NetApp Tech OnTap
     

NetApp — Tech OnTap — Назад к основам: подход NetApp к гибкому выделению ресурсов

В этом месяце мы рады представить читателям TechOnTap новую рубрику «Назад к основам». Публикуемые в ней материалы будут посвящаться основам популярных технологий и решений NetApp, таких как дедупликация, Snapshot®, FlexClone®, FlexCache® и FlashCache, помогут вам разобраться в деталях и облегчат освоение.

Очень часто бывает, что большой объем дискового пространства сначала выделяют, а после долгое время никак не используют. Например, инженерный колледж запланировал выделить 27,5 ТБ дискового пространства для данных студентов и преподавателей, однако на практике оказалось, что большинство из них почти или совсем не использовали эти объемы.

Однако применение гибкого выделения дискового пространства только на одном из накопителей NetApp позволило колледжу обеспечить текущие потребности пользователей, используя всего 80% от 3,5 ТБ физической дисковой памяти (соотношение объема избыточно выделенной емкости к реально необходимой составило 8:1). Технология гибкого выделения ресурсов позволила сэкономить 90 тысяч долларов, которые иначе были бы потрачены на приобретение дополнительных устройств хранения данных.

Предлагаемая NetApp технология гибкого выделения дисковых ресурсов позволяет предоставлять серверам и пользователям даже больший объем логического пространства, чем тот, который фактически имеется в СХД. Больше не требуется заранее выделять часть физического объема, поскольку для каждого тома или LUN пространство хранения выделяется динамически по мере записи данных. В большинстве конфигураций свободное пространство при удалении данных с тома или логического устройства возвращается в общий пул СХД (а не удерживается копиями Snapshot).

Описанный способ организации хранения данных имеет множество преимуществ.

  • Как видно из только что приведенного примера, становится невозможной ситуация, когда большой объем пространства выделен, но никак не используется.
  • Более эффективное использование в свою очередь снижает потребность в дисковом пространстве, что уменьшает прямые капитальные затраты.
  • Операционные издержки сокращаются благодаря тому, что подсистема хранения данных занимает меньшую площадь в ЦОД, потребляет меньше энергии (в том числе и на охлаждение).
  • Поскольку стоимость дискового пространства продолжает снижаться, ко времени, когда потребуется приобретать новые накопители, они скорее всего станут дешевле, чем если бы пришлось покупать их заранее.
  • Становится проще планировать потребность в ресурсах хранения, так как управлять теперь можно единым пулом свободного пространства. Множество разных приложений или пользователей теперь также получают необходимое им пространство из единого пула, поэтому исключены ситуации, когда на одних томах свободное пространство уже на исходе, а на других часть его по-прежнему не используется.
  • Среда хранения данных становится очень гибкой, что облегчает адаптацию к изменившимся условиям.

Различия традиционного подхода и предлагаемой NetApp технологии гибкого выделения.

Рис. 1. Различия традиционного подхода и предлагаемой NetApp технологии гибкого выделения ресурсов..

В следующем разделе рассматриваются принципы, положенные в основу предлагаемой NetApp технологии гибкого выделения ресурсов, типичные примеры ее применения и способы внедрения этой технологии для сред SAN и NAS.

Гибкое выделение ресурсов в Data ONTAP


Операционная среда NetApp Data ONTAP® позволяет объединять физические диски в RAID-группы, которые состоят из дисков данных и дисков четности. Несколько RAID-групп образуют пул системы хранения данных, называемый агрегированным томом, или агрегатом. Агрегат состоит из нескольких RAID-групп.

Внутри агрегированного тома создаются тома FlexVol®. Тома FlexVol — это логические контейнеры, где хранятся данные. Серверы, используя протоколы NAS, непосредственно обращаются к томам FlexVol для записи в них данных. В средах SAN томах FlexVol разбиваются на логические тома LUN, и сервер обращается к LUN. Тома FlexVol непосредственно не привязаны к определенным дискам, составляющим агрегированный том. Это позволяет разорвать связь между логическим контейнером, где хранятся данные, и аппаратным накопителем, благодаря чему и становится возможным использовать гибкое выделение ресурсов и прочие функции накопителей NetApp.

Тома FlexVol обеспечивают необходимую гибкость при выделении дискового пространства, а технология гибкого выделения использует это свойство, чтобы предоставить больше пространства, чем имеется в агрегированном аппаратном томе.

