資料中心儲存趨勢、挑戰和解決方案

簡介 資料中心已成為企業商業永續經營的核心關鍵。它所能提供的已遠遠超過商業技術方面，但一般資料中心卻也因此變得極端複雜。新的技術、迅速的成長、併購、線上資料的爆炸性增加，以及日益嚴重的安全問題，種種因素使得資料中心複雜性愈來愈高，而利用率卻每下愈況。近年來，天災人禍不斷，從恐佈攻擊到全國性大停電，以及颶風與龍捲風等天然災害，也進一步加深資料中心承受的挑戰。 雖然管理資料中心的任務優先性會不斷改變，不過有一項任務仍屹立不搖，那就是需要以更少資源做更多的事。NetApp 將在本白皮書說明影響現今與未來資料中心的八大趨勢與挑戰：連接性、階層式儲存管理、資源隨需配置、儲存系統的靈活度、應用可用度、統一化儲存、儲存安全、整合式資料管理。 連接性 根據 Gartner Group 的產業資料顯示，光纖通道 (Fibre Channel, FC) 成長率趨緩，但未來至少五年內它仍將是支配儲存網路的主流技術，即使成長速度遭到乙太網路上網際網路小型電腦系統介面的限制。持續地向後相容及速度上的增加 (4Gb、8Gb)，將使得FC技術持續在資料中心佔有一席之地。乙太網路為基礎的iSCSI 可視為FC優勢的最大挑戰，10GbE 則有助於拉近兩者間的距離。InfiniBand (IBA) 帶來了低成本的交換技術，但它作為儲存網路技術的成熟度還稍顯不足，只有少數幾家業者提供原生IBA 儲存。而序列式 SCSI (SAS) 則提供另一種從中階到低階儲存、伺服器 / 儲存 (DAS) 叢集環境的低價選擇，未來還可成為小型 SAN。不過，它將不足以影響 FC 在資料中心內的地位。 階層式儲存管理 企業需要有方法，才能依據資料對公司的價值提升儲存容量利用率與最佳化儲存成本。資料中心內建置階層式儲存可協助企業因應關鍵資料的管理挑戰，像是一線 (價錢較為昂貴) 儲存設備需求愈來愈高，但二線 (近線) 儲存的使用率偏低、無法依據資料的業務相關性質用於不同型態的儲存設備上，以及在未來能做好資料適當分類情況下投入成本高昂的備份，導致不甚重要的資料反而花費太高來保護。 資料中心的階層式儲存解決方案，應具備以下能力： (見圖一) •    高度自動化 •    異質儲存的集中管理 •    能依政策橫跨儲存階層而進行資料搬移 •    在不干擾情況下移動資料 •    從業務觀點管理資料，而不是從實體儲存系統。 圖一  儲存的階層 資源隨需配置 (Thin Provisioning) 資料中心 IT 經理人與儲存管理人員，長久以來時常反應他們的磁碟容量利用率僅達 30%~40%。不論原因是直接附加儲存基礎架構先天即形成一座座儲存孤島，還是資料管理軟體效率低落或靈活度欠佳，唯有著手改善儲存架構，否則利用率不可能提升。對資料中心經理人的一項好消息是，將儲存利用率最佳化，將能大幅提升儲存容量 / 成本比率，同時滿足IT管理、使用者以及公司財務管理等多方需求。 不過想對儲存架構進行評估，必須考量所有可能影響利用率的因素。像是作業系統效能、資源配置技術、容量管理、資料防護及備份設備等等。當各項服務建置後將如何同時兼顧滿足應用與業務目標，又不致影響最佳化的儲存效率？ 建置任何儲存系統的第一步是對伺服器與應用程式分配空間。多數儲存系統都需要儲存管理員先分配一定實體磁碟空間給應用程式，然而一旦分配出去後，別的應用程式使用者就再也無法運用。問題是在早期佈署階段，儲存管理員很少會精確知道使用者與應用上的實際需求，而且多數儲存員分配儲存空間給應用程式時，往往會把特定磁碟「鎖定」在一定磁碟容量與特定邏輯磁碟。 例如  (見圖二) ，如果某管理員想把  500GB 的容量空間分配給實際資料量只有 100GB 的使用，其他 400GB 則是英雄無用武之地，無法發揮任何作用。這些閒置的容量還是為該應用程式所有，其他應用程式都無福享用。如此一來，這 500GB 形同浪費，就算總有一天都會用上，但也要花上數月甚至數年。資源隨需配置技術就能免除這種浪費。我們再以同一例說明，管理員把 500GB 的空間挪給了實際資料只有 100GB 的應用程式中，我們利用資源隨需配置技術，那未用到的 400GB 仍然可為其他應用程式所用。這樣不但做到應用程式的透通性，同時也避免容量浪費的問題。 圖二  資源隨需配置 資源隨需配置基本上就是即時儲存。