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Ein Blick unter die Haube des FAS6200

Ich habe mich sehr gefreut, als Tech OnTap wegen der starken Resonanz auf meinen vorherigen Artikel über die FAS3200 Serie, mich bat, über das Design der FAS6200 Serie zu berichten.

Die frühere FAS6000 Serie war in jener Zeit mit mehr Kernen und einem mehr als vierfachen Speicher ein echter Meilenstein. Seit ihrer Einführung hat sich jedoch eine Menge geändert, was näher betrachtet werden muss. NetApp Benutzer wünschten sich natürlich immer mehr erstklassige Performance. Zeitgleich haben wir in den Jahren neue Funktionen in Data ONTAP integriert wie Deduplizierung und Komprimierung, die neue Anforderungen an die Ressourcen von Storage-Systemen stellten. Das ist ein klassischer Doppelschlag.

Bei der FAS6200 Serie haben wir uns zum Ziel gemacht, eine Plattform zu kreieren, die über genügend Reserven verfügt, um erstklassige Performance zu bieten und gleichzeitig wichtige Systemaufgaben auszuführen. Zudem wollten wir eine breite Vielfalt von Workloads, von Archivierung bis zu IOPS-intensiven Datenbankanwendungen, abdecken und auch deren gleichzeitigen Einsatz unterstützen. Das kommt ein wenig dem Vorhaben gleich, einen Maserati und einen Kleinlaster in einem Fahrzeug zu vereinen. Aber wird sind von den Ergebnissen begeistert.

Die FAS6200 Serie

Abbildung 1) Die FAS6200 Serie

Wenn Sie sich nicht bereits mit den allgemeinen Features der FAS6200 Serie auskennen (und mit den zugehörigen Open Storage Controllern der Modelle V6200, mit denen sie Festplatten-Arrays von EMC, IBM, Hewlett-Packard, Hitachi Data Systems (HDS) und anderen größeren Storage-Anbietern managen können), bietet ein kürzlich erschienener Artikel von Chris Lueth und Mukesh Nigam einen guten Überblick über die Details. In diesem Artikel möchte ich „einen Blick unter die Haube werfen“ und mich auf ein paar einzelne Themen konzentrieren:

  • Design des Prozