что такое cpg 3par
Новое поколение HP 3PAR StorServ заточено на использование флэш-памяти
Последний наш пост, посвящённый системам хранения HP 3PAR StorServ, вышел в середине прошлого года, а уже этим летом HP полностью обновила данную линейку дисковых массивов, не только увеличив их масштабируемость и производительность, но и значительно расширив возможности использования в них твердотельной памяти.
Блок контроллеров HP 3PAR StorServ
Напомним, что особенностью HP 3PAR StorServ, по сравнению с традиционными модульными и монолитными массивами, является использование полносвязанной архитектуры full mesh, обеспечивающей стабильную производительность при резком увеличении нагрузки, равномерную загрузку контроллеров массива и высокую отказоустойчивость системы. Благодаря full mesh каждый логический том массива обслуживается одновременно всеми его контроллерами. В старших моделях HP 3PAR StorServ с помощью full mesh в единую систему объединяются до восьми контроллеров массива, а в младших – до четырех. Еще одна особенность HP 3PAR StorServ – это использование в контроллерах специализированных микросхем Thin Express ASIC, в которых на аппаратном уровне реализованы часть функций управления хранением, которые в традиционных массивах выполняют контроллеры, например, расчет контрольный сумм RAID. ASIC независимо обрабатывает данные и метаданные, снижая время отклика массива. Применение Thin Express ASIC снижает нагрузку на центральные процессоры контроллеров, за счет чего увеличивается общее быстродействие массива и снижаются задержки при обработке запросов от приложений на доступ к данным. Наконец, третья особенность HP 3PAR StorServ – это реализация с помощью Thin Express ASIC улучшающих эффективность хранения данных и использования дискового пространства массива различных «тонких» технологий, начиная с динамического выделения емкости thin provisioning, которая изначально была встроена в архитектуру 3PAR.
Новый модельный ряд
Обновление HP 3PAR StorServ было сделано в два этапа. Сначала 1 июня на HP Discover в Лас-Вегасе были представлены две старшие модели HP 3PAR StorServ 20000-й серии, а 26 августа прошел анонс четырех младших моделей HP 3PAR StorServ 8000-й серии вместе с еще одной моделью из 20000-й серии.
По сравнению с предыдущим поколением HP 3PAR StorServ в новых массивах твердотельные диски из опции превратились в основной тип накопителя. В ориентированных на получение максимальной производительности трех моделях All-Flash, чей номер заканчивается на «50» (8450, 20450 и 20850), используются только диски SSD и не поддерживаются традиционные жесткие диски. Остальные четыре модели (8200, 8400, 8440 и 20800) – это гибридные массивы, рассчитанные на комбинацию твердотельных и жестких дисков. Младшие модели 8200 и 8400 предназначены для заказчиков с ограниченным бюджетом на ИТ, а более мощные HP 3PAR StorServ 8440 и 20800 – для тех заказчиков, которым нужна максимальная масштабируемость ёмкости.
Стойка HP 3Par StorServ 20000
Если в предыдущем поколении HP 3PAR StorServ максимальная емкость твердотельного диска была равна 1,92 Тбайт, то в новых моделях поддерживаются диски SSD Commercial MLC (cMLC) емкостью 3,84 Тбайт. Применение многотерабайтного cMLC увеличило масштабируемость твердотельных конфигураций и плотность размещения твердотельной памяти (в двухюнитовой дисковой полке помещается 280 Тбайт полезной емкости, а в одной стойке до 5,5 Петабайт полезной емкости), а также снизило стоимость одного гигабайта емкости флэш-памяти. С учетом применяемых HP 3PAR StorServ различных технологий более эффективного использования флэш-памяти (Adaptive Sparing, thin provisioning и дедупликация) при использовании нового cMLC стоимость хранения 1 Гбайта данных оказывается ниже, чем у жестких дисков 10K RPM.
Помимо SSD увеличенной емкости в HP 3PAR StorServ 8000 и 20000 значительно модернизирована аппаратная начинка – в контроллерах установлены новейшие процессоры Intel Xeon Ivy Bridge, вырос объем кэш-памяти, системная шина построена на базе PCI Express Gen3, в качестве внутреннего интерконнекта используется 12-гигабитный SAS, а оптические порты массивов поддерживают 16-гигабитный Fibre Channel. В сочетании с совершенствованием программного обеспечения HP 3PAR StorServ и новыми, вдвое более мощными микросхемами пятого поколения HP 3PAR Gen5 Thin Express ASIC это обеспечило для HP 3PAR StorServ 20000 производительность на уровне 3,2 млн. IOPS со временем отклика 0,2 – 0,8 миллисекунды и пропускную способностью до 75 Гбайт/сек, а также масштабируемость одной системы до 15 Петабайт полезной ёмкости. Таким образом, многоконтроллерная mesh-архитектура HP 3PAR StorServ позволяет получить максимальный выигрыш в производительности при переходе на использование твердотельной памяти. Кроме того, встроенные функции Storage Federation позволяют без использования специальных аппаратных «виртуализаторов хранения» объединить в единую систему до четырех массивов HP 3PAR StorServ полезной емкостью до 60 Пбайт, причем в составе одной «федерации» могут работать как восьми- и двадцатитысячники, так и модели предыдущего поколения.
Новый функционал HP 3PAR StorServ
Инженеры HP добавили в функционал операционной системы HP 3PAR OS 3.2.2 ряд новых технологий, которые улучшают эффективность использования дискового пространства и реализуют дополнительные средства обеспечения защиты и постоянной доступности данных.
