DS4000介绍.doc

前言：中端里的中端
与交换机或HBA相比，存储系统的“提速”过程要迟缓许多。君不见，支持8Gb/s FC（8GFC）的交换机和HBA已经推出，而磁盘阵列向4Gb/s FC（4GFC）的转移还没完成呢。
相对而言，IBM在4GFC上的态度是非常积极的。蓝色巨人在两年前就已开始出货System Storage DS4800，并由此成为第一个推出4Gb/s FC磁盘阵列的主要SAN厂商。一年之后，高端的DS8000系列和低端的DS3000系列也都进行了从2Gb/s FC向4Gb/s FC的换代，而DS4000系列更是全面转向4GFC。

在DS4000系列现有的三款产品中，本文的主角DS4700 Express处于承上启下的关键位置。向上看，“小一岁”的DS4700 Express继承了DS4800的主要功能，但外形尺寸和性能参数都有所裁减；向下看，如果让DS4700 Express的低端型号（Model 70）仅支持SATA硬盘驱动器，就得到了DS4200 Express，它们之间的血缘关系更为浓厚。

从远处看，很难将DS4700 Express与DS4200 Express区分开
因此，要了解4GFC的发展状况，DS4700 Express是个不错的窗口。在IBM中国公司的帮助下，我们从IBM授权分销商北京华商达数据系统科技有限公司（简称“HSD”）借到一台System Storage DS4700 Express Model 70A，与4GFC来了一次“亲密接触”。
DS4700 Express有Model 70和Model 72两大型号，其中相对高端的Model 72在配置上与DS4800中最低端的型号Model 80非常接近，包括同样的Cache容量（4GB）和主机端口数（8个），但驱动器端口数从8个降至4个，因为DS4800支持的硬盘驱动器数量两倍于DS4700 Express的112个。
我们此次测试的是Cache容量和主机端口数均比Model 72减半的Model 70A。DS4700 Express采用Dual active（双活动）控制器，端口和Cache平均分配到两个控制器上，所以这台Model 70A的每个控制器各有2个主机端口、2个驱动器端口以及1GB内存。
DS4700 Express的风扇和电源也采用双冗余、热插拔设计，加上两个控制器，四大部件呈中心对称布置，上面有较为明显的“A”、“B”标识以示区分。
DS4700 Express的控制器主板上有一个DIMM插槽，我们测试的这台Model 70A配有一条DDR PC2700规格的1GB ECC内存，作为控制器的Cache。DS4000全系列的Cache都有备份电池保护，DS4700 Express自然也不例外。这个锂离子电池模块有1.8V和2.5V两种直流输出电流均为100mA，同样采用热插拔设计，可以单独更换。
主机与驱动器端口均支持交换式FC和FC仲裁环路（FC Arbitrated Loop，FC-AL）标准，最高速度达4Gb/s，并向后兼容2Gb/s和1Gb/s。端口连接采用SFP（Small Form-Factor Pluggable）模块，主机与驱动器端口模块被一个串口和两个RJ-45端口分开，其中2个主机端口模块旁边留有再增加2个的空间（Model 72）。
外形：浓缩得到精华
与仅控制器就占用4U机架空间的DS4800相比，在3U机架高度内放入16个3.5英寸硬盘驱动器槽位的DS4700 Express无疑要紧凑得多。不过，DS4700 Express能达到这一水平也离不开DS4800的发展。
DS4800可通过DS4000系列存储扩展单元支持多达224个硬盘驱动器，其刚问世时可选的存储扩展单元有两种，分别为使用SATA硬盘驱动器的DS4000 EXP100和使用FC硬盘驱动器的DS4000 EXP710，均采用3U机架规格14个硬盘驱动器槽位的设计，所以需要16个才能达到DS4800的最大驱动器数量。
送测的这台DS4700 Express Model 70A配备了3个146GB的4Gb FC硬盘驱动器（点击图片放大察看细节），模块的把手上明确地标出“IBM 4Gb FC, 146GB 15K”

