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集群模式 Data ONTAP 8.3 — 为混合云奠定成熟可靠的基础
Jay Goldfinch
技术营销工程师
Mike McNamara
产品营销高级经理

NetApp® 集群模式 Data ONTAP® 存储操作系统持续表现出的强劲势头 — 超过 1.9 EB 存储和大约 24,000 个控制器已经投入使用 — 足以证明该操作系统对企业 IT 和云极其有效。存储管理员非常青睐根据需求无中断地移动工作负载的能力 — 包括在纯闪存节点和混合存储之间。NetApp 继续打造新功能,以改善整体性能、扩展无中断运行功能并提高效率和易管理性。

本文将介绍在 2014 年 10 月 28 日举行的 NetApp Insight 大会上发布的集群模式 Data ONTAP 8.3 的新功能。其功能组合广泛适用于企业、私有云和云服务提供商部署。本期 Tech OnTap 中的另一篇文章介绍了 Cloud ONTAP 的功能, Cloud ONTAP 为公共云带来集群模式 Data ONTAP 的企业功能。集群模式 Data ONTAP 8.3 和 Cloud ONTAP 是 NetAppData Fabric 远景规划中的两个关键要素,可简化所有类型的云之间的数据管理和数据移动。

集群模式 Data ONTAP 8.3 是第一个仅支持集群操作的 Data ONTAP 版本(对于 7-模式客户,NetApp 承诺继续在 8.2.x 上提供 7-模式支持)。集群模式 Data ONTAP 包括大量增强功能和具有更高价值的功能,可进一步提高您存储、提供和管理数据的能力。

本文将特别介绍以下新功能:

  • 性能
    • 读取路径优化,可以为处于负载之下的系统显著提高纯闪存 FAS 读取性能
    • 对于使用 Flash Pool™ 智能缓存的混合存储配置,缓存大小增加多达 4 倍
  • 效率和管理
    • 高级驱动器分区可以提高入门级系统、纯闪存 FAS 和 Flash Pool 的可用容量
    • IPspace 允许同一个集群中的各个 Storage Virtual Machine (SVM) 具有重叠的子网和 IP 地址
  • NDO 和可用性
    • 适用于集群模式 Data ONTAP 的 MetroCluster™ 软件
    • SnapMirror® 和 SnapVault® 软件的增强功能
    • 自动化无中断升级 (Nondisruptive Upgrade, NDU)
    • 适用于 LUN 的 Data Motion™ 软件
  • 从 7-模式进行过渡
    • 7-模式过渡工具 (7-Mode Transition Tool, 7MTT),支持 SAN 迁移和 MetroCluster

