破局创新，天翼云HBlock如何以小见大、以柔克刚？

引言：另辟蹊径开拓创新

不走传统存储厂商的“寻常路”

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在分布式块存储领域，大部分厂商的安装软件套件大小都在GB级。然而，天翼云破天荒地将存储资源盘活系统HBlock的软件安装包浓缩到了170MB，而且只敲三条命令就可以完成安装部署，纵观企业级存储软件市场，这样的体验还是非常令人惊叹。

如此举措，表明了天翼云欲在分布式存储领域“破局”。天翼云显然不会走传统企业级存储厂商那样的“寻常路”，而是选择另辟蹊径开拓创新。

作为有着开放创新、锐意进取精神的中国云厂商优秀代表，天翼云将业内几乎无明显差距的分布式块存储服务，推向了软件极致轻量化与创新性支持混合部署的新境界，打造了一款“柔性存储”产品。我非常关心的是：HBlock如何做到“以小见大”、“以柔克刚”？

破局创新，持续迭代

九大优势逐渐显现

从分布式存储的技术发展历史来看，很多厂商早已聚焦企业级功能的打造，市场竞争与技术创新都非常活跃。然而，天翼云对于HBlock也寄予了创新的期望，它不仅要突破数据存储的瓶颈，还得让易部署与易运维的用户体验成为优势，同时进一步丰富企业级存储能力，不断增强HBlock的核心竞争力。

今天我们着眼于分布式存储产品的核心功能来看看HBlock究竟有啥不一样！

优势一，高轻量。

业内分布式块存储通常采用内核态设计。当Linux内核版本更新后，存储产品也需同步进行优化，因此容易被系统绑定；而且基于内核态设计的存储，若要支持多种CPU架构，也需要做很多适配工作，高轻量化也就难以实现；同时，管理采用不同版本Linux的服务器也会增加IT运维工作的复杂性。

HBlock在研发之初就采用全用户态设计，不依赖任何特定版本的Linux内核或发行版，不依赖、不修改操作系统环境，不干扰任何其他进程的执行。针对Linux而言，HBlock只需要建立系统调用机制去调用CPU、内存、I/O，数据直接存入存储资源池。

采用全用户态的方式，不仅减少了服务器CPU的访问压力，使CPU资源开销降到更低，还池化了服务器端的存储资源，HBlock不需要独占整个硬盘，其他应用程序也可以获取硬盘资源。最关键的是采用全用户态设计后，减少操作系统内核代码整合，也让HBlock实现了软件安装包小到只有170MB，这也为企业级众多场景需求（如高性能计算、容器、边缘计算等）提供了天然的适配条件。

优势二，高利用。

全用户态屏蔽了OS内核与底层硬件，使得集群内的每个Linux操作系统实例可以配置不同的CPU、内存、硬盘等硬件资源，如异构CPU、不同大小与类型的内存、不同容量与性能的HDD硬盘或SSD硬盘。

全球存储观察分析认为，HBlock开辟了“柔性存储”的概念，对硬件资源不挑剔的“以柔克刚”，必然可以更好释放空闲存储资源的价值，避免了对集群中存储硬件的绑定或特殊要求，实现服务器存储资源的高利用率。比如某企业级存储大厂的高端存储阵列所采用的硬盘，针对自身存储系统做了硬盘固件的优化定制，市面上同样容量型号的硬盘无法替换，必须由存储厂商原厂提供的硬盘才能识别运行。

基于轻量化产品设计，HBlock开辟了业内独创的存储应用场景——混合部署，可以真正提高每一台服务器的资源利用率！比如，企业现网中有一台在用服务器的资源利用率长期处于较低水平，只能达到20-30%，那么闲置的资源就可以利用HBlock打造成虚拟资源池，供其他应用使用，而原有业务不受影响，真正实现“资源共享 业务共生”。

优势三，高可用。

HBlock采用 “一主多备”策略，完美实现主备自动切换。据天翼云研发专家武志民介绍，借助Linux、Windows自带MPIO多路径I/O软件，对客户端无侵入，HBlock通过在存储设备和操作系统之间提供多个备用数据路径，实现“一主多备”。不依赖于时钟服务器，采用天翼云自研的的分布式租约和心跳机制，发生故障后可实现自动化秒级切换。

从上图不难看出其技术特点，采用了分布式多控架构，一个逻辑卷对应多个Target：Active Target和Standby Target。一旦卷对应的Active Target所在服务器故障，不需要用户再做IP网络配置，即可秒级自动切换到Standby Target，实现服务无中断。为了确保更好的高可用，针对多控制器之间的缓存数据，HBlock做了强一致性技术优化，在保障数据安全的同时，实现了极低的写延时。

