Андрей Борзенко

Потребности в емкости систем хранения в корпоративных системах обработки данных сегодня растут быстрее, чем в любых иных ИТ-ресурсах (серверах, сетевом оборудовании и т. д.). Все это происходит на фоне либо сокращающихся, либо по крайней мере не увеличивающихся бюджетов. Логичный путь преодоления этих противоречий - создание централизованных сетей хранения данных (SAN, Storage Area Network), независимых от серверов и выполняющих обработку хранимых данных. На практике это означает постепенную миграцию от преимущественного хранения данных на дисках внутри серверов обработки (DAS, Direct Attached Storage) к выделенной сети хранения SAN (с доступом серверов к ней по протоколу Fibre Channel).

Напомним, что к преимуществам SAN относят существенно большие возможности расширения объемов хранимых данных, эффективное использование дискового пространства, более простое и, следовательно, менее дорогостоящее их администрирование, а также высокая надежность системы в целом, более эффективная организация страхового копирования и обслуживания данных.

В конце прошлого года специалисты, в том числе и российские, с большим интересом отреагировали на анонс нового дискового массива Storage Works Modular SAN Array 1000 (рис. 1). Это устройство (известное ранее под кодовым наименованием Voyager) официально именуется также MSA1000 (Modular SAN Array). По оценкам экспертов, данная подсистема хранения данных с очень хорошими характеристиками предлагалась по цене системы начального уровня. По-видимому, назвать это необычное интегрированное решение просто дисковым массивом нельзя. Ведь как устройство MSA1000 представляет собой комплект, включающий от одной до трех полок, в каждой из которых можно разместить до 14 дисков, плюс необходимый набор дополнительных компонентов для образования небольшой сети хранения SAN. Это дает возможность говорить о MSA1000 как об инструменте, который позволяет сделать первый шаг в сторону SAN, причем без особых сложностей. Кстати, описание процедуры миграции, приведенное в одном из документов, не сложнее, чем инструкция к современной стиральной машине.

Fig.1 Рис. 1. Storage Works Modular SAN Array 1000.

 

SAN из коробки

На нижнем уровне систем хранения возможны различные подходы к виртуализации. В частности, один из подходов, основанный на интегрированном решении, когда в пределах одной стойки собраны накопители, системы управления и коммутации, называют "SAN из коробки" (SAN-in-a-box). Подобное решение удовлетворяет целям виртуализации - но в пределах "коробки".

При всех преимуществах SAN многие пользователи испытывают определенные трудности с миграцией от DAS к SAN (DtS, DAS to SAN). Как показали опросы, проводимые аналитическими компаниями, большая часть руководителей и ИТ-администраторов систем считали такую миграцию слишком сложной, или дорогостоящей, или связанной с рисками потери данных и другими проблемами. Тем не менее основные требования для того, чтобы начать процесс DtS в организациях практически любого размера, уже сформулированы: необходимо доступное по стоимости, надежное, производительное решение, которое легко приобрести и внедрить. Система хранения Compaq Modular SAN Array 1000 как раз целиком отвечала подобным требованиям. По мнению экспертов, на момент выхода на рынок это было лучшее решение для консолидации системы хранения и начала миграции DtS для серверов стандартной архитектуры.

Особенности системы

StorageWorks Modular SAN Array 1000 - это, по сути, первое поколение систем хранения, использующих 2-Гбит технологию Fibre Channel, которые предназначены для эксплуатации в сетях SAN начального и среднего уровня. Система MSA1000 призвана уменьшить сложность, расходы и риски, связанные с развертыванием SAN в гетерогенных средах с серверами на платформе SIAS (Standard Intel Architecture Server); она представляет собой масштабируемую, высокопроизводительную систему хранения, позволяющую в будущем сохранить вложенные в нее средства.

Конструктив

StorageWorks MSA1000 - это монтируемый в стойку корпус с форм-фактором 4U (напомним, 1U=1,75 дюйма), объединяющий полку контроллера массива и полку жестких дисков, которая вмещает до четырнадцати однодюймовых универсальных (т. е. используемых и в серверах, и в системах хранения) дисков; максимальная емкость системы составляет 1 Тбайт. В корпус системы устанавливаются также резервные контроллеры, коммутаторы Fabric Switch 2 Гбит/с, вентиляторы и блоки питания. Добавив еще два корпуса StorageWorks 4200 или 4300, можно получить максимальный объем системы хранения 3 Тбайт (42 диска емкостью по 72 Гбайт).