表 1 中包括更加完整(但是仍不详尽)的 8.3 功能列表。

8.3 中的新功能

Table 1) 集群模式 Data ONTAP 8.3 的新功能(在后面的章节中将详细讨论以粗体显示的功能)。

功能优势
性能和可扩展性
读取路径优化
  • 为提高低负载系统的读取性能,尤其是纯闪存 FAS 的性能
增加缓存大小
  • 对于 FAS2500/8000,Flash Pool 缓存增加 4 倍,可提高吞吐量并缩短响应时间
实时零写入检测
  • 实时检测和消除归零块,从而减少系统上的负载
SMB/CIFS 改进
  • 通过支持动态访问控制 (Dynamic Access Control, DAC) 和 Microsoft 管理控制台 (Microsoft Management Console, MMC) 提高管理员工作效率并改善用户访问控制
  • 提高大量文件服务工作负载的处理性能
复制性能
  • 针对大量 SnapMirror 和 SnapVault 关系,加快初始化和传输
    速度
放宽 SAN 限制
  • 每个集群 96000 个 LUN
  • 每个节点 12000 个 LUN
  • 每个节点 8000 个 iSCSI 会话/FC 连接
效率和管理
高级驱动器分区提供更多可用的容量并提高 Flash Pool 灵活性。三个用例:
  • FAS2500 和 FAS2200(采用 HDD)
  • 纯闪存 FAS
  • Flash Pool
IP 空间
  • 支持服务提供商提供更优质的存储即服务,有助于企业在兼并和收购后更轻松地进行整合
System Setup 3.0
  • 自动设置全新的集群,无需培训
System Manager 8.3
  • 内置的要素管理 GUI 消除了客户端上对特定 Java 版本的要求,从而简化了管理
VVOL 支持
FlexClone® for SVI
  • 减少部署、克隆、重写和修补虚拟机的时间
  • 提高 FlexClone 删除操作的性能
网络增强功能
  • 集群模式 Data ONTAP 网络的许多方面已经过改进和简化
  • 现在可以自动配置故障转移组
NDO 和可用性
MetroCluster
  • 在计划内和计划外事件(包括站点中断)期间,为重要企业应用程序和工作负载提供持续可用性
  • 透明的故障转移保护
  • 专为确保零数据丢失而设计
SnapMirror 和 SnapVault 增强功能
  • 适用于 SnapMirror 和 SnapVault 的单一复制流
  • 本机网络压缩
  • 故障转移到以前的时间点 Snapshot™ 副本
  • 版本灵活复制
  • 针对 FlexClone 卷的灾难恢复
  • 扇入比高达 255:1
  • 扇出比高达 1:16
自动化 NDU
  • 腾出时间,专注于更具战略意义的项目
  • 降低出现人为错误的可能性
  • 减少升级集群模式 Data ONTAP 操作系统所需的手动步骤
DataMotion for LUNs
  • 近乎瞬时的 LUN 移动性,可解决性能和容量问题,而不会对正在运行的应用程序产生影响
SMTape
  • 简化并加速磁带备份
过渡工具
7-模式过渡工具 2.0
  • 免费的自动化 GUI 工具,可将 NetApp 7-模式 SAN、NAS 和 MetroCluster 配置迁移到集群模式 Data ONTAP
外部 LUN 导入
  • 简化第三方(EMC、HDS、HP)SAN 数据迁移,从而将工作负载整合到集群模式 Data ONTAP
  • 加快过渡到 FlexArray
快速数据迁移工具
  • 简化大规模数据重新组织,同时通过精细转换从 7-模式 NFSv3 源过渡到集群模式 Data ONTAP
其他
NFS 增强功能
  • 针对 NFSv4 和 NFSv4.1 的 qtree 导出
  • 针对 AES-128 和 AES-256 的 Kerberos 支持
  • showmount 支持
  • 支持更多 UNIX® 组 (256)
有选择的 LUN 映射
  • 减少指向 LUN 的路径数
  • 按 LUN 映射到 HA 对,而不使用端口集
IPv6 增强功能
  • IPv6 集群间对等关系,包括基于 IPv6 的 SnapMirror 以及针对 MetroCluster 的 IPv6 支持

性能和可扩展性

虽然 Data ONTAP 已经问世 20 余年,但是 NetApp 工程师仍在探索提高性能和可扩展性的方法,从而帮助您从现有硬件中发掘更多价值。

纯闪存 FAS 性能

在最近的一篇 Tech OnTap 文章,《深度剖析纯闪存 FAS》,作者暗示“即将推出的增强功能”将显著提高随机小型块读取性能,可以很好地作为 OLTP 性能的代理。这些增强功能在 8.3 中全部得以实现。

NetApp 工程师检查了端到端的读取路径,以确定并消除开销。结果,相较于 Data ONTAP 8.2,读取性能大幅提升。如果您将图 1 中的数值与上面提到的以前一篇文章中的数值进行对比,会发现对于随机读取操作,FAS8060 最高性能提升了 35%,FAS8080 EX 最高性能大幅提升 64%。

想一想这意味着什么呢?将纯闪存 FAS 系统从 8.2.x 升级到 8.3 最多可以将性能提高近 70%,而无需更改硬件,并且在 8.3 之前,纯闪存 FAS 性能就已具有很强的竞争力。

图 1) 采用 Data ONTAP 8.3 的纯闪存 FAS 性能与几个竞争对手的公开数据之比较。

性能提升以及可用容量增加(“高级驱动器分区”部分介绍了更多信息)转化为单位 IOPS 成本和单位 GB 成本降低,如表 2 中所示。

表 2) 纯闪存 FAS8060 与竞争产品在数据库工作负载方面的对比。

这些读取路径优化会对纯闪存配置产生巨大影响,同时混合系统和纯 HDD 系统也将从中受益。

缓存大小增加多达 4 倍

您可能已经注意到,在近期版本中,NetApp 一直在稳步提高采用 NetApp Flash Cache™ 和(或)Flash Pool 软件的混合存储配置所支持的缓存总量。版本 8.3 延续了该趋势,大多数平台的缓存总量均提高了 4 倍,如表 3 中所示。我们的目标是确保您永远不必担心达到缓存上限会限制扩展 FAS 系统或集群的能力。