由于DS4000 EXP710仅支持2Gb/s FC（2GFC），IBM在2006年2月底宣布推出支持4GFC的DS4000 EXP810存储扩展单元。EXP810允许2Gb/s FC硬盘驱动器模块与4Gb/s FC硬盘驱动器模块混载，硬盘驱动器槽位增至16个，从而使DS4800需要连接的存储扩展单元减少到14个。
随后推出的DS4700 Express直接坐享EXP810带来的好处，而不用面对EXP710或EXP100。其实DS4700 Express可以说相当于集成了控制器的EXP810，只需再连接6个EXP810，便能达到支持112个硬盘驱动器的上限。如果用750GB的SATA硬盘驱动器，DS4700 Express的总容量可达84TB，而即便是300GB的FC硬盘驱动器，也有33.6TB之多。
DS4700 Express和DS4000 EXP810的磁盘背板均为FC接口，通过所谓的“增强磁盘驱动器模块”（Enhanced Disk Drive Modules，E-DDM）来实现对FC硬盘驱动器和SATA硬盘驱动器的支持。E-DDM的奥妙在于其超出“正常需要”的长度和特别设计的螺丝孔位，使得SATA硬盘驱动器的固定位置相对靠近模块的把手，为其在接口端争取到安装FC-SATA桥接电路板的空间。
FC-SATA桥接电路板的核心是Sierra Logic（该公司已于一年前被Emulex收购）出品的BR-2401嵌入式路由/桥接芯片，在FC一侧支持双端口（Dual port）和1/2/4 Gbps全双工操作，而SATA一侧则支持NCQ（本机命令排队）功能和1.5/3 Gbps自动速度协商。因此，即使E-DDM上安装的是SATA硬盘驱动器，在磁盘阵列的控制器看来，也仍然是标准的FC硬盘驱动器，从而解决了不同类型硬盘驱动器混用的问题。与另一种廉价FC磁盘解决方案——FATA硬盘驱动器——相比，这种方式让磁盘阵列供应商可以从大量的SATA硬盘驱动器中选择，有助于进一步降低成本。
相对而言，要想让2Gb/s FC与4Gb/s FC硬盘驱动器共存更为不易。IBM提供的资料显示2Gb/s FC硬盘驱动器不能在DS4700 Express的4Gb/s内部环境中正常工作。为此DS4700 Express的前面板上设置了一个能够在4Gb/s和2Gb/s之间切换的连接速率开关，如果系统中存在2Gb/s FC硬盘驱动器，可以将开关拨到2Gb/s一侧，令所有的硬盘驱动器都工作在2Gb/s的模式下。应该说，在硬盘驱动器数量较少的情况下，这种牺牲性能以换取兼容性的做法还是可以接受的。
管理：功能与易用兼顾
中端磁盘阵列的应用范围最广，可能面对的环境也非常复杂，需要在功能和易用性上都有很好的表现，因此配套的管理软件就显得格外重要，而DS4700 Express没有让我们失望。

