【雲端儲存服務：Cloud Volumes ONTAP】NetApp老牌ONTAP儲存平臺原生移植公有雲環境

如何因應公有雲來勢洶洶的挑戰，是當前所有傳統儲存設備廠商的一大課題，其中一種應對的思路是「打不過他，那就加入他」，既然難以抵擋公有雲勢力的逐漸擴張，那就反過來利用公有雲，將將儲存設備移植到公有雲平臺上，化身為公有雲服務的一部份，從而沿續儲存設備平臺的發展。

NetApp的Cloud Volumes ONTAP（CVO）服務，便是這種移植到公有雲的儲存陣列平臺代表性產品。CVO本身是運行於AWS或Azure平臺上的虛擬化版本ONTAP儲存設備，利用公有雲的虛擬機器扮演儲存控制器角色，運行NetApp的ONTAP儲存作業系統，並掛載公有雲的儲存空間，作為控制器後端儲存空間，然後再透過NFS、SMB或iSCSI協定，將儲存空間掛載給公有雲上的其他虛擬機器使用。

透過CVO，既能向用戶提供與公有雲原生儲存服務相同多種效益，如按需訂購、管理負擔輕等，也擁有ONTAP儲存平臺的特性與豐富資料服務功能，還具備軟體定義儲存的組態彈性優點。

Cloud Volumes ONTAP的基本概念

NetApp在AWS與Azure提供的Cloud Volume ONTAP服務，其實，就是在公有雲上運行的虛擬化ONTAP儲存設備，可透過iSCSI或NFS/SMB協定，將儲存空間提供給公有雲上的其他運算單元使用，並擁有HA高可用性功能，以及完整的ONTAP資料服務功能。

虛擬化與公有雲儲存的結合

從產品型式來看，CVO可以看作是NetApp ONTAP Select軟體定義儲存系統，移植到公有雲上的延伸發展版本，兩者都是實體ONTAP儲存陣列的虛擬化版本，只是ONTAP Select是運行於VMware vSphere，或是KVM等本地端的虛擬化平臺，而CVO則是運行於AWS或Azure的公有雲虛擬化平臺而已。

包括NetApp在內，現今的傳統儲存陣列產品，大多都是基於x86架構通用硬體設備的軟體定義型式，完全依靠儲存作業系統的軟體功能，在通用硬體上建構與提供儲存服務，所以，除了透過傳統的實體儲存陣列方式來提供產品外，也能透過虛擬化方式，將儲存作業系統部署到虛擬化平臺上，從而成為建構出「虛擬化儲存陣列」產品。

如ONTAP Select便是NetApp FAS系列儲存陣列，移植到vSphere與KVM平臺上的虛擬化版本，利用虛擬機器來構成儲存控制器，搭配Hypervisor主機本身或介接的儲存空間，組成虛擬化的儲存陣列。除了一些限制，如每節點的容量上限400TB、不支援NetApp原有的底層RAID架構，以及只支援基於乙太網路的儲存協定（NFS/SMB與iSCSI），ONTAP Select的儲存功能與特性，與實體的FAS系列儲存陣列是大致相同的。

更進一步來看，由於公有雲平臺的底層環境，也是一種虛擬化平臺，所以也能依循相同的模式，將儲存系統移植到公有雲平臺上，CVO便是這樣的產品。

也就是說，CVO是利用公有雲平臺的虛擬機器或執行個體，來運行ONTAP儲存作業系統軟體，然後掛載公有雲儲存空間，組成一臺在公有雲上運行「軟體版雲端儲存陣列」，進而為其他公有雲虛擬機器提供儲存服務。

比起實體儲存陣列，或是ONTAP Select這類本地端的虛擬化儲存陣列，CVO這種軟體定義架構的雲端儲存陣列，最大優點是成本低與架構彈性。

首先，CVO完全依靠公有雲的運算與儲存資源來構成儲存陣列，用戶只需支付租用公有雲資源，以及購買CVO軟體授權的費用即可；其次，用戶也可以依照自身需求，選擇不同等級的公有雲資源來建構雲端儲存陣列，不需要使用時，也能將其關閉，擁有與公有雲原生服務一樣的按需購買靈活性。

