云緩存技術(shù)的工作原理

企業(yè)越來(lái)越多地將IT基礎(chǔ)架構(gòu)從本地系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到云服務(wù)。在這個(gè)過(guò)程中，他們面臨著分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員熟悉的問(wèn)題：最大限度地減少性能降級(jí)–當(dāng)應(yīng)用程序和用戶(hù)與其數(shù)據(jù)分離時(shí)會(huì)出現(xiàn)性能下降。即使企業(yè)全面使用云基礎(chǔ)架構(gòu)，并將應(yīng)用程序和存儲(chǔ)放在同一云區(qū)域中，也無(wú)法避免這種降低性能帶來(lái)的云延遲，因?yàn)閱T工仍必須通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)文件共享和數(shù)據(jù)庫(kù)。

無(wú)論是在處理器芯片上還是在企業(yè)IT環(huán)境中，數(shù)據(jù)延遲的典型解決方案都是緩存和同步。通過(guò)這些技術(shù)，企業(yè)可以將經(jīng)常訪(fǎng)問(wèn)的信息復(fù)制到本地存儲(chǔ)庫(kù)，并將本地更改自動(dòng)復(fù)制到中央存儲(chǔ)位置。

存儲(chǔ)緩存在云端有多種形式。一種流行的方法是云緩存設(shè)備（類(lèi)似于小型NAS陣列）定期與一個(gè)或多個(gè)云存儲(chǔ)服務(wù)（作為權(quán)威數(shù)據(jù)源）同步。

云緩存技術(shù)的工作原理

目前有多種可用的云存儲(chǔ)緩存設(shè)備。最流行的部署是采用本地硬件或虛擬設(shè)備，它們連接到至少一個(gè)云駐留虛擬網(wǎng)關(guān)，并提供管道至一個(gè)或多個(gè)云對(duì)象、文件或塊存儲(chǔ)服務(wù)。這些設(shè)備可以在單個(gè)群集內(nèi)和多個(gè)遠(yuǎn)程位置并行使用。它們創(chuàng)建了一個(gè)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中包含多個(gè)企業(yè)數(shù)據(jù)中心、邊緣位置和托管存儲(chǔ)服務(wù)的IaaS區(qū)域。

云緩存系統(tǒng)有時(shí)也稱(chēng)為混合存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，以強(qiáng)調(diào)其作為本地和云基礎(chǔ)架構(gòu)之間橋梁的作用。正如該Gartner定義所指出，與其他嵌入式緩存一樣，這些設(shè)備基于設(shè)備和應(yīng)用程序攔截文件、塊或?qū)ο蟠鎯?chǔ)I / O。它們使用緩存管理算法（通常是最近最少使用或自適應(yīng)替換緩存算法）來(lái)最大化緩存命中率并最小化外部數(shù)據(jù)流量。當(dāng)從云端檢索緩存失?。〝?shù)據(jù)不在緩存中）時(shí)，該設(shè)備還使用數(shù)據(jù)壓縮算法（例如壓縮和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除）以及WAN優(yōu)化軟件來(lái)提高性能并最大程度地減少延遲。

云存儲(chǔ)緩存替代方案

云緩存技術(shù)有兩種替代方案，它們并不是作為純本地緩存：

云存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)就像沒(méi)有本地存儲(chǔ)的緩存設(shè)備。它通常部署作為虛擬設(shè)備，可作為VM運(yùn)行，并向本地用戶(hù)公開(kāi)NFS和SMB NAS文件協(xié)議或塊接口（例如iSCSI），并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入云對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)?；赩M服務(wù)器上本地存儲(chǔ)的低成本以及本地緩存的顯著優(yōu)勢(shì)，并沒(méi)有其他產(chǎn)品可以充當(dāng)純網(wǎng)關(guān)。

分布式文件系統(tǒng)為企業(yè)提供類(lèi)云對(duì)象存儲(chǔ)的企業(yè)部署，可跨多個(gè)群集和多個(gè)位置。有些產(chǎn)品也可以部署在AWS等云基礎(chǔ)架構(gòu)上，從而使文件系統(tǒng)能夠跨越私有和公共資源，并能夠在需要時(shí)擴(kuò)展云的額外容量。分布式文件系統(tǒng)提供幾乎無(wú)限的可擴(kuò)展性、無(wú)中斷的容量擴(kuò)展、靜態(tài)和傳輸中數(shù)據(jù)加密、具有地理分布式復(fù)制的高可用性以及針對(duì)文件和對(duì)象存儲(chǔ)的單個(gè)全局命名空間。有些產(chǎn)品還包括備份和存檔模塊，用于定期將數(shù)據(jù)復(fù)制到云存儲(chǔ)庫(kù)，并將未使用的數(shù)據(jù)或冷數(shù)據(jù)遷移到低成本的云存儲(chǔ)服務(wù)，例如Amazon Glacier。

云緩存設(shè)備市場(chǎng)和產(chǎn)品

企業(yè)正在越來(lái)越廣泛地部署云服務(wù)，這也推動(dòng)著云存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)和緩存設(shè)備市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)。Zion Research公司估計(jì)該市場(chǎng)的銷(xiāo)售總額約為30億美元，并且，正以每年30%的速度增長(zhǎng)，到2023年預(yù)計(jì)將達(dá)到近72億美元。這個(gè)市場(chǎng)包括主要云服務(wù)提供商；大型企業(yè)IT供應(yīng)商；以及專(zhuān)門(mén)從事混合云存儲(chǔ)軟件的小型公司，例如Ctera Networks和Panzura。