整个DS4000系列都通过IBM System Storage DS4000 Storage Manager进行管理，我们使用的是最新的Version 9.23（详细版本号为09.23.35.02）。以其100MB的安装包来说，对Windows系统倒也不算是沉重的负担，遗憾的是目前还没有中文版本。
软件运行时显示“IBM System Storage DS4000/FAStT Storage Manager 9”的名称，以下简称“Storage Manager 9”。Storage Manager 9可以通过两种途径管理DS4000系列，即经由数据通路的In-Band（带内）方式和经由串口或RJ-45端口的Out-Band（带外）方式，我们测试时采用了带内管理。
管理存储子系统（Manage Storage Subsystem）是Storage Manager 9最重要的功能，该窗口中的逻辑/物理视图（Logical/Physical View）让用户能够创建逻辑磁盘，并对逻辑和物理磁盘进行管理，还可以查看DS4000系列磁盘阵列各部分的状态。映射视图（Mappings View）显示主机、HBA和逻辑磁盘之间的映射关系，用户可以把逻辑磁盘分配给需要的主机。当然，所有的功能项都可以在菜单栏上找到。
为了让软件更易于使用，Storage Manager 9提供了名为“任务助手Task Assistant）的向导功能，在该窗口中可以选择（自动或手动）添加存储子系统，为其命名或更名，以及进行管理。
存储子系统管理也有任务助手窗口，列出了配置存储子系统、定义主机、创建新存储分区、映射添加的逻辑驱动器以及改变默认的主机类型等常用功能。
考虑到DS4000系列所处的典型应用环境中往往具有不止一台磁盘阵列，寻找需要管理的系统或驱动器并非易事，Storage Manager 9提供了定位存储子系统或物理驱动器的功能，选择后对应的存储子系统或硬盘驱动器模块前方的指示灯会不停闪烁，引导用户发现其所处的确切位置，以避免诸如“误拔出完好硬盘驱动器导致数据丢失”等悲剧的发生，体现出人性化的一面。
RAID：简配繁设总相宜
RAID是各种磁盘阵列系统的基石，而通过配置RAID来创建逻辑驱动器（logical drive）则是存储子系统管理的核心功能。
DS4000系列支持RAID 0, 1, 3, 5, 10的级别，自动配置（Automatic configuration）向导会根据可选的硬盘驱动器数量在给出建议的配置——2个磁盘只有RAID 0或1，3个磁盘就加上RAID 3和5。以这台DS4700 Express Model 70A共有3个硬盘驱动器的实际情况，自动配置向导给出了RAID 5的建议。
当然，用户有权不接受自动配置向导的建议，转而选择其他可用的RAID级别，或者“创建自己的配置”（Create your own configuration）——包括指定阵列中硬盘驱动器和热备援磁盘的数量、划分为几个逻辑驱动器、改变I/O类型（Change I/O Type）。
改变I/O类型功能针对不同的应用为逻辑驱动器设置动态Cache预读（read prefetch）和分段尺寸（segment size），譬如文件系统应用就分别是Enabled和128KB。如果选择了RAID 3，则默认的应用类型即为Multimedia，因为RAID 3比较适合多媒体应用。用户也可以定制（Custom）应用类型，在8KB至512KB之间随意选择分段尺寸
创建逻辑驱动器（Create individual logical drives）则提供了从配置RAID到映射至主机的“一条龙”服务，用户可以选择自动或手动配置RAID、定制I/O类型、指定驱动器到LUN的映射。
Storage Manager 9对热备援磁盘的管理也很完善，可以查看每个阵列所分配的热备援磁盘。
设置好的逻辑驱动器可以进行多种操作，包括在RAID初始化过程中查看进度等信息。
3个146GB硬盘组成的RAID 5，需要一个多小时完成初始化
以及改变Cache设定（Change Cache Settings）。
默认设置是没有备份电池时不能打开写Cache，但也可以强制开启

DS4700 Express支持4、8、16乃至64个存储分区，通过Storage Manager 9的存储分区向导，可以为逻辑驱动器赋予LUN（逻辑单元号）并添加到存储分区。
存储分区向导的最后一步
测试平台、软件和方法简介
DS4700 Express Model 70A的测试在强氧科技为存储时代定制的服务器平台上进行。这个服务器平台的核心是基于Intel 5000P芯片组的Supermicro X7DB8主板，目前只安装了一颗3.0GHz双核Intel Xeon 5050处理器，以及2GB DDR2-667 ECC FB-DIMM内存。操作系统采用微软Windows Server 2003 R2简体中文企业版，安装在Ultra320 SCSI接口的Maxtor Atlas 10K Ⅳ硬盘上。
强氧科技定制服务器平台配置
主板
 Supermicro X7DB8（BIOS版本：1.3b）