而比起公有雲原生的儲存服務，CVO的優點則是在於採用了久經考驗的ONTAP儲存系統，且提供了高可用性組態選項，以及豐富的資料服務功能。

CVO目前的版本，與最新的ONTAP系統都是9.6版，並有雙節點高可用性（High Availability，HA）版本可選，比起一般的公有雲原生儲存服務，多了一層可用性保障。CVO也保有幾乎全部的ONTAP資料服務功能，包括：可幫助節省雲端儲存空間耗用量的Thin Provisioning、壓縮與重複資料刪除等功能，以及用於資料保護的Snapshot、SnapMirror、SnapVault，還有FlexClone等。亦能透過SnapMirror遠端複製功能，讓CVO直接與本地端實體ONTAP儲存設備連結，構成混合雲儲存架構。

用戶也可透過Fabric Pool的功能，與AWS S3或Azure Blob等低價位公有雲儲存區，組成雲端上的分層儲存架構。（CVO只有少數ONTAP功能無法使用，如Metrocluster、RAID-DP、FlashCache/FlashPool等。）

相較之下，一般公有雲原生儲存服務提供的資料服務功能，仍只在基本層次，大多只有快照、遠端複製與加密等少數幾種。

持續延伸的平臺與組態彈性

CVO的前身，是2014年底發表的ONTAP Cloud，已有4年以上歷史。ONTAP Cloud雖然開創儲存陣列移植公有雲的先河，不過，當時只能搭配AWS一種平臺，組態的限制也較多，例如，儲存區一開始只支援EBS的gp2型式。

後來NetApp在2018年時，將ONTAP Cloud更名為Cloud Volume ONTAP（CVO），並大幅擴張了支援範圍，除了AWS以外，也提供Azure平臺上的服務，部署的組態也有更多的選擇彈性。

另外，NetApp在2019年6月發表ONTAP 9.6版系統時，也推出了搭配Google GCP平臺的Private Preview版，預期不久之後，就能將CVO服務範圍正式擴展到GCP平臺上。

開啟雲端儲存新類型

從先前的ONTAP Cloud，到現在的CVO，經過4年多的時間發展下來，NetApp目前已能在全球20個AWS服務區域，以及33個Azure服務區域，提供CVO服務，另外，他們也推出了Google GCP的CVO預覽版，顯示這種產品型式的初步成功。

依循NetApp的腳步，近一年多來，也開始有其他廠商跟進，推出類似CVO的雲端儲存服務。例如：Pure Storage的Cloud Block Store，以及Dell EMC的UnityVSA Cloud Edition等，分別是Pure Storage旗下FlashArray全快閃儲存陣列，以及Dell EMC旗下Unity儲存陣列的公有雲軟體化版本。市面上，多了這些廠商的投入，也讓這種將傳統儲存陣列平臺移植雲端而成的服務，形成了一種新的雲端儲存類型。

Cloud Volumes ONTAP的版本與授權等級

目前NetApp在AWS與Azure兩個雲端平臺上，提供了Cloud Volumes ONTAP（CVO）服務，無論在哪個平臺，都有單節點與HA雙節點兩種CVO版本。用戶訂購CVO時，有兩種模式可選：一為直接向公有雲服務商訂購的隨用隨付Pay-As-You-Go模式，由公有雲服務商提供所有服務；另一為向NetApp購買授權，然後再於公有雲上註冊的BYOL（Bring Your Own License）模式，CVO授權由NetApp或經銷商提供，公有雲服務商只提供運行CVO所需的運算與儲存資源授權。

在Pay-As-You-Go模式下，用戶能以每小時為單位，彈性選擇合約時間長度，只有CVO運行時才計價，並有Explore、Standard與Premium等3種授權層級，分別提供不同的虛擬控制器組態，與可用容量上限的選擇。至於BYOL授權模式的合約時間則為6或12個月，但軟體授權不受特定公有雲服務商綑綁，且虛擬控制器的組態選擇也更多。

