儲存月報第3期：儲存服務品質管理（QoS）的進化

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近3、4年來，企業級儲存設備的服務品質管理（Quality of Service，QoS）功能有了全面的進化，不僅可提供更精細的效能管理機制，還可搭配虛擬化環境，支援VM等級的效能調節功能。

過去十多年來，企業儲存完成了從孤立的直連儲存（DAS），走向集中式網路儲存架構的轉型，SAN與NAS取代了伺服器個別連接的磁碟陣列，成為儲存架構的主流。
但是將儲存負載集中到單一的SAN或NAS設備以後，也帶來了如何在眾多前端應用之間分配硬體資源的問題。
在SAN與NAS架構下，儲存設備同一時間內會收到來自數個以至數百個不同用戶、不同應用程式的存取要求，如果沒有妥善的資源分配機制，那麼儲存設備就會依照先進、先處理（first-come, first-serve）的方式來回應前端的存取要求，這種方式表面上看起來公平，實際卻會造成真正需要效能的前端應用程式，無法獲得足夠的資源。
早期的儲存QoS管理功能
對於混雜了多重負載的儲存環境來說，服務品質管理（QoS）是不可或缺的功能，可以依照不同應用的重要性，設定使用儲存資源的優先順序。
不過在5、6年以前，QoS是只有高階儲存設備才提供的進階功能，而且多半是採用設定使用資源的優先順序，搭配分派快取記憶體的方式，提供粗略的QoS管理機制。
例如EMC的儲存旗艦產品Symmetrix，便提供了Symmetrix Priority Control（SPC）、Least Recently Used（LRU）與Dynamic Cache Partitioning（DCP）等幾種QoS功能。其中SPC可設定3種優先等級，藉以調整個別Device群組的存取優先順序；LRU與DCP都是關於Cache記憶體的使用權限設定，LRU可讓特定Device群組優先更新Cache，DPC則可藉由畫分Cache分割區，確保特定Device群組可得到足夠的Cache記憶體配置量。
其他廠商也有類似的QoS功能。例如，HDS的VSP也提供了Server Priority Manager與Cache Logical Partition功能，可為個別前端主機埠設定IOPS與傳輸率上限，以及固定使用的Cache記憶體容量。另外，NetApp也為FAS系列的Data ONTAP 7作業系統中，提供了Flexshare功能，可以個別Volume為單位設定5種I/O優先等級。
新一代的儲存QoS管理機制
雖然部分高階儲存產品幾年前就能提供QoS功能，但這些早期的QoS機制仍相當粗略，用戶需要的是可預測與可保證的效能輸出，而不僅僅是含糊的I/O優先等級設定。針對這樣的需求，近3、4年出現了新一代的QoS管理機制，便提供更精細、彈性的效能調節功能。
這些QoS管理機制有幾個共同特色，首先，管理目標可精細到以個別LUN或Volume為單位；其次，在效能設定方面，允許設定具體的IOPS或傳輸速率目標數值，而不僅只於籠統的「優先等級」；更進一步，有些QoS還允許同時設定多重效能管理政策，可為一個LUN設定多種分別適用不同情境的QoS政策。
例如EMC為VNX2提供的QoS Manager工具軟體，便允許用戶以個別LUN為單位套用QoS政策，並以3種方法來設定I/O效能指標—設定IOPS、傳輸率與回應時間目標值的Cruise Control模式與Limit模式（前者是一個允許一定百分比上下浮動的數值，後者則為固定值），與Fixed Queue Depth模式設定固定的I/O等級，而且還可區分讀取或寫入I/O。
NetApp也在ONTAP 8.2版作業系統中，提供了新的Storage QoS管理軟體，可為個別Vserver、Volume與LUN，設定IOPS與傳輸速率的目標值。
更具代表性的新世代QoS管理功能，是HPE在3PAR OS 3.1.3版作業系統軟體中提供的Priority Optimization功能，可為精細到個別Virtual Volume的儲存區，設定優先等級，以及IOPS、傳輸頻寬與回應時間的最大上限與最小目標值。
不過我們見過最精細的QoS管理功能，應該是剛為NetApp收購的SolidFire，為其SF系列全快閃儲存陣列提供的QoS功能，不僅可以個別Volume為單位設定IOPS與傳輸率效能，還細分為最小、最大與爆發（burst）等3種效能設定，可適用於更多樣化的情境。


藉由VMware的VVols架構，可實現從VM端直通儲存設備端、以個別VM儲存區為粒度的QoS管理功能。

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