活用儲存虛擬化：以少量的實體空間，因應龐大的資料存取需求

儲存空間的配置一直是許多資訊教育單位的頭痛問題，由於上機實習的需要，導致教育單位必須為每位學員準備實作環境，由此也產生了沉重的硬體設備建置負擔。例如，必須為每位學員都準備一套電腦，同時還得為每臺電腦配置儲存空間，存放上機實習所必須的作業系統、應用程式，以及學員實習所產生的檔案。

伺服器虛擬化技術的成熟，可讓這類環境免除建置多臺電腦的需要，只要一臺執行虛擬化平臺的高效能伺服器，就能模擬出多臺供學員使用的虛擬主機。但主機的問題解決了，儲存空間的問題還是沒有解決，管理者還是得配置大量的儲存空間。而這樣的問題，正是微軟在建置今年TechEd 2008的實機操作教室（Hands-on Labs，HOL）所遇上的困難，由於課程類型繁多，加上報名參與的學員人數又接近3000人，以致帶來極為龐大的儲存空間需求。

但只要能靈活的運用儲存虛擬化技術，便能有效解決這類環境所遭遇的儲存空間問題，今年9月微軟TechEd 2008大會的實機操作教室就利用了這樣的儲存架構，主辦單位與NetApp合作，以NetApp既有的重複資料刪除、磁碟區複製等技術為基礎，成功以不到1TB的實體容量消耗，建置出相當於9,000TB邏輯容量需求的環境。

SAN架構不敷TechEd 2008 HOL教室的使用需求
TechEd 2008實機操作教室（HOL）所需要的9,000TB容量，肇因於日漸膨脹的課程資料量與眾多的參與人數。今年臺灣微軟從美國TechEd的線上課程中挑選了300多堂，提供給參與臺灣區TechEd的2608位學員學習與實作，而這300多堂課程檔案的資料量高達2.2TB。

HOL教室要求，當每位學員在教室中的電腦登入自己的帳號後，就能存取並執行這300多堂線上課程的資料，同時還要能儲存學員自己的實作結果。

這次微軟在會場提供了80臺伺服器供學員輪流使用，但考慮到每位學員關注的課程類型與學習進度都不同，而且還會隨著實作而產生新的檔案，因此教學用的課程檔案不能輪流共用，必須將課程檔案複製2000多份，以讓每位學員獨立去操作與存取，並能保留自己的設定與實作成果。

若依照傳統的電腦教室作法，此時將需要替每位學員都準備1臺存放有教學資料的抽取式硬碟，學員上線前先領取屬於自己的硬碟，然後安裝到教室中任一臺電腦上，再開機執行與存取其中的課程檔案。

但問題是每份教學檔案大小高達2.2TB，目前市售硬碟的單臺容量最大只到1TB，因此除非是為每位學員準備3臺硬碟，否則這種作法行不通。但由於報名的學員高達2608位，這樣一來需要的抽取式硬碟總數也接近8000臺。如果真的採取這種作法，對一場只是3天的研討活動來說，將是管理上的一大災難。

較可行的作法是採取SAN中央儲存架構，把2000多位學員需要的線上教學資料都統一存放在SAN儲存系統中，分為一個個獨立的磁碟區，待學員登入教室中某一臺伺服器時，再從後端儲存設備上把對應的磁碟區利用SAN掛載給那臺伺服器，如此每位學員便能執行與存取自己的線上課程，而不會彼此干擾。

但這種架構還是會碰到2個問題：

儲存空間消耗過大、建置時間過長
2608位學員需要的總儲存空間接近9,000TB，換算起來必需要有相當於230個機櫃的儲存設備，才能提供這樣大的儲存空間。但作為TechEd 2008會場的臺北國際會議中心，根本不可能為了HOL教室而容納230個機櫃，而且要建置與管理這些機櫃需要非常多的金錢與人力，運轉時耗用的電力也相當龐大，直接安裝230個機櫃是行不通的，勢必得利用儲存技術，設法降低儲存空間的消耗。

隨著龐大儲存量而來的，還有建置時間的問題，光是要將3TB的資料複製近3000份，就得花費大量時間，再加上數百個機櫃的搬運與安裝設定作業，顯然都不是TechEd 2008這類短期活動所能承擔。

「登入—掛載對應磁碟區」作業問題
一般的SAN儲存設備雖然容許將自身的多個LUN，依需要掛載給前端不同伺服器使用，但必須由管理者登入控制臺，才能設定這種將某個LUN掛載給前端某臺伺服器的映射作業。