由於不同公有雲平臺的虛擬機器與儲存服務規格、架構，均有所別，在AWS與Azure上的CVO控制器與磁碟規格，也略有差異，如在AWS上，CVO的單一磁碟區（Volume）最大容量是16TB，而在Azure上，則可允許最大32TB的單一磁碟區，詳細規格詳見原廠文件說明。

從AWS或Azure市集訂購CVO服務

CVO分為單節點與雙節點HA高可用性兩種版本，以及兩種訂購模式，一為直接向公有雲服務商訂購的Pay-As-You-Go模式，其下有Explore、Standard與Premium等3種授權層級可選；另一為向NetApp購買授權，然後再於公有雲上註冊的BYOL模式。圖片來源／NetApp

Cloud Volumes ONTAP的部署與管理

當用戶訂購了Cloud Volumes ONTAP（CVO）服務授權後，便可下載CVO的映像檔，然後部署到公有雲的虛擬機器上。

CVO是一種以虛擬化與軟體定義型式，部署在公有雲平臺上的「軟體版儲存陣列」，利用公有雲的運算單元（AWS的EC2執行個體或Azure的虛擬機器），來扮演儲存控制器角色，負責運行NetApp的ONTAP儲存作業系統。然後再將公有雲的儲存空間（AWS的EBS或Azure的LRS），掛載給這臺虛擬的儲存控制器，充當控制器後端的儲存空間。

用戶可選擇將CVO部署在既有或新建的AWS虛擬私有雲端（VPC）環境內，或Azure虛擬私人雲端（VNet）環境內，從而為VPC或VNet環境的其他執行個體或虛擬機器，提供區塊或檔案儲存服務。

依用戶選購的授權等級（Explore、Standard、Premium或BYOL），可選擇不同規格的執行個體或虛擬機器，用來部署成為CVO的虛擬儲存控制器。值得一提的是，為了確保CVO擁有類似實體ONTAP儲存設備的寫入效能，配置給執行個體或虛擬機器的一部分記憶體，將被作為儲存控制器的虛擬化NVRAM使用。

而在CVO配置的儲存空間方面，無論在AWS還是Azure上，都有3種主要磁碟機類型可選——通用型SSD、效能型SSD與通用型硬碟。CVO先將AWS或Azure配置的磁碟機（disk）構成Aggregate群組，然後從Aggregate群組上建立磁碟區（volume），再透過iSCSI或NFS/SMB協定，將磁碟區掛載給其他虛擬機器使用。

至於CVO的部署作業與維運管理，都是透過NetApp提供的OnCommand Cloud Manager管理軟體來執行，這套管理軟體是由公有雲上的一臺虛擬機器來執行。，本身不需要授權費用，用戶只需支付運行Cloud Manager的虛擬機器資源費用。

Cloud Volumes ONTAP的運作架構

以AWS上的CVO為例，CVO是在用戶指定AWS虛擬私有雲端（VPC）環境內運作的服務，包含4個主要元件：

① ​一臺運行ONTAP儲存作業系統的AWS執行個體，扮演儲存控制器角色。

② ​ 配置給ONTAP執行個體的EBS公有雲儲存空間，作為ONTAP的儲存區。

③ ​一臺運行OnCommand Cloud Manager系統的執行個體，作為CVO管理平臺。

④ ​使用CVO儲存服務的其他執行個體。

扮演儲存控制器的ONTAP執行個體，可以將後端配置的EBS磁碟機，架構為自身的磁碟區，然後透過NFS/SMB或iSCSI協定，掛載給同一個VPC環境內的其他執行個體使用。

用戶端的管理者可以透過閘道器的介接，登入Cloud Manager，從而執行CVO環境的部署與儲存管理。圖片來源／NetApp

Cloud Volumes ONTAP的HA高可用性功能

標準的企業級儲存設備，都會採用雙控制器架構，以備任一控制器失效時，具有自動切換的高可用性能力（High Availability，HA）。

而對於在公有雲上運行的Cloud Volumes ONTAP（CVO），除了基本的單節點版本外，也提供了具備高可用性能力的雙節點HA版本，用戶可以部署2臺CVO節點組成HA群組，當任一臺CVO節點失效時，可透過另一個CVO節點接手維持存取服務，比起一般的公有雲原生儲存服務，多了一層可用性保障。不過，在AWS與Azure上，CVO的HA架構運作方式略有差異。

