從存儲軟件到軟件定義存儲的演繹史
軟件定義存儲之所以能夠如此蓬勃的發(fā)展，得益于越來越多解決方案供應(yīng)商的不斷宣傳教育，以及用戶對于新型存儲解決方案的旺盛需求，更為重要的事實是：軟件定義存儲是存儲行業(yè)的必然趨勢，并且是經(jīng)過多年一步一步演進(jìn)而來。
早在大機(jī)時代，存儲就作為一個單獨(dú)的IT分支行業(yè)向前發(fā)展。但那個時候的存儲系統(tǒng)大多采用專用系統(tǒng)軟件和硬件，比如PPC芯片就是當(dāng)時的主流存儲處理器。當(dāng)時的存儲系統(tǒng)并沒有太多的高級功能，常見的功能主要是快照、復(fù)制等，這一類軟件功能的共同特點(diǎn)都是邏輯簡單，對CPU的計算需求并不高，PPC芯片所具有的特點(diǎn)能夠很好地滿足這一時代的存儲需求。
自2000年以后，IT行業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展，作為IT行業(yè)的支柱行業(yè)之一，存儲行業(yè)也迎來新一輪的創(chuàng)業(yè)高潮，3PAR（后被HP收購）、Equallogic（后被Dell收購）、Lefthand（后被HP收購）、DataDomain（被EMC收購）以及Isilon（被EMC收購）都先后推出各自的存儲產(chǎn)品。這一時期的存儲產(chǎn)品都注重軟件功能，除了擁有快照、復(fù)制等功能之外，還出現(xiàn)了自動精簡配置、自動分層存儲、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除以及存儲虛擬化等新的功能。
新存儲功能的加入，意味著對存儲陣列的計算能力提出了更高的要求，同時也提升了運(yùn)算的復(fù)雜度。例如DataDomain備份產(chǎn)品中所使用的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)，對計算性能要求較高，且運(yùn)算邏輯相對更加復(fù)雜，所以使用了更善于復(fù)雜邏輯運(yùn)算的x86處理器。而未采用x86處理器的3PAR早期產(chǎn)品，則使用了專用的ASIC芯片用以提供自動精簡配置技術(shù)。
存儲巨頭EMC在很早的時候就將x86處理器用在CLARiiON CX系列之中，但高端存儲系列DMX仍使用的PPC處理器，直到DMX的替代者——VMAX的發(fā)布， VMAX系列也全面采用Intel Xeon處理器。其他的如Isilon、LeftHand和IBM在2009年所發(fā)布的Storwize等系列產(chǎn)品全部都基于x86標(biāo)準(zhǔn)硬件。這主要是因為x86處理器的性能提升速度越來越明顯，為各種需要復(fù)雜邏輯運(yùn)算的高級存儲功能提供了條件，標(biāo)準(zhǔn)化的硬件也給產(chǎn)品研發(fā)帶來了便利性。
隨著存儲行業(yè)的不斷發(fā)展，存儲高級功能逐漸開始普及，各種高端存儲產(chǎn)品所具有的軟件功能開始在中低端存儲產(chǎn)品上出現(xiàn)，基于x86的標(biāo)準(zhǔn)化硬件逐步替代專用硬件，進(jìn)而一統(tǒng)存儲市場，這使得“軟件”成為各存儲廠商的核心競爭點(diǎn)。從本質(zhì)上講，存儲本身就是一個軟件行業(yè)，但即使是這樣，這一時期的存儲解決方案仍稱不上是軟件定義存儲。
之所以如此說，原因在于，盡管上述存儲產(chǎn)品都強(qiáng)調(diào)軟件在其中所發(fā)揮的作用，也是基于x86標(biāo)準(zhǔn)硬件，但其彈性是由硬件提供，這里的彈性包括可用性（Availability）和可擴(kuò)展性（Scalability）兩個方面。
傳統(tǒng)存儲陣列雙控制器間的互聯(lián)及數(shù)據(jù)訪問路徑
如上圖所示，這是一個很典型的雙控制器存儲陣列，不管是Active-Passive還是Active-Active，其都可以用這張圖來表示。兩個控制器之間必須要使用特定的物理連接線路（如NTB，非透明橋），由存儲操作系統(tǒng)識別并按需切換。同時，為了保證系統(tǒng)中的兩個控制器都能訪問到每一個驅(qū)動器，其驅(qū)動器接口必須是支持雙端口的SAS驅(qū)動器（或FC-AL），即使支持SATA驅(qū)動器，也需要經(jīng)多路復(fù)用器（Multiplexer，MUX）轉(zhuǎn)為雙端口，也就是說每個控制器都必須有一條“唯一”的硬件通路來連接到存儲系統(tǒng)中的每一塊驅(qū)動器，典型的基于硬件的可用性。
這種存儲大多采用Scale-up的擴(kuò)展方式，因為控制器性能的約束，其擴(kuò)展性會受到限制。當(dāng)然也可以向Scale-out方向演變。例如較為典型的EMC VMAX存儲產(chǎn)品和HP收購的3PAR存儲產(chǎn)品。
EMC Symmetrix VMAX的虛擬矩陣（Virtual Matrix）架構(gòu)，相當(dāng)于8臺雙控的VNX（CLARiiON CX）以RapidIO互聯(lián)
VMAX通過RapidIO連接8臺VMAX引擎，每臺引擎的硬件配置可能高度接近一臺特定型號的VNX，但“軟件”的不同則使得這兩款產(chǎn)品千差萬別。VNX使用的OS是FLARE，支持塊、文件和對象協(xié)議的“統(tǒng)一存儲”；而VMAX使用的OS則是Enginuity，支持SRDF遠(yuǎn)程復(fù)制。軟件的作用巨大，但明顯還是對硬件有著嚴(yán)重的依賴性。不管是VMAX還是3PAR，其實都沒有脫離對特定硬件的依賴，比如VMAX各個引擎之間需要RapidIO進(jìn)行互聯(lián)，而3PAR則需要PCIe全網(wǎng)狀背板進(jìn)行互聯(lián)。