Thin Deduplication
С помощью микросхемы HP 3PAR Gen5 Thin Express реализована «тонкая» дедупликация (thin deduplication), позволяющая экономить емкость массива за счет предотвращения повторной записи одних и тех же данных. Thin deduplication работает в онлайновом режиме и не задействует центральные процессоры контроллеров массива, поэтому ее применение вносит минимальную задержку в операцию записи данных на массив. В отличие от большинства вендоров, предлагающих дедупликацию в своих дисковых массивах, HP поддерживает опцию отключения thin deduplication в тех случаях, когда приложению требуется обеспечить максимально возможную скорость записи либо применение дедупликации не имеет смысла из-за низкой степени повторяемости данных.
ASIC генерирует и присваивает хэш-сигнатуру каждому поступающему запросу на запись. В HP 3PAR StoreServ используется механизм индексации HP 3PAR Express Indexing, который ускоряет поиск по таблицам и способен очень быстро найти ранее сделанный идентичный запрос на запись. Когда в систему приходит новый запрос записи, то Express Indexing выполняет поиск по метаданным для сравнения сигнатуры этого запроса с сигнатурами предыдущих операций записи. Если найден идентичный запрос, то система отмечает флажком новый запрос как дублирующий и вместо повторной записи идентичных данных на диски массива в таблицу метаданных записывается указатель на уже сохраненный на массиве блок данных. Для предотвращение конфликтов хэшей ASIC выполняет побитовое сравнение перед тем, как пометить новый запрос на запись как дублирующий.
Онлайновая дедупликация на основе сигнатур хэшей, генерериуемых ASIC
Persistent Checksum
Для гарантирования целостности данных при их передаче внутри компонентов массива в новом поколении HP 3PAR StoreServ применен реализованный на аппаратном уровне внутри 3PAR Gen5 Thin Express ASIC механизм Persistent Checksum, который работает в соответствии с требованиями стандарта защиты данных T10-PI (Protection Information). Persistent Checksum разработан для защиты данных от «незаметной порчи», которая может происходить из-за сбоя отдельного компонента стека ввода/вывода при передаче данных от/к твердотельному накопителю от HBA-адаптера сервера через коммутатор SAN и до HBA-адаптеров массива. Persistent Checksum работает полностью прозрачно для приложений и операционных систем хостов и интегрирован с HBA-адаптерами и драйверами серверного оборудования, что гарантирует проверку целостности данных на всем пути от сервера и до дисков HP 3PAR StoreServ.
T10-PI – это стандарт SCSI, который реализует дополнительный уровень защиты данных с помощью дополнительного восьмибайтового поля Data Integrity Field (DIF) для каждого сектора диска. Обычно данные, полученные в результате успешного считывания диска, считаются корректными и сразу передаются хосту, который их запросил. T10-PI реализует проверку данных, считанных с диска, перед тем, как они будут переданы хосту. Для запросов на запись применение T10-PI гарантирует, что на твердотельный диск будут записаны именно те данные, которые хост отправил для записи. Если обнаружена порча данных, то операционная система HP 3PAR ответит на запрос записи сообщением об ошибке и хост снова выдаст запрос на записи.
Механизм проверки целостности данных Persistent Checksum
Асинхронная потоковая репликация
При использовании жестких дисков, когда время отклика на запрос к данным измеряется в десятках миллисекунд, задержка, которую вносит синхронная репликацию на удаленный массив, допустима с точки зрения SLA. Однако при переходе на флэш-память, когда время отклика сокращается до долей миллисекунды, задержка из-за синхронной репликации будет серьезно «тормозить» доступ к данным приложений, поэтому в пакет удаленной репликации HP 3PAR Remote Copy добавлена поддержка режима Asynchronous Streaming, позволяющего поддерживать на удаленном массиве почти точную (near exact) копию данных с целевой точкой восстановления (RPO) не более нескольких секунд. Применение асинхронной потоковой репликации позволяет обеспечить доступность данных в случае крупной аварии в основном дата-центре без снижения производительности приложений, которые используют эти данные (помимо этого нового режима HP 3PAR Remote Copy поддерживает синхронную и периодическую асинхронную репликацию между тремя дата-центрами).
Из других новых функций HP 3PAR 8000 и 20000 стоит отметить реализацию двунаправленного перемещения томов между федерации из четырех массивов с помощью Peer Motion и возможность с помощью этой технологии, которая реализована на уровне Thin Express ASIC, импортировать данные с устаревших массивов Hitachi (до этого Peer Motion поддерживал импорт только с массивов EMC). Обновленное программное обеспечение Priority Optimization позволят задавать целевые параметры времени доступа вплоть до 0,5 миллисекунд для обеспечения необходимого уровня обслуживания для критичных бизнес-приложений.
Кроме того, в пакете резервного копирования и восстановления виртуальных машин StoreOnce Recovery Manager Central for VMware (RMC-V) для 3PAR StoreServ, который создает консистентные мгновенные снимки виртуальных машин, а затем автоматически копирует их напрямую с HP 3PAR StoreServ на дисковую библиотеку HP StoreOnce, реализована поддержка VMware vSphere 6.0 с VMware Virtual Volumes (VVOLs), а также возможности гранулярного восстановления отдельных виртуальных машин и файлов. Применение RMC-V уменьшает затраты на резервное копирование по сравнению с традиционными методами на основе выделенного сервера, управляющего резервным копированием, и специализированного ПО, и за счет перехода от иерархического к плоскому резервному копированию до 17 раз ускоряет операции записи резервных копий и до 5 раз восстановления по ним виртуальных машин.
Линейка систем хранения HP 3PAR
За 2015-й год flash-технологии существенно упрочили свои позиции. По отчётам аналитиков, рынок All-Flash-систем вырос многократно, тогда как количество проданных массивов, использующих только механические диски, постоянно уменьшается.
Если ранее покупка SSD требовала обоснования IT перед бизнесом, то теперь, зачастую, обоснования требует покупка «обычных» дисков.