表 3) 较之 8.2.2,8.3 中每个 HA 对支持的最大混合闪存(在 FAS2200、FAS3200 和 FAS6200 中也有提高)。

在所有 FAS 型号中,支持的最大 Flash Cache 量受可用 PCIe 插槽数量的限制。对于 FAS8080 EX,Flash Cache 限制已经从每个 HA 对 16 TB 增加到 24 TB;其他 FAS 型号的 Flash Cache 限制保持不变。

其他 Flash Pool 增强功能包括:

  • 各种规模的覆盖操作现在均可缓存,前提是要将 Flash Pool 配置为接收覆盖操作
    (消除了 16 KB 界限)。
  • 将 Flash Pool 配置为接收覆盖之后,缓存预留容量便已减少,因而可用缓存容量将
    提高 13%。

效率和管理

大量新功能均有助于提高集群模式 Data ONTAP 的整体效率和易管理性。

高级驱动器分区

顾名思义,高级驱动器分区可以将物理驱动器分割成多个分区。这项技术的先进之处体现在,一个物理驱动器由多个聚合共享,并且两个不同的控制器可以同时访问该物理驱动器。

在以下三个用例中支持使用高级驱动器分区:

  • 适用于所有纯闪存 FAS 的根数据 SSD 分区
  • 适用于入门级 FAS 系统的根数据 HDD 分区
  • 适用于 Flash Pool 的 SSD 分区

这三个用例有一些您应该牢记的通用注意事项:

  • 分区大小由系统定义,用户无法配置。
  • 您不能在保持数据原位的情况下,从未分区配置转换为分区配置(在具有四个或更多节点的集群配置中,可以使用 vol move 无中断地清空存储系统并且无需使数据脱机,便可实施分区)。请注意,运行 8.3 的存储系统不必分区。您可以对现有系统进行原位升级,获得 8.3 的所有其他优势。

根数据分区用例。前两个用例非常相似。借助集群模式 Data ONTAP,数据聚合将按顺序接管和交还。因此,包含根卷的聚合与包含用户数据的聚合相互分离。根数据分区的目标是避免根卷大小受物理介质造成的限制约束,以增加可用容量。

通过将每个驱动器从逻辑上划分为两个分区,以形成单独的根分区和数据分区,从而实现上述目标。两个存储控制器上的启动程序可以同时访问相同的驱动器。每个存储控制器知道自己可以访问的每台物理驱动器上的块范围,因此可以保持数据完整性。

相较于采用专用根聚合的配置,高级驱动器分区提高了可用容量。对于 24 个驱动器的配置,可用容量可提高 20% 或更多,具体取决于驱动器大小。这还减少了将 RAID-DP® 用于根聚合所带来的存储开销和成本。

图 2) 24 驱动器主动/主动纯闪存 FAS 或入门级 FAS 系统的根数据分区示例。分区大小和布局由系统确定,用户无法配置。

请记住以下重要事项:

  • 所有附带 Data ONTAP 8.3 的新入门级系统(FAS2200 和 FAS2500)和所有全新的纯闪存 FAS 系统在出厂时将默认进行分区。
  • 在 Data ONTAP 8.3 中,在具有 HDD 根聚合的 FAS8000 系统上不支持根数据
    分区。

Flash Pool 分区。适用于 Flash Pool 的高级驱动器分区与根数据分区略有不同。该用例的目标是在多个 Flash Pool 聚合之间共享一组 SSD,以减少奇偶校验和备用磁盘造成的开销并提高灵活性。

