高端存储 一文回顾高端存储发展史

PowerMax的历史

这是高端存储的进化史

回到漫长的历史

支持PowerMax

“速度极快，智商极高，极其可靠”

特点是

第一个集成缓存磁盘阵列

第一个直接矩阵存储架构

第一个引入企业固态存储

等待业界第一次

这也是帮助客户恢复9/11事件中的数据的快速方法

被巴伦周刊誉为“技术英雄”的对称

是前人的不断探索

已创建PowerMax的当前状态

忠于原来的心

荣耀与分享

今天这篇文章会带领大家一起复习

PowerMax的前世

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高端存储出现之前的存储是什么样的？

外网存储系统可以追溯到1983年。

当时著名的计算机设计厂商DEC(数字设备公司)设计了一个集群系统。在此群集中，最多可以有15台业务主机(DEC VAX系列主机)通过网络连接到HSC(分层存储控制器)以获取存储资源。

HSC50/HSC90系列存储控制器本质上是一台计算机，其后端可以通过SCSI接口连接到SCSI设备或硬盘扩展柜。

如下图所示，由于80年代计算机集成度较低，广泛采用了卡+背板总线的形式将不同组件相互连接的架构。

HSC90存储控制器的前视图和后视图

90年代，Symmetrix 空的出现彻底改变了存储行业。

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对称DMX，高端存储的代名词

说到高端存储，戴尔EMC是不可或缺的，而说到高端存储，就不得不提高端存储之父莫西·雅奈这个名字。

莫西·雅奈

1987年，莫西·雅奈加入戴尔EMC，领导一个团队研究和开发高端存储Symmetrix。

当时业界对戴尔EMC的行为并不看好。听到谣言后，摩西和团队并没有气馁，而是把这作为投资研发的激励。终于在1990年，第一代Symmetrix投放市场，立刻取得了空之前的成功。

对称4200

1990年，Symmetrix进入大型机存储市场时，其行业份额仅为0.2%，但仅过了5年，这一数字就攀升至41%，成为行业第一。在这么短的时间内赢得业界的认可，可以毫不夸张地说是划时代的产品。

由莫西·雅奈领导的Symmetrix在存储行业取得了巨大的成功，但真正让Symmetrix出名的是9/11事件。

2001年9月11日上午，恐怖分子劫持了一架飞机，撞上了纽约的世贸中心。随着大楼的倒塌，还有大楼里所有公司的数据。这场灾难不仅造成了巨大的人员伤亡，也破坏了大量的公司数据。

但9·11事件发生两天后，位于世贸中心37层的摩根士丹利证券公司全面恢复营业。在它对灾难的快速反应背后，有一个对称的阴影。

在SRDF远程数据镜像软件、为主机和开放系统信息存储创建可独立寻址的BVC卷的TimeFinder以及确保企业业务连续性的Symmetrix存储系统的帮助下，包括摩根士丹利在内的数十家戴尔EMC客户成功传输了it数据。当被问及为什么华尔街可以迅速恢复运营时，《巴伦周刊》给出了答案，这给了SRDF远程数据镜像软件“911事件技术英雄”的美誉。

Symmetrix在911事件中经受住了考验，让人们认识到了数据的重要性。越来越多的公司开始利用资源来保证业务的持续运营。

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对称DMX，高端存储史上的经典

现代SAN存储系统的始祖属于戴尔EMC的Symmetrix DMX系列产品，其设计思想类似于前面提到的DECCHSC 50/90系列控制器。

处理器板、内存板和HBA板构成了整个系统的核心控制部分，而机柜中的其他组件是UPS和电源管理以及大量的JBOD扩展机柜。

下图显示了早期对称DMX系列架构的示意图。在Symmetirx时代，计算机芯片的集成度已经比较高了。

早期对称DMX系列架构示意图

现代Symmetrix DMX4的系统架构如下图右侧所示。配备齐全时，可支持8块前端网络I/O控制器板(相当于前端HBA+处理器+本地内存)，8块后端I/O控制器板(HBA+处理器+连接硬盘扩展柜的本地内存)，8块共享数据缓存板。

DMX1000物理图和DMX4架构图

Symmetrix DMX系列产品属于存储系统发展历史上的经典产品，其架构被认为是高端SAN存储系统的经典架构，没有类似架构的则不是高端存储系统。

DMX代表Direct Matrix，意思是整个系统的所有组件(前端和后端板)通过点对点直接连接直接与共享内存相连，所有组件通过共享内存进行通信。

这样做的好处是可以实现多控制器的对称多活动协作，并且不存在缓存一致性问题(因为缓存是集中放置的，只有一个副本)，并且具有极高的系统冗余度(任何一个或多个组件的故障都不影响整体系统可用性)。