Построение All-Flash Datacenter становится реальностью и требует большего, чем просто flash, требует построения новой инфраструктуры, фундаментально оптимизированной для производительности (ввод/вывод, время отклика, пропускная способность). 16Gb FibreChannel становится мейнстримом, вскоре планируется появление 32Gb FC. Вполне возможно, что ещё более активно в будущем станет применятся высокоскоростной loseless Ethernet для доступа к данным, а может мы увидим активное развитие других технологий, например NVMe over Fabrics, посмотрим.
Множество интересного произошло в самих Flash-технологиях. 3D NAND активно вышел на рынок, обеспечивая низкую стоимость хранения данных и высокую производительность.
Рынок систем хранения данных, использующих flash, развивался несколькими путями.
Производители традиционных массивов пошли по простейшему пути – добавили новые технологии к устаревшим архитектурам. И не получили ни сверхнизкого времени отклика, ни высоких производительности, ни технологий по уменьшению стоимости хранения.
Небольшие стартапы, в свою очередь, начали разработку с нуля, предложив рынку системы с довольно высокой производительностью и низким временем отклика. Некоторые из них предложили технологии уменьшения стоимости хранения, например, дедупликацию на лету.
Кстати, на мой взгляд, технологии уменьшения хранимого объёма данных, такие как тонкие технологии или дедупликация, должны быть реализованы только «на лету», inline. Ведь если использовать отложенную обработку (post-process), может получиться занятная ситуация:
представьте себе, что на СХД есть 2ТБ свободного пространства. Заказчик за один день записал 1ТБ данных, за ночь дедупликация превратила их в 500ГБ. Отлично!
На следующий день записали ещё 1ТБ, за ночь дедупликация тоже хорошо отработала, 2:1. На третьи сутки ситуация повторилась. Что же получили? 3ТБ логических данных, которые занимают всего лишь 1.5ТБ на диске. Великолепно! Сэкономили дорогостоящий дисковый ресурс, уменьшили TCO.
Но вдруг злобный вирус или дрожащие руки администратора уничтожили все данные на этом логическом томе. Катастрофа? Нет! Ведь администратор всё же знает своё дело и у него есть недавний бакап. А вот тут начинается самое интересное. Сколько физически свободного места было для данной задачи? 2ТБ. Сколько лежит в бакапе? 3ТБ. Сможем ли заказчить превратить 3ТБ в 1.5ТБ на лету? Нет! И вот это уже почти катастрофа.
Вот поэтому я и утверждаю, что технологии уменьшения хранимого объёма данных должны быть реализованы только «на лету».
Получившиеся быстродействующие системы, к сожалению, оказались без функционала, необходимого для массива корпоративного уровня. Без высокой отказоустойчивости, без масштабирования, без репликации для построения катастрофоустойчивого решения, без QoS, без интеграции с приложениями. Большинство без возможности гранулярно наращивать объём, некоторые даже без возможности провести добавление объёма без потери данных. Ну и к стабильности работы возникали вопросы.
Эти системы получились отдельными островками в датацентрах, без интеграции со всей остальной экосистемой.
Некоторые производители традиционных массиво заявляли, что их текущая архитектура оптимальна для flash, но в результате всё равно покупали стартап со специализированной AFA-системой. Со временем большинство из стартапов были куплены производителями традиционных массивов, которые поняли, что их существующие технологии устарели для новой эры, но полноценной интеграции с существующими у них продуктов ещё не случилось.
В особом положении оказался 3PAR, чья внутренняя архитектура изначально была разработана для наилучшей работы с данными, оптимизации ввода/вывода с помощью специализированного сопроцессора. И появление новых быстродействующих носителей не стало неожиданностью, т.к. технологии уже были готовы. Да, была проведена дополнительная оптимизация с учётом наилучшего для SSD размера блока (Adaptive reads/writes), были разработаны технологии для получения большего объёма полезного пространства с SSD без уменьшения срока жизни и производительности (Adaptive Sparing), расширены возможности по применению самих SSD (Adaptive Flash Cache, inline deduplication).
Но принципиально ничего менять не пришлось и 3PAR достиг рекордных показателей производительности при времени отклика от 0.2 ms, предоставляя высочайший уровень надёжности и сервисы корпоративного уровня.
3PAR – это целостная линейка, включающая в себя системы среднего, старшего уровня и All-Flash-системы. Единая OS, оптимизированная под Flash, единое управление, возможность федерации до 4-х массивов разного уровня для обеспечения мобильности данных.
Свидетельствами правильности выбранного подхода 3PAR являются многочисленные награды. По данным IDC CY15 Q3 WW Disk Tracker 3PAR занял первое место по продажам в сегменте Midrange SAN массивов, является одним лидеров среди All-Flash-Arrays.Особо интересен рейтинг Gartner Critical Capabilities for General-Purpose, Midrange Storage Arrays. В нём ведущий индустриальный аналитик оценивает рейтинг СХД в различных категориях: OLTP базы данных, консолидация, серверная консолидация и VDI, аналитика, облака. 3PAR 8000 является лидером во всех индивидуальных категориях и занимает первое место в общей категории, overall use case, что прекрасно отражает возможности 3PAR по консолидации всех видов разнородных сервисов организации.
В 2015 году линейка была обновлена, была представлена 8000-я и 20000-я серия.
All-Flash модель 3PAR 20850 заняла первое место индустриального теста SPC-2, демонстрирующего возможности пропускной способности СХД, открыв новый подход к построению систем, ориентированных на высочайшую по потоковою производительность. Ранее считалось, что flash-технологии не самым лучшим образом подходят для задач, которым требуется высокая потоковая пропускная способность – аналитика, видео по запросу. Но 3PAR 20850 доказал, что применение flash в этом сегменте оправдано.
СХД 3PAR регулярно занимали первое место в тесте SPC-1, ориентированном на определение эффективности и производительности СХД при работе с традиционными задачами современного предприятия – транзакционные БД, виртуализация, почтовые системы. Мы ожидаем вскоре публикации рекордного результата и нового поколения.