Коммуникации

Система MSA1000 обеспечивает соединения по каналам Fibre Channel 1 Гбит/с и 2 Гбит/с, что позволяет сохранить средства, вложенные в инфраструктуру 1 Гбит/с. Соединения MSA1000 с хост-системами осуществляются по новейшей технологии Fibre Channel 2 Гбит/с. Кроме одного порта Fibre Channel 2 Гбит/с на модуле ввода-вывода (входящем в стандартный комплект поставки), дополнительно внутри корпуса MSA1000 можно установить матричный коммутатор MSA Fabric Switch 6, оборудованный шестью портами Fibre Channel 2 Гбит/с. По имеющейся информации, в проведенных тестах производительности скорость передачи данных превысила 20 тыс. операций ввода-вывода в секунду, а полоса пропускания составила 160 Мбайт/с (при использовании одного контроллера MSA1000). Коммутатор MSA Fabric Switch 6, который можно установить внутри корпуса MSA1000, имеет матрицу с пропускной способностью 2 Гбит/с. Для резервирования допускается установка второго такого же коммутатора.

Добавление и замена компонентов в горячем режиме

Конструкция MSA1000 рассчитана на добавление и замену компонентов (жестких дисков, контроллеров, коммутаторов, вентиляторов, блоков питания и модулей ввода-вывода) без отключения питания всей системы.

Однодюймовые универсальные жесткие диски (Ultra2 и/или Ultra3) подключаются по интерфейсу Ultra3 SCSI. Благодаря тому, что можно использовать имеющиеся SCSI-диски, снижается совокупная стоимость владения и обеспечивается сохранение инвестиций на будущее. Управлять системой MSA1000 можно дистанционно при помощи таких инструментов, как Compaq Insight Manager-XE, утилита Array Configuration Utility-XE и утилита StorageWorks Fabric Switch Management Utility.

Надежность

Как уже отмечалось, система использует полностью зарезервированные компоненты питания и вентиляции. Возможно также резервирование контроллеров RAID. При этом используемые контроллеры имеют автономную аккумуляторную поддержку кэш-памяти, что позволяет использовать ее содержимое для завершения записи блоков на диски в случае каких-либо сбоев.

Преимущества консолидации

Вообще говоря, Modular SAN Array 1000 создана для того, чтобы стать первым шагом к консолидации системы хранения и созданию SAN в организации. Кроме того, это оборудование специально предназначалось для максимального упрощения процесса миграции к сетям хранения данных и построено на базе архитектуры DtS, которая ниже рассматривается более детально.

Вообще говоря, тему консолидации системы хранения и ее преимуществ легче всего пояснить, описав недостатки существующих в большинстве организаций традиций размещения дисковых накопителей в серверах. К таким недостаткам обычно относят следующие:

  • неэффективное использование дискового пространства в серверах;
  • часто возникающие проблемы с переполнением дисков в сервере, которые решаются только путем покупки нового сервера либо установки более емких дисков;
  • если нужен новый дисковый массив (например, для новых задач аналитической обработки), то часто нужен и новый сервер.

Консолидированное хранение данных с использованием SAN позволяет устранить эти недостатки и обладает рядом преимуществ (их иллюстрирует схема на рис. 2). Имеющиеся емкости памяти (диски) используются существенно более эффективно (как и вообще всякий консолидированный ресурс эффективнее разбросанного по отдельным узлам). Существенно упрощается администрирование хранимых данных. Серверы и система хранения наращиваются по отдельности, и это наращивание может быть динамическим, т. е. без прерывания обслуживания пользователей.

Fig.2 Рис. 2. Преимущества консолидации.

Можно реализовать консолидированную систему страхового копирования - такая система не увеличивает сетевой трафик, а использует ресурсы сети хранения SAN.

Появляются возможности создания кластерных конфигураций для повышения надежности и отказоустойчивости в обработке (кластеры требуют общей внешней памяти для узлов). Пути доступа от узла кластера к разделяемой системе хранения могут быть зарезервированы для повышения надежности обработки.

Переход на архитектуру DtS

Архитектура DtS (DAS to SAN) - это собственная разработка Compaq, позволяющая быстро перевести на систему хранения MSA1000 данные, которые хранятся на универсальных жестких дисках и в дисковых RAID-массивах. DtS дает следующие преимущества:

  • обеспечивает "гладкий" перенос данных с подключенных напрямую дисковых устройств хранения, управляемых контроллером Smart Array, на системы хранения MSA1000, уменьшает сложность развертывания сетей SAN, снижает совокупную стоимость владения и обеспечивает защиту инвестиций;
  • можно консолидировать системы хранения, реализованные на нескольких аппаратных платформах;
  • RAID уровня ADG (Advanced Data Guarding) обеспечивает более высокий уровень защиты данных в крупных RAID-массивах;
  • допускается установка дополнительного коммутатора Fabric Switch с шестью портами 2 Гбит/с, поддерживаются выпущенные ранее коммутаторы Fabric Switch с технологией 1 Гбит/с - SAN Switch 8/16 и SAN Switch 8EL/16EL;
  • ПО SecurePath обеспечивает резервные тракты передачи данных. ПО SANWorks Virtual Replicator создает "моментальные снимки" дисковой системы и позволяет наращивать емкость системы хранения без отключения питания.