下面列表并不是詳盡的產(chǎn)品指南。但是，其中包括流行的云網(wǎng)關(guān)緩存產(chǎn)品。

AWS Storage Gateway可以用作虛擬設(shè)備或硬件設(shè)備，連接本地系統(tǒng)與AWS存儲(chǔ)資源。它支持對(duì)S3資源的文件（SMB或NFS）、卷（iSCSI）和磁帶（虛擬磁帶庫(kù)）訪(fǎng)問(wèn)。該軟件設(shè)備需要具有四個(gè)vCPU，16 GB RAM和80 GB磁盤(pán)空間的VM，用于圖像和系統(tǒng)數(shù)據(jù)。該硬件設(shè)備是雙處理器Dell EMC PowerEdge R640服務(wù)器，具有128 GB RAM和四個(gè)用于緩存的2 TB SSD。

除了AWS Gateway，Dell EMC提供多種混合云存儲(chǔ)產(chǎn)品，這包括：

PowerScale OneFS OS CloudPools功能，該功能可將數(shù)據(jù)分層策略擴(kuò)展到云服務(wù)，以便將不經(jīng)常訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)從本地存儲(chǔ)遷移。CloudPools支持阿里云、AWS、谷歌云平臺(tái)（GCP）、Microsoft Azure和Virtustream。

Unity XT All-Flash Unified Storage中端存儲(chǔ)陣列具有Unity Cloud Edition虛擬設(shè)備，可以在AWS上運(yùn)行，以將塊、文件和VMware Virtual Volumes擴(kuò)展到云基礎(chǔ)架構(gòu)。微軟主要是通過(guò)2018年收購(gòu)Avere和2012年收購(gòu)StorSimple構(gòu)建混合存儲(chǔ)產(chǎn)品組合。

Avere是云緩存技術(shù)的先驅(qū)，他們也提供設(shè)備用于高性能計(jì)算（Azure vFXT）和企業(yè)（Azure FXT Edge Filer）工作負(fù)載。Edge Filer有兩種1U型號(hào)-一種具有8 TB SSD緩存，另一種具有兩倍的緩存-可以擴(kuò)展到每個(gè)群集24個(gè)節(jié)點(diǎn)，并提供數(shù)百萬(wàn)的IOPS和每秒數(shù)百千兆字節(jié)的吞吐量。

到2022年，StorSimple將過(guò)時(shí)，由Avere、Azure File Sync服務(wù)或Azure Stack Edge取代。Azure Stack Edge是1U服務(wù)器，具有嵌入式現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，用于AI工作負(fù)載加速。它充當(dāng)通過(guò)Azure門(mén)戶(hù)管理的緩存云網(wǎng)關(guān)。

Nasuni是分布式對(duì)象文件系統(tǒng)，可公開(kāi)NAS文件協(xié)議，并受AWS、Azure、GCP和IBM Cloud支持。它是一種軟件產(chǎn)品，通常本地部署在超融合基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)上。

NetApp全局文件緩存基于Talon Fast存儲(chǔ)軟件—NetApp最近收購(gòu)該公司。該產(chǎn)品通過(guò)本地?cái)?shù)據(jù)緩存創(chuàng)建全局分布式虛擬文件共享，該本地?cái)?shù)據(jù)緩存會(huì)根據(jù)使用模式自動(dòng)刷新。這個(gè)文件緩存與NetApp Cloud Volumes Ontap和Azure NetApp文件結(jié)合使用，以提供從內(nèi)部服務(wù)器和邊緣客戶(hù)端到云存儲(chǔ)的低延遲訪(fǎng)問(wèn)。

Panzura Freedom是全球性分布式對(duì)象文件系統(tǒng)，具有統(tǒng)一命名空間和本地緩存，該緩存可自動(dòng)跟蹤熱數(shù)據(jù)塊和冷數(shù)據(jù)塊，以提高緩存性能和效率。其SmartCache策略允許通過(guò)固定緩存中的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)緩存管理，而不管其訪(fǎng)問(wèn)頻率如何。Freedom可作為虛擬軟件設(shè)備使用，可在AWS、Azure、GCP、IBM Cloud和VMware上運(yùn)行，也可以作為三種Freedom Filer硬件設(shè)備之一，最多可支持28 TB緩存和5,000個(gè)用戶(hù)。

Pure Storage不提供云緩存網(wǎng)關(guān)。但是，其云塊和對(duì)象存儲(chǔ)軟件可以跨越多個(gè)位置，并可以通過(guò)虛擬設(shè)備擴(kuò)展到AWS和VMware Cloud基礎(chǔ)架構(gòu)。

StoneFly Smart Cloud Storage Gateway可以作為虛擬設(shè)備使用，也可以捆綁StoneFly的SAN或NAS設(shè)備。它提供iSCSI SAN、S3兼容對(duì)象和NAS存儲(chǔ)。該虛擬設(shè)備可在裸機(jī)服務(wù)器和大多數(shù)管理程序上運(yùn)行，并且，該軟件和硬件設(shè)備均支持AWS、Azure和StoneFly的私有云。鄒錚譯