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FAS8080 EX 为业务关键型工作负载提供卓越的性能、可靠性和扩展性
Steven Miller
作者:高级技术主管兼平台架构师

回顾几个月前我们推出 NetApp® FAS8000 之时,我相信那时你们之中的许多人都已察觉到,我们还会有产品准备登场亮相。这个产品便是 FAS8080 EX,它是 NetApp 到目前为止打造的的功能最为强大的 FAS 存储系统。

FAS8080EX

我们设计的这款全新旗舰 FAS 系统,具有原始 CPU 处理能力、大规模 I/O 吞吐量和极高可靠性,而这些特性是处理最具挑战性存储任务所必需的,其中包括繁忙的公共云和私有云环境以及 Oracle® 数据库和 SAP 等业务关键型应用程序工作负载。

与 FAS8000 系列的其他成员一样,FAS8080 EX 支持运行 NetApp® 集群模式 Data ONTAP® 软件,从而提供集群模式 Data ONTAP 的无中断运行、高级存储效率和集成数据保护功能来处理全部有效负载。我们对 FAS8080 EX 进行了优化,因此它能闪速满足纯闪存配置和混合存储配置中 SSD 的 I/O 需求。您将看到,它实现的结果成为自身优越性的最好证明。

通过将原始性能、可用性和经验证的 NetApp 数据管理功能完美结合,FAS8080 EX 可支持最关键的工作负载。它可以横向扩展到数百万次 IOPS 以及数十 PB 容量,从而支持并行处理数量巨大的多样化存储工作负载。

FAS8080 EX 在许多方面类似于其同类产品,包括统一横向扩展架构以及使用 NetApp FlexArray 软件虚拟化其他存储阵列的能力。如果您尚未使用本产品,您可能需要阅读我的 FAS8000 文章 了解相关完整背景信息。在本篇文章中,我将重点介绍此系统的与众不同之处。

FAS8080 EX 简介

现代数据中心对存储系统的需求仍在不断增长,这不仅要归因于像 SSD 这样的设备越来越多而且越来越快,而且还要归因于数据压缩这样的存储效率技术以及复制和备份这样的后端工作负载的不断涌现。如今我们对存储系统的需求的确越来越多,而这些需求也给 CPU 和 I/O 通道带来了巨大的压力。

据我所知,在 NetApp 有这样一种说法,“CPU 是用来讲排场的,I/O 才是用来干实事的”(CPU is for show, I/O is for dough),但对于 FAS8080 EX 而言,它既提供强大的 CPU 处理能力,同时又提供巨大的 I/O 来满足现代数据中心的需求。我们的设计理念是将用户所喜欢的以前各代 FAS 的功能与 FAS8000 融合在一起,然后在进一步提升。增加的资源越多,所提供的性能就越出色,而且在承受负载时也就越稳定。

Ivy Bridge 处理器

FAS8080 EX 相比 FAS6290 和其他 FAS8000 型号,第一个重大变化就发生在 CPU 设计方面。与其他 FAS8000 型号使用 Intel® Sandy Bridge 处理器不同,FAS8080 EX 采用的是最新的 Intel Ivy Bridge 处理器。(这是此型号晚于其他型号发布的原因之一。)这些处理器本身在性能上每核心提高大约 10%。

此外,我们将 FAS8080 EX 上的核心数增加到每个控制器最多 20 个(每个高可用性对 40 个核心,核心数比 FAS8060 增加 25%),同时我们将时钟频率从 2.1 GHz 提高到 2.8 GHz(提高 33%)。结果就是,FAS8080 EX 的原始计算能力与 FAS8060 和 FAS6290 相比超出 50% 有余。将这种原始计算能力转变为存储功效的能力因工作负载而异,不过(正如您马上将看到的一样)我们确实注意到总体性能得到了显著提升。

内存

我们还大幅提高了内存的数量和性能。FAS8080 EX 为每个控制器提供了 128 GB 内存(每个高可用性对 256 GB),而且每个控制器的内存带宽约为 100 GB/秒。这是 FAS8060 内存的两倍,超过 FAS6290 33%。

