從儲存下手，打通虛擬化應用瓶頸

姜群 臺灣NetApp技術總監，曾參與多個企業儲存系統建置案的諮詢與規畫工作。

以VMWare為代表的伺服器虛擬化產品，是目前最炙手可熱的IT應用之一，藉由運算資源的切割與共享，即可透過少量高效能伺服器，替代大量舊伺服器，從而有效降低硬體建置與維運成本，同時由於需要的實體伺服器數量降低了，帶來的能源消耗也隨之減少，還有助於環保。

然而在實務上，隨著運算資源的集中，部署虛擬化系統後也帶來了故障風險增加、I/O存取瓶頸、資料備份時間拉長等負面問題，臺灣NetApp技術總監姜群認為，若無法妥善處理這些問題，則導入虛擬化軟體不但無法降低成本，反而還要先花費一大筆無法立即看到效益的開銷。

問：以能大幅節省成本為號召的伺服器虛擬化，是當前最熱門的IT話題，但臺灣企業對此似乎仍有許多疑慮，他們主要問題有哪些？
答：伺服器虛擬化的最大訴求在於替企業省錢，它確實能替企業節省花在伺服器上的建置與操作成本，但伺服器只占整體IT開銷中的一部分，其他費用像儲存容量的需求還是不變的，資料量不會因為導入虛擬化而降低，只是從原來分散在多臺伺服器，改為集中到少數伺服器而已。加上虛擬化也帶來新問題，必須搭配相應的解決方案，因此還沒享受到虛擬化的節省成本好處前，就得先花一大筆開銷，造成用戶裹足不前。

問：導入伺服器虛擬化後，可將一臺實體伺服器當成多臺邏輯上的伺服器使用，除了廣被宣傳的種種表面上的效益外，需注意會連帶造成哪些負面作用？
答：資源集中、風險也集中。未導入虛擬化之前，任一伺服器故障只會影響到伺服器負責的工作；導入虛擬化以後，由於單一實體伺服器就承擔了過去多臺伺服器的工作，一旦故障，連帶也影響到多個工作的執行，風險比以前高出許多。因此對企業用戶來說，除非只打算在虛擬化軟體上執行即使運作中斷也沒關係的不重要應用程式，否則建立高可用性或異地備援機制是不可或缺的。

問：除了失效風險增加，伺服器虛擬化是不是還有I/O瓶頸的問題？
答：對！虛擬化軟體把多臺伺服器的工作集中到單臺伺服器後，對這臺實體伺服器的運算與I/O存取能力的需求，也跟著加倍。運算能力不夠的話，可以多加裝幾顆處理器；記憶體不夠也可以多插幾條記憶體。但I/O存取能力就沒有辦法這麼容易的擴充。受到主機板匯流排頻寬與伺服器磁碟效能的限制，I/O不可能像處理器或記憶體一樣的任意增加，以致成為性能上的瓶頸。所以對專業的伺服器虛擬化應用來說，在底層都必須有儲存區域網路（SAN）的支持才足以負荷。

問：導入虛擬化軟體後，一臺伺服器可以替代多臺舊伺服器，但這樣一來，這臺實體伺服器上儲存的資料量也就等同於多臺舊伺服器的資料量，這對備份來說會不會有問題？
答：這也是導入虛擬化的副作用之一。未虛擬化前，伺服器資料的備份是各自分別進行，但導入虛擬化後，既然資料都集中到執行虛擬化軟體的伺服器上，備份工作也就跟著集中到那臺伺服器上，這帶來3個問題：
第一：需要的備份時間將大幅增加。
第二：備份工作對伺服器造成的負荷提高。
第三：備份軟體代理程式所需授權費用無法節省，必須為每一虛擬機器購置代理程式授權。

問：在這樣的環境下，要怎麼解決備份帶來的問題？答：可以將備份模式從主機端（Host based）改成儲存端（Storage based），並改用以快照（snapshot）技術為基礎的備份機制。

傳統備份的作法，都是由備份伺服器透過安裝在應用伺服器上的代理程式來驅動，因此會占用伺服器資源，而這對執行虛擬化軟體、扮演多臺伺服器角色的實體伺服器來說，造成的負載集中特別嚴重，如果企業本身有SAN架構，而且儲存裝置也支援快照的話，就能改由儲存裝置本身自行透過快照執行備份。

這種由儲存裝置執行的備份無須占用前端伺服器的資源，而快照又能在短時間內製作出一個時間點的複本，也解決了備份時間過長的問題。額外的好處是，也可省下購買備份軟體授權的費用，越來越多儲存裝置都內建快照功能，無須花錢購買。而且快照是在儲存底層為放在同一Volume中的所有虛擬機器一次集中完成備份，也省下逐一為個別虛擬機器執行備份的麻煩。

問：讓儲存裝置執行快照動作的話，那在執行快照時的存取能力也會下降，這不會對前端伺服器的執行造成影響？答：快照對效能的影響要看技術類型而定，不同技術間的差距非常大。舉例來說，一些快照技術採用複寫原來區塊的方式，當執行快照時，須先讀出特定區塊資料，寫入另一位置，然後再將新資料寫入該區塊，再搭配索引，構成新、舊兩個不同版本的副本，總共要3次讀寫動作，對效能的影響也較大。

另一類快照則採用不複寫的方式，執行快照時是直接將新資料寫到新區塊上，原資料不做更動，同樣是索引構成新、舊兩個不同版本的副本。由於只需要一次動作，對存取效能造成的影響也較小。

問：除了可以藉由儲存端備份來降低前端伺服器負荷外，儲存端還有哪些功能可以幫助虛擬環境的應用？
答：譬如可以透過儲存設備內建的LUN Clone功能，協助建置高可用性的虛擬環境。透過Clone功能，可以很快為掛載於原來伺服器上不同虛擬機器的LUN建立副本，然後掛載到另一臺實體伺服器上，就完成了一套備援系統建置。

如果儲存設備支援針對線上磁碟的重複資料刪除（Data de-duplication）技術，還能大幅降低虛擬機器占用的磁碟空間。

問：重複資料刪除技術一般不是用在VTL這類近線（near-line）儲存裝置嗎？又是如何幫助節省虛擬機器占用空間？
答：有少數廠商的重複資料刪除技術，已經可以用在線上儲存設備。

對執行虛擬化軟體的伺服器來說，在虛擬化軟體中執行的虛擬機器如果都是同一作業平臺，則不同虛擬機器間的底層作業系統部分資料是重複的，差異只在裡面執行的應用程式不同而已。因此儲存裝置若能支援重複資料刪除技術，就能大幅縮減不同虛擬機器間彼此相同的冗餘資料。

問：所以單單只是節省前端伺服器數量這點，還不足以促使用戶投入虛擬化？
答：前面講過，虛擬化的目的是省錢，但導入伺服器虛擬化必須考慮到在可用性、I/O性能與備份等方面帶來的新問題，如果沒有妥善的解決方式，那光是要解決這些問題，用戶享受到減少伺服器帶來的好處時，同時也還要付出其他代價。所以對伺服器虛擬化，一定要連同可用性與儲存方面的問題一併考量。整理⊙張明德