Под миграцией понимается прежде всего физическое перемещение универсальных однодюймовых дисков (Ultra2 и UltraS) и контроллеров в конструктив MSA1000. Если эти диски работали под управлением контроллера SmartArray RA 4100, то миграция происходит с сохранением записанной на диски информации, поскольку данный контроллер и MSA1000 объединены общей технологией управления. Что касается других продуктов StorageWorks, использующих однодюймовые диски, то сохранность данных, формата RAID и конфигурационной информации не гарантировалась. В качестве двух расширяющих полок можно использовать устройства StorageWorks 4214, 4254, 4314 и 4354, причем если диски были защищены контроллером Smart Array, то данные, формат RAID и конфигурационная информация сохраняются.

Процесс миграции состоит из следующих четырех довольно простых шагов: установка новой системы MSA1000, перемещение в нее дисков, распределение томов по серверам и включение серверов.

Стоит обратить внимание, что существующие дисковые массивы могли располагаться во внешних полках 4200/4300, служить внутренними дисками в серверах или занимать место во внешней системе хранения начального уровня предыдущего поколения RA 4100. Максимальное упрощение процессов миграции массивов RAID из существующих систем хранения Compaq дает исключительные преимущества новой системе.

Компоненты MSA1000

В стандартный комплект поставки системы MSA1000 входят следующие компоненты: контроллер MSA1000, модуль ввода-вывода MSA Fibre Channel, два блока питания и два вентилятора с горячей заменой, два кабеля SCSI с интерфейсами VHDCI (Very High Density Cable Interface - кабельный интерфейс сверхвысокой плотности) для подключения дополнительных корпусов, документация и компакт-диск с необходимым ПО.

Модульная конструкция MSA1000 позволяет добавлять резервные контроллеры, резервные однопортовые модули ввода-вывода Fibre Channel или коммутаторы Fabric Switch, а также подключать дополнительные корпуса для увеличения емкости системы хранения.

Контроллер MSA1000

Это интегрированный RAID-контроллер с ЖК-дисплеем, светодиодными индикаторами состояния, кэш-памятью чтения-записи емкостью 128 Мбайт (расширяется до 256 Мбайт на контроллер) и с резервным питанием от аккумулятора. Дополнительно можно заказать и установить резервный контроллер MSA1000. Позволяет создавать RAID-массивы уровней 0, 1, 0+1, 5 и ADG. Интегрированное в этот контроллер микропрограммное обеспечение Selective Storage Presentation (SSP) позволяет задавать права доступа к системе хранения MSA1000 (вплоть до логического тома) для каждого хост-сервера, а с помощью утилиты Array Controller Utility (ACU-XE/ACU) - контролировать доступ к логическим томам по присвоенным им уровням.

Контроллер дает возможность, не нарушая целостность данных и не меняя уже присвоенные номера томов, оперативно изменять уровни RAID, добавлять жесткие диски. Кроме того, он автоматически проводит подстановку резервного диска вместо отказавшего, снижая тем самым риск потери данных.

Контроллеры MSA1000 имеют следующие функциональные возможности:

  • динамическое расширение дисковых массивов;
  • динамическое изменение уровня RAID для массива;
  • динамическое изменение размера страйпа (stripe);
  • создание резервных дисков для массива (on-line spare);
  • управление распределением кэш-памяти для чтения-записи.

Уровни RAID

При выборе уровня RAID обычно принимают во внимание такие факторы, как эффективность по стоимости, отказоустойчивость и производительность (рис. 3). Система MSA1000 обладает целым рядом новых функциональных возможностей, реализованных в последних моделях накопителей, в том числе в ней реализован ADG - фирменный уровень RAID, предложенный в свое время специалистами Compaq.

Fig.3 Рис. 3. Выбор уровня RAID.

RAID 0. Этот уровень обычно определяет неизбыточную группу дисков, использующих технику расщепления без хранения информации о контрольных суммах. Именно для таких систем достигается максимальная производительность.

RAID 1. К этому классу относятся подсистемы, применяющие методы отражения и дублирования. У них самые высокие стоимость и избыточность, но в ряде случаев они показывают и самую высокую производительность среди классов RAID 1-5. Подсистемы RAID 1 наиболее эффективны для небольших объемов критической информации.