應用程式以為它有 500GB 儲存，但儲存系統實際只給它必要的容量，其他容量則開放共用，管理員並可設定區間準值，以便需要再對磁碟時發出警告。對資料中心而言，資源隨需配置能將儲存利用率提升到 65%~85%，同時也降低了儲存成本與管理的複雜性。 儲存系統的防護力 企業資料中心必須具備應用程式的高可用度與恆久的資料完整性，以支援跨國企業的關鍵應用。長久以來，資料中心經理人一直致力於避免非預期性停機，就是為了要保應用程式隨時可用，和為了維持資料隨時都是正確與即時的，也必須防止資料毁損。只要資料可用性或完整性遭到破壞，都對企業營運與聲譽帶來不堪設想的嚴重後果。 雖然地區性災害或網站故障對企業影響巨大，而漸漸受到企業重視，然而造成企業非預期性停機最主要原因卻是來自日常營運面的失誤，其次才是元件或系統故障（見圖三）。要能確保 99.999% 的應用程式的可用性，企業需要高穩定的儲存環境，以防止任何原因導致的停機或資料毀損。 圖三  停機所造成的原因與發生機率 （資料來源：Gartner Group） 現今兩大產業趨勢 --資料中心儲存整合至超大容量儲存系統的普及，使得高可用度的應用程式已躍升為儲存與IT經理人最重要挑戰。愈來愈多資料與應用程式整合於同一環境下，可用性的要求隨之升高。同時磁碟空間更大的 SATA 儲存技術逐漸普及，系統故障的可能性與風險也隨之增加。此外，生產力提升、全球競爭轉趨激烈，以及法規要求愈來愈嚴峻，更進一步加重儲存系統承受的挑戰。因此，資料中心必須要有完整的儲存防護技術以支援高應用程式可用度。為防止業務發生中斷，儲存系統的防護力乃成為儲存解決方案裡一個不可或缺的必要元素。 真正的儲存防護力必須要從兩個方面來看，這也是儲存架構的必備條件: (1) 藉由早期偵測與自我修復流程，來防止錯誤發生與系統故障； (2) 在錯誤與故障發生時能迅速與在不干擾正常作業情況下自動復原。廠商解決 方案應包含能事前預知磁碟故障並加以自動修復、以最具成本效益的方法來防止各種兩顆磁碟故障，同時還使效能影響降至最小，即使磁碟、機箱與儲存迴路發生故障，資料依然能維持可用，並支援同步與非同步複製、叢集 (本地或遠端) 故障自動接管，並且本身就是具備全面性備援的容錯系統。 應用程式可用度 今日的資料中心正承受提升應用程式的可用度，目標是關鍵系統達到 100% 應用程式可用度的殘酷壓力。由於停機成本不斷攀升，企業必須找出停機的各項因素，並採取系統化策略來降低停機風險，因此，企業不僅要解決一般基礎架構的問題，還要包括人為與流程的問題。911 恐怖攻擊、卡崔娜風災與南亞海嘯促使企業重新審視其風險管理與災難規劃的策略。企業體認到天災人禍不可避免，但關注的重點已從如何避免災難轉為如何從中復原。 應用程式停機可分成兩種形態：計畫性與無預警兩種。不論是哪一種，絕大部份都是不可避免，而且往往最後都演變成為無預警停機。要提升應用程式可用度，不僅需預防無預警停機，並且在發生任何軟、硬體故障導致無預警停機下，能夠順利復原，當然這也得看系統管理員及操作員的能力有多少，能不能在不損及系統資源可用的情況下，仍舊執行每日的任務。 增強應用程式可用度且能快速從災難中復原，企業的儲存架構必須能防範各種計畫性停機與無預警停機，並能在停機發生時迅速恢復執行。所以儲存解決方案必須具備能解決應用程式停機問題的各種能力，防止操作員失誤、復原操作員及應用過程中的失誤、將預期性停機降到最低、系統運作時間拉至最大，並且從災難中回復運作。儲存業者無不提供可用性能力，但並非每一家的解決方案都能解決停機兩大元凶：應用程式與作業流程操作上的失誤。 整棟機房大樓故障與天然災害雖然發生頻率較人為作業流程操作上失誤低得多，但殺傷力卻大得多。資料中心需一具成本效益的彈性化災難復原解決方案，以便能在單 一 DR 方案中涵蓋各層應用。此外，它還要有能讓 DR 端點拿來作商業運用。應用程式管理員與資料庫管理員需要以應用程式為導向的整合方案，以便在不影響作業的幾秒鐘內完成備份，並確保同時符合復原時間目標RTO (Recovery Time Objectives) 與復原點目標 RPO (Recovery Point Objectives) 等兩大目標。 統一化儲存 資料中心想真正獲得網路儲存所帶來整合與管理的最佳化效益，佈署的解決方法必須具備可同時滿足管理 SAN 與 NAS 的相同單一管理工具。