AWS上的CVO高可用性架構

兩個CVO節點可以位於同一個或不同的可用性區域（AZ），後端各自掛載著自身的EBS磁碟機，但兩個節點需設定在同一個VPC環境內，彼此間透過鏡像複製維持資料同步，另外，還有一個負責連繫兩個CVO節點與提供仲裁功能的Mediator節點（本身是位於第3方可用性區域的一臺Linux執行個體）。

當任一CVO節點或其後端EBS儲存區失效時，可透過Mediator節點啟動I/O路徑切換，將存取負載轉給另一CVO節點承擔。圖片來源／NetApp

Azure上的CVO高可用性架構

在相同的VNet與Subnet環境內，將兩個CVO節點組成一個可用性群組（Availiability Set），兩個節點共同存取相同的Azure Page Blob儲存體磁碟機群組，透過一臺扮演ILB（Internet Load Balance）的虛擬機器連繫兩個節點。當任一CVO節點失效時，透過ILB將存取負載切換到另一CVO節點。

要特別注意的是，在Azure上，單節點版本的CVO使用的磁碟機，是Azure的受控（Managed）LRS儲存體，而HA版本的CVO則改用Azure非受控的Page Blob儲存體。

從NetApp提供的架構圖上，我們可以看出，比起AWS上的CVO HA架構，Azure上的CVO HA架構比較簡單，兩個CVO節點是存取同一個Page Blob儲存體，所以不需要跨節點同步鏡像，不過無法應付後端儲存體失效的情況。圖片來源／NetApp

NetApp兩種Cloud Volumes對比：CVO vs. CVS

資料來源：iThome整理，2019年7月

除了Cloud Volumes ONTAP（CVO）外，NetApp還有一款稱作Cloud Volumes Service（CVS）的公有雲儲存產品，CVO與CVS兩個產品不僅名稱類似，也同樣都是架構在公有雲平臺上、基於NetApp ONTAP平臺的儲存服務，十分容易混淆，但兩者的底層架構完全不同，我們這裡特地作一對比。

● 儲存設備：CVS是部署在公有雲資料中心的「實體NetApp AFF儲存陣列」，提供儲存服務，儲存陣列就有HA高可用性能力；CVO是由公有雲運算與儲存資源建構的「虛擬化儲存陣列」，來提供儲存服務，而HA的功能需額外選購。

● 系統部署：CVS底層的實體AFF儲存陣列，由NetApp負責部署，無需用戶介入：CVO則需由用戶自行下載映像檔，並部署到公有雲的虛擬機器上。

● 系統管理：CVS底層的實體AFF儲存陣列，由NetApp負責設定與管理，用戶只能設定需要的Volume磁碟區大小，以及快照排程；CVO底層的虛擬控制器及磁碟區，都由用戶自行管理，用戶擁有完整的控制權。

● 維運模式：CVS向用戶提供的是儲存空間使用權，用戶可隨用隨付或定期定購；CVO提供的是一整臺虛擬儲存設備與其儲存空間的授權，用戶可隨用隨付或定期定購。

● 儲存應用範圍：CVS只支援NAS檔案共享存取應用，只支援NFS與SMB協定，資料服務功能較少，但憑藉底層實體AFF儲存陣列，可適用從小型到超大型工作負載；CVO支援SAN與NAS應用，能支援基於NFS與SMB協定的檔案存取，也支援基於iSCSI的資料存取，但由於底層是虛擬儲存裝置，只支援小型與中型工作負載。

● 適用公有雲平臺：CVS目前可支援AWS、Azure與GCP等3個公有雲平臺；CVO目前只支援AWS與Azure，GCP版本仍在測試中。

● 服務區域涵蓋：CVS由於須將實體設備部署進公有雲資料中心，所以，在公有雲服務區域的部署速度，比起軟體定義部署的CVO慢了許多。以AWS來說，目前已有20個服務區域可提供CVO，但其中只有8個服務區域有CVS；類似的，目前已有33個Azure服務區域提供CVO服務，其中，只有8個區域，提供Azure NetApp Files服務（CVS在Azure上的名稱）。