适用于 Flash Pool 的高级驱动器分区可以将每个驱动器分割成四部分,而不是两部分。图 3 左侧显示了未分区的 Flash Pool 配置。对于显示的两个 SSD 存储池,每一个均利用一个具有两个数据驱动器和一个奇偶校验驱动器的 RAID-4 RAID 组,因此有两个驱动器用于奇偶校验。图右侧显示了采用高级驱动器分区的配置。使用相同的六个驱动器创建了四个 RAID-4 RAID 组,每一个组均跨越所有六个驱动器,从而使用一个驱动器进行奇偶校验。在本示例中,奇偶校验所造成的开销从 33% 减少至 16.5%(当然,RAID 组越大,开销越低)。

图 3) 当用于 Flash Pool 时,高级驱动器分区可减少与奇偶校验和备用磁盘相关联的开销,从而提供更多的可用
容量。

需要记住以下几个要点:

  • 一个经过分区的 SSD 存储池可以由多达四个 Flash Pool 聚合共享。
  • 只有 Flash Pool 聚合中的 SSD 经过分区,而不是 HDD。
  • 数据聚合完全由不能分区的 SSD 组成。

IP 空间

IP 空间可减少租户管理的复杂性。IP 空间提供的网络多租户等同于运行 NetApp MultiStore® 软件(具有 vFiler® 单元)的 7-模式系统所提供的网络多租户。如果您当前运行着 MultiStore,那么随时可以过渡具有 IPspace 的 Data ONTAP 8.3。

IP 空间允许同一个集群中的 Storage Virtual Machine (SVM) 具有重叠的子网和 IP 地址。根据需求,一个 IP 空间可以包含一个或多个 SVM。如果需要,集群中的每一个 SVM 可以具有单独的 IPspace,或者如果您不必容纳重叠的地址空间,那么集群中的所有 SVM 可以存在于“默认”的 IP 空间中。

图 4) IP 空间允许不同的 SVM 利用重叠的地址空间。每个 SVM 可以具有自己的 IP 空间或者多个 SVM 可以共享一个 IP 空间。在本示例中,在两个 IP 空间中使用了 IP 地址 10.98.7.1 和 10.98.7.2。

常见用例包括:

  • 您无法控制客户子网分配的服务提供商环境
  • 兼并和收购导致以前存在的子网分配出现重叠的情况
  • 从 7-模式 MultiStore 环境进行迁移

NDO 和可用性

凭借集群模式 Data ONTAP 8.3,NetApp 继续确立有关无中断运行和可用性功能的新标准。

MetroCluster

毫无疑问,对于 8.3,MetroCluster 是最大的有效负载项之一。MetroCluster 是 NetApp 提供的持续数据可用性解决方案。它可以在距离长达 200 公里的站点之间提供同步镜像。如果您不熟悉 MetroCluster,请阅读下面的功能介绍:

  • 专为确保零数据丢失而设计 — 从不会丢失事务,因为写入会立即提交到两个站点。
  • 精简性 — 无需外部设备或基于主机的配置。
  • 零更改管理 — 一经设置,在一个站点上进行的配置更改会自动复制到另一个站点。
  • 较之其他解决方案,成本和复杂性减少 50% — 由于其架构易于管理,因而降低了
    软件采购成本和解决方案拥有成本。无需外部设备、基于容量的许可证或者持续配
    置管理。
  • 与存储效率、备份、DRNDO FlexArray 无缝集成 — 全部内置于 Data ONTAP 中。
  • 支持 SAN NAS —同时。许多竞争解决方案只支持 SAN。
  • 免费提供 MetroCluster 软件 — 它属于 Data ONTAP 的一部分,因而不需要单独的
    许可证。

在集群模式 Data ONTAP 8.3 中,MetroCluster 利用两个单独的 Data ONTAP 集群,在每个位置各有一个双节点集群。在正常操作期间,从全部四个节点为客户端提供服务。本地 HA 用于所有本地故障。这明显不同于 7-模式 MetroCluster:本地故障会触发故障转移到备用站点,但有时并不需要这样做。

图 5) 集群模式 Data ONTAP 8.3 增加 MetroCluster 支持。根据中断类型,两个单独的双节点集群可提供本地和远程故障转移。

SnapMirror 和 SnapVault 增强功能

多年来,SnapMirror 和 SnapVault 一直是 NetApp 集成数据保护产品组合的主打产品。SnapMirror 一直是数一数二的复制解决方案,并且在清楚地认识到智能、高效且易于使用的复制功能是面向混合云的主要支持技术的情况下,NetApp 投入了大量时间和精力来确保这两款产品不断引领市场潮流。最近的几项增强功能均传承了这一设计理念。