Symmetrix DMX4系统完全配备时的架构和物理图

Symmetrix DMX4系统部分单板物理图

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这几年发生了什么？

网速快，10GE流行，100甚至400GE已经出现。

单个磁盘的容量很大。目前机械盘的最高单盘是14TB(非SMR)，固态盘更是层出不穷。抛开成本不谈，单盘能达到1PB指日可待。

单盘速度快，固态硬盘直接让硬盘速度飙升。

这三个变化完全释放了分布式系统的生产力。

高速网络是分布式系统的基础，分布式存储系统早在上世纪中后期就形成了其理论基础。然而，直到最近几年，网络延迟和带宽都足以支持分布式系统架构。

为了降低成本，业界出现了所谓的软件定义，即利用廉价的白标机或标准机架式服务器和分布式存储软件管理层构建软件定义的分布式存储系统，与传统的SAN存储系统瓜分市场。

分布式系统的普及极大地促进了对固态存储的需求。

出于成本的考虑，分布式系统中的每个节点往往不与多级JBOD连接，导致大量硬盘的高并发性能。而是仅仅依靠每个服务器自带的少量磁盘和固态磁盘来抵消跨网通信带来的延迟增加，造成传统机械磁盘系统无法比拟的IOPS和延迟性能。

因此，新时代存储系统的两个特点无疑是分布式和开放的。能满足性能要求，降低成本。

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思想分散且开放的VMAX

集中式共享缓存架构虽然不错，但最大的缺点是硬件实现成本太高，需要单独的缓存板、背板以及相应的Mulplexer模块。

在新时代，借助高速网络，分布式+开放系统也可以实现类似DMX的共享缓存架构，这就是脱胎换骨的Symmetrix VMAX系统。

与DMX系列相比，Symmetrix VMAX系列的体系结构发生了很大变化:

首先，VMAX系列不再区分前端I/O控制器和后端I/O控制器，同一控制器插前端网卡和后端SAS HBA，成为开放式架构。CPU也从以前的Power PC改为x86平台。

其次，VMAX系列不再采用集中式共享缓存，而是采用分布式共享缓存，即将原来的集中式数据缓存分配到各种I/O控制器。

此外，VMAX使用独立的InfiniBand高速网络交换机互连所有控制节点，形成共享缓存的分布式系统。

与DMX相比，VMAX具有更开放的体系结构、更低的实施成本以及更低的开发和维护复杂性。

本质上还是属于共享缓存架构，I/O请求可以从任何节点进入。节点根据I/O目标地址范围对I/O请求的数据缓存节点进行Hash，并通过InfiniBand网络向节点发送数据请求。

这样，整体上只有一个缓存，而不是每个节点都以自己的方式工作。否则，需要实现一个复杂的缓存一致性协议来解决这个问题。

VMAX实施缓存的方式与多核CPU实施L3缓存的方式相同。

为了达到足够的并行性，将CPU中的L3 Cache划分为多个片，放置在每个核的旁边，每个内存访问请求落入的目标L3 Cache片由硬件Hash决定，这样所有核都可以看到一个统一唯一的L3 Cache，一旦内存访问目标落入本地L3 Cache片，就可以以更快的速度访问数据。

通过这种碎片模式，访问不同碎片的请求可以并行执行，避免了集中式模式下的串行排队。集中式L3缓存在布线、延迟和并发性方面并不理想。

下图显示了Symmetirx VMAX系统部署照片的前视图和后视图。

戴尔EMC Symmetrix VMAX存储系统照片

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站在巨人的肩膀上

2018年5月1日，戴尔EMC在戴尔技术世界宣布了最新的计算和存储产品解决方案。在存储方面，它宣布了基于全闪存架构的PowerMax存储系统，将完全取代以前的VMAX。

这意味着戴尔EMC的所有高端存储系统都将是闪存架构。

PowerMax存储阵列可以算是历史悠久的VMAX产品家族的继承者。这个产品家族的起源可以追溯到1990年。2016年，存储巨头戴尔EMC推出了首款全闪存VMAX，该产品是在原EMC公司和戴尔合并之前推出的。

PowerMax的命名呼应了戴尔EMC服务器产品线的PowerEdge，形成了统一的命名风格。PowerMax内部的控制器也叫PowerBrick(原V-Brick)，操作系统叫PowerMax操作系统(原HyperMatrix操作系统)。

PowerMax和VMAX的区别在于▼:

①后端完全被基于PCIe的NVMe架构的SAS架构取代，性能大幅提升。

②引入机器学习辅助性能分析、故障检测和日常运维，展现智能。

③增加了对重复数据删除的支持，提高了存储空的效率。

在2018年的戴尔技术世界大会上，戴尔EMC发布了两款PowerMax机型，分别为2000和8000。2000可以算是VMAX 250F的升级版，8000是VMAX 950F的升级版。PowerMax将SFF8639连接器用于双端口NVMe固态硬盘，并支持光纤NVMe(NVMe-oF)协议。

最新的PowerMax在VMAX吸收分布式和开放的思想的基础上，完全依靠NVMe协议的固态硬盘。

通过这一步，Symmetrix这一高端谱系家族彻底转型，使戴尔EMC的存储系统保持了引领潮流的地位。从DMX到VMAX再到PowerMax，一路走来，名称、外形、架构、色彩都变了，依旧安全稳定可靠，值得客户信赖的心。