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揭开 FAS6200 的面纱

由于我之前关于 FAS3200 系列的文章引起了强烈反响,Tech OnTap 再次邀请我来谈谈 FAS6200 系列的设计,对此我感到非常荣幸。

尽管早期的 FAS6000 系列在当时已是巨大的飞跃,但自其面市以来,随着内核数量的增加以及内存大小超过四倍的增长,需要考虑的许多方面已发生了变化。NetApp 用户自然希望获得更多一流的性能,同时我们在此期间为 Data ONTAP® 增加了新功能(例如重复数据删除和压缩),二者都对存储系统资源提出了新的需求。这无异于雪上加霜。

我们推出 FAS6200 系列的目标是创建一个平台,在平台上提供大量资源来实现一流的性能并执行重要系统任务,此外还为广泛的工作负载(从归档到 IOPS 密集型数据库负载在内的一切事务)提供支持,而且是同时支持这些工作负载。这好比同时生产一辆玛莎拉蒂豪华跑车和一辆皮卡,但结果令我们兴奋不已。

FAS6200 系列。

图 1) FAS6200 系列。

如果您还不熟悉 FAS6200 系列(以及相应的 V6200 开放式存储控制器型号,该型号支持您管理 EMC、IBM、Hewlett-Packard、Hitachi Data Systems 以及其他主要存储供应商提供的磁盘阵列)的常规功能,可阅读由 Chris Lueth 和 Mukesh Nigam 最近合著的一篇文章,其中详尽地介绍了该产品系列的各个细节。本文旨在“揭开面纱”,重点关注一些特定主题:

  • 处理器/内存复合体的设计
  • I/O 子系统增强功能
  • 某些新增的弹性功能

处理器/内存复合体

内存/处理器复合体是实现 Data ONTAP 所有高级功能的动力之源。我们研究了市场上现有的种类繁多的处理器,最终选择了 Intel 出品的 4 核 Nehalem 和 6 核 Westmere 处理器。我们发现借助这些处理器可以使内存带宽增至我们早期平台的三倍左右,并使单个控制器上的内核数从 8 个增加到 12 个(对于 FAS6280),这让我们十分振奋。我们能够在 Westmere 处理器发布不久便交付配备 Westmere 处理器的系统,这是 NetApp 的产品发布与 Intel® 产品发布配合最为成功的一次。

除了处理能力和内存带宽方面的全面改进外,我们还使平台的内存容量增至原来的三倍,让 FAS6280 每个控制器的内存达到 96 GB 之多。这为我们提供了足够的空间来更轻松地实现一流的性能和全新的功能,包括现在大多数新系统中都提供的 NetApp® 闪存

闪存可将实现特定性能级别所需的磁盘轴数减少多达 75%,还可大大降低读取操作的延迟。但是,每 TB 闪存需要占用 4 GB 的系统内存来存放页表。因此,您会发现在大型系统中添加若干 TB 闪存后,内存占用量会大幅增加。(它还会用尽扩展槽,我将在下一节中介绍这一问题。)

为完善新系统,我们对 Data ONTAP 用来记录写入请求的非易失性 RAM (NVRAM) 进行了全新的设计。NVRAM 8 设计实现了 1 GB/s 的持续写入性能。考虑到 NVRAM 以较小的网络大小的数据块处理数据,因此要达到上述性能级别,NVRAM 必须每秒进行 1 百万次传输。每次传输必须以微秒为单位设定,这不仅要求具有快速的硬件,还需要极为高效的中断例程才能顺利实现。

使 I/O 加速

NetApp 存储系统每个核心进行 I/O 操作的次数比标准服务器多出 10 到 20 倍。大型存储安装要求一个 NetApp 存储系统即提供最高相当于 256 个核心的应用处理能力。这意味着大量的 I/O。

在我们开始与 Intel 讨论 Nehalem 和 Westmere 处理器时,用于实现这些技术要求的标准 Intel 参考设计仅支持单个 I/O 芯片 (IOH)。NetApp 希望获得尽可能高的 I/O 处理能力,因此与 Intel 接洽以期获得对两个 IOH 芯片的支持,使 I/O 处理能力加倍。我们与 Intel 合作实现了这一目的,并且证实新的设计能很好地按预期工作。

两个 IOH 芯片可提供 72 个第二代 PCIe 通道,而标准服务器设计通常只能提供 20 到 30 个通道。不仅如此,我们还使用交换机使通道数进一步激增:在 FAS6280 中建立 152 个 PCIe 通道的 I/O 连接,内部总带宽超过 72 GB/s。