适用于 SnapMirror 和 SnapVault 的单一复制流。 通过该增强功能,您可以满足灾难恢复和备份要求,与此同时:

  • 将网络流量减少 50%
  • 将二级存储需求降低 40%

本机网络压缩。 此增强功能进一步将带宽需求减少多达 70%,并且消除了对于单独的 WAN 优化硬件的需求(请先确保您具有可用的 CPU 空间,然后再启用该功能)。

故障转移到以前的时间点 Snapshot 副本。 集群模式 Data ONTAP 8.3 上的 SnapMirror 可以帮助您通过利用统一镜像/存储库中所保存的 Snapshot 副本,快速地恢复到以前的时间点。由于 SnapMirror 目标可以保留更多的 Snapshot 副本,因此,您无需在二级站点保留单独的 Snapshot 副本用于灾难恢复和备份。

版本灵活复制。 这一新功能增强了无中断运行并简化了升级。过去,必须在主站点和二级站点使用同一版本的集群模式 Data ONTAP,但是有些客户在全球拥有几百个 SnapMirror 关系,并且需要按照自身情况升级 SnapMirror。

从集群模式 Data ONTAP 8.3 开始(该功能不适用于运行集群模式 Data ONTAP 8.2.x 的源或目标系统),您可以在主站点和二级站点使用不同的 SnapMirror 版本,并且无中断地进行升级。这项新功能称之为 SnapMirror 版本灵活复制。

这不仅可简化升级过程,而且还支持双向复制。过去,每一个双向系统必须在相同的软件版本上运行。这通常需要短时间内进行停机,才能将双向 SnapMirror 所涉及的两个站点上的软件升级到相同的级别。从 Data ONTAP 8.3 开始,不再需要使用相同的版本便可进行复制,因而双向 SnapMirror 和复杂的多跳拓扑均能实现无中断升级。

其他增强功能包括:

  • Flash Pool 中缓存 SnapMirror SnapVault 目标卷。Flash Pool 聚合现在只能缓存只读卷。
  • FlexClone 灾难恢复。以前,您必须复制从中克隆 FlexClone 卷的整个卷。现在您只需复制特定的 FlexClone 卷。
  • 增加扇入量和扇出量。
    • 扇入比高达 255:1
    • 扇出比高达 1:16

自动化无中断升级(NDU)

集群模式 Data ONTAP 8.3 支持自动化、无中断的软件升级。只需使用三个命令,便可将 Data ONTAP 软件包(从 support.netapp.com 获取)应用到集群中,通过验证确保集群做好升级准备,然后执行升级。所有下载、接管和交还均通过自动化流程完成。自动化 NDU:

  • 简化操作
  • 将手动命令数量减少为原来的 1/10,从而节省了时间
  • 减少用户出错的机率
  • 减少花费在规划升级上的时间,集中精力开展更具战略性的项目

请注意,自动化 NDU 是 Data ONTAP 8.3 的一项功能。升级到 8.3 之后,您可以将其用于所有未来升级。

DataMotion for LUNs

通过 DataMotion for LUNs,您可以无中断地将 LUN 从一个集群卷移到另一个集群卷。如果您熟悉 DataMotion for Volumes 或者 vol move(这是集群模式 Data ONTAP 中最受欢迎的功能之一),就很容易触类旁通地理解 DataMotion for LUNs 的概念。不过,它使用集群模式 Data ONTAP 中专为移动和复制数据对象而设计的一个新引擎。(它还用于移动 VVOL。)

这个新引擎的强大之处在于,它提供瞬时转换。发出移动某个 LUN 的请求之后,该 LUN 会立即在目标节点上变为可用。写入进入目标节点,同时在集群互连之间从源节点提取读取。这意味着,源节点上的负载会立即减少,因为它没有处理写入。

需要注意的两个要点:

  • 移动 LUN 时,重复数据删除效率会丢失,除非在目标节点上运行重复数据删除扫描
    程序。
  • LUN 的 Snapshot 仍位于源卷上。

经过更新的过渡工具

如果集群模式 Data ONTAP 8.3 的所有功能让您激动不已,那么得知我们还将发布 7-模式过渡工具版本 2.0 以简化从 7-模式的过渡,您一定会感到十分高兴。

您可能已经读过最近的 Tech OnTap 文章《如何从 7-模式过渡到集群模式 Data ONTAP》。 对 7MTT 有所了解。本文中还有许多宝贵的信息,但是请继续关注这些作者在未来几期新闻简报中发表的有关整个过渡流程的更新。

除了前几个工具版本中的所有功能,该版本还包括各种新功能。7MTT 版本 2.0 的最重要的新功能是支持过渡 SAN 环境。前几个工具版本中只支持 NAS 协议。版本 2.0 还支持从 7-模式 MetroCluster 迁移到集群模式 Data ONTAP MetroCluster 环境。

开始测试

考虑到其包括高级驱动器分区、MetroCluster 和 IP 空间在内的许多新功能以及更高的性能和其他增强功能,我们认为 Data ONTAP 8.3 会吸引现有的集群模式 Data ONTAP 用户以及等待合适时机迁移到集群模式 Data ONTAP 的客户。

在考虑升级之前,请注意以下两件事:

  • 如简介中所述,Data ONTAP 8.3 只支持集群操作,不支持 7-模式。
  • Data ONTAP 8.3 只支持 64 位聚合。这些提供更大的聚合和卷大小并且支持数据精简、Flash Pool 和存储效率更高的存储等高级功能。已安装的超过 100,000 个 NetApp 系统已经在使用 64 位聚合。
    • 在 Data ONTAP 8.1.4P4、8.2.1 以及更高版本中,支持无中断地原位扩展到 64 位聚合。不需要任何额外的驱动器。
    • 在升级到 8.3 之前,必须转换 32 位聚合。
    • 在升级到 8.3 之前,必须删除 32 位 Snapshot 副本或者使其过期(根据定义,元数据为只读并且无法升级到 64 位)。
    • SnapMirror 和 SnapVault 关系也需要 64 位聚合。

要准备过渡到 Data ONTAP 8.3,您应该:

  • 升级到 8.2.1 或更高版本,并尽快将剩余的任何 32 位聚合转换为 64 位。
  • 在升级到 8.3 之前,将任何 32 位 Snapshot 副本设置为过期或者将其删除
    (可以使用 snap list -fs-block-format 命令来识别 32 位 Snapshot)。
 对 Cloud ONTAP 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。

NetApp 技术营销工程师 Jay Goldfinch

Jay Goldfinch 是一名专注于集群模式 Data ONTAP 版本的技术营销工程师。在加入技术营销团队之前,他曾担任过系统管理、技术支持和性能工程等职位。他于 2003 年加入 NetApp。

NetApp 产品营销高级经理 Mike McNamara

Mike 拥有 25 年的存储和数据管理营销经验。Mike 于 9 年前加入 NetApp,在此之前他在 Adaptec、EMC 和 Digital Equipment Corporation 工作。除了以前曾是光纤通道行业协会的营销主席,他还是以太网技术峰会会议顾问委员会和以太网联盟的成员,而且经常在行业期刊上发表文章并在各种行业活动上发言。

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如您所见,集群模式 Data ONTAP 具有大量增强功能,从而可以为每款 FAS 平台带来巨大优势:

  • FAS2500为入门级系统带来以下具体优势:对于混合存储,支持的 Flash Pool 容量增加 4 倍,并且通过高级驱动器分区,将可用容量增加 20% 以上。
  • FAS8000FAS8000 系列的 Flash Pool 增加 4 倍(缓存高达 144 TB),再加上更加灵活的缓存分配。MetroCluster 提供数据持续可用性。
  • 纯闪存 FAS将实时零消除等功能、随机读取性能提高 60% 以上以及可用容量增加 20% 以上等因素结合起来,在提高性能的同时还可降低单位 IOPS 和单位 GB 成本。
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由 Tech OnTap 固定撰稿人 Mike McNamara 和 Tech OnTap 常驻作者 Philip Trautman 共同编著的新书将带您深入了解适用于企业和云的横向扩展存储。

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