Первые места в SPC-1 и в SPC-2 3PAR (хотя и полученыне в разное время), указывают на архитектурные преимущества 3PAR, разработанного для разнородной нагрузки. Возможность обеспечивать одновременно, с минимальным взаимным влиянием, высочайшую производительность для сервисов с профилем случайного доступа с малым размером блока и сервисов, требующих высокую пропускную способность и использующих большой размер блока, делает системы 3PAR преимущественным предложением для датацентров, построенных с использование flash-технологий.
Хотелось бы остановиться на основных изменениях в новом поколении.
— Новое поколение многоядерных центральных процессоров Intel IvyBridge (напомню, что в 3PAR центральные процессоры оперируют только метаданными, командами, весь поток данных идёт через специализированный сопроцессор, микросхему ASIC).
— Новый ASIC Gen5, обеспечивающий всю работу с данными:
— расчёт RAID
— связь между контроллерами и быструю передачу данных между ними
—Thin Provisioning c компрессией нулей и SSD Deduplication «на лету», в новом поколении внесено множество улучшений, связанных с дедупликацией
— Оптимизация под работу с разнородной нагрузкой
— Новое! Сквозной контроль целостности данных по индустриальному стандарту T10 PI (DiF), обеспечивающий контроль с момента попадания данных в сеть хранения данных до размещения на дисках. Данные заказчика будут всегда под дополнительным контролем и защитой от возможных, ранее не обнаруженных, ошибок коммутаторов SAN, дисков. Это значительно повышает надёжность хранения, учитываю возрастающую возможность появления недетектированных ошибок с ростом объёмов передаваемых и хранимых данных
— Естественно, больше кэша и большие объёмы на SSD, которые можно использовать под Adaptive Flash Cache
— Значительно выше производительность в операциях случайного доступа
— В несколько раз выше пропускная способность по сравнению с предыдущим поколением
— 16Gb FC frontend, обеспечивает уменьшение задержек и оптимальное использование современной SAN-инфраструктуры
— 12GB SAS для подключения дисковых полок, с поддержкой оптического кабелирования, что позволяет разнести полки расширения на расстояние до 25 метров (в 8000-й) и 100 метров (в 2000-й серии), для некоторых заказчиков это очень важно
— очень много улучшений в iSCSI-стеке (включая поддержку DCB для уменьшения задержек и повышения производительности), что позволит оптимально использовать новые системы там, где заказчик не желает использовать FibreChannel SAN
Адаптивная архитектура HPE 3PAR позволяет на одних и тех же SSD-накопителях разместить Adaptive Flash Cache, дедуплицированные тома, обычные тома, а также данные томов, участвующие в автоматическом многоуровневом хранении. Это позволяет упростить администрирование, увеличить эффективность использования SSD, экономить ещё больше и получить максимальную отдачу от SSD.
Для тех, кто ещё раздумывает над применением SSD-накопителей, в рамках СХД 3PAR мы предлагаем бесплатный инструментарий Flash Advisor, который позволяет оценить насколько эффективным будет использование Adaptive Flash Cache, какой коэффициент дедупликации для существующих данных обеспечит Thin Deduplication, даже если в системе ещё нет SSD.
Стоит отметить, что функционал Adaptive Flash Cache, Thin Deduplication, Thin Provisioning с компрессией нулей входит в базовую OS без необходимости в дополнительных лицензиях.
Чтобы развеять сомнения заказчиков в использовании SSD-дисков, HPE предоставляет стандартную безусловную гарантию сроком на пять лет для SSD-дисков (включая окончание ресурса на запись и перезапись, Wear-out). При этом, благодаря патентованным технологиям 3PAR, мы предоставляем наши SSD c большим объёмом, чем конкуренты — 480 ГБ, 920 ГБ, 1,92 TБ и 3,84 ТБ без ограничений при использовании на запись. Мы предлагаем возможность использовать разнообразные варианты технологий SSD – SLC, eMLC, cMLC, 3D NAND в зависимости от требований заказчика.
В середине февраля анонсирован новый массив 3PAR 20000-й серии — HPE 3PAR StoreServ 20840 Converged Flash Array. Это система хранения данных, аналогичная оптимизированной All-Flash системе 3PAR 20850, но с возможностью применения и механических дисков для тех заказчиков, кто желает использовать гибридный подход. Система обладает рекордной производительностью свыше 3,2 миллиона IOPS при времени отклика менее 1 ms.
HPE 3PAR 20840 сочетает высокую производительность с низким временем отклика, надёжность в шесть девяток с широким функционалом, необходимым на современном предприятии:
— QoS с уникальной возможностью обеспечения SLA одновременно по производительности и времени отклика для критичных для бизнеса приложений. Причём минимально можно указать цель в 0.5 ms!
— Масштабируемость до 15 ПБ (!) адресуемого полезного пространства
— Синхронная/Периодическая/Асинхронная репликация (Remote Copy) с поддержкой 3-х ЦОД, между любыми моделями семейства 3PAR.
— Аппаратная дедупликация на SSD с помощью ASIC
— Шифрование данных с интеграцией с внешними серверами ключей, соответствие стандарту FIPS 140-2 с контролем доступа к дискам
— Доступность в Шесть Девяток
— Глубокая интеграция с ведущими приложениями, интеграция приложений с функционалом слепков
— Сертификация VMware vMSC и построение распределённого хранилища также и для других ОС
— Высокая плотность размещения
— 5 лет безусловной гарантии на SSD, включаю замену в случае wear-out
Мы рассказали лишь о малой части преимуществ и функционала, которыми обладает HPE 3PAR StoreServ, за более подробной информацией обращайтесь к дистрибьютору – МУК, либо в представительство HPE.