軟件定義存儲的核心在于，用軟件解決原先由硬件解決的（彈性）問題，讓VNX達(dá)到與VMAX相當(dāng)甚至更高的擴(kuò)展能力，而不是讓VNX運(yùn)行VMAX的軟件——變成一臺單引擎的VMAX，這并不意味著規(guī)模的增加。而EMC所發(fā)布的ViPR，與其存儲陣列所組成的解決方案則可稱之為軟件定義存儲。通過將存儲陣列的控制權(quán)上交給ViPR進(jìn)行統(tǒng)一的管理和分配，在與商用硬件組合時，利用ScaleIO為商用硬件提供存儲高級功能，以此補(bǔ)足ViPR只有控制平面缺乏數(shù)據(jù)平面的“不足”。
盡管EMC對ViPR有更多的改進(jìn)和升級，但更多意義在于對其自家存儲產(chǎn)品的整合。ViPR是***被正式命名為“軟件定義存儲”的產(chǎn)品，從其發(fā)布到現(xiàn)在，也不過短短一年多時間，但在這一年多時間里，卻涌現(xiàn)出了無數(shù)的符合“軟件定義存儲”的產(chǎn)品。比如目前風(fēng)頭正勁的Nutanix、SimpliVity和VMware***推出的EVO:RAIL。
這類產(chǎn)品都是基于x86標(biāo)準(zhǔn)硬件而重新設(shè)計的“計算存儲一體”產(chǎn)品。從軟件定義的角度來看，它們都是由軟件提供彈性。比如Nutanix集群通過以太網(wǎng)聯(lián)接，集群中任意一個CVM故障，可由集群中其他任一物理主機(jī)上的CVM接管，這意味著Nutanix的擴(kuò)展和CVM的高可用并不依賴于特定的物理硬件；存儲資源池中的具體數(shù)據(jù)可根據(jù)需要遷移到離應(yīng)用虛擬機(jī)最近的物理位置，這意味著其數(shù)據(jù)存儲位置實現(xiàn)了與特定硬件的解耦。并且，源自MapReduce的分布式計算框架使得整個解決方案在理論上沒有擴(kuò)展上限。關(guān)于Nutanix是如何實現(xiàn)軟件定義存儲，可參見《數(shù)據(jù)中心2013：硬件重構(gòu)與軟件定義》（http://solution.zdnet.com.cn/special/datacenter2013），163頁。
雖然Nutanix出于商業(yè)考慮，用軟硬一體機(jī)的形式進(jìn)行銷售，但其與Dell的合作則表明軟件和硬件可以分開銷售（Dell提供硬件，Nutanix提供軟件）。VMware的EVO:RAIL實際上也是分開售賣，VMware將軟件提供給合作伙伴（如超微、浪潮），再由合作伙伴提供硬件，并將軟件與硬件捆綁銷售。
這種人為捆綁銷售的方式并不能作為評判其是否屬于SDS產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。譬如IBM之前收購的XIV存儲產(chǎn)品，整個產(chǎn)品也是基于標(biāo)準(zhǔn)的x86架構(gòu)，其彈性（可用性和可擴(kuò)展性）都是以軟件方式實現(xiàn)。盡管其軟硬件都緊密捆綁銷售，但這并不妨礙其自身具有的SDS特性。
從上述可以看出，存儲行業(yè)本身的軟件技術(shù)革新正推動著存儲行業(yè)朝著軟件定義存儲的方向發(fā)展；而另一方面，硬件方面的技術(shù)更新也起著重要的推動作用，譬如閃存的普及。眾所周知，未使用閃存的存儲系統(tǒng)，其性能瓶頸大多在于磁盤本身。而即使是采用SATA/SAS接口的閃存，其性能幾乎是磁盤的100倍以上。這就意味著存儲系統(tǒng)的性能瓶頸由磁盤轉(zhuǎn)移到了處理器之上。
并且，隨著閃存及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其性能優(yōu)勢將越發(fā)明顯，譬如目前已經(jīng)趨于主流的PCIe SSD產(chǎn)品，將PCIe接口的閃存產(chǎn)品直接與處理器連接。或者目前由Intel公司主導(dǎo)推動的NVMe技術(shù)，以及相關(guān)的接口技術(shù)SFF-8639，其將更加充分地發(fā)揮出閃存的性能優(yōu)勢，這必將是閃存行業(yè)的必然趨勢之一。
盡管閃存的優(yōu)勢巨大，但從目前來看，盡管閃存的容量提升迅猛，但其每GB成本還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁盤。為了提高單位空間內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲密度，采用軟件的方式減少數(shù)據(jù)存儲量也是趨勢之一，譬如重復(fù)數(shù)據(jù)刪除與數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)都能有效降低數(shù)據(jù)的存儲容量需求。但這也會對計算能力提出更高的需求。
即使是采用基于磁盤的存儲系統(tǒng)，隨著數(shù)據(jù)存儲量的增大，也必然將由硬件提供的彈性向著由軟件代替硬件提供彈性的方向發(fā)展，意味著專用存儲硬件必然被商用硬件所替代。這就注定了“軟件定義存儲”是存儲行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，存儲軟硬件技術(shù)的革新共同推動其不斷向前發(fā)展。