然而TechEd的學員高達2608名，在儲存設備上也對應著2608個不同的LUN，每名學員都有可能在任何時間、從80臺伺服器中的任一臺登入存取課程檔案。每當學員登入時，管理者就必須把儲存設備上對應的LUN掛載到學員正在操作的那臺伺服器上；當學員退出登錄時，又須把對應的磁碟機解除掛載。由此將會產生極大量的磁碟機掛載與解除掛載作業，管理人員必須尋求一種自動化的「登入—掛載對應磁碟區」機制來輔助。


NetApp的解決方式：儲存虛擬化+重複資料刪除
針對微軟的需求，傳統資訊教育單位的作法已行不通，因此NetApp以儲存虛擬化技術為基礎，提出一套耗費資源少、需要建置時間也短的解決方案。

要減少儲存空間消耗並加速建置時間，NetApp使用了2項自身產品的儲存虛擬化技術—提供重複資料刪除功能（De-Dupe）的先進單實例儲存（Advanced Single-Instance Storage，A-SIS），以及提供快速複製磁碟機的LUN Clone。

儲存虛擬化的要訣在於「以假作真」，A-SIS的De-Dupe可利用特殊演算法刪除資料中的冗餘，從而降低磁碟空間消耗，但資料本體在邏輯上仍與原始狀態相同，因此前端的主機與應用程式並不會感知到De-Dupe的動作，仍能正常存取資料。而虛擬化的磁碟LUN Clone作業則能產生大量邏輯上存在，且與原始磁碟一模一樣的新磁碟，卻不耗用實體空間。

至於如何讓多個學員在上線操作時自動抓取屬於自己的磁碟，則是透過SnapDrive工具軟體來達成。

A-SIS
A-SIS可在任何執行Data ONTAP 7.2.2版以後的NetApp FAS系列，或NearStore系列儲存設備上運作，功能本身為免費提供，用戶只要有nearstore_option授權，即可開啟A-SIS的授權，如果是Nearstore R200，由於本身就有nearstore_option，能直接啟動A-SIS。

A-SIS屬於一種寫入後再處理的De-Dupe技術，使用者可隨時以sis start 指令為指定的Volume，啟動重複資料刪除作業；亦能透過sis config [-s sched]\ 指令，為特定Volume建立啟動A-SIS作業的排程。執行A-SIS後，再利用df –s ，即可監看空間節省情形。不想使用A-SIS時，亦能使用sis undo ，將指定Volume的A-SIS服務停止，同時把整個Volume還原回原始狀態。

A-SIS的特點是可允許即時讀寫資料，因此可應用在即時存取的線上儲存設備上，而其他所有De-Dupe產品所處理過的資料，都必須先執行還原動作後，才能進行存取，因此僅能局限在備份等近線儲存應用。

顯然的，由於TechEd 2008的線上教材對所有學員都相同的，只是重複2000多份而已，會有不同的只是學員實作時所產生的新資料，因此A-SIS在此將能發揮極大的功效。

LUN Clone
LUN Clone是一種以Snapshot為基礎的磁碟機複製功能，特色是只需幾秒鐘就能複製1個指定磁碟區，而且像Snapshot一樣只會儲存異動的資料，因此在為同個磁碟區複製許多份時，並不會占據額外的空間。而這個功能是NetApp Data ONTAP作業系統的LUN指令的一環，無須額外購買。

由於LUN Clone可在幾秒內產生1個一模一樣的LUN，利用這個功能，就可以在短時間內，替內含TechEd 2008線上教材的磁碟機，「製造」出數千個一模一樣的「分身」出來，而且還不會占用空間。

SnapDrive
一般磁碟陣列的磁碟機（Volumn或LUN）的建立、設定與掛載到前端伺服器的作業，都必須登入磁碟陣列的控制臺才能執行。由於更動磁碟機設定的影響很大，一般企業或單位只會允許少數管理者執行這類設定，一旦遇到前端有大量的重新設定，或改變掛載配置的情況，就會給管理人員造成很大的負擔。

而NetApp則能透過與Windows的Volume整合的SnapDrive軟體，讓個別使用者從前端來設定自身需要的磁碟組態，也就是說，SnapDrive軟體可在設定的許可範圍內，管理自身連接的後端磁碟設備設定。

對TechEd 2008的環境來說，只要將SnapDrive軟體安裝到前端的伺服器上，然後再把SnapDrive提供的sdlci指令，放進伺服器所在網域AD的Logon script與Logoff Script中，就能讓學員登入任一臺伺服器時，依學員編號從2000多個LUN中找出對應的LUN，並掛載到學員正在操作的伺服器上。而在學員退出登錄後，又能自動將該學員的磁碟機解除掛載。NetApp的建置設定步驟
NetApp為TechEd 2008準備的儲存設備，是1套含有3組Disk shelves磁碟櫃的FAS3040儲存系統，可用容量約8TB，分別透過FC與iSCSI連接HOL教室的80臺伺服器，其中60臺是以iSCSI連接，20臺則採FC通道連接FAS3040。