全新 NVRAM 设计

NVRAM 是提升 FAS 写入性能的关键要素,HDD 配置即使不进行加速,也能以极低延迟执行写入。FAS8000 采用的全新 NVRAM9 架构,可提供相当于 NVRAM8 两倍的带宽。FAS8080 EX 为每个高可性对提供 32 GB NVRAM。这同样也是 FAS8060 的两倍。由于 NVRAM9 集成在主板上,因此不会占用任何扩展插槽。

对于大规模顺序写入,增加 NVRAM 对于提高性能尤其有效。许多随机 I/O 工作负载也具有顺序写入组件。例如,借助 OLTP,日志记录活动具有顺序性。其他会产生大量顺序写入活动的应用程序包括备份、媒体应用程序、卫星数据采集和地震数据处理。

表 1) FAS8080 EX 对比其他 FAS8000 型号和 FAS6290。(以每个高可用性对为单位显示数值。)

  FAS8080 EX FAS8060 FAS8040 FAS8020 FAS6290
最大原始容量 5760TB 4,800TB 2,880TB 1,920TB 5760TB
最大驱动器数量 1440 1,200 720 480 1440
内存 256GB 128GB 64GB 48GB 192GB
核心数 40 个
(Ivy Bridge)
32 个
(Sandy Bridge)
16 个
(Sandy Bridge)
12 个
(Sandy Bridge)
24 个
(Westmere)
最大闪存 24TB 8TB 4TB 3TB 16TB
Flash Pool 最大容量 36TB 18TB 12TB 6TB 24TB
组合混合闪存总量 36TB 18TB 12TB 6TB 24TB
NVRAM 32GB 16GB 16GB 8GB 8GB
PCIe 扩展插槽数 24 8 8 4 24
板载 I/O:UTA2 8 8 8 4 不适用
板载 I/O:10 GbE 8 8 8 4 8
板载 I/O:GbE 8 8 8 4 8
板载 I/O:6 Gb SAS 8 8 8 4 0-24

I/O

FAS8080 EX 提供的灵活板载 I/O 配置与 FAS8060 并无二致,都是有 8 个 10GbE、UTA2、GbE 和 6 Gb SAS 端口。UTA2 端口可以灵活地配置为 10GbE 端口(用于数据中心对 FCoE 的桥接支持)或 16 Gb/秒光纤通道 (Fibre Channel, FC) 端口(根据需要灵活配置为 8 Gb 和 4 Gb FC)。无论用什么标准衡量,这一 I/O 数量都相当可观。

显示有板载 I/O 和 4 个 PCIe 扩展插槽的 FAS8080 EX 控制器的背面图。每个控制器的独立 I/O 扩展模块 (IOXM) 提供 8 个附加的 PCIe 插槽。

图 1) 显示有板载 I/O 和 4 个 PCIe 扩展插槽的 FAS8080 EX 控制器的背面图。每个控制器的独立 I/O 扩展模块 (IOXM) 提供 8 个附加的 PCIe 插槽。

所有 FAS8000 型号均使用 PCIe Gen3,从而提高了可用的内部 I/O 带宽。FAS8080 EX 提供了 80 个 Gen3 通道,使带宽增加了一倍。

为了支持更大的系统配置,我们还将 I/O 扩展模块 (I/O Expansion Module, IOXM) 与每个 FAS8080 EX 控制器进行了配对。具有两个控制器和两个 IOXM 的高可用性对的扩展插槽总共可达 24 个。虽然 FAS6290 也有 24 个插槽,不过因为 FAS8080 EX 插槽是 PCIe Gen3,因此它们可提供两倍的带宽;大量的板载端口节省了插槽。这可以转变为更高的扩展能力和更大带宽,以实现任何类型的连接,包括将来要提供的 40GbE 和 32 Gb/秒 FC 连接。

