-out的集群。集群就像现代的动车组，每节车厢既提供容量，也提供动力。所以增加车厢后还能保持原来的性能。

要了解Isilon，就得从它的架构入手。下图是一台6节点的Isilon。它由三部分组成：

1. 前端网络。Windows和Linux等客户端通过前端网络访问Isilon. 访问协议可以是NFS，CIFS，FTP等。

2. 存储节点。提供了存储空间和访问接口。运行在存储节点上的操作系统是Isilon 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。

3. 后端网络。存储节点间通过后端的高速网络通信。数据分块后通过后端网络写到各个节点上。

当有客户端向Isilon发起写请求时，OneFS上的负载均衡模块SmartConnect会从所有节点中选出最闲的那个来接收数据。数据被接收之后不是直接存在该节点，而是被分成多块写到多个节点上。这是一种高效的并发工作方式。并发的优势可以通过一个类比来帮助理解：现在有一批档案需要录入到电脑上，经理一个人打字需要5天完成。如果叫上4位员工一起打字，一天就可以完成了。读的过程也类似，同样利用并发方式达到高性能。

Isilon的架构可以说是完全颠覆了传统的NAS。这种架构给Isilon带来了什么优势呢?

1. 更好的性能：

根据SPEC网站提供的数据，Isilon在高吞吐量下的性能遥遥领先传统NAS。这得益于其“动车组”式的架构。有一点必须提及的是，在客户端非常少的情况下，较低配置的Isilon的响应速度比起较高端的传统NAS也不逊色。笔者曾经对比过3节点的Isilon 和某高端传统NAS在单客户端情况下的NFS性能，发现Isilon的读写响应时间更短(当然单客户端是比较极端的情况)。高性能是Isilon的主要竞争优势。

2. 更高的安全性：

a. 传统NAS依靠RAID容错，而Isilon有两种级别的容错机制。第一个级别是节点级的。利用一个或多个parity block，可以在节点宕机时，确保数据的完整性(与RAID相似)。节点级容错跟传统RAID最大的区别是，如果我们选用了某种RAID之后需要改变类型，唯一的方法就是格式化后重建;而节点级可以随时在线修改，非常方便易用。第二个级别是文件级容错。Isilon可以针对某个目录或者文件，做两份到八份的镜像，每一个镜像都会分布在不同的节点上。

b. 传统 NAS无法规避坏盘带来的风险。 而Isilon在发现潜在坏盘时，能抢先把可疑磁盘的数据迁移到集群的其余空间上。这个过程对于管理员来说是自动且透明的。而且在抢救数据后，会通知管理员处理可疑磁盘。

c. 传统NAS在磁盘损坏后，需要较长的时间来完成数据重建。万一在重建结束前又有盘坏掉，就产生了数据丢失，所以应该尽量缩短重建时间。随着硬盘容量越来越大，重建时间随之延长，数据丢失的概率也加大了。Isilon可以充分发挥集群优势，利用集群内的所有磁盘来重建数据，大大缩短了重建窗口。数据对比请参照下图。

3. 更容易管理：

传统NAS的安装配置比较复杂。除了硬件安装，还有RAID group划分，HBA卡配置，SANswitch配置，LUN划分，卷划分，文件系统创建等等步骤。除了操作复杂，有时候对LUN和卷的误操作也会导致数据丢失。Isilon上不存在LUN，卷等概念，所以安装配置相对简单安全。

4. 统一的命名空间：

传统NAS因为架构所限，难以提供真正的大容量统一命名空间。而且一个文件系统由多个LUN 串联起来，这样管理过于复杂，也容易产生性能瓶颈。比如文件系统满后，通过挂载一个新 LUN扩展空间，这样热点数据就都集中在该LUN上。而Isilon不存在这个问题，当集群增加新的节点后，Isilon能自动的平衡数据在集群上的分布，充分利用新老节点的性能。

Isilon的这些优势，正好符合了现代企业对NAS高性能，大容量的需求。已经有很多公司把数据迁移到Isilon等集群NAS上。也许在不久的将来，当我们说到NAS，指的就是集群，也许那时我们已经忘记传统NAS的模样。