利用我们的新型机箱设计,您可以为一个控制器模块搭配 4 个 PCIe 插槽,此外还可选择增加带有另外 8 个 PCIe 插槽的 I/O 扩展模块 (IOXM)。这样,一个控制器即可配备 12 个插槽,或者对于典型的 HA 对来说,可配备 24 个插槽。相比之下,FAS6080 仅提供 3 个 PCIx 插槽和 5 个 PCIe 插槽。除 I/O 扩展插槽外,FAS6200 系列还提供许多板载 8Gb FC、10GbE 和 6Gb SAS 端口。(参见表 1。)如果您不需要额外的扩展插槽,还可以选择一种非常紧凑的配置,在 6U 的机架空间内即可容纳两个控制器(一个 HA 对)。

表 1) 三个新的 FAS6200 系列型号与 FAS6080(之前的高端系统)的比较。

  FAS/V6210 FAS/V6240 FAS/V6280 FAS/V6080
处理器内核 16 16 24 16
内存 48 GB 96 GB 192 GB* 64 GB
最大闪存 3 TB 6 TB 8 TB 4 TB
扩展 I/O 模块
最大 PCIe 插槽数 8 24 10
板载 8Gb FC 8 或 16 8 或 32
板载 10GbE 8 8
板载 6Gb SAS 0 或 8 0 或 24
最大磁盘轴数 1200 1440 1176
最大容量 2400 TB 2880 TB 2352 TB**
最大聚合/卷大小 70 TB 100 TB 100 TB
Data ONTAP           8.0.1 8.0.1 7.2.5 及更高版本
*实际内存分配取决于 Data ONTAP 版本。
**需要 Data ONTAP 8.0 及更高版本。容量是表中所示 Data ONTAP 7.x.x 值的一半。

正如我之前所述,额外插槽可用于闪存。此外,随着存储行业中正进行从 FC 向 SAS 磁盘的过渡,我们知道,需要通过提供板载 SAS 和 FC 端口,并确保存储系统在需要之时可同时支持大量的这两类端口,来帮助促进这一过渡过程。

板载端口和额外扩展插槽还可确保 FAS6200 系列完全能够支持在集群模式(C 模式)下运行的 Data ONTAP 8。您将能够支持大量的 10GbE 端口,使网络连接不会成为 C 模式配置的瓶颈。

更高水平的弹性

对于 FAS6200,我们还希望在可靠性、可用性、可服务性和可管理性 (RASM) 功能方面更上一层楼。首先,我们添加了一项新功能来创建持续写入日志。电池后备 NVRAM 能够连续运行大约 72 小时。借助新的持续写入日志功能,如果遭遇停机故障,NVRAM 内容将存入闪存,从而无限期保护写入日志。在下次启动时,只需重新运行生成的 NVLOG 即可使系统恢复到一致状态。

我们还向 FAS6200 系列中添加了新的服务处理器,其功能远远超过以前型号中使用的远程 LAN 模块 (RLM)。服务处理器非常稳定,即使存储系统的其余部分均已关闭仍可运行。该处理器可提供 RLM 的所有功能,例如远程重启、出现系统故障时自动通报以及随时可供访问来排除故障。除 RLM 的功能之外,服务处理器还添加了一些新功能,包括:

  • FRU 报告和跟踪
  • 高级电流/电压和温度传感器报告
  • 监控和设置 LED 状态
  • 强制内核转储(替代控制器上的 NMI 按钮)

从工程角度来讲,FAS6200 最令我兴奋不已的弹性功能是能够深入处理器读取其内部状态,即便处理器未在运行也能读取。内核转储和内部处理器状态相结合,可以提供详细的可靠数据,用以确切了解出现问题时发生的情况,以便加以更正。与以前功能的运作方式一样,我们会逐渐将该功能推向中低端应用范围。

结论

可能我的看法有些片面,但我认为 FAS6200 系列是 NetApp 产品发展过程中的一个新里程碑。该平台的性能比 FAS6000 高出 3.6 倍之多。此外,该平台还大大增加了内存大小和 I/O 带宽,具有更高的扩展能力,支持在执行重要系统任务(例如数据保护、重复数据删除和压缩)的同时实现一流性能,所有这一切均不会影响与其余 NetApp 产品系列的兼容性。我们增加了新功能来进一步提高硬件可靠性,只要您准备好进行过渡,该平台将来完全可以支持在集群模式下运行的 Data ONTAP 8。

 对 FAS6200 有任何见解?

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Steven Miller

Steven Miller
NetApp
高级技术指导兼平台架构师


Steven 已担任 NetApp 平台架构师将近六年,负责 FAS3100、FAS3200 和 FAS6200 系列,以及性能加速模块 (PAM) 和闪存 (PAM II) 等产品。他还是 NetApp 工程部与国家安全局 (NSA)、国家地理空间情报局 (NGA) 及中央情报局 (CIA) 的联络人。Steven 目前是几个 IEEE 和行业团体的成员。他曾在存储和高性能计算领域荣获 23 项已授权的专利,另外还有 19 项专利正在申请中。


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