統一化的儲存空間能提供更高的儲存利用率、單一資料回復解決方案、單一資料管理模型，更能讓 IT 人員發揮他們的技能。在統一化儲存平台下，儲存管理員只需一套軟體與流程就可管理一線、二線各層級的儲存系統，這些效益自然就可帶來更高的投資報酬率與更低的整體擁有成本。 統一化儲存系統能將 SAN 與 NAS 虛擬化，就能利用同一組工具及技能加以分配與管理。要執行各種網路儲存 (FC SAN, NAS, IP SAN) 的工作，使用者都能在單一介面下全部完成。（見圖四） 圖四   統一化儲存 更強大的儲存整合能力、保護既有投資及更少的管理工作，已成為推動統一化儲存普及的主要驅動力。如果能將 NAS、中階 IP SAN 儲存及高階 FC SAN 儲存這三者的管理方式，整合在單一管理介面下，將會對資料中心來說變得極具吸引力。統一化儲存與資料管理的軟體與流程，將可大幅簡化資料擁有的複雜程度、降低與使用者失誤相關的風險，並減少昂貴訓練與整合服務的需求。 儲存安全 NAS與SAN網路儲存技術的優點眾所周知，但將公司資料儲存在網路上卻有相當的安全風險顧慮。網路儲存環境下的資料比傳統直接附加儲存 (DAS) 更容易遭到未經授權的存取、偷竊或誤用。因為集結式儲存並未將資料分隔，所以來自不同部門的資料都混在一起。資料複製、備份與遠端鏡射，以及其他災害復原技術，更增加了公司內外未授權的存取行為。而合作夥伴在防火牆內部及其他合法管道的存取行為，也使得安全風險變高。 在儲存網路裡面，一個安全漏洞就可能危及整個公司的資料資產。防火牆、入侵偵測系統 (IDS) 與虛擬私人網路 (VPN) 都是藉由保護網路周邊來防護這些資產。這些技術雖然重要，但卻不足以確保儲存安全性，也使得資料可能遭到來自公司內、外部的攻擊。一旦這些防禦因為密碼被偷竊、病毒侵入或是組態錯誤而被破壞，資產安全也就門戶洞開。 機密資料卻不實施加密的企業，可能因無法符合法規或資料保護的合約要求，而得花上大筆金錢在事後修正或補償措施上。一個防護全公司儲存資料且支援 NAS 、 DAS 、 SAN 、磁帶及 iSCSI 環境的統一化平台是保護資料中心資產的最佳選擇。統一化平台提供了線速加密，並可在網路儲存環境下，以更簡易的安全模式來進行存取控管、授權與安全登入方式來確保儲存媒體裡休息的資料安全。安全應用裝置必須也能在無需變更應用程式、伺服器、桌面與儲存等情況下，透通性地佈署於資料中心內。 整合式資料管理 傳統資料中心 IT 部門中，應用程式、資料庫、系統與儲存管理員總是只關心一小部份的資料 / 儲存管理問題，權責義務各有所屬。因此一個端對端資料管理就得仰賴資料管理員與儲存管理員的溝通，以人工方式把資料連結到儲存系統上，這種作法不但干擾運作且容易出錯，更可能導致重大問題與失去生產力。傳統作法使得資料與儲存管理間出現斷層，徒增資料複製工作的負擔，並經常打斷各自獨立的管理部門之作業。 整合式資料管理將可簡化並涵括儲存裝置與其內資料的管理作業（見圖五）。如此一來，儲存管理員將可藉由流程與應用程式的需求相連接，而使日常管理流程自動化，達到提升營運效率，及最小程度干擾的目的。然而整個過程因為能定義適當且可重覆使用的政策，並支援各應用程式的不同 QOS 需求，也不會犧牲對儲存環境的控管。 圖五  整合式資料管理 由於能在受到良好控管的環境下，將應用程式的需求與儲存管理流程連接起來，系統管理員、應用程式管理員與資料管理員就能以他們熟悉的語言來控管資料，無需繁複的儲存管理技能。一旦資料擁有人能夠執行特定資料管理任務，他們對不同商業需求的回應能力也隨著提升。此外，使用流程自動化、角色為基礎的存取、政策為基礎的管理可使企業依據業務需求來管理資料，降低儲存與資料管理人員間相互依賴性，進而大幅提升生產力與靈活度。 將儲存與常見的資料中心商用軟體緊密整合在一起，可使應用程式與伺服器管理員即使不用特地去學習儲存管理技巧，也不用經常求助儲存管理員，如此一來資料中心的效率將能大幅提升，更能實現最大的成本效益。 結論 由於資料儲存量呈現爆炸性成長，而資料對企業的重要性也愈來愈高，企業必須為資料中心制定一個能確保資料儲存與應用具備最大防護力與最佳化狀態。企業的營運體質取決於不間斷的資料可用性、牢不可破的資料安全，以及對變動環境的靈活應變能力。因此，簡化資料與儲存管理乃是今天與未來資料中心的第一關鍵要務。