NetApp Tech OnTap Логотип компании NetApp
NetApp Tech OnTap
     
Горизонтальное масштабирование корпоративной среды хранения данных с помощью Data ONTAP 8 Cluster-Mode
Майк Макнамара
Старший менеджер по маркетингу продуктов

Общий принцип горизонтального масштабирования СХД довольно прост. Вместо наращивания до предела монолитной системы хранения с последующим добавлением еще одной, вы получаете кластер из узлов хранения, которые работают как единое целое. Добавление в кластер узла позволяет получить заранее известные объем дискового пространства и производительность, что позволяет последовательно расширять кластер по мере роста потребностей.

Несмотря на то, что горизонтально масштабируемые системы уже довольно давно существуют на рынке и представлены множеством производителей, многие из них не вполне отвечают современным требованиям. Эти решения, как правило, ориентированы на технические и инженерные приложения, поддерживают только (NAS) протоколы доступа, привязаны к определенному типу или модели контроллера и не соответствуют ожиданиям пользователей в плане эффективности хранения и защиты данных.

NetApp® Data ONTAP® 8 — это первое в своем классе комплексное и унифицированное решение для горизонтального масштабирования, которое предлагает гибкую и безотказную инфраструктуру хранения для высоковиртуализированных сред. Горизонтальное масштабирование от NetApp основано на следующих принципах:

  • Унифицированная система хранения с поддержкой FC, FCoE, iSCSI, NFS, pNFS и CIFS.
  • Обслуживание без остановки работы: не нужно планировать перерывы в сервисе для технических работ и обновления.
  • Интегрированная защита данных с технологией NetApp Snapshot™ и репликацией SnapMirror®.
  • Гетерогенные кластерные конфигурации: могут включать в себя контроллеры и диски различных типов, а также поддерживают внутреннюю иерархию хранения.
  • Повышенная эффективность хранения, включая дедупликацию, гибкое выделение ресурсов и компрессию.
  • Простота управления при крупномасштабном развертывании.
  • Безопасная многопользовательская среда благодаря виртуальным серверам, которые обеспечивают надежную изоляцию.
  • Высокая масштабируемость и производительность: масштабируемость дискового пространства до 50 ПБ, а производительность более чем 1,5 млн. операций SPECsfs2008_nfs.v3 в секунду.

Кроме того, в последнем выпуске Data ONTAP 8.1.1 реализованы несколько новых функций для оптимизации производительности, управления и поддержки как для Cluster-Mode, так и для 7-Mode.

В этой статье рассматриваются возможности горизонтального масштабирования, предлагаемые ОС Data ONTAP 8 в Cluster-Mode.

Общее представление о Cluster-Mode

Data ONTAP 8 в режиме Cluster-Mode является основой горизонтального масштабирования систем хранения NetApp. Стандартными блоками Cluster-Mode служат хорошо известные пары NetApp HA, в которых два контроллера системы хранения соединены с одним и тем же набором дисков. Если один из контроллеров выйдет из строя, второй возьмет на себя управление данными.

В Cluster-Mode каждый контроллер считается узлом кластера, причем узлы могут быть разных моделей и размеров. Например, FAS2240, FAS3270, FAS6280, FAS3040 и контроллер V-Series, который служит интерфейсом сопряжения со сторонними системами хранения от EMC, HDS, HP и IBM, могут находиться в одном кластере. Однотипные диски группируются в агрегаты, которые состоят из одного или нескольких RAID-групп, защищенных посредством NetApp RAID-DP®.

Выделенная дублированная сеть Ethernet 10 Гбит/с предназначена для взаимодействия между узлами кластера и для перемещения данных с одного логического или физического устройства хранения на другое. Для управления используется отдельная сеть.

На рис. 1 изображен гетерогенный кластер с различными контроллерами, включая V-series, протоколами хранения и дисками, который отвечает требованиям к производительности, стоимости, объему данных и рабочим нагрузкам для системы хранения. В левой части диаграммы показаны высокопроизводительные системы, основанные на контроллерах высокого уровня (например, FAS6280) и скоростных дисках SAS и/или SSD. В правой части кластера находятся контроллеры среднего уровня (например, FAS3240) и диски SATA большой емкости, выбранные для минимизации стоимости хранения в расчете на гигабайт. Если требования изменятся, данные можно будет перенести в пределах кластера для увеличения производительности и дискового пространства, не останавливая работу всей системы. Например, завершенный ресурсоемкий проект, такой как проектирование микроэлектронного компонента, можно переместить на более дешевые устройства хранения. Когда потребуется переработать структуру чипа или платы, проект можно без труда вернуть на высокопроизводительную систему хранения.

Можно также создать гомогенный кластер, который сможет обеспечить более высокую производительность или емкость, требующуюся для определенных приложений. В последующих разделах, посвященных масштабируемости и производительности, приведены примеры гомогенных кластеров.

Один гетерогенный кластер хранения способен поддерживать несколько типов хранилищ, как для обеспечения высокой производительности, так и для большой емкости в зависимости от типа рабочей нагрузки. В одном пространстве имен может находиться множество классов обслуживания.

Один гетерогенный кластер хранения способен поддерживать несколько типов хранилищ, как для обеспечения высокой производительности, так и для большой емкости в зависимости от типа рабочей нагрузки. В одном пространстве имен может находиться множество классов обслуживания.

Операции без перебоев в работе

Бизнес-процессы все больше зависят от ИТ-служб, поэтому перебои в их работе (как запланированные, так и аварийные) крайне нежелательны. Остановка может привести к упущенной прибыли, недовольству заказчиков и снижению конкурентоспособности. Инфраструктура хранения данных должна работать безотказно и предоставлять данные в любой момент. Операции без перебоев в работе являются неотъемлемой частью системы Data ONTAP 8, работающей в режиме Cluster-Mode, и позволяют использовать инфраструктуру хранения даже во время замены оборудования или обновления программной части.

В случае необходимости обновления или замены оборудования данные можно перенести на другую пару HA-устройств в кластере хранения, не нарушая работу пользователей. Это позволяет вывести из эксплуатации старое оборудование, ни на секунду не прервав доступ к данным, который оно обеспечивало.

Технология перемещения отдельных томов DataMotion™ for Volumes позволяет перераспределять данные в кластере в любое время и по любой причине. Технология DataMotion прозрачна для хостов NAS и SAN и не прерывает их работу. Такой подход означает, что инфраструктуру СХД можно обновлять и обслуживать даже в рабочее время, не нарушая ее функционирование в течение всего срока хранения данных.

К числу операций обслуживания аппаратного и программного обеспечения, не требующих остановки работы в Cluster-Mode, относятся обновление версии Data ONTAP, обновление прошивки (системы, диска или коммутатора), замена неисправного контроллера или его компонента (например, HBA или сетевой карты), а также замена поврежденных кабелей, дисков и модулей ввода/вывода.

Кроме того, система Data ONTAP 8 позволяет «на лету» добавлять в кластер дополнительные контроллеры хранения, а также устанавливать полки, HBA, устройства Flash Cache и более новые компоненты. Можно также перераспределять и/или перемещать данные между контроллерами и уровнями хранения в кластере для оптимизации производительности дисковой подсистемы, а также для балансировки свободного пространства.

Многопользовательская среда

Необходимо разделять клиентов в общедоступных облаках и отделы компании в частных облаках, чтобы обеспечить разграничение на уровне вычислений, сетей и иерархии хранения. Кластеризация ONTAP 8 обеспечивает многопользовательскую среду на уровне системы хранения за счет разграничения объектов СХД, таких как логические интерфейсы, LUN и тома, принадлежащие V-server.

Многопользовательская среда Data ONTAP 8 в Cluster-Mode основана на виртуальных серверах.

Рис. 2. Многопользовательская среда Data ONTAP 8 в Cluster-Mode основана на виртуальных серверах.

V-server (виртуальный сервер) — это защищенный виртуализированный контейнер с собственной безопасной политикой администрирования, IP-адресами и пространством имен. Он может включать в себя тома, расположенные на любой из нод кластера. Data ONTAP поддерживает от одного до нескольких сотен виртуальных серверов в одном кластере.