CPU
 Intel Xeon 5050（双核3.0GHz/FSB 667MHz/4MB）

内存
 2GB DDR2-667 ECC FB-DIMM（1GB × 2）

SCSI
 板载Adaptec AIC-7902W双通道Ultra320

网络
 板载Intel (ESB2/Gilgal) 82563EB双端口千兆以太网控制器

显卡
 板载ATI ES1000

主硬盘
 Maxtor Atlas 10K Ⅳ 146GB（10000RPM/Ultra320 SCSI）

操作系统
 Windows Server 2003 R2简体中文企业版

主板驱动
 Intel INF 8.3.0.1013

显卡驱动
 8.24.3.0

SCSI驱动
 Adaptec Ultra320 SCSI Drivers v7.0.0.6
为了保证测试的平稳进行，强氧科技为这台服务器配备了3个500W的ABLECOM SP502-TC热插拔冗余电源。高大的立式机箱提供了7个3.5英寸和3个5.25英寸驱动器仓位，使其能同时胜任内部存储和外部存储的测试。
强氧科技为存储时代定制的服务器平台
QLogic 4Gb/s FC HBA
测试4Gb/s FC存储系统，主机端当然离不开4Gb/s FC HBA。考虑到大多数用户的使用情况，我们将目标锁定在FC HBA市场上收入和端口份额都排名第一的QLogic。QLogic公司向我们提供了x4 PCI Express接口的SANblade QLE2462和PCI-X 2.0接口的SANblade QLA2462，均为双端口。
QLogic SANblade QLE2462 4Gb/s FC HBA（点击图片放大察看细节）
由于Supermicro X7DB8不支持PCI-X 2.0，我们以QLE2462作为测试的主力，直接连接DS4700 Express Model 70A进行测试。驱动程序为Windows Server 2003 STOR Miniport Driver v9.1.4.15，管理软件是SANsurfer FC HBA Manager v5.0.0 build 17。
SANsurfer FC HBA Manager的管理界面，Device Info显示的IBM 1814 FAStT即DS4700
性能：4Gb小试锋芒
不管是厂商还是分销商，为DS4700 Express这样的机器配满磁盘，专供媒体评测，都有太多需要克服的困难，我们能够得到配有3个硬盘驱动器的DS4700 Express Model 70A已属不易。不过，3个硬盘驱动器也确实有点少，给我们的测试——特别是性能测试——带来了很多不便。
无论如何，4Gb/s FC的能力还是要检验一下的。那么，3个硬盘驱动器是否能够产生必须用上4Gb/s数据通道的输出量呢？这3个硬盘驱动器是第四代15000RPM产品，持续数据传输率最高可达90MB/s，乘以3便是270MB/s，超过了2Gb/s FC所能提供的带宽（约200MB/s）。也就是说，如果将这3个硬盘驱动器组成RAID 0，应该能够达到我们的目的。
果然，在读取数据块的尺寸达到256KB的时候，采用RAID 0配置的这台DS4700 Express Model 70A的输出就超过了200MB/s，随后又跨越250MB/s，最终接近260MB/s。而在将FC端口的速度降低到2Gb/s之后，测试成绩最高也没能超过185MB/s，2Gb/s FC确实成为了瓶颈。
DS4700 Express Model 70A的顺序读测试曲线，横轴为读取数据块尺寸，纵轴为传输率（MB/s）。虽然只有3个硬盘驱动器，但在RAID 0顺序读的情况下，4Gb/s相对2Gb/s的优势还是比较明显的
不知是不是硬盘驱动器太少的缘故，RAID 5配置的顺序读取性能不太令人满意，只与单个硬盘驱动器的效果相当。不过，在随机读取测试中，RAID 5的表现并不逊于RAID 0，并发任务数为16之后的IOPS就达到了725左右，接下来几乎不再变化，看来DS4700 Express Model 70A的随机访问能力应该还有继续提高的余地。
DS4700 Express Model 70A的随机读测试曲线，横轴为并发任务数，纵轴为每秒I/O数（IOPS）。接口带宽对512字节的随机访问几乎没有影响，所以4Gb/s和2Gb/s不会有区别
感受：4GFC走入SMB
刚问世时并非端到端4Gb/s FC架构（后端驱动器端口仍为2Gb/s）的DS4800能够成为最早在市场上取得成功的4GFC存储系统，抢占先机和出色的设计缺一不可。而DS4700 Express不仅采用了端到端4Gb/s FC架构，还有着更大的目标市场，应该说都是普及的有利因素，但我们也应该看到，竞争对手的数量已不可同日而语。
DS4700 Express继承了DS4800的主要功能，对其目标客户而言已经足够强大，这也使得易用性成为我们关注的重点，毕竟中低端用户的IT专业知识相对缺乏。可喜的是，DS4700 Express的软硬件设计都较为人性化，既有明确的标示和向导，也有很多帮助防止误操作的措施，尽力避免用户因处理不当而陷入迷惑，甚至造成不可挽回的后果。笔者相信，即使是缺乏FC使用经验的中小型企业（SMB）用户，同样能够较为轻松地部署和管理DS4700 Express，并从此进入4Gb的时代。