Pičková disková pole: včera, dnes, zítra

Systémy pro ukládání dat jsou navrženy pro ukládání a práci s velkým množstvím informací. Pro moderní firmu je velmi obtížné obejít se bez kvalitního a vysoce efektivního systému pro ukládání dat, ale je důležité si uvědomit, že i s výkonným serverem, bez spolehlivých diskových polí, nebude bezpečnost informací zajištěna na správné úrovni, což znamená, že úložiště nebude schopno správně fungovat. Malá pole, která jsou integrována přímo do platformy, jsou určena pro systémy základní úrovně, ale složitější řešení vyžadují připojení specializovaných zařízení pro ukládání dat. Disková pole používají jako úložná zařízení pevné disky, jejichž objem a výkon určují, jak spolehlivě a efektivně bude systém pro ukládání dat fungovat.

Nejdůležitějšími vlastnostmi úložného systému, na které se zákazníci zaměřují při výběru vhodného systému pro svůj podnik, jsou odolnost proti chybám a schopnost obnovit data, která se neztratí ani v případě DDoS útoku, neplánovaného výpadku proudu nebo zemětřesení. Toho je dosaženo duplikací klíčových prvků a diskové pole je v tomto případě schopno zajistit bezpečnost informací. Úložný systém navíc praktikuje redundantní záznam dat, což v případě potřeby umožňuje jejich obnovu, pokud jeden z disků přestane fungovat.

Součásti diskového pole:

• Samotné disky a koše pro ně – disky mohou být umístěny v blocích nebo samostatně;
• Řadiče jsou řídicí desky, které jsou zodpovědné za hlavní funkcionalitu úložného systému, včetně vytváření RAID (redundantní pole nezávislých disků);
• Vyrovnávací paměť je mezipaměť, která obsahuje často požadované informace a umožňuje k nim rychlejší přístup;
• Napájecí zdroje chráněné redundancí;
• Redundantní napájení pro řídicí jednotku a mezipaměť, chránící data před ztrátou v případě výpadku napájení;
• Chladicí zařízení pro disky a řadiče, chránící je před přehřátím a poruchou;
• Rozhraní pro přístup k disku: FC, SCSI, Ethernet.

Jedná se o standardní sadu komponent, ale v některých případech lze uvedené bloky kombinovat do společné desky: například mezipaměť a RAID řadič v kombinaci se záložním zdrojem napájení pro mezipaměť. Kromě toho v levných zařízeních nemusí být některé prvky přítomny nebo nemusí mít záložní funkci.

Klasifikace diskových polí

Zařízení na této úrovni obvykle obsahují více disků. Mohou mít vůbec žádný řadič, nebo mohou být vybavena jediným řadičem. Tato pole nejsou ani vysoce efektivní, ani spolehlivá a nemají záložní baterii. Jsou typu stolních počítačů.

Název mluví sám za sebe: jedná se o zařízení střední úrovně, která mají modulární strukturu a dva řadiče zodpovědné za svou část disků a serverových připojení. Tato pole jsou vybavena duplicitními komponenty napájecího zdroje a ventilačního zařízení a jsou také vybavena náhradní baterií. Nemají jediný bod selhání. Pokud jeden z řadičů z jakéhokoli důvodu přestane fungovat, přístup k datům bude zachován, ale výkon klesne na polovinu. Vyžadují až několik desítek diskových polic. Vhodné pro malé a střední podniky.

Ahoj konci

Jedná se o pole nejvyšší úrovně, která se vyznačují zvýšenou spolehlivostí a výkonem. Tato zařízení obvykle nemají dva, ale desítky řadičů, „nabroušených“ pro diskové nebo hostitelské operace. Provoz všech komponent je plně redundantní a pokud některý z prvků selže, nemá to prakticky žádný vliv na výkon. Pole mají složitou multiprocesorovou architekturu a umožňují instalaci tisíců disků.

Příklady zařízení: NetApp FAS9000, Dell EMC VMAX, HPE XP8.

Disková pole a další funkce

Když podniky teprve začínaly aktivně využívat disková pole, mnoho možností bylo k dispozici pouze uživatelům zařízení Hi-End, ale postupem času se rozšířily a pevně vstoupily do funkčnosti diskových polí střední třídy.

O jakých funkcích mluvíme?

• Virtualizace úložiště je možnost propojit jedno diskové pole s jiným diskovým polem a sloučit je do společného zařízení.
• Klastrování úložišť – Kombinace dvou nebo více úložných systémů do jednoho automatizovaného uzlu odolného vůči chybám. Klastr s geograficky distribuovanými úložnými systémy se obvykle nazývá MetroCluster.
• SSD caching je významné rozšíření mezipaměti pomocí SSD disků.
• Vrstvené úložiště je přesun dat mezi disky různých úrovní výkonu, aby bylo snazší a rychlejší „vytáhnout“ ta nejpotřebnější data.
• Replikace (lokální a vzdálená) – vytváření kopií dat v rámci jednoho diskového pole a jejich přesun mezi jinými poli.
• Deduplikace a komprese dat – odstranění duplicitních částí a snížení objemu dostupných informací pro optimalizaci úložného prostoru.