FAS8080 EX 上的扩展插槽可用于从侧面与主机和客户端实现互连、在后端与存储连接,以及用于连接 NetApp® Flash Cache I/O 卡。FAS8080 EX 支持的 Flash Cache (24 TB) 远多于任何以前型号的 FAS。

闪存

具体说道闪存支持,FAS8080 EX 的每个高可用性对支持 36 TB 闪存,以满足混合存储配置,这样就可以采用我们虚拟存储层技术(Flash Cache™ 和 Flash Pool™ 智能缓存)在闪存中自动缓存热数据。这比我们在 FAS6290 上为混合存储配置提供的闪存要高出 50%,是 FAS8060 中所支持闪存的两倍。这样您就可以获得更多闪存以及更大灵活性来加快重要工作负载的处理。在横向扩展配置中,混合闪存则可达到最多 400 TB 以上。

对于纯闪存配置,FAS8080 EX 可为每个高可用性对提供高达 384 TB 的容量,或以横向扩展配置提供最多 4.6 TB 的 SSD 容量。Data ONTAP 使用 NVRAM 执行写入的方式可最大限度地提高 SSD 的性能。现在,您还可以使用 NetApp 针对其闪存配置中所有旋转式磁盘而开发的全部高级数据完整性和错误检测功能。虽然某些纯闪存阵列供应商号称通过“完全从头构建”而实现了闪存的最大优势,但您将看到,FAS8080 EX 在利用 Data ONTAP 进行 20 年强化的基础上,其性能远胜于与其竞争对手的系统。

纵向扩展和横向扩展

FAS8080 EX 既可以纵向扩展,也可以横向扩展。您可以根据需要进行纵向扩展,通过添加更多容量或不同类型的介质或者安装 Flash Cache 智能缓存或更多接口卡来满足确切的存储需求。

与所有 FAS8000 系统一样,对于 NAS 配置,FAS8080 EX 可扩展到 24 个节点(控制器),对于 SAN 配置,最多可扩展到 8 个节点。如表 2 中所示,部分性能将达到令人瞠目的极限。请注意,您可以将 FAS8080 EX 配置为最多使用 6 个 10GbE 网络作为集群互连以实现最大集群内带宽。

表 2) FAS8000 横向扩展 NAS 和 SAN 上限。

  FAS8080 EX FAS8060 FAS8040 FAS8020
NAS 横向扩展 1-24 个节点(12 个高可用性对)
最大驱动器数量 17280 14400 8640 5760
最大原始容量 69PB 57PB 34.5PB 23PB
最大混合闪存 432TB 216TB 144TB 72TB
最大内存 3072GB 1536GB 768GB 576GB
SAN 横向扩展 1-8 个节点(4 个高可用性对)
最大驱动器数量 5760 4800 2880 1920
最大原始容量 23PB 19PB 11.5PB 7.7PB
最大混合闪存 144TB 72TB 48TB 24TB
最大内存 1024GB 512GB 256GB 192GB
集群互连 2 个、4 个或 6 个 10GbE 2 个或 4 个 10GbE 2 个或 4 个 10GbE 2 个 10 GbE 端口

FAS8080 EX 性能

采用混合存储时的横向扩展性能

从以前的基准测试结果来看,在增加节点时,FAS8080 EX 的扩展呈现出极强的线性特征。而根据我们内部的测试,使用混合存储横向扩展至极限(24 个节点)时,NFS 工作负载的性能可达将近 400 万次 IOPS。FAS8060 可实现 260 万次 IOPS 的极高性能;而 FAS8080 EX 能将性能提高约 50%,使 IOPS 达到新高,这表明我刚才介绍的架构增强可转化为性能增强。

纯闪存性能

我们也一直在针对诸如 VDI 和 OLTP 等常见纯闪存工作负载对 FAS8060 和 FAS8080 EX 系统进行内部测试,其结果同样令人惊叹。(请注意,NetApp 在下图中给出的参数值适用于高可用性对,并不适用于我刚在前面部分谈到的全横向扩展配置。)

