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通过 Data ONTAP 8 集群模式实现企业就绪横向扩展
Mike McNamara
产品营销高级经理

横向扩展存储背后的想法非常简单。横向扩展存储可以提供作为单个实体运行的存储节点集群,而不是在单个存储系统扩展到其极限之后,再添加其他单独的存储系统。向集群添加节点将会增添可预测的存储容量和性能水平,从而支持您随着需求的增加而增量式地扩展存储资源。

虽然各种供应商提供横向扩展存储产品已有一段时间,但是他们在满足主流存储需求方面一直存在欠缺。他们通常关注的是技术和工程应用程序,仅限于 NAS 和特定类型或型号的专用存储控制器,而对于大多数存储用户需要和期望的各种存储效率及数据保护功能只能提供有限的支持,甚至无法提供支持。

NetApp® Data ONTAP® 8 率先提供了全面的统一横向扩展解决方案,可为高度虚拟化环境提供具有高适应性的无中断存储基础架构。NetApp 横向扩展方式可提供:

  • 统一存储,可支持 FC、FCoE、iSCSI、NFS、pNFS 和 CIFS
  • 无中断运行,可消除计划停机时间,即使在维修和升级期间也无需停机
  • 集成数据保护,提供 NetApp Snapshot™ 技术和 SnapMirror® 复制
  • 异构集群配置,可整合各种不同的控制器和磁盘类型,并且在集群内可以提供存储分层
  • 创新的存储效率技术,包括重复数据删除、精简配置和压缩
  • 精简管理,适用于大规模部署
  • 安全多租户,使用 Vserver 提供安全隔离
  • 卓越的可扩展性和性能,能够扩展到 50 PB 存储容量,并且每秒可执行超过 150 万次 SPECsfs2008_nfs.v3 操作

此外,最新版本的 Data ONTAP 8.1.1 还新增了集群模式或 7-模式均适用的可增强性能、可管理性和可支持性的若干功能。

本文将重点介绍在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 的横向扩展功能。

了解集群模式

在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 为 NetApp 横向扩展存储配置搭建了支撑平台。集群模式的基础构建块是人们所熟悉的 NetApp 高可用性对,在这种结构中,两个存储控制器互连到同一磁盘组。如果一个控制器出现故障,另一个控制器将接替其存储工作,继续提供数据。

在集群模式下,每个存储控制器称为集群节点,而节点可以采用不同的型号和大小。例如,FAS2240、FAS3270、FAS6280、FAS3040 和 V 系列开放式存储控制器(用作 EMC、HDS、HP 或 IBM 等第三方存储阵列的前端)均可位于同一集群中。磁盘分组到聚合中,聚合是特定类型的磁盘组,由使用 NetApp RAID-DP® 保护的一个或多个 RAID 组构成。

专用的冗余万兆以太网网络用于集群节点之间的通信,以及从一个逻辑或物理存储设备向另一个逻辑或物理存储设备移动数据。管理功能则另外使用一个网络。

图 1 展示了混合采用各种控制器类型的异构集群,其中包括 V 系列、各种存储协议以及支持的磁盘类型,从而符合数据和工作负载所要求的性能和存储成本。图左侧的系统代表的是高性能系统,使用高端控制器(如 FAS6280)及快速 SAS 和(或)SSD 驱动器构建而成。集群右侧的系统代表的是选择的中端控制器(如 FAS3240)和高容量 SATA 驱动器,以实现每 GB 存储成本最小化。如果需求变化,可以在集群内无中断地移动数据,从而优化性能或容量。例如,当一个高性能项目(如半导体设计)接近尾声时,可以将其移到成本较低的存储中。下一次需要修改芯片时,可以将该项目再移回到高性能存储。

也可以构建同构集群,以针对各种应用程序最大程度地提高性能或容量。后面有关可扩展性和性能的部分提供了同构集群示例。

一个异构存储集群可以同时包括高性能和高容量存储选项,以满足不同工作负载的需求。一个命名空间可以提供多种级别的服务。

图 1) 一个异构存储集群可以同时包括高性能和高容量存储选项,以满足不同工作负载的需求。一个命名空间可以提供多种级别的服务。

无中断运行

随着业务运营越来越依赖 IT 服务,非计划和计划停机变得愈来愈无法接受。停机会导致丢失业务、降低客户满意度以及削弱竞争优势。这要求存储基础架构消除中断,数据始终可访问。无中断运行是在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 必不可少的一部分,在硬件和软件维护以及更新操作期间,支持您的存储基础架构保持运行状态并提供数据。