Рис. 2. Тома FlexVol обеспечивают необходимую гибкость при выделении дискового пространства, а технология гибкого выделения ресурсов использует это свойство, чтобы предоставить больше пространства, чем имеется в агрегированном аппаратном томе

В Data ONTAP технология гибкого выделения ресурсов применяется как на уровне томов FlexVol, так и на уровне логических томов LUN. В средах SAN допустимо создавать гибко выделяемые логические тома LUN внутри гибко выделяемых томов FlexVol. Будет или нет гарантированно выделено конкретному тому или логическому устройству LUN физическое пространство из агрегированного тома, определяет всего один параметр подсистемы хранения данных. Иными словами, если до сих пор гибкое выделение ресурсов не применялось, чтобы начать его использовать для существующих томов и логических томов LUN, достаточно изменить значение одного-единственного параметра, даже не прерывая при этом работы СХД.

Типичные варианты применения гибкого выделения ресурсов


В общем случае наибольший выигрыш гибкое выделение ресурсов дает в системах с большим числом серверов и приложений. Например, первыми кандидатами являются виртуализованные серверные среды и среды поставщиков услуг, где требуется обеспечивать дисковым пространством большое число пользователей. Эта технология также отлично подходит, когда необходимо выделить дисковую память под раздачу файлов и домашние каталоги, резервное копирование с диска на диск, сред веб-хостинга, информационных и Интернет-услуг (включая хранение фотографий и электронной почты).

Следующие примеры демонстрируют преимущества гибкого выделения ресурсов в типичных случаях, но это далеко не исчерпывающий перечень.

Домашние каталоги. Корпоративным пользователям хорошо известно, что у разных пользовательских сообществ совершенно разная потребность в объеме домашнего каталога. Это типичный случай, когда необходимость прибегнуть к гибкому выделению ресурсов совершенно очевидна. Гибкие тома FlexVol для хранения домашних каталогов позволяют обеспечивать дисковыми ресурсами пользователей, которым требуются много дискового пространства, без его перерасхода на учетных записях пользователей со скромными потребностями.

Одна из компаний, где используется гибкое выделение ресурсов для домашних каталогов, предоставляет каждому из своих 4 500 пользователей до 1 Гб места. Прежде для этого потребовалось бы 4,5 ТБ физического пространства, тогда как гибкое выделение ресурсов позволяет этой фирме обходиться всего  600 ГБ.

Резервное копирование с диска на диск. Выделение ресурсов для резервного копирования с диска на диск может оказаться более сложной задачей, чем просто выделение места для хранения файлов. Здесь не только требуется оценить темпы роста потребностей в дисковом пространстве для ведущей системы хранения, но определить их для каждого тома в отдельности. Фирма, предоставляющая услуги своим внутренним клиентам, немало выиграла от использования технологии гибкого выделения ресурсов во вспомогательной системе хранения данных для резервного копирования с диска на диск. В течение года клиент увеличил емкость основной СХД с 500 до 900 ТБ, причем сделал это, не расширяя физическое дисковое пространство вспомогательной системы.

Центр обработки данных этой компании постоянно обвиняли в непомерных тратах на на площади, энергию и охлаждение, поэтому полученная экономия и сама по себе, даже без учета сокращения капитальных вложений, оказалась вполне ощутимой. Внедрение гибкого выделения ресурсов позволило компании отложить на год покупку новой вспомогательной системы хранения данных. Поскольку в работу было возвращено ранее не использовавшееся дисковое пространство, коэффициент полезного использования СХД в целом вырос с менее чем 40% почти до 70%.

Среды виртуальных серверов и ПК. Среды виртуализации также многое выиграют от гибкого выделения ресурсов. Под каждую виртуальную машину обычно резервируют 10—20 ГБ дискового пространства. При этом большинство из них потребляет только небольшую часть этого места. Гибкое выделение на таких томах обеспечивает ощутимую экономию.

Использование технологии NetApp гибкого выделения ресурсов


Гибкое выделение ресурсов в поставляемых NetApp подсистемах хранения данных активируется путем изменения всего одного параметра для физического тома или логического тома LUN. Для этого достаточно для параметра guarantee указать значение none. Чтобы активировать гибкое выделение ресурсов на логическом томе LUN, следует изменить значение параметра reservation. Изменить эти параметры позволяют инструменты управления NetApp, такие как NetApp Operations Manager и NetApp Provisioning Manager; можно также воспользоваться следующими командами:

для аппаратного тома: vol options "targetvol" guarantee none

для LUN: lun set reservation "/vol/targetvol/targetlun" disable

Изменения вступят в силу немедленно без необходимости прерывать работу.