整體建置程序可分為2大部分，第一部分是FAS3040本身的設定，第2部份是針對FAS3040與前端伺服器間的對應關係設定。

第1部分可分3階段：

（1）預備階段（相當於步驟圖解中的步驟1～4﹞
首先，NetApp在FAS3040上建立1個3TB的Volume，然後在這個Volume中建立1個3TB的LUN，把這個LUN掛載到前端的Windows Server 2008伺服器上。然後將2.2TB的課程資料複製到這個LUN中。

（2）縮減資料量（相當於步驟圖解中的步驟6）
在FAS3040上對該Volume執行A-SIS指令，成功將2.2TB的原始課程資料，縮減為只占用0.65TB容量。

（3）複製3000份（相當於步驟圖解中的步驟7～8）
先對LUN執行一次Snapshot，取得1個備份複本以備不時之需，由於原始資料並未有任何更動，因此這個Snapshot複本並不占用空間。

接下來再利用LUN Clone指令，將原來的LUN複製出3000個新的LUN，每個LUN的命名都對應TechEd學員的學號。由於原始LUN的內容並未有任何更動，因此由LUN Clone產生的3000個新的LUN，也不會占用實際的磁碟空間，此時消耗的實體磁碟空間仍為0.65TB。

第2部份：設定登錄與磁碟機掛載對應關係
由於前端的伺服器有80臺，因此先在FAS3040上建立80個igroups分別對應。然後在AD的Logon script中放入SnapDrive的sdcli指令，利用sdcli設定前端Windows伺服器名稱與FAS3040上預先建立好的igroup名稱，以及使用者登入名稱與該名稱在FAS3040上對應的LUN編號。

透過上述指令，就能在學員登入HOL教室的伺服器時，自動從FAS3040上將對應學員編號的LUN掛載到學員操作的伺服器上。

而AD的Logoff Script中，則需放入sdcli指令的disconnect參數，目的是在學員登出時，將掛載到前端伺服器上的磁碟機解除掛載。

成效：消耗實體容量不到1TB
藉由A-SIS與LUN Clone功能，原來HOL教室預估的9000TB需求量被縮小到0.65TB，節省的比例達到99.99%以上，因此TechEd 2008主辦單位就毋需為了龐大的儲存空間而傷腦筋。事實上，9000TB儲存設備的建置成本是難以想像的，但如果是0.65TB容量的儲存設備，就能為大多數環境所接受。

而在容量節省後，隨之還帶來了空間節省、消耗功率節省與管理簡化等3項效益：

（1）設備空間節省
前述程序除能節省99.99%以上的容量外，還帶來了99.85%的空間節省效果，NetApp臺灣區技術總監姜群試算，若以8臺硬碟加1臺Spare硬碟組成的RAID 5磁碟陣列為基準，則9000TB的可用空間將一共需要41,413臺300GB的FC硬碟（含資料硬碟、Parity硬碟與Spare硬碟）。假設儲存設備的1組3U硬碟櫃可容納15臺硬碟，則41,413臺硬碟就需要2,761組硬碟櫃，占據8,283U的機架空間，以每組機櫃42U計算，則這些硬碟櫃將需要198組機櫃來容納。再假設每6組機櫃都需要連接1套控制器機櫃，總共需要33組控制器機櫃，所以9000TB可用容量的磁碟儲存系統，總共需要231個機櫃的空間。

姜群指出，由於有A-SIS與LUN Clone功能，這次NetApp只需提供1套FAS3040與4組磁碟櫃，就能滿足TechEd 2008 HOL教室需求，一共只占用15U機架空間，因此空間的節省率達到99.85%。

（2）電力節省
越大量的硬碟，自然需要消耗更多的功率。假設每組硬碟櫃消耗450瓦電力，而每組控制器以消耗2,000瓦功率計算，則前述9000TB可用容量的磁碟陣列一共需要1309kW功率。相對的，NetApp提供的15U儲存設備則只需要2.16kW（4組硬碟櫃各450W， FAS3040控制器為360W），所以電力節省率達到99.83%。

（3）管理簡化
如果沒有A-SIS、LUN Clone與SnapDrive等技術，則使用者就得準備9000TB等級的儲存設備，而占用230個機櫃的9000TB等級儲存設備，將須要配製多名全職管理人員，才能有效管理。反觀在NetApp的規劃下，1套15U大小的設備，則只需要1名管理人員，就能充分應付了。整理⊙張明德