Hlavním úkolem systému ukládání tříd high-end — zajištění maximálního výkonu, škálovatelnosti a dostupnosti dat a také podpora serverů s různými operačními systémy, což umožňuje jejich využití pro obsluhu kritických obchodních aplikací a konsolidaci úložiště v podnikovém datovém centru. Prvním takovým systémem bylo diskové pole EMC Symmetrix, uvedené na trh na začátku 1990. let, původně vytvořené pro práci s mainframy, ale v následujících generacích podporující servery s otevřenou architekturou. Kromě různých funkcí pro ochranu před selháním lokálních polí (například mechanismus RAID a zrcadlení disků) implementovala společnost EMC Symmetrix tuto technologii SRDF pro replikaci dat mezi poli na různých místech, což zajišťuje dostupnost dat i v případě velké havárie v hlavním datovém centru a umožňuje konstrukci konfigurace serverů a úložných systémů odolné vůči katastrofám. To znamenalo začátek tvorby distribuovaných úložných systémů.

Charakteristické znaky systémů high-end – vysoká škálovatelnost diskového pole (některé modely současných generací podporují více než 2 tisíce disků), maximální výkon I/O díky internímu ultrarychlému přepínači nebo matici, použití několika desítek řadičů a duplikace hlavních komponent (to zajišťuje absenci „jediného bodu selhání“, tj. je zaručeno, že systém bude pokračovat v provozu i v případě selhání jedné komponenty), podpora široké škály serverových platforem, včetně mainframů a dalších „uzavřených“ architektur (například IBM AS/400, HP AlphaServer a HP NonStop), a velký počet portů pro připojení serverů.

V high-endových úložných systémech se jako hlavní disky používají nejspolehlivější a nejrychlejší disky třídy Enterprise (nejprve se jednalo o pevné disky SCSI, poté byly nahrazeny disky Fibre Channel (FC) a nyní jsou postupně nahrazovány pevnými disky SAS a SSD disky). Od poloviny minulého desetiletí se systémy high-end začaly podporovat relativně levné SATA disky s vysokou kapacitou. Nejznámější modely s jejich hlavními charakteristikami jsou uvedeny v tabulce.

Úspěch první generace systému EMC Symmetrix donutil další dodavatele k uvedení na trh prvotřídních úložných systémů. high-enda v roce 1999 vstoupily na trh počítače IBM Shark (nyní IBM DS8000) a Hitachi Lightning, které HP dodával na základě OEM dohody se společností Hitachi pod názvem XP (současná generace diskových polí Hitachi se nyní nazývá VSP a její OEM verze je HP P95000).

Všechny tři výše uvedené rodiny špičkové úložiště měly monolitickou architekturu – sestávaly z jedné nebo více speciálních skříní, uvnitř kterých byly instalovány řadiče polí a diskové police. Hlavní využití klasických polí úrovně high-end – jedná se o úložné systémy pro komplex mainframů nebo špičkových unixových serverů odolný vůči katastrofám, na kterých je nasazena kritická obchodní aplikace (například ERP systém velkého podniku, centrální bankovní systém banky nebo fakturační systém mobilního operátora), takže i relativně krátký výpadek může vést k velmi významným ztrátám.

V posledním desetiletí se virtualizační možnosti u špičkových úložných systémů neustále zlepšují. V roce 2004 implementovala společnost Hitachi do svých systémů USP (předchůdců dnešních modelů VSP) možnost připojení externích disků k poli, které jsou pomocí virtualizace sloučeny do logických svazků pole. Tato funkce byla propagována jako příležitost k rozšíření (a relativně nízkým nákladům) diskového prostoru pole a s využitím externích disků k ukládání sekundárních dat implementovat vícevrstvé úložiště s využitím jediného pole a také prodloužit životnost zastaralých diskových polí. V praxi se však virtualizace externích disků nejčastěji používá k migraci dat ze starého pole do nového při upgradu úložné platformy a pro vícevrstvé úložiště se ukázalo jako efektivnější instalovat SATA disky uvnitř pole. Přibližně od roku 2007 výrobci. špičkové systémy S pomocí virtualizace je implementována funkce dynamické alokace diskového prostoru pole (thin provisioning), díky které lze aplikacím alokovat kapacitu z logického svazku s rezervou a postupně, jak se kapacita vyčerpá, k němu přidávat fyzické disky. Nejnovější inovací ve virtualizaci úložišť je automatický přesun dat mezi úrovněmi úložišť, který v nejnovější generaci EMC. Symmetrix VMAX se provádí pomocí technologie FAST.