当您需要更新硬件时,可以在存储集群中无中断地将数据从一个高可用性对迁移到另一个高可用性对,从而支持您停用集群中的旧硬件,同时又不会使数据脱机。

这种移动单个数据卷的能力被称为 DataMotion™ for Volumes。有了这一功能,您可以随时出于任何原因对集群中的数据进行重新分配。DataMotion 对 NAS 和 SAN 主机来说是透明、无中断的。利用这一滚动更新方法,您能够在数据的整个生命周期内无中断地管理、升级和维护存储基础架构,即使在工作时间也可以做到。

在集群模式环境中可以无中断执行的特定硬件和软件维护操作,其中包括从一个版本的 Data ONTAP 升级到另一个版本;升级固件(系统、磁盘和交换机);替换发生故障的控制器或控制器内的组件(如 HBA、NIC);以及替换故障电缆、驱动器和 I/O 模块。

此外,使用 Data ONTAP 8,还可以无中断地向集群添加存储控制器或磁盘架、添加 HBA 和闪存以及升级组件。您也可以在控制器之间重新分配数据来提升性能;在控制器之间移动数据以重新平衡容量;以及在集群的各个存储层之间重新分配数据来优化磁盘性能。

多租户

确保在计算层、网络层和存储层中安全隔离公共云中的不同客户以及私有云中的不同业务单位,这一点至关重要。Data ONTAP 8 集群通过在 Vserver 中隔离逻辑接口、LUN 和卷等各种存储实体,可在存储层提供多租户功能。

在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 使用 Vserver 来提供多租户功能。

图 2) 在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 使用 Vserver 来提供多租户功能。

Vserver 是一种安全的虚拟存储容器,它具有自己的安全管理策略、IP 地址和命名空间。Vserver 可以包括位于集群中任意节点上的卷。Data ONTAP 集群支持一个集群中容纳一台到数百台 Vserver。

每台 Vserver 支持一个或多个 SAN(FC、FCoE、iSCSI)和 NAS(NFS、pNFS、CIFS)访问协议,并且包括至少一个卷和至少一个逻辑接口 (LIF)。LIF 或者显示为 IP 地址(将由 NAS 客户端和 iSCSI 主机使用),或者显示为 WWN(适用于 FC 和 FCoE 访问)。每个 LIF 都会映射到 NIC 或 HBA 上的某个主端口。LIF 可虚拟化 NIC 和 HBA 端口。每台 Vserver 都需要具有自己专用的一套 LIF,并且在任意集群节点上最多可定义 128 个 LIF。因为每台 Vserver 在属于自己的命名空间中运行,所以映射到 Vserver 的每个客户会完全隔离。还可以根据需要委托专人来管理每台 Vserver,这样即可由不同的管理员来负责配置卷以及其他特定于 Vserver 的操作,这在多租户环境中是一项特别重要的功能。

可扩展性和性能

目前,NAS 配置最多可以扩展到 24 个节点,而 SAN 配置最多可以扩展到 6 个节点。NetApp 已经基于行业标准基准要求公布了 NAS 和 SAN(文件和块)性能数字。

NAS 性能

NetApp 使用 SPECsfs 基准对集群模式文件服务性能进行了评估。随着节点的添加,由 FAS6240 节点构成的集群展现出了线性扩展,在使用 24 个节点的情况下,最大性能达到每秒可执行超过 150 万次 SPECsfs2008_nfs.v3 操作。该性能显示出在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 具有可应对任何工作负载的可扩展性和性能。有关这些结果的详细信息,请阅读之前的 Tech OnTap® 文章

SAN 性能

NetApp 还提交了 6 节点 FAS6240 统一存储集群,以根据存储性能理事会 SPC-1 块性能标准测试 Data ONTAP 8.1.1 的运行情况。此集群模式 SPC-1 基准测试的结果为大约 250,000 SPC-1 I/O 操作数/秒 (IOPS),6.69 美元/IOPS ($/IOPS),以及 0.99 毫秒的最短响应时间 (LRT)。这些结果显示,在控制器性能和节点计数随着时间的推移而增加的同时,此模块化横向扩展模型为连续增长提供了基础。