СХД НР 3PAR, или Как не платить дважды
Зависимость бизнеса от данных приводит к экспоненциальному росту их объемов. В свою очередь, это выдвигает на первый план проблему эффективного использования СХД. Традиционные решения плохо адаптируются к новым требованиям к ИТ, появившихся в последнюю декаду. Как результат, компании вынуждены добавлять новые уровни аппаратного и программного обеспечения, повышая сложность ИТ-инфраструктуры и стоимость владения.
СХД HP 3PAR Utility Storage разработана с целью решить или, по меньшей мере, снять остроту возникающих проблем. Это полностью виртуализированная платформа хранения данных, обеспечивающая простоту использования, эффективность и гибкость – качества, которые требуются в современных облачных ЦОД.
Аппаратную основу решения составляет семейство HP 3PAR Storage System. В отличие от большинства модульных и интегрированных массивов хранения в семействе используется кластерный подход, при этом узлы контроллеров (Controller Node), или контроллеры базируются на специализированных ИС (ASIC) (третье поколение в массивах серии F-Class и четвертое – в V-Class). Использование ASIC повышает производительность и надёжность всей системы. Система легко масштабируется, сохраняя, в то же время, отказоустойчивость. Процесс добавления любых компонентов происходит без остановки работы массива.
«Интеллектуальные» возможности системы обеспечивает InForm OS, которая составляет ядро HP 3PAR Software. Она, в частности, предоставляет такие особенности, как «широкое расщепление» данных, что позволяет достичь производительности массового параллелизма, а также гибкости конфигураций для разных уровней сервиса; федерализация массивов хранения, обеспечивающую простую миграцию данных и нагрузок между массивами без воздействия на приложения, пользователей или сервисов и ряд других. Прежде чем переходить к деталям архитектуры, приведем ряд общих особенностей.
3PAR Storage System оборудована высокоскоростной полносвязной пассивной объединительной панелью, которая соединяет множество узлов контроллеров (высокопроизводительных машин перемещения данных) для создания кластера с когерентным кэшем. Такое соединение обеспечивает тесную связь управляющих узлов и упрощает модель ПО.
Внутри этой архитектуры узлы контроллеров объединяются в пары, и посредством каналов Fibre Channel к ним подключаться дисковые полки, которые принадлежат этой паре контроллеров. При выходе из строя одного из контроллеров пары, СХД (при определенных условиях) начинает перестроение расположения данных таким образом, чтобы была возможность доступа к данным при выходе из строя второго контроллера пары. Такая кластеризация контроллеров позволяет хосту «видеть» систему как единую высокодоступную и высокопроизводительную СХД.
С помощью управляющего ПО контроллеров пользователи могут создавать виртуальные тома (Virtual Volume, VV), которые затем экспортируются и становиться видимыми хостам как номера логических устройств (LUN). Далее внутри системы VV могут отображаться на один или более логических дисков (LD), которые реализуют RAID на группе физических дисков системы. Поскольку кластер контроллеров представляется хостам как единая система, серверы могут получить доступ к VV по любому своему порту FC, даже если физический диск с данными подключен к другому контроллеру. Это достигается за счет полносвязной топологии объединительной панели.
3PAR Architecture реализована сегодня в шести моделях разных уровней. Правда, модели S и T уже не доступны в продаже. Новая высокоуровневая 3PAR Р10000 (V800 и V400) имеет удвоенную емкость и пропускную способность в 2,6 раз большую по сравнению с T-Class. Системы среднего уровня F-Class (F400 и F200) по своим характеристикам, надежности и функциональности идентичны моделям V, но менее масштабируемые. Отметим, что первая цифра в моделях соответствует числу контроллеров в кластере.
Архитектура легко масштабируется от 4,8 до 1600 ТВ, что позволяет использовать систему от малых, удаленных до крупных централизованных СХД. Высокая производительность и масштабируемость платформы хорошо подходит для больших или быстро растущих проектов, консолидации критически важных данных, высокопроизводительных приложений, управления жизненным циклом данных и особенно для облачных вычислений.
Система обеспечивает как аппаратную, так и программную отказоустойчивость за счет функционирования на каждом контроллере отдельного экземпляра InForm OS. При таком дизайне отказы установленного и встроенного ПО сведены к минимуму.
Аппаратно реализованная с помощью ASIC технология тонкого выделения ресурсов позволяет изымать выделенное, но не используемое дисковое пространство без потери производительности. При этом функция zero detection – обнаружение блоков данных, заполненных нулями, – позволяет управлять пространством не менее эффективно, чем дедупликация и архивация. ASIC также поддерживает смешанную нагрузку: приложения, осуществляющие транзакции, и приложения, требующие высокой пропускной способности, могут использовать одни и те же ресурсы хранения без конфликтов, уменьшая тем самым наполовину требуемый объем массива. Это особенно эффективно при работе с большим количеством виртуальных серверов.
Полносвязная объединительная панель
В последние десять лет объединительные панели в серверах получили значительное развитие. Напомним, что большинство, если не все архитектуры серверов и дисковых массивов используют для высокоскоростного межпроцессорного обмена, каналов ввода-вывода и доступа к памяти простую объединительную панель с шинной топологией. С распространением серверов с симметричной многопроцессорной обработкой (SMP) индустрия начала делать значительные инвестиции в разработку коммутаторов. Переход от шинной топологии к коммутаторам преследовал цель решить проблему запаздываний при увеличении количества устройств, подключаемых к объединительной панели. Третье поколение полносвязной объединительной панели впервые появилось в конце 90-х в серверах корпоративного класса. Однако 3PAR Utility Storage System представляет первую платформу хранения, где применена объединительная панель третьего поколения (рис. 1).
