解析磁碟陣列的雙控制器負載平衡

為求改善系統可靠性，雙控制器冗餘配置是企業級儲存設備常用的手段，這除了可以構成互為備援的多路徑高可用性架構、避免形成單點故障，讓系統在某一元件失效時仍可繼續維持存取外，還可進一步提供負載平衡服務，從而改善系統效能。

一般雙控制器磁碟陣列大都採用Active-Standby，或是非對稱式（Asymmetric）的Active-Active模式運作，缺乏在兩組控制器間動態調節效能負載的能力，而需依靠上層多路徑管理軟體的介入。

以往只有高階的企業級磁碟陣列，才支援對稱式（Symmetric）的Active-Active模式。不過近來一些中階磁碟陣列也開始引進對稱式Active-Active模式，可在雙控制器之間執行動態的負載均衡，從而有效提高了效能。

主機端 vs. 控制器端的負載平衡

磁碟陣列的雙控制器配置，是建立高可用性儲存環境的基礎。不過對於許多用戶來說，傳統的Active-Standby模式只會有一組控制器執行作業，另一組控制器的效能則被浪費了，因此產生了透過Active-Active模式，以同時運用兩組控制器效能的需求。

但一般中低階磁碟陣列的Active-Active模式，大都屬於必須搭配多路徑I/O（Multi-Path I/O）管理軟體作業的非對稱式架構。前端主機透過2條通道分別連接磁碟陣列的兩組控制器，透過安裝在前端主機上的多路徑管理軟體，將磁碟陣列兩組控制器所屬的LUN，各自透過2條通道映射給前端主機。

多數企業級磁碟儲存系統廠商，也都會提供搭配自身磁碟陣列產品的多路徑I/O管理軟體，較著名的如EMC的Powerpath，HP的SecurePath，IBM的SDD、HDS的HDLM等，國內儲存廠商也有普安的EonPath與喬鼎的PerfecPath等。某些第三方廠商提供的多路徑I/O管理軟體還能管理多種不同廠牌、型號的磁碟設備，如Symantec旗下著名的Veritas DMP。

這些多路徑I/O軟體，通常都能提供包括FailOver、Round Robin、Least Queue Depth等幾種常見的負載平衡政策設定。

這種方式，確實能讓兩組控制器構成Active-Active組態，並在多路徑管理軟體的控制下，於兩條通道/兩組控制器之間實現故障切換與負載平衡，並且更充分的運用兩組控制器的效能。

不過限制在於，磁碟陣列的LUN雖然透過2組控制器的2條通道連接前端主機，但必須指定其中一組控制器為owner，而且無法在控制器這一層級，線上即時切換每個LUN的owner控制器，必須透過主機上的多路徑軟體來執行切換LUN映射路徑的動作，切換作業相對更為消耗資源與時間。

而且當用戶的儲存網路環境規模較大、前端主機數量較多時，這種方式需要的事先規劃工作與設定程序將會相當麻煩，多路徑I/O軟體的授權費用亦會隨之增加。另外還要考慮到多路徑I/O軟體支援作業系統類型的問題，不是每種作業環境都能找到合適的多路徑軟體。

而支援對稱式Active-Active模式的控制器，由於內部架構區隔了前端（主機埠）、後端（磁碟介面），並且讓兩組控制器的前後端以交錯方式構成連接，因而可允許兩組控制器的前後端之間，構成任意的連接組合，再搭配系統韌體中的負載平衡功能，就能藉由調整底層每個LUN的owner控制器方式，達成動態調節負載平衡的效果。

對於對稱式Active-Active模式的磁碟陣列，管理者無需預先指定底層每個LUN的owner控制器，而可交由系統自行依情況指派。

接下來在實際運行中，磁碟陣列會依據每個控制器的負載狀況，調整底層每個LUN的owner控制器，藉以達成負載平衡。

換言之，而且這種負載平衡切換機制，在控制器這一層即可完成，遠比透過主機層多路徑管理軟體切換的方式，更加方便靈活，不僅設定管理更便利，切換時間也可從原先的數十秒到數分鐘，減少為數秒以內甚至更低。

支援對稱式Active-Active模式的磁碟陣列產品

幾年以前，只有較高階的磁碟陣列產品才支援對稱式Active-Active模式，一些產品如剛被HP併購的3PAR公司的Titan系列，甚至還可跨出兩組控制器負載平衡的範圍，擴展到8組控制器之間的自動負載平衡。

不過近年來，能支援這種架構的中階磁碟陣列產品亦逐漸增加，包括HDS的AMS 2000系列、Pillar的Axiom系列等，都提供了這種功能。另外一些針對中小企業的產品，如IBM DS3500與Dell MD3200系列等，據說也都能支援Active-Active雙控制器負載平衡功能，從而得到更高的效能。

雙控制器磁碟陣列的三種模式

Active-Standby模式
平時只有一組控制器執行作業，失效時再由另一組控制器接手作業，通常需搭配安裝在前端主機上的多路徑管理軟體，來為主機端的存取路徑進行故障切換動作。整組系統只運用了一半效能，總是有1組控制器處於閒置或失效狀態。

非對稱式Active-Active模式
兩組控制器同時都處於作業狀態，但兩組控制器彼此各自獨立運作，在控制器這一層級上無法動態調節負載，必須依靠安裝在前端主機上的多路徑管理軟體，才能執行負載均衡切換作業。

對稱式Active-Active模式
與非對稱式相比，對稱式Active-Active模式最大特色是在控制器這個層級即可完成負載均衡，無需主機端多路徑管理軟體的介入。

在硬體架構上，對稱式Active-Active模式的兩組控制器之間，透過高速匯流排在I/O處理器與後端磁碟控制晶片/介面之間構成交錯式連接，換言之，A控制器的I/O處理器不僅連接了本身的磁碟控制晶片，也連接了B控制器的後端磁碟控制介面，反之亦然。

所以從A控制器前端主機埠流入的I/O，不僅可透過A控制器的後端磁碟介面存取後端磁碟，也可跨到B控制器，利用B控制器的後端磁碟介面存取後端磁碟。再配合控制器系統韌體的負載均衡管理功能，即可動態調節兩組控制器的負載。

當前端主機以2條傳輸通道連接磁碟陣列的兩組控制器、存取後端磁碟上的某個LUN時，系統會依據兩組控制器的工作負載情況，在線上自動調整負責控制該LUN所屬的控制器。而且調整過程並不牽涉到前端主機，在控制器這一層級即可完成，無需在主機端安裝任何多路徑I/O軟體，設定建置相對簡單許多。

非對稱式與對稱式Active-Active模式

看大圖