RAID 0+1. На уровне RAID 0/1 (0+1) используется комбинация методов расщепления данных и зеркалирования. Иными словами, скоростные преимущества RAID 0 объединяются с надежностью RAID 1. Эти системы используются обычно в случае небольших объемов критичных данных, для обработки которых требуется высокая производительность. Минимальное число дисков равно четырем.

RAID 5. В этом классе применяется техника расщепления как для данных, так и для информации о контрольных суммах. Это позволяет выполнять несколько операций записи одновременно. Данные с контролем по четности записываются на несколько жестких дисков. Минимальное количество дисков равно трем. Рекомендуется не более 14 жестких дисков.

RAID ADG (Advanced Data Guarding - усиленная защита данных). Обеспечивает более высокий уровень отказоустойчивости, чем RAID 1, и при этом такие же широкие возможности использования имеющейся дисковой емкости, как и в RAID 5. Этот уровень распределяет порции данных с контролем по четности (для этого применяется новый механизм RAID XOR) между несколькими жесткими дисками и позволяет выполнять операции записи одновременно на нескольких дисках. Уровень RAID ADG защищает данные в случае отказа нескольких дисков, причем для хранения служебной информации о контроле четности ему требуются всего два диска. Этот уровень защиты данных идеально подходит там, где требуется создание больших логических дисков (томов). RAID ADG справляется с одновременным отказом двух жестких дисков без утраты данных и без остановки дисковой системы.

Модуль ввода-вывода MSA Fibre Channel

Устройство обеспечивает единый тракт Fibre Channel 2 Гбит/с для обмена данными между хост-сервером и MSA1000. Модуль ввода-вывода оборудован одним малогабаритным коротковолновым приемопередатчиком (2 Гбит/с). Если в системе используется резервный контроллер, то для избыточности можно установить второй модуль ввода/вывода MSA Fibre Channel.

Матричный коммутатор MSA Fabric Switch 6

Это заказываемый отдельно коммутатор с шестью портами 2 Гбит/с, заменяющий один стандартный соединительный порт, которым оборудован модуль ввода-вывода SAN Array Fibre Channel. Один порт используется для внутреннего подключения контроллера MSA1000. Для внешних подключений свободны пять портов Fibre Channel, из которых четыре оснащены несъемными компактными коротковолновыми приемопередатчиками типа SFF (Small Form Factor Fixed), а в пятый порт нужно дополнительно установить приемопередатчик типа SFP (Small Form Factor Pluggable). Управлять работой коммутатора можно дистанционно (с консоли или через модем) по вспомогательному каналу.

Применение Compaq MSA1000

Уже на момент объявления система хранения MSA1000 была совместима с компьютерами Compaq ProLiant, а также с серверами Dell, Hewlett-Packard, IBM и других производителей, поддерживающих адаптеры для интерфейса Fiber Channel и имеющих для них соответствующие драйверы.

Типичные области применения MSA1000 - различные приложения для баз данных, почтовые системы, Интернет/интранет, обработка документов, а также использование их для аренды приложений и услуг.

С точки зрения конфигураций для MSA1000 можно выделить ее применение со встроенными коммутаторами Fibre Channel и с внешними коммутаторами. Кроме того, интересно использование MSA1000 для четырехузлового кластера со сдвоенными путями доступа от узла к разделяемой системе хранения, когда один дополнительный порт Fibre Channel используется для подключения библиотеки для страхового копирования. Стоит отметить, что систему MSA1000 можно использовать и с широким набором внешних коммутаторов или переключателей Fibre Channel.

Из примеров эффективного применения MSA1000 приведем следующий. В начале этого года для Oracle9i RAC на платформе Microsoft Windows было выпущено новое кластерное решение - Compaq Parallel Database Cluster Model PDC/O2000 на базе именно новой системы хранения MSA1000. Эти кластеры способны обеспечить высокие уровни готовности и масштабируемости сред СУБД Oracle с использованием стандартных аппаратных компонентов - SIAS-серверов и систем хранения. Данный продукт позволял добиться значительного сокращения простоев и снижения эксплуатационных расходов по сравнению с множественными одиночными серверами баз данных. Это делало PDC/O2000 хорошим решением для таких ответственных приложений, как хранилище данных предприятия, базы данных для Web-приложений, разработка прикладных баз данных, исполнение готовых к использованию коммерческих приложений, а также перенос баз данных с других платформ. Кроме того, обеспечивались высокие уровни готовности и масштабируемости СУБД Oracle, а следовательно, значительное сокращение времени простоев и снижение эксплуатационных издержек.

* * *

Конечно, назвать MSA1000 полноценной сетью хранения можно с определенной оговоркой. Несколько ограниченные сетевые возможности заставляют говорить о MSA1000 не как о SAN в полном смысле этой технологии, а как о решении с использованием технологии SAN для консолидации хранения данных.