Каждый виртуальный сервер работает с одним или несколькими протоколами доступа SAN (FC, FCoE, iSCSI) и NAS (NFS, pNFS, CIFS), а также содержит, как минимум, один том и один логический интерфейс (LIF). Логический интерфейс — это либо IP-адрес (который используют клиенты NAS и хосты iSCSI), либо имя WWN (для доступа по FC и FCoE). Все логические интерфейсы сопоставлены с основными портами сетевого адаптера или HBA-адаптера. LIF виртуализируют сетевые карты и порты HBA. Каждому виртуальному серверу требуется отдельный набор логических интерфейсов, а для любого узла кластера можно задать до 128 логических интерфейсов. Так как каждый виртуальный сервер функционирует в собственном пространстве имен, все связанные с ним клиенты полностью изолированы. Политику администрирования любого виртуального сервера можно при необходимости делегировать, чтобы отдельные администраторы могли отвечать за выделение томов и другие операции в виртуальном сервере, что особенно важно для многопользовательских сред.

Масштабируемость и производительность

В настоящее время конфигурации NAS можно расширить до 24 узлов, а конфигурации SAN — до 6 узлов. Компания NetApp опубликовала индексы производительности NAS и SAN (файловый и блочный доступ) на основе отраслевых пакетов для тестирования.

Производительность NAS

NetApp оценила производительность файловых служб Cluster-Mode с помощью пакета SPECsfs. Кластер узлов FAS6240 по мере расширения демонстрировал линейный рост производительности с максимальным значением 1,5 млн. операций SPECsfs2008_nfs.v3 в секунду при 24 узлах. Это говорит о том, что Data ONTAP 8 в Cluster-Mode обладает масштабируемостью и производительностью, достаточными для любой рабочей нагрузки. Подробнее об этих результатах можно прочитать в предыдущей статье Tech OnTap®.

Производительность SAN

NetApp также предоставила единый кластер хранения из 6 узлов FAS6240 в комитет Storage Performance Council SPC-1 для тестирования блочного доступа, используя Data ONTAP 8.1.1. Тест Cluster-Mode SPC-1 показал примерно 250 000 SPC-1 операций ввода/вывода в секунду (IOPS), $6,69 на операцию ввода/вывода в секунду ($/IOPS) и минимальное время отклика (LRT) 0,99 миллисекунды. Эти результаты свидетельствуют о том, что модульный подход к горизонтальному масштабированию служит фундаментом для непрерывного наращивания производительности и числа узлов с течением времени.

В относительных показателях кластер из 6 узлов FAS6240 находится среди 10% лучших конфигураций, сравненных по показателю LRT. Согласно показателям IOPS, производительность выросла на 267%, а стоимость единицы хранения снизилась на 12% по сравнению с ранее опубликованным результатом FAS3270 SPC-1. Более того, в тестах SPC-1 NetApp использовала реальную стоимость своих продуктов, в то время как почти все другие поставщики указывали уже дисконтированную цену. В результате показатель $/IOPS у решений NetApp намного ближе к реальности, чем у конкурентов.

Технология Infinite Volume для корпоративных репозиториев

Современные организации могут генерировать петабайты данных, что значительно усложняет задачу гибкого и эффективного хранения, управления и доступа к контенту. Также многие компании вынуждены хранить данные долгое время (вплоть до десятков лет), но так, чтобы их можно было быстро находить независимо от местоположения. Чтобы удовлетворить потребность в масштабируемости корпоративных репозиториев контента и упростить структурирование данных в множестве мелких контейнеров, NetApp предложила технологию Infinite Volume.

NetApp Infinite Volume представляет собой отдельный кластер под управлением Data ONTAP 8.1.1. У него имеется единая точка подключения NFSv3 с возможностью расширения до 20 ПБ, или 2 миллиардов файлов, на одном виртуальном сервере. Технология Infinite Volume поддерживает до пяти пар HA (10 узлов) в Data ONTAP 8.1.1.

Infinite Volume представляет собой составной том, в котором данные распределены по нескольким томам-компонентам во всех узлах кластера. Иерархия пространства имен всего репозитория хранится в одном активном томе-компоненте, содержимое которого доступно клиентам NFS. Все метаданные (результаты сканирования директории, открытие файла, получение атрибутов и т. д.) ищутся в томе-компоненте пространства имен. Последовательные операции чтения и записи выполняются именно на том узле, которому «принадлежит» том-компонент, содержащий запрашиваемый файл. Поступающие в Infinite Volume данные автоматически маршрутизируются для оптимизации нагрузки.