在相对性能方面,通过对 LRT 的测量,6 节点 FAS6240 在提交的配置中的排名在前 10% 之列。相对于发布的 FAS3270 SPC-1 结果,该 IOPS 结果表明,性能提升了 267%,而成本降低了 12%。此外,NetApp 在其 SPC-1 提交配置中使用的是标价,而几乎所有其他供应商都是使用的折扣价,因此 NetApp 的 $/IOPS 更为保守,并且比竞争产品更有说服力。

适用于企业级内容存储库的无限卷

随着企业生成的数据不断激增,乃至要以 PB 来计量,以一种灵活高效的方式来存储、管理和检索内容变得越来越具有挑战性。此外,许多企业还要满足长期保留数据的要求(通常要保留几十年),同时还要具备实际查找数据的能力,无论数据存储在什么位置。为此,NetApp 开发了无限卷,它专门用于解决企业级内容存储库的可扩展性需求,并消除了在多个小型容器中进行数据结构调整的复杂性。

NetApp 无限卷是一个运行 Data ONTAP 8.1.1 的专用集群。它提供单个 NFSv3 挂载点,在一个 Vserver 中可以扩展到多达 20 PB 或 20 亿个文件。在 Data ONTAP 8.1.1 中,无限卷目前最多支持 5 个高可用性对(10 个节点)。

无限卷是一种合成卷,数据分布在跨越所有集群节点的多个成分卷(我们称之为“成分”)之间。命名空间层级存储在整个内容存储库的单个活动命名空间成分卷中。NFS 客户端可以查看此卷的内容。在命名空间成分卷上执行所有元数据查找(目录扫描、文件打开、获取属性等)。将直接通过“拥有”数据成分卷(包含正在访问的文件)的节点进行后续读取和写入。获取数据时,这些数据可以在无限卷内自动实现负载平衡。

无限卷使用 OnCommand® System Manager 2.1 提供精简管理。在无限卷级别创建用于数据保护和复制的 Snapshot 副本,并且在存储库中的所有成分卷之间进行协调,以实现数据一致性。

无限卷可提供所有 Data ONTAP 集群存储弹性和高可用性功能,其中包括无中断运行和高级存储效率功能。

NetApp 无限卷是一项针对企业级内容存储库的支持功能。

图 3) NetApp 无限卷是一项针对企业级内容存储库的支持功能。

闪存池技术

在发布的 Data ONTAP 8.1.1 中,NetApp 向 Data ONTAP 添加了新的闪存池技术,可以进一步提高 7-模式和集群模式配置的可扩展性及性能。所有 NetApp 存储系统均支持闪存池,包括入门级系统。其他任何供应商均未向入门级存储市场提供此类型的功能。

闪存池是一种持久的聚合级读取和写入缓存。它支持您向包含 HDD 的聚合添加由 SSD 组成的 RAID 组,从而提供相当于仅采用 SSD 的聚合的性能,同时确保成本接近仅采用 HDD 的聚合的成本。在聚合中使用相对数量较少的 SSD 作为持久缓存,以加快随机读取和写入。

闪存池是 NetApp 虚拟存储层 (VST) 的组成部分,其操作方式在许多方面与 NetApp 闪存十分相似。闪存池共享相同的 4 KB 粒度、实时工作、完全自动化,并且可以与 NetApp 存储效率和数据保护技术结合使用。此外,闪存池还增添了对随机写入数据进行缓存的功能,同时在故障转移和接管操作期间可以提供一致的性能,因为在发生上述事件的情况下,仍可以访问和使用聚合级数据缓存。闪存池和闪存可以共存于同一个系统上,现有聚合可以无中断地改为利用闪存池。

NetApp 闪存池技术。

图 4) NetApp 闪存池技术。

结论

除了高性能和低延迟外,在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 还提供完整的 NetApp 存储效率和数据保护产品组合、无中断运行以及对安全多租户和云环境的全面支持。

无论您是选择 FAS 系统还是选择 V 系列,在集群模式下运行的 Data ONTAP 8 都可为您提供“始终可用”的可靠性,以实现无中断运行、极高的灵活性,使您领先于市场变化,并为您带来拓展业务所需的运营效率。广泛的合作伙伴生态系统集成可帮助您取得更多成功。

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作者:产品营销高级经理 Mike McNamara

Mike 拥有超过 23 年的计算机行业营销经验,其中有 17 年专门从事存储方面的营销。在加入 NetApp 之前(六年多以前),他曾在 Adaptec、EMC 和 Hewlett Packard 工作。Mike 是光纤通道行业协会 (FCIA) 的营销主席和以太网联盟的成员,并且经常在各种行业活动上发言。

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