值得一看的是，HBlock采用了多因子空间分配算法，通过资源监控模块定期收集存储空间、负载情况、网络性能等因子数据，综合计算权重来分配数据在哪落盘。在空间及内存紧张时，实现平滑降速，避免超时中断业务，同时以多种告警方式通知IT运维人员，为IT扩容争取了更多时间。遇到不同需求场景时，可灵活配置业务优先或数据恢复优先。在需要数据平衡时，如扩容后多因子权重算法可以实现更好的决策平衡，负载自动向新节点倾斜。同时支持动态限速，优先保障业务服务与数据重构，还可以在指定的时间窗口执行，错开业务高峰期。

可见，这样的算法创新，自然让数据的可用性得以增强。因为采用了灵活的QoS，也进一步保障了HBlock的读写服务质量。从而避免在资源不足时，出现持续写入数据“爆”盘的服务故障。借助业务读写、数据重构与数据平衡的技术优化，资源监控模块与限速控制模块的有机配合，在分布式存储领域，HBlock表现出了十分优秀的高可用性。

优势四，高可靠。

HBlock支持多副本和纠删码数据冗余保护机制，加上多种数据校验，HBlock以此保证数据的高可靠性。

首先，针对多副本机制，HBlock支持单副本、两副本、三副本等灵活配置，从而获得更高的数据可靠性。

其次，支持纠删码，EC数据冗余保护机制采取N+M冗余模式，如支持2+1、3+2直至127+1等多种组合，N与M可灵活配比，在数据可靠性与容量有效性方面，可满足各种场景的需求。最多允许M台服务器宕机，该M台的数据可以通过另外N台服务器的数据进行恢复。EC数据冗余保护机制比三副本模式有更高的磁盘利用率，存储空间使用率最高可达99.22%，可根据IO场景设置分片与条带大小，实现最优的存储性能。

再者，采用多种数据校验方式保持数据一致性，如支持客户端与服务器端校验、集群内部全流程数据校验、多台服务器间数据校验等，保障多台服务器间、内存数据和持久数据的一致性。同时还通过读数据的检验和后台定期扫描方式，以此来检测数据静默错误，保证数据完整性。当磁盘数据不可访问或者校验失败时，HBlock会自动启动数据恢复进程来重建数据。

此外，针对弱电、弱盘、弱网等混沌环境，HBlock采用分布式租约，不依赖时钟服务器，实行强一致的仲裁，实现秒级故障检测。借助高可用卷实时感知故障，实现秒级服务接管。通过HBlock自带的多因子空间分配机制，降低慢盘与慢节点权重，一旦监控扫描发现坏盘立刻快速重构，确保数据安全。

优势五，高性能。

性能是所有存储厂商一如既往的追求，天翼云也不例外，为了实现HBlock的高性能，可谓多措并举。

其一，优化集群吞吐能力。HBlock采用标准iSCSI协议提供分布式块存储服务，可以在服务器集群任何节点上创建iSCSI Target，打破了单点的吞吐瓶颈。

其二，实现分布式负载均衡。充分利用分布式多控架构的优势，HBlock将数据片段存储在不同服务器上，数据重建与数据均衡的操作也是在多个服务器上进行，避免单服务器执行操作的负载压力过大。

其三，精简IO发挥极致性能。HBlock不仅可以按区间(LBA, length)合并连续多个IO为一个，减少系统调用，而且可以按时间序列将多个连续IO写入同一个数据块，减少对元数据服务器的访问，达到系统资源的节约增效。

其四，设计多模式的读写缓存机制。HBlock采用WriteBack、WriteThrough、WriteAround三种写缓存模式，可以按需适配不同场景的读写。根据网络距离和节点负载选择最合适的节点，将数据放在缓存中，避免对磁盘频繁的小IO操作，更好地发挥存储介质的性能。

其五，支持自定义的灵活EC机制，性能优于普通三副本方式。

现在，越来越多的用户在关注高性能的同时，也十分关注低延迟。HBlock在读写延迟上表现不俗，采用普通10G以太网互联，配置HDD磁盘组建的集群，随机写入4KB块的延迟可达亚毫秒级。

从天翼云的评测结果来看，HBlock已经具备了企业级应用的高性能，配置全闪存情况下单卷IOPS可达15万次，读写延迟200微秒。与Ceph13.2.10软件版本的性能对比，HBlock性能普遍是Ceph的1-2倍；在小IO场景下，HBlock的读写性能高于Ceph的3-5倍。

优势六，高弹性。

HBlock分布式多控架构具备纵向与横向扩展的灵活弹性，可以实现1024节点弹性扩展，组建PB级存储资源池。

进一步分析来看，纵向扩展方面可以通过增加单服务器的通用硬件资源来实现扩展；横向扩展方面可以通过添加服务器节点数量进行扩展，IOPS性能、存储容量也随着节点规模扩大而线性增加。用户可以随时按需纵横扩展，系统自动实现负载均衡，不中断业务。