Рис. 1. Полносвязная объединительная панель
Разработка была использована в 3PAR с целью снизить латентность и удовлетворить требованиям масштабируемости. Конструктивно объединительная панель представляет собой пассивную печатную плату, содержащую разъемы для контроллеров. Каждый разъем соединяется с каждым другим таким же разъемом высокоскоростным каналом (2 Гб/с в каждом направлении), образуя полносвязную топологию соединений всех узлов управления в кластере. В случае отказа объединительной панели обмен управляющей информацией осуществляется по отдельной полносвязной сети на базе последовательного интерфейса RS-232.
Особенности тесно связанной кластерной архитектуры 3PAR
Большинство традиционных архитектур массивов хранения подразделяются на две категории: монолитные и модульные.
При монолитной архитектуре стартовать с начальной, более доступной конфигурации довольно проблематично, потому что каждый активный процессорный элемент не только должен быть продублирован для избыточности, но элементы должны сегментироваться и выделяться для каждой их различных функций, таких как управление хостом, кэшированием и массивами RAID. При такой конструкции, с ее акцентом на оптимизированные внутренние соединения, пользователи извлекают выгоду от модели active-active из центрального общего кэша (например, LUN’ы могут когерентно экспортироваться из многих портов). Однако это влечет более высокую стоимость относительно модульной архитектуры.
В свою очередь, в традиционной модульной архитектуре пользователи могу стартовать с базовой, более доступной конфигурации. Количество процессорных элементов здесь уменьшается до двух, поскольку каждый элемент является многофункциональным: он управляет хостом, кэшем и дисками. Платой за эту экономическую эффективность является стоимость или сложность масштабирования. Так как в большинстве конструкций поддерживаются только два узла, то расширение может быть осуществлено только за счет замены узлов на более мощные или покупки дополнительных модулей. Другим недостатком является то, что двухузловая модульная архитектура, хотя и обеспечивает отказоустойчивость, в типичном случае не предоставляет истинную реализацию active-active, при которой индивидуальные LUN могут одновременно и когерентно обрабатываться обоими контроллерами. Модульный дизайн в типичном случае использует технологии внутренней связи не оптимизированные для кластеризации (например, Fibre Channel или Ethernet) и поэтому не очень хорошо подходят для обеспечения нужной полосы пропускания и значения задержки, которые требуются для истинной обработки active-active.
Архитектура 3PAR соединяет преимущества монолитных и модульных архитектур. Она обеспечивает экономически эффективную масштабируемость посредством реализации когерентного кэша, многоузловости и кластеризации. Эта архитектура начинается с многофункциональности узлов, и, подобно модульному массиву, требует только двух узлов управления для избыточности. Однако в отличие от традиционной модульной архитектуры, между управляющими узлами обеспечивается оптимизированная внутренняя связь для поддержки обработки всеми активными узлами (Mesh-Active controllers). При этом тома не только активны для всех контроллеров, но они автономно выделяются и распределяют нагрузку всех системных ресурсов. При необходимости увеличить количество контроллеров объединительная панель обеспечивает установку дополнительных узлов (вплоть до восьми в случае HP P10000 3PAR V800).
Узел контроллера
Важным элементом архитектуры 3PAR является собственный контроллер. Модульный подход обеспечивает гибкие способы увеличения производительности, емкости и доступности при изменении требований. Система может выдержать отказ целого контроллера без последствий для доступности данных, и каждый узел допускает «горячую замену».
В отличие от традиционных архитектур, в которых обработка команд ввода-вывода и перемещение данных выполняет один и тот же процессор, конструкция контроллера 3PAR отделяет обработку команд управления от перемещения данных. Это решает проблему «бутылочного горлышка» существующих платформ, возникающего из-за конкуренции за ресурсы одного процессорного элемента. К примеру, внутри каждой СХД HP P10000 операции управления обрабатывают до 16 высокопроизводительных процессоров Intel Quad-Core с выделенным кэшем объемом до 256 Гб, а все перемещения данных – специализированная микросхема ASIC четвертого поколения (по две на каждый контроллер) с выделенным кэшем вплоть до 512 Гб.
Для эффективной межкомпонентной связи каждый контроллер оборудуется девятью высокоскоростными разъемами ввода-вывода. Такая конструкция позволяет одновременную нативную поддержку множества протоколов обмена. Вдобавок, встроенные порты Gigabit Ethernet могут быть сконфигурированы для удаленного зеркалирования по IP-сетям. Все внутренние связи используют Fibre Channel.
Узлы управления в моделях V800 и V400 характеризуются встроенной функцией «утончения» (Thin Built In) – аппаратной реструктуризацией тома от «толстого-к-тонкому» выделению ресурсов. Эта встроенная возможность работает с HP 3PAR Software, и позволяет пользователям взять «толсто» распределенные тома на унаследованных устройствах и недеструктивно преобразовать их в «тонко» распределенные тома.
Для сохранения кэшированных при записи данных при отказе питания каждый контроллер содержит локальный физический диск с отдельной копией InForm OS. Каждый узел питается от двух БП и резервируется цепочкой из двух аккумуляторов. Аккумуляторы имеет достаточную емкость, чтобы сохранить все необходимые данные на диске.
Шасси дисководов и диски
Это еще один строительный блок СХД HP 3PAR. Модель V800 может содержать до 48 дисковых шасси и расширяться от 16 до 1920 дисков. Каждое шасси занимает 4U в 19-дюймовой стойке и может вмещать до 40 дисков.
Шасси может содержать один или несколько типов физических дисков SSD, дисков FC или SATA. Для повышения надежности шасси оборудуются N+1 БП, избыточными адаптерами FC-AL, коммутаторами с продвижением пактов без буферизации для коммутации соединений точка-точка. Отказ какого-нибудь диска не влияет на работу остальных.
Каждый физический диск (PD) делится на порции (chunklets) размером 256 Мб в серии F-Class и 1 Гб в серии V-Class. Логические диски отображаются на чанклеты, а не на целый PD. Это позволяет использовать диски разного объема внутри одного RAID, сегментировать LD по большому числу PD (striping).