Tento úložný systém EMC je výjimečný svou modulární konfigurací a použitím standardních komponent v hardwarové platformě, včetně serverových procesorů Intel Xeon a disků SATA. Společnost Hitachi také zavedla modularitu u VSP (a v širším smyslu i u HP P9500), který vyšel rok po VMAX. Ačkoli japonská společnost stále používá v jádru tohoto pole specializovaný přepínač založený na ASIC, je prvním výrobcem systémů, který… high-end zcela opustila používání disků a propojení založených na rozhraní Fibre Channel a nahradila ho rozhraním SAS a také začala podporovat 2,5palcové disky v poli VSP. Vzhledem k tomu, že disky SAS jsou výrazně levnější než disky FC, jejich použití snížilo cenu pole a rozhraní SAS výrazně zjednodušilo integraci vysokokapacitních disků s rozhraním SATA do pole. Kromě toho společnost EMC vydala speciální konfigurace Symmetrix VMAXe a VMAX SE určené pro střední podniky a pobočky velkých korporací, které snížily horní hranici škálování kapacity a nepodporovaly mainframy. Ostatní dodavatelé tento příklad zatím nenásledovali, ale zdá se, že trend se uchytí, zejména proto, že předchůdce Hitachi VSP měl podobnou „zkrácenou“ verzi USP VM.

Seznam rozhraní pro připojení k úložným sítím, které dnes podporuje většina moderních špičkových systémů, zahrnuje slibná Fibre Channel over Ethernet (FCoE), který, jak doufá mnoho výrobců úložných systémů, umožní v nadcházejících letech velkým podnikům sloučit úložné a datové přenosové sítě do jediné síťové infrastruktury (tj. vybudovat konvergovanou síť) a postupně nahradí klasický Fibre Channel.

Nové výzvy a noví hráči

Během posledních dvou let se seznam hráčů na trhu s úložnými systémy rozrostl. high-end rozšířila. Společnost Fujitsu Technology Solutions Corporation (jejíž předchůdce Fujitsu Siemens byl prodejcem EMC) uvedla na evropský trh svá vlastní disková pole Eternus, včetně high-end Modely Eternus DX8000. Ačkoli zástupci společnosti Fujitsu oznámili úspěšný zahájení prodeje základních modelů Eternus DX, v otevřených zdrojích se nenašly žádné informace o projektech dokončených v Rusku, které by využívaly starší modely této řady.

Seznam povýšených špičkové systémy rozšířena o tři čistě modulární disková pole: NetApp FAS6200, HP 3PAR P10000 a IBM XIV. Ačkoli tyto systémy nesplňují některá kritéria, která klasické high-end Úložné systémy (například je nelze připojit k mainframům a IBM XIV donedávna používal pouze SATA disky) jsou však z hlediska škálovatelnosti kapacity srovnatelné s high-end úložnými systémy (s výjimkou stejného systému XIV, který nepodporuje více než 180 disků). Za zmínku stojí, že jak IBM, tak HP propagují zmíněné modulární pole, která se v jejich produktovém portfoliu objevila relativně nedávno v důsledku akvizic společností XIV a 3PAR, jako vlajkové modely svých řad úložných systémů.

Faktem je, že systémy HP 3PAR P10000 a IBM XIV, stejně jako NetApp FAS6200, byly původně vybaveny výkonnými funkcemi virtualizace diskového prostoru, které jsou relevantní zejména v souvislosti s masovým zavedením serverové virtualizace a cloudových technologií. Hromadné přijetí virtualizace serverů vyžaduje maximální dynamickou alokaci kapacity při nasazování nových virtuálních strojů a její rychlé uvolnění po odstranění virtuálního stroje.

Pokud vezmeme v úvahu prognózy analytiků, které slibují rychlý rozvoj cloud computingu v nadcházejících letech, je jasné, proč HP a IBM změnily své priority v high-end sektoru. Například HP zatím neopustilo pokračující vývoj P9000 (XP), ale cílí tento systém především na zákazníky, kteří již používají předchozí generace těchto diskových polí a v nové řadě diskových polí HP, dřívější XP nyní přichází po 3PAR P10000. Na druhé straně IBM omezila DS8000 na zákazníky, kteří používají své sálové počítače System Z.

Sektor high-end – nejkonzervativnější část trhu s úložišti, ale i v něm se, jak jsme viděli, v posledních dvou letech objevila nová pole a hráči. Vzhledem k aktivnímu úsilí společnosti Dell o dobytí trhu s úložišti lze předpokládat, že se tento dodavatel pokusí přidat do své řady diskových polí špičkový systém, například rozšířením škálovatelnosti a funkčnosti modulárních polí Compellent na úroveň systémů high-end.