优势七，高安全。

HBlock支持CHAP(Challenge-Handshake Authentication Protocol)，允许iSCSI客户端和Target端基于密码进行双向安全身份认证，对提升数据存储管理的安全性带来很大帮助。CHAP认证确保对应权限用户才能使用存储卷，数据传输过程开启IPsec隧道实现数据加密传输，既高效又安全。

优势八，易运维。

HBlock支持RESTful API、命令行、Web控制台三种操作方式，用户可以根据业务情况按需选择。HBlock自带的资源监控系统，可以实时展现资源使用情况，支持故障报警，让IT运维工作更简单。

HBlock支持远程运维，客户侧服务器可以选择连接到天翼云远程服务器端，工作人员通过远程协助的方式及时诊断故障、完成修复；也可以选择将系统日志进行打包发送，工作人员通过日志定位问题。

优势九，高兼容。

天翼云一直坚持生态开放的策略，也为HBlock实现广泛兼容软硬件提供了前提条件。在硬件方面，同一集群内支持X86、ARM、龙芯等不同架构，支持不同规格硬件的混合部署，也支持不同存储介质如NVMe SSD、SAS SSD、SATA SSD、SAS HDD、NL-SAS HDD、SATA HDD等。

在软件方面，HBlock可以直接部署在各种版本的Linux操作系统上作为服务端，客户端通过标准的iSCSI协议即可访问，Windows和Linux均有自带的iSCSI Initiator软件。目前支持与KVM、OpenStack、VMware等虚拟化平台整合；对国内外数据库的支持也很广泛，如Oracle、MySQL、SQL Server、PostgreSQL、MongoDB、DB2等；支持OpenStack Cinder、K8S CSI的驱动，可以无缝融入到容器的生态中。

从自我实践中走来，HBlock聚焦轻量化分布式存储的高效落地，让更多企业用户通过极小的部署成本，真正感受到“柔性存储”为企业信息化建设带来的便捷和高效。不与传统分布式块存储硬碰硬，剑走偏锋，纯软交付，彻底解耦，HBlock创新的破局冲劲值得点赞。

盘活资源，存储利旧

功在现在利在未来

HBlock的诞生与天翼云对象存储(OOS)有着密切的发展关系。在对象存储领域，天翼云已经深耕了十多年，为进一步完善产品场景，天翼云开发了云存储网关，以此帮助用户将本地数据存入天翼云公有云的对象存储中，以此促进对象存储的业务增长。

作为对象存储的延伸功能表现不俗，于是天翼云将其功能价值逐渐放大，开发成一款全新柔性存储产品——存储资源盘活系统（HBlock），顾名思义就是要将数据中心利用率较低的服务器资源盘活，实现数据的真正应用价值。

从各方统计的情况来看，现有数据中心服务器的存储资源70%以上未被好好利用，这不仅是资源的浪费，也无形中增加了数据中心的建设成本。因此，充分利旧异构服务器，盘活数据中心闲置存储资源，通过利用率的提高降本增效，未来将会成为企业数据中心的刚需，功在现在利在未来。

由此可见，HBlock虽然定位分布式块存储，但是并非针对现有厂商的块存储阵列市场，而是将目标锁定在了服务器闲置存储资源盘活利用方面。

面向未来，纯软交付

块存储发展翻开新篇章

实际上，天翼云HBlock在分布式存储领域破局创新，聚焦用户需求的同时，更是聚焦应用场景的支持。HBlock借助轻量化、混合部署等产品优势，与业务场景不断深度融合。

在本地私有云存储方面，针对高性能计算场景，HBlock可与分布式并行文件系统Lustre在通用服务器上混合部署，无需购买昂贵的集中式磁盘阵列和IB网络，采用全闪存储服务器和以太网，HBlock就可提供数十GBps吞吐，支持在线扩容，可快速实现线性增长，在容量与性能诉求上得以很好的满足，真正实现“一机两用、资源共享、科学共存”。

在大家十分关心的延迟表现上，从底层硬件到上层文件系统的延迟可以控制在0.42毫秒左右，其中归属于HBlock自身的软件处理时间只有0.08毫秒，在业内处于领先水平。

针对混合云场景方面， HBlock支持和公有云对象存储连接，企业可以将热数据存放在本地，冷数据上公有云，冷热数据分层管理，让混合云存储的实现来得就是如此简单，享受云上无限空间和高效运维，业务按需扩容，性价比更高。

此外，针对容器、虚拟化场景的应用，HBlock支持K8s、VMware、KVM、OpenStack等多种主流平台。

全球存储观察分析认为，天翼云通过HBlock的技术创新和柔性存储的理念实践，探索出了一条软件定义存储领域的绿色利旧新路，不仅顺应了块存储纯软交付的大趋势，也让其呈现出不一样的行业价值。

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