Томом Infinite Volume можно легко управлять с помощью ПО OnCommand® System Manager 2.1. Копии Snapshot для защиты и репликации данных создаются на уровне тома Infinite Volume и контролируются во всех томах-компонентах репозитория для обеспечения целостности.

Infinite Volume поддерживает все функции отказоустойчивости и высокой доступности, предоставляемые кластером Data ONTAP, включая операции без перебоев в работе и повышенную эффективность хранения.

Технология NetApp Infinite Volume является основой для корпоративного репозитория контента.

Рис. 3. Технология NetApp Infinite Volume является основой для корпоративного репозитория контента.

Технология Flash Pool

В новой версии NetApp Data ONTAP 8.1.1 реализована технология Flash Pool, которая улучшает масштабирование и производительность конфигураций 7-Mode и Cluster-Mode. Flash Pool поддерживается во всех системах хранения NetApp, включая решения начального уровня. Среди всех поставщиков только NetApp предоставляет такую функциональность в системах начального уровня.

Flash Pool обеспечивает постоянное кэширование операций чтения и записи на уровне дисковых агрегатов. Это позволяет добавить RAID-массивы SSD-дисков в агрегат, состоящий из HDD для обеспечения производительности, сопоставимой с агрегатами только SSD-дисков, и при затратах, сопоставимых с агрегатами, состоящими только из HDD дисков. Относительно малое количество SSD-дисков в агрегате используется для постоянного кэширования, что ускоряет произвольное чтение и запись.

Flash Pool является частью уровней виртуальной СХД (VST) NetApp и работает во многом аналогично технологии NetApp Flash Cache. Flash Pool использует такой же размер сегмента (4 КБ), работает в режиме реального времени, является полностью автоматическим и совместим с технологиями эффективного хранения и защиты данных NetApp. Кроме того, Flash Pool позволяет кэшировать случайные записи и обеспечивает постоянный уровень производительности при сбоях и передаче обслуживания, так как в этих случаях кэш данных на уровне агрегатов будет по-прежнему доступен для использования. Flash Pool и Flash Cache могут сосуществовать на одной системе, а ранее созданные агрегаты можно преобразовать для использования Flash Pool, не останавливая их работу.

Технология NetApp Flash Pool.

Рис. 4 Технология NetApp Flash Pool.

Заключение

Помимо высокой производительности и малых задержек, Data ONTAP 8, работающая в Cluster-Mode, предоставляет весь спектр функций NetApp для эффективного хранения и защиты данных, бесперебойной работы, а также полной поддержки защищенных многопользовательских и облачных сред.

Независимо от того, какую систему вы выберете, — FAS или V-Series — решение Data ONTAP 8 Cluster-Mode позволит получить доступность уровня «всегда включено» для обеспечения полностью бесперебойной работы, потрясающую гибкость для упреждающей реакции на рыночные изменения и эффективность эксплуатации, которые требуются для расширения бизнеса. Обширные возможности интеграции с партнерами помогут вам достичь еще большего успеха.

 Хотите высказать свое мнение о технологии Cluster-Mode?

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

Автор: Майк Макнамара, старший менеджер по маркетингу продуктов

Майк работает в сфере ИТ-маркетинга уже более 23 лет, из которых 17 лет он специализируется именно на системах хранения. До перехода в NetApp шесть лет назад он работал в таких компаниях, как Adaptec, EMC и Hewlett-Packard. Майк председательствовал по вопросам маркетинга в Fibre Channel Industry Association (FCIA), а также входил в состав совета Ethernet Alliance и неоднократно выступал на отраслевых конференциях.

Tech OnTap
Подпишитесь на наш бюллетень
Tech OnTap — это ежемесячные обзоры новейших ИТ-технологий, советы и практические рекомендации, знакомство с инструментарием, неформальные интервью с разработчиками, демонстрационные ролики, рецензии и многое другое.

Посетите Tech OnTap в Сообществе NetApp, чтобы подписаться на рассылку.

Будьте в курсе
Будьте в курсе
Будьте в курсе
 
TRUSTe
Свяжитесь с нами   |   Как приобрести   |   Обратная связь   |   Карьера в NetApp  |   Подписка   |   Политика конфиденциальности   |   © NetApp, 2012