Встроенное ПО дискового шасси выполняет несколько функций, включая информирование System Manager об условиях среды (температура, статус БП и т. п.) и физическом расположении PD, а также диагностику и корректное отключение неисправных PD.
В контексте архитектуры 3PAR существуют два типа виртуальных томов: базовые тома, включая тома с тонким выделением ресурсов, и тома моментальных снимков (snapshot). Базовый том прямо отображает все видимые пользователем данные. Том моментальных снимков создается с помощью HP 3PAR Virtual Copy Software. Когда моментальный снимок создается первый раз, все его данные косвенно отображаются на родительские данные. Следует отметить, что при увеличении количества снимков, производительность массива не падает. Всего поддерживается до 8 тыс. снимков на массив.
Программное обеспечение HP 3PAR
В заключение вкратце остановимся на программном обеспечении. Оно включает как ПО непосредственно СХД HP 3PAR, так и ПО, работающее на сервере пользователя. Имеется три различных категорий ПО 3PAR.
Прежде всего, это операционная система InForm OS, ядро, которое работает на системе и обеспечивает уникальные особенности виртуализации, управления виртуальными томами и RAID. Далее, дополнительное ПО, поставляемое опционально, которое также работает на системе и предоставляет расширенные возможности. И, наконец, хост-базированные программные продукты, которые позволяют удовлетворить требования специфической среды приложений.
InForm OS
Основу ПО HP 3PAR Utility Storage образует операционная система InForm, которая использует продвинутые возможности технологий виртуализации для увеличения эффективности администрирования, утилизации системы и производительности. ОС предоставляет множество функций и возможностей, включающих, в частности, инструменты управления, быстрое выделение ресурсов, образование автономных групп из хостов и виртуальных томов, RAID с множественным контролем четности, поддержку LDAP.
Остановимся несколько подробнее на наиболее интересной, на наш взгляд, особенности InForm OS – тонкогранулированной виртуализации.
Для обеспечения высокой производительности и максимальной утилизации физических ресурсов в InForm OS используется методология трехуровневого отображения в памяти, подобная архитектурам виртуальной памяти в большинстве современных надежных ОС корпоративного класса (рис. 2).
Первый уровень отображения виртуализирует PD любого объема на пул тонко гранулированных порций (чанклетов) одинакового размера по 1 Гб каждый (256 Мб для моделей Т- и F-Class). Тонкогранулированная природа этих чанклетов устраняет недоиспользованный ресурс СХД, а также улучшает производительность всех приложений, безотносительно к их требованиям к объемам дискового пространства. Хотя легкие приложения могут нуждаться в небольшом количестве чанклетов, эти чанклеты могут распределяться по десяткам или даже сотням дисков.
Второй уровень отображения связывает чанклеты с LD. Эта связь позволяет логическим устройствам создаваться по шаблонам, основанным на характеристиках RAID и локализации чанклетов в системе. LD могут специализироваться, чтобы удовлетворять разным требованиям к стоимости, емкости, производительности и доступности в соответствии с уровнем QoS. Дополнительно, взятые вместе первый и второй уровни служат для массового распараллеливания нагрузки по физическим дискам.
Рис. 2. Тонкогранулированная виртуализация СХД
Третий уровень отображения связывает VV со всеми или частью базовых LD или нескольких LD. Виртуальные тома являются представлением виртуальной емкости, которая, в конечном счете, экспортируется хостам и приложениям в качестве виртуальных LUN по портам FC или iSCSI.
При таком подходе небольшая часть VV, связанная с определенным LD, может быть быстро и без разрушений перенесена на другой LD для увеличения производительности или по другим причинам. Другие архитектуры требуют миграции целого виртуального тома.
При администрировании СХД требуется минимальное планирование. Администратор просто указывает имя виртуального тома, уровень RAID и объем, а InForm OS автоматически выделяет LD в момент, когда приложение требует ресурс.
Из возможностей ПО стоит также обратить внимание на продвинутые возможности консоли управления (Management Console). Это Java-базированное приложение работает на той же клиентской платформе, что и Command Line Interface (CLI). Администратор может использовать консоль управления для мониторинга всех физических и логических компонентов системы (LD, VV, HDD, CPG, портов), просматривать информацию о производительности системы ввода-вывода, пропускную способность, время обслуживания разных компонентов, а также выполнять мониторинг нескольких HP 3PAR Storage System с помощью одного экземпляра приложения Management Console.
Дополнительное ПО
Этот пакет приобретается отдельно от InForm OS и предоставляет расширенные возможности, включающие технологии тонкого распределения ресурсов, безопасное выделение разделов для виртуальных частных массивов, виртуальное и удаленное копирование и ряд других. Рассмотрим здесь функцию тонкого выделения ресурсов.
Она позволяет максимально использовать имеющееся дисковое пространство, обеспечивая безопасную развязку «выделенного» объема от «используемого». Администратор может выделить и экспортировать приложению любой объем логической емкости без необходимости резервировать этот объем на имеющихся PD. То, что приложение «видит» как физическую емкость, отлично от того, что действительно приобретено и используется. В типичных случаях приложение «видит» намного больший объем, чем физическая емкость ресурсов хранения.
Распределенная емкость представляется хостам механизмом тонкого распределения виртуальных томов (Thin Provisioning VV – TPVV). В отличие от обычных VV, которые заранее отображаются на базовые LD и, в конечном счете, на чанклеты, TPVV отображаются на так называемую Common Provisioning Group (CPG), являющаяся, по сути, правилом, согласно которому используется физический ресурс и которое характеризует его формирование на основе дисковых накопителей. Так, CPG RAID 1 FC говорит о том, что для TPVV будут использоваться FC-диски с блоками, объединенными в RAID 1.