纯闪存 FAS8000 VDI 性能与竞争产品对比。

图 2) 纯闪存 FAS8000 VDI 性能与竞争产品对比。

相对于一家知名竞争对手公布的参数,FAS8060 和 FAS8080 EX 在处理写入密集型 VDI 工作负载时表现出极佳性能。FAS8060 表现旗鼓相当,而 FAS8080 EX 则超出 33%。与领先竞争对手(例如 Pure Storage)每桌面 100 美元的成本相比,FAS8060 的每桌面成本仅为 55 美元。

如欲了解更多 VDI 信息,请参阅刚刚发布的参考架构:《TR-4307 适用于 VMware Horizon View 的 NetApp 纯闪存 FAS 解决方案》。

对于读取密集型 OLTP 工作负载,我们预计 FAS8080 EX 可提供同样令人惊叹的性能。FAS8060 与竞争产品的性能相当,而初步的测试显示,FAS8080 EX 的性能则有大幅提升。(请参阅今后发布的有关纯闪存 FAS 的文章,详细了解 FAS8080 EX 数据库性能。)

FAS8080 EX 可靠性和可用性

可靠性和可用性的重要性不言而喻,涉及业务关键型工作负载时尤其如此,FAS8080 EX 便是专门针对此类工作负载而设计。在我以前的文章 中,我介绍了 FAS8000 的可靠性和可用性功能。这次,我想就以前不曾涉及的主题“产品测试”略谈一二,而这一主题对于整体可靠性同样重要。

对于本次 FAS 更新,我们对测试过程要求更加苛刻,不仅对 FAS8080 EX 如此,而且对所有 FAS8000 和 FAS2500 系统同样如此。我们不仅测试了每种产品的设计,而且还进行了更长寿命和组件的测试。

我们进行了彻底的质量保证测试,以确保我们竭尽一切所能提供最佳产品。在许多情况下,供应商仅进行几千小时的系统测试;然而,如果测试时间不超过 10,000 小时,有些问题可能无法暴露出来。测试时长不够,有些问题就发现不了。我们在售出一个 FAS8000 单元前,会对它进行 50 万小时的测试。到目前为止,FAS8000 系列的年度组件更换率还不到我们以前系统的一半,这样的可靠性就相当高了。

如果一家公司成立的时间不太长,是不会做也无法做到这样的测试的。在许多情况下,他们负担不起这样的成本,而且每家硬件公司要摸索出成熟的硬件设计方法,需要一个长期的学习过程。在我看来,测试只是将企业因素与非企业因素区分开来的关键要素之一。

经验证适用于业务关键型工作负载的解决方案

性能、可靠性、扩展性和经验证的架构,这些都是用于业务关键型工作负载和第 1 层工作负载的存储平台应具备的特征,而 FAS8080 EX 将这些特征全都体现了出来。近年来,出现了一种非常常见的现象,很多人因“盲目迷恋技术”而一窝蜂地采用混合存储和纯闪存存储,但却忽略了产品的可靠性、成熟度以及是否有成熟的公司为所售产品提供强有力支持的重要性。

虽然 FAS8080 EX 的性能变化或许是革命性的,但其架构的发展演变却经历了数千个已安装单元的锤炼以及几十年的工程设计努力。FAS8080 EX 是一个完整的产品套件,其架构经过长期验证,可提供卓越性能,而且具有成熟的数据管理功能,可与领先合作伙伴的产品相集成 — 包括能够提供支持和备份的公司。

FAS8080 EX 提供一系列完整功能。

图 4) FAS8080 EX 提供一系列完整功能。

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NetApp 高级主管兼平台架构师 Steven Miller

Steven 担任 NetApp 的平台架构师已六年有余,负责 FAS3100、FAS3200、FAS6200、FAS2200、FAS2500 和 FAS8000,以及性能加速模块 (Performance Acceleration Module, PAM) 和 Flash Cache 等产品。他还是 NetApp 工程部与国家安全局、国家地理空间情报局及中央情报局的联络人。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 39 项已授权的专利,另外还有 16 项专利正在申请中。

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July 2014

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