Новые накопители. Чтобы создать новый том с гибким выделением ресурсов, при его создании можно установить для параметра guarantee значение none, воспользовавшись для этого командной строкой. Если используется Provisioning Manager, нужно выбрать профиль выделения ресурсов, который предусматривает гибкое выделение ресурсов, а дальше заботу о системе хранения данных программа возьмет на себя.

На рис. 3 показано диалоговое окно программы Provisioning Manager с параметрами гибкого выделения ресурсов для тома NAS. Как показано на рисунке, вначале создают правило, которое включает гибкое выделение ресурсов — для этого необходимо снять флажок в поле Guarantee space for data and Snapshot copies (Резервировать пространство для данных и копий Snapshot). Все наборы данных, для которых указан этот профиль, будут обрабатываться согласно принципу гибкого выделения ресурсов.

Окно программы Provisioning Manager с параметрами гибкого выделения для тома NAS.

Рис. 3. Окно программы Provisioning Manager с параметрами гибкого выделения для тома NAS.

На рис. 4 показаны параметры гибкого выделения ресурсов для логического тома LUN в составе SAN. Для создания правила гибкого выделения ресурсов для SAN служит пункт Do not guarantee space for LUN or Snapshot copies (Не резервировать пространство для LUN и копий Snapshot). Все наборы данных SAN, для которых задано это правило, будут обрабатываться по технологии гибкого выделения ресурсов.

Окно программы Provisioning Manager с параметрами гибкого выделения для тома LUN.

Рис. 4. Окно программы Provisioning Manager с параметрами гибкого выделения ресурсов для тома LUN.

Накопители, уже введенные в эксплуатацию. Чтобы начать использовать гибкое выделение ресурсов для тома, который уже находится в эксплуатации, для параметра guarantee следует установить значение none. В результате агрегатному тому станет доступно свободное пространство, до этого момента выделенное только под этот том. Это действие можно выполнить также с помощью инструментов управления NetApp.

Управление гибким выделением ресурсов. Важнейшей чертой гибкого выделения ресурсов является тщательный мониторинг использования пространства. Поскольку среды с гибким выделением ресурсов позволяют отводить больше логического пространства, чем физически имеется в аппаратной части СХД, нужны инструменты контроля за использованием пространства систем хранения и средства своевременно ставить обслуживающий персонал в известность о необходимости предотвратить нехватку места.

Например, программа Operations Manager позволяет задать выдачу предупреждений по достижении указанных уровня загруженности и степени заполнения агрегированного тома. Благодаря этому по мере заполнения дискового пространства ответственное лицо сможет своевременно принимать соответствующие меры. В средах с гибким выделением ресурсов можно настроить уведомления о превышении заданной степени отношения объема резервируемого пространства к физическому объему, либо о достижении заданного уровня заполненности объединенного тома.

Когда использовать гибкое выделение ресурсов не следует. В ряде случаев технологию гибкого выделения ресурсов использовать не рекомендуется. Решая, следует ли использовать эту технологию, и если да, то на каких томах, учитывайте перечисленные ниже противопоказания.

  • Потребление дисковых ресурсов непредсказуемо или подвержено сильным колебаниям.
  • Том используется настолько важным приложением, что даже кратчайшие перерывы в работе СХД абсолютно недопустимы.
  • Процессы мониторинга СХД не позволяют выявлять случаи превышения пороговых значений; чтобы обеспечить непрерывный контроль и принятие необходимых мер, нужны тщательно проработанные правила.
  • Срок, который потребуется для приобретения новой подсистемы хранения данных, непредсказуем. Закупочные процедуры слишком затянуты, доступное дисковое пространство может быть исчерпано раньше, чем будет увеличен объем аппаратной части СХД.

Гибкое выделение ресурсов для SAN и для NAS


Гибкое выделение ресурсов в среде SAN и в среде NAS отличает один важный момент. Когда серверу выделяется логический том LUN, сервер создает на этом томе собственную файловую систему и ведет учет самостоятельно. В связи с этим данные сервера о том, какую часть пространства LUN он использует в текущий момент, могут не совпадать с данными системы хранения. (Это относится ко всем подсистемам хранения данных SAN любых поставщиков, а не только NetApp). Суть этой проблемы представлена на рис. 5.