Группа определяет общий резервуар хранения, из которого выделяется емкость только для актуальной записи данных. При выполнении записи (на TPVV) CPG создает отображение на базовые LD, и пространство для записи инкрементируется тонко гранулированными порциями по 16 КБ (рис. 3).
Рис. 3. Распределение емкости при тонком выделении ресурсов
Для полноты картины упомянем еще такие возможности дополнительного ПО, как федерализация устройств хранения, виртуальное и удаленно копирование и адаптивную и динамическую оптимизацию, позволяющую без разрушения распределять и перераспределять тома, выделенные приложениям, по ярусам для удовлетворения требований QoS.
ПО, работающее на хостах
Хост-базированное ПО, предоставляемое с HP 3PAR Storage Systems, предназначено для удовлетворения специфических требований сред приложений.
В пакет, в частности, входит GeoCluster Software for Microsoft Windows, обеспечивающее автоматическую передачу функции управления между основным и резервным сайтами географического кластера в Windows-базированном окружении; Recovery Manager Software для VMware vSphere, позволяющее администраторам создавать сотни мгновенных снимком виртуальных машин и инициировать быстрое восстановление в режиме онлайн прямо с консоли VMware vCenter; VMware plug-ins и многое другое.
СХД HP 3PAR не имеет единой точки отказа. Как минимум, имеются два контроллера и две копии InForm OS даже в наименьшей конфигурации. Система предоставляет минимум два независимых FC-порта на один контроллер.
Как отмечает компания НР, благодаря высокой эффективности и гибкости HP 3PAR Utility Storage завоевала признание в сегменте критически важных для бизнеса приложений у корпораций, входящих в список Fortune 1000. В заключение приведем мнения экспертов.
Даниил Колесник,
специалист по СХД и облачным вычислениям компании «Интеграционные Системы»
Современные ИТ-инфраструктуры с высокой степенью виртуализации и конвергенции выдвигают новые, более жесткие требования к системам хранения данных. В их числе:
СХД 3PAR были первыми массивами, в которых еще в 2003 г. была реализована функция тонкого выделения ресурсов (Thin Provisioning). На данный момент такая функциональность присутствует у большинства производителей СХД, и теперь вопрос ставится несколько иначе – насколько эффективно работает та или иная ее реализация?
Передовые в индустрии технологии тонкого выделения ресурсов, реализованные в массивах 3PAR, – детектирование нулевых блоков данных на лету; отсутствие ограничений на репликацию тонких логических дисков, возможность использовать снимков томов для тонких дисков, отсутствие необходимости резервирования дискового пространства – позволяют высокоэффективно использовать и управлять дисковым пространством массива без потерь производительности. Уникальная для своего сегмента модульная архитектура массива и возможность работы со смешанными типами нагрузки предоставляют СХД HP 3PAR конкурентные преимущества перед остальными оппонентами на рынке. По моим ожиданиям 2013 г. будет переломным в плане продаж систем 3PAR на Украине.
Владимир Савяк,
3PAR CIS Product Manager, HP
В конце 90-х годов прошлого столетия передовики ИТ-отрасли активно увлекались идеями массового параллелизма и виртуализацией. Причем увлечения эти коснулись не только сферы серверов, высокопроизводительных вычислений, но и систем хранения данных.
В системах хранения эти идеи вылились в изменение принципов использования дисковых накопителей для построения отказоустойчивых и быстродействующих массивов хранения данных. Главной идеей этих изменений была попытка построить новые алгоритмы использования ресурсов таким образом, чтобы они работали максимально эффективно. Одной из ключевых технологий реализации данной концепции стала виртуализация дисковых ресурсов с разделением операций ввода-вывода по всем физическим дискам системы, что позволило значительно упростить управление системой хранения и увеличить эффективность ее утилизации.
В начале 2000-х идеи использования виртуализированных систем хранения с массовым параллелизмом на уровне дисковых накопителей проявились в многочисленных стартапах, технологии которых со временем были раскуплены по достаточно высокой цене крупными ИТ-компаниями, а значит оказались успешными. Если проанализировать их рейтинги, согласно отчётам компании Gartner, в системах хранения данных среднего и высокого уровня 2007-2009 гг. технологическим лидером была компания 3PAR, а за ней, шли Pillar, Compellent, LeftHand. Все они сегодня являются частью глобальных компаний Oracle (Pillar), Dell (Compellent), HP (LeftHand, 3PAR). Являясь собственником технологий LeftHand и 3PAR, компания HP фактически стала технологическим лидером в сфере систем хранения среднего и высокого уровня.
В отличие от своих коллег-конкурентов по рынку, 3PAR не только создала высокоэффективное программное обеспечение для дисковых массивов, но и высокопроизводительную аппаратную платформу, сделавшую продукты компании лидерами производительности. Фактически, в аппаратном плане, 3PAR реализовала в своих продуктах технологии массового параллелизма на уровне контроллеров. В системе хранения HP 3PAR как высокого, так и среднего уровня используется 4-8 контроллеров, обеспечивающих активный одновременный доступ к данным на массиве с любого хоста через все контроллеры одновременно. Управляет таким высокопроизводительным кластером контроллеров специализированная микросхема 3PAR ASIC, инсталлированая в каждом контроллере (от одной до двух на контроллер) и реализующая распределенную коммутацию запросов ввода-вывода, а также часть функций системы хранения.
HP начала осуществлять инвестиции в продвижение систем хранения 3PAR в кластере стран СНГ меньше года назад. Уже сейчас, благодаря уникальным технологиям, уровень которых останется недостижимым конкурентами в ближайшие несколько лет, нам удалось поставить заказчикам в регионе значительное количество новых устройств. Исходя из понимания рыночной динамики корпоративного сегмента и циклов продажи устройств класса Midrange и High-End, я уверен, что в 2013 г. эти системы станут лидерами продаж на рынке СХД.
Напечатать 
Отправить другу