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集群模式 Data ONTAP 中的存储效率技术
Julian Cates
Julian Cates
技术营销工程师

集群模式 Data ONTAP® 架构是一个高度虚拟化的存储操作系统,可以将物理存储抽象化为一组存储虚拟机 (Storage Virtual Machine, SVM),从而在 SAN 和 NAS 环境中提供基于策略的本机多租户存储服务。Tech OnTap® 新闻简报最近已经推出了多篇有关集群模式 Data ONTAP 的文章,重点介绍最新版本 8.2 的功能。第一篇文章概括介绍了新功能,第二篇文章对无中断运行进行了深度分析。

集群模式 Data ONTAP 可以提高存储效率,帮助 IT 员工更加高效地开展工作,因此您在扩展存储基础架构时无需扩大 IT 组织规模。管理流程可以随需扩展,因此两倍的存储不再意味着只能处理两倍的工作量。现在有了一组通用的功能和流程,复杂任务得以简化,您的 IT 员工可以集中精力解决更高级别的问题,并且在规模扩大的同时提高运营效率。

借助集群模式 Data ONTAP,您可以为具有不同性能、容量和安全性要求的工作负载或租户整合并共享相同的基础架构。您还可以采用全面的存储效率技术降低存储成本。

在本文中,我将详细介绍集群模式 Data ONTAP 中的全套存储效率技术。这些技术无论是单独使用还是综合使用,都可以显著降低所需的总存储量,而且综合使用效果更佳。减少部署的存储量不但可以明显降低资本支出,而且在电耗、散热、数据中心空间和管理开销方面也会有着显著优势。

使用多种存储效率技术可以累加节省的存储并降低总体存储成本。

图 1) 使用多种存储效率技术可以累加节省的存储并降低总体存储成本。

在本文中,我还将了解那些为人熟知用于提高存储效率的 Data ONTAP 技术的新增功能和不同之处,尤其是最新添加的 SnapVault® 技术。

集群模式 Data ONTAP 与 7-模式之对比

总体来说,集群模式 Data ONTAP 中的存储效率功能与您已熟知的 Data ONTAP 7G 和 Data ONTAP 8 7-模式功能大致相同。如果您阅读过历年的 Tech OnTap 基础知识回顾系列,那么您可能十分了解精简配置、重复数据删除、FlexClone®、SnapMirror®、RAID-DP® 技术以及数据压缩等 NetApp 功能。如果您对部分或全部功能还不熟悉,您最好先阅读下面的基础知识回顾篇目。

截至目前,还没有专门介绍 SnapVault 的文章。值得一提的是,精简配置、重复数据删除、数据压缩和 RAID-DP 均免费提供。当您购买 NetApp FAS 或 V 系列系统时,会附带这些功能。

RAID-DP 和 Snapshot 等几个存储效率技术在 7-模式和集群模式 Data ONTAP 中几乎完全相同,所以我不再花时间专门介绍这些技术。对于其他技术,我将介绍哪些是新增功能以及不同之处,首先介绍的是 SnapVault。

SnapVault:集群模式 Data ONTAP 8.2 的新增功能

集群模式 Data ONTAP 中最重要的新存储效率功能是在精简复制中添加的 SnapVault 技术。SnapVault 是 NetApp 推出的一款节省空间的磁盘到磁盘备份解决方案。它使用主卷的 NetApp Snapshot 副本执行异步复制。创建基线副本后,只需要创建增量备份;由于仅复制自上次创建 Snapshot 副本以来发生更改的数据块,因此会非常高效。

如果需要,您可以将 SnapMirror 变成 SnapVault 关联。SnapMirror 与 SnapVault 之间的主要操作差异体现在,SnapVault 支持您为主卷和二级卷上的 Snapshot 副本安排不同的保留计划。(Snapshot 副本用作增量备份)。您可以在二级存储上保留已经从主存储中释放的 Snapshot 副本。每个卷最多可以保留 251 个 Snapshot 副本。

集群模式 Data ONTAP 8.2 中 SnapVault 的新增功能。

图 2) 集群模式 Data ONTAP 8.2 中 SnapVault 的新增功能。

7-模式中的卷 SnapMirror 一样,SnapVault 也是在卷级别工作,保持源卷的高存储效率(通过线缆)以及二级卷上的高存储效率。如果主卷经过了重复数据删除和(或)数据压缩,二级卷也将处于相同的状态。在主卷上启用这些功能也会使每个备份更小,并减少网络带宽需求。您不必在目标卷上重新运行重复数据删除和数据压缩,因而可以缩短备份时间,有时甚至能大幅缩短时间,因为在备份期间,您通过线缆发送的物理数据块更少。

您也可以选择在主卷和二级卷上采用不同的存储效率设置。例如,您可以在主卷上启用重复数据删除,而在二级卷上启用重复数据删除和数据压缩。

SnapVault 的优势包括:

  • 快速高效的备份,可以更加频繁地执行备份,从而实现更高级别的保护
  • 可靠的恢复,包括最终用户浏览和恢复、完整卷恢复和单个文件恢复
  • 使用 FlexClone 创建备份数据的可用副本
  • 使用 System Manager 3.0 和 Unified Manager 6.0 简化管理
  • 能够使用 OnCommand® WorkFlow Automation 2.1 配置 SnapVault 关系

扇入、扇出和级联配置

扇入。可以在多种配置中使用 SnapVault。例如,一种常用配置是从多个远程位置"扇入"至一个集中位置。在集群模式 Data ONTAP 8.2 中,最多可以将七个集群扇入一个集群中。换言之,七个集群的一部分或全部节点中的卷可以备份到一个存储集群中。每个主卷在目标上具有对应的二级卷。请注意,这与 7-模式中的扇入略有不同,您可以将不同源中的多个 qtree 全部备份到同一个卷中。

扇出。对于任意单个卷,您都可以扇出至最多四个单独目标。可以是 SnapMirror 关系,也可以是 SnapVault 关系。

级联。您可以创建级联,即,将主卷复制到二级卷,然后再次复制二级卷,以此类推。您可以在级联中混合使用 SnapMirror 和 SnapVault(仅限一个实例)。

设置

要配置可以在集群模式 Data ONTAP 中使用的 SnapVault,就必须在对等关系中配置单独的存储集群和 SVM。每个集群节点必须配置至少一个集群间逻辑接口,在 SVM 之间才能执行复制。如果您愿意,也可以将 SnapVault 配置为在单个集群中工作(集群内 SnapVault)。在这种情形下,可能需要也可能不需要配置 SVM 对等,具体取决于源卷和目标卷的位置;无需配置集群对等。

如果您需要,可以使用自动扩展选项创建目标卷。如此一来,只要聚合中有空间,卷就可以根据需要进行扩展,以容纳备份。

有关在集群模式 Data ONTAP 中使用 SnapVault 的更多详细信息,请参阅 TR-4183

其他存储效率技术

接下来,我将再度重点介绍最新版本集群模式 Data ONTAP 8.2 中的新增功能以及在精简配置、重复数据删除、数据压缩、FlexClone 和 SnapMirror 方面的不同之处。

精简配置

NetApp 精简配置旨在允许您向主机或用户显示超出物理存储池中实际容量的逻辑存储。在写入数据时,动态地向每个卷或 LUN 分配存储空间,而非预先分配空间。在大多数配置中,删除卷或 LUN 中的数据后,可用空间也将释放回通用存储池。

优点包括:

  • 您不必再负担大量已分配但处于未用状态的存储。
  • 提高利用率,从而减少所需的存储量。
  • 简化规划。多个卷共享同一个可用存储池,所以需要管理的存储池数量更少。

精简配置在集群模式 Data ONTAP 中的操作方式与在 7-模式下的操作方式完全相同。当您使用 vol move(请参见上个月发表的一篇关于无中断运行的文章,了解有关详情)重新定位一个卷时,该卷上的精简配置设置也会一并移动。

重复数据删除和数据压缩

由于重复数据删除和数据压缩属于互补技术,因此接下来我将一起介绍这两项技术。必须启用重复数据删除,才能使用数据压缩。在集群模式 Data ONTAP 8.1 和 8.2 中,从多个方面改进了这两项技术。

NetApp® 重复数据删除可以在灵活卷(FlexVol® 卷)中找到相同的 4K 数据块,并且在执行字节级验证检查(确保数据块相同之后,再删除数据块,从而消除了哈希冲突可能引发的问题)之后,以引用单个共享数据块的方式将其替换,从而提高效率。重复数据删除通过消除冗余数据块,减少存储容量需求。

我想您肯定已经大体了解数据压缩的作用。NetApp 数据压缩的关键在于,NetApp 已开发出一种在软件中提供透明的实时和后处理数据压缩,同时减少对存储系统资源影响的方式。

重复数据删除和数据压缩技术具有类似的优势:

  • 两者都在主存储和二级存储上工作。
  • 两者对于正在运行的应用程序都是透明的操作。
  • 两者均可应用于新数据或者以前写入的数据。
  • 两者均可在非高峰期运行。

当执行 vol move 时,可以保留通过重复数据删除和数据压缩提高的效率。换言之,不会丢失任何数据,您不必在目标上重新运行操作。被移动的卷将保留其所有重复数据删除和数据压缩设置,因此您不必执行任何操作,即可在新位置的卷上继续执行存储效率操作。

针对各种应用程序执行数据压缩和重复数据删除可实现的典型空间节省。

图 3) 针对各种应用程序执行数据压缩和重复数据删除可实现的典型空间节省。

Data ONTAP 8.1 中的增强功能。从 Data ONTAP 8.1 开始,我们已经进行了一些非常重大的改进(同时适用于 7-模式和集群模式 Data ONTAP)。

  • 去除了针对重复数据删除和数据压缩的许可证要求。
  • 对这两项技术的性能进行了重大改进。
  • 重复数据删除元数据随卷一起移动。因此,在执行故障转移或 vol move 时,重复数据删除操作会继续运行。
  • 默认情况下,在卷上启用数据压缩会启用后处理压缩。后处理压缩与重复数据删除共享同一个计划程序:先运行数据压缩,然后运行重复数据删除。您也可以启用实时压缩。
  • 去除了卷大小限制,增加了逻辑数据大小限制,并且数据块共享限制从 255 提高到 32,000。(换言之,经过重复数据删除的数据块最多可以包含 32,000 个引用)。

特别是针对集群模式 Data ONTAP,我们添加了卷效率策略,支持您在特定时间(不只是按小时)计划作业,而且您还可以通过设置持续时间来安排停止时间。如果在分配的时间内未完成数据压缩和(或)重复数据删除,将创建检查点,在计划的下次运行时间继续执行操作。我们还简化了管理,以便可以将策略更改应用于多个卷,因此您不必单独修改各个卷。移动卷时,将保留设置策略。

Data ONTAP 8.2 中的增强功能。Data ONTAP 8.2 添加了更多增强功能。

  • 减少了重复数据删除元数据数量。现在,最多为物理数据大小(卷中的实际物理数据块)的 7%,而非基于逻辑数据大小(在未进行重复数据删除情况下的卷大小)。减少了元数据数量意味着重复数据删除的运行速度更快。
  • 最大逻辑数据大小增加至 640 TB
  • 针对集群模式 Data ONTAP,向卷效率策略添加了优先级
    • Best-effort(尽力确保最佳结果):此为默认设置。在用户工作负载和其他系统进程未在后台运行的情况下,卷效率操作平等地竞争资源。此优先级允许以最快的速度完成重复数据删除和数据压缩,但是可能会影响客户端 I/O 性能。
    • Background(后台): 卷效率操作使用未在后台运行的用户工作负载和其他系统进程未使用的剩余资源。因此,可能需要较长的时间才能完成,但是对客户端 I/O 的影响较小。

不可压缩数据检测。添加了不可压缩数据检测,以减少实时压缩的影响。

  • 如果发现文件中的压缩组带来的节省低于 25%,那么对于小于 500 MB(可以调整该默认值)的文件将停止进行实时压缩。
  • 对于 500 MB 或以上(该值也可以调整)的文件,实时压缩将尝试压缩每个压缩组的第一个 4K 数据块。如果至少节省了 25% 的空间,将继续针对该压缩组进行压缩;否则,压缩组将以未经压缩的状态写入。
  • 后处理压缩不会受这些更改影响,并且会力求压缩任何跳过的压缩组。

FlexClone

在 IT 世界里,会遇到数不清的需要创建数据集副本的情况。遗憾的是,副本并不是轻而易举就能获得的,而是会消耗大量存储空间,并且复制操作需要很长时间才能完成。借助 NetApp FlexClone 技术,您在几分钟内就可以克隆现有卷、文件或 LUN,同时只消耗少量的额外存储。