Иллюстрация того, насколько могут расходиться представления сервера и СХД относительно использования пространства. Серверу не требуется повторно использовать блоки, которые он только что высвободил, и вместо них он может выделить новое пространство.

Рис. 5. Различие представлений сервера и СХД относительно использования пространства. Серверу не требуется повторно использовать блоки, которые он только что высвободил, и вместо них он может выделить новое пространство.

NetApp предлагает технологию «возврат пространства», которая помогает сохранить и повторно использовать дисковое пространство, которое уже выделено для LUN. Без возврата пространства практически невозможно создавать и в течение длительного времени поддерживать логические тома LUN с применением гибкого выделения ресурсов. Естественно, это зависит от того, как конкретное приложение использует пространство хранения, но в общем случае система хранения продолжает резервировать все больше и больше пространства, пока не будет достигнут максимальный размер LUN. То есть с тем же успехом гибкое выделение ресурсов для такого LUN можно было бы и не применять.

Технология возврата пространства, разработанная NetApp, используется в программе NetApp SnapDrive®, причем без дополнительной платы. SnapDrive упрощает для системного администратора процедуру управления поставляемой NetApp подсистемой хранения данных SAN. Программа использует интерфейс мастера и командную строку. NetApp также проделала огромную работу по интеграции технологии своей возврата пространства и API гибкого возврата Symantec.

Вы можете периодически запускать процедуру возврата пространства для своих LUN. Сначала инструмент с графическим интерфейсом определит, какой объем пространства может быть восстановлен и предложит вам подтвердить выполнение операции. Чтобы она не запускалась в период пиковой нагрузки, существует возможность установить ограничения на запуск в определенное время суток.

При возврате пространства следует обратить внимание на следующие обстоятельства.

  • Возврат пространства рекомендуется осуществлять до создания копии Snapshot. В противном случае блоки, которые можно было бы освободить, будут заняты копией Snapshot.
  • Поскольку процесс возврата пространства вначале потребляет ресурсы процессора сервера, начинать такой процесс рекомендуется в периоды низкой активности.
  • Процесс не препятствует обмену данными с LUN, поэтому работа с логическим томом может продолжаться как обычно. Все же ряд операций в течение этого времени невозможен:

— создание Snapshot или восстановление из него прерывает процесс возврата пространства;

— LUN невозможно удалить, отключить или увеличить;

— нельзя изменить точку монтирования;

— не рекомендуется выполнять дефрагментацию Windows®.

Заключение


Гибкое выделение ресурсов — это важное средство повышения эффективности СХД, которое можно использовать независимо или в сочетании с другими предложенными NetApp способами увеличения полезной отдачи, такими как дедупликация данных, FlexClone и т. д. Дополнительные сведения о гибком выделении ресурсов можно найти в следующих источниках:

  Гибкое выделение ресурсов от NetApp: лучшее для бизнеса
   Silverton Consulting: «Гибкое выделение ресурсов от компании NetApp. Сделать больше меньшими усилиями»
  Максимум эффективности СХД благодаря гибкому выделению ресурсов от NetApp и гибкому возврату от Symantec.

Сообщество NetApp
Есть собственное мнение о гибком выделении ресурсов?

В сообществах NetApp в Интернет можно задавать вопросы, обмениваться идеями и делиться соображениями.

Пол Ферестен (Paul Feresten)

Пол Ферестен (Paul Feresten)
Ст. менеджер по маркетингу продукции
NetApp

Пол пришел в компанию NetApp в 2005 году и занимается основными программными продуктами NetApp: Data ONTAP, MultiStore®, FlexClone и средствами гибкого выделения ресурсов. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в таких областях как сопровождение продукции, сбыт, маркетинг и высшее руководство. До прихода в NetApp Пол работал в компаниях Data General, Digital Equipment Corporation, MSI Consulting и SEPATON.

Удай Боппана

Удай Боппана
Менеджер по маркетингу продукции
NetApp

В настоящее время Удай отвечает за разработку WAFL® и файловой системы Data ONTAP, включая повышение эффективности СХД, перенос данных без перерывов в работе и функции Snapshot. Он пришел в компанию NetApp в 2004 году, работал в конструкторском отделе, службе технического маркетинга, занимал должности по управлению такой продукцией как Data ONTAP (включая SAN), FlexClone, WAFL, а также с рациональным использованием СХД. Удай имеет степень магистра информатики Университета Северной Каролины.

 
Будьте в курсе