除了快速和节省空间之外,FlexClone 还可以带来许多其他优势。

  • 它可以将开发/测试或虚拟环境所需的存储减少 50% 或更多。
  • 它可以根据需要提供任意数量的测试数据集,因此您的团队可以更加高效地工作,而消耗的存储容量只会少量增加,从而提高开发/测试质量。
  • 加快了虚拟机配置。
  • 您只使用增量存储容量,就可以克隆和完整测试灾难恢复环境。

在集群模式 Data ONTAP 环境中,在 FlexClone 卷上必须谨慎地执行以下操作。

  • 如果使用 vol move 将 FlexClone 卷移至新聚合,空间节省将无法保留,因为克隆不再与其仍位于源聚合上的父卷共享数据块。
  • 如果使用 vol move 移动具有克隆的卷(父卷),该卷将移动并且客户端 I/O 将重定向至目标聚合。但是,在受限模式(无客户端 I/O)下,原始卷仍位于卷聚合上。因此,聚合上的所有 FlexClone 卷仍可以访问共享数据块。原始卷仍然存在,直至拆分、移动或删除所有克隆。
  • 文件和 LUN 克隆随父卷一起移动。

SnapMirror

与其他灾难恢复解决方案相比,NetApp SnapMirror 软件提供的精简复制功能具有经验证的高效率、精简性,并且成本合理, 因此多年来该软件一直是在各种 NetApp 存储环境中进行复制和灾难恢复的首选技术。SnapMirror 的优势包括:

  • 高效的块级更新可以降低对时间和网络带宽的要求。
  • 通过网络并且在二级卷上保持高存储效率(重复数据删除和数据压缩)。
  • 可以使用一对一、一对多、多对一或多对多复制拓扑在不同 NetApp 存储节点之间灵活地复制数据(支持异步复制)。
  • 通过结合使用 FlexClone,您可以使用灾难恢复数据进行开发/测试、数据挖掘或其他操作,并且您可以在不影响生产和正在进行的复制过程的情况下全面测试灾难恢复计划。
  • 您可以在一个集群内部或集群之间使用 SnapMirror。

如果您熟悉在 7-模式下运行的卷 SnapMirror,那么您一定不会对集群模式 Data ONTAP 中的 SnapMirror 感到陌生;二级副本会继承重复数据删除和(或)数据压缩存储效率技术在主卷上节省的存储空间。

负载共享镜像等新功能支持您将卷复制到同一个集群中的多个节点,以加快只读工作负载,而且这些新功能在集群模式 Data ONTAP 中也可以使用。

至于 SnapVault,从一个集群向另一个集群配置 SnapVault 时,您必须为每个集群节点配置至少一个集群间逻辑接口,这样在对等关系中的 SVM 之间才能进行复制。有关在集群模式 Data ONTAP 中使用 SnapMirror 的详细信息,请参阅 TR-4015

结论

集群模式 Data ONTAP 中的存储效率技术不只是简单地扩展我们熟悉的 7-模式功能。NetApp 致力于添加新功能和增强功能,帮助您在集群存储环境中用更少的时间、精力和存储完成更多的工作。

 对存储效率有任何见解?

请在 NetApp 社区中在线提出问题、交流观点、分享看法。

作者:技术营销工程师 Julian Cates

Julian 目前是一名技术营销工程师,致力于集群模式 Data ONTAP 和安全多租户的相关工作。在 NetApp 九年的职业生涯中,他先后担任过系统工程和专业服务部门的售前和售后职务,以及 VMware® 和 NetApp 联合解决方案的技术营销职务。

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NetApp 提供了多种工具来帮助您了解存储效率。您一定要试用以下工具。

  • 高效 IT 计算器:估计使用 NetApp 存储效率功能可以节省的存储量。
  • NetApp Systems Manager:该工具提供了一个简单的图形界面,便于您启用存储效率功能并查看节省的存储量。
  • My AutoSupport:存储效率信息板是 My AutoSupport™ 工具具备的诸多功能之一,您可以通过该信息板查看节省的存储量。(需要登录 NetApp 支持网站)。请阅读 Tech OnTap 文章,了解关于 My AutoSupport 的更多信息。
基础知识回顾

阅读 Tech OnTap 基础知识回顾系列,了解主要 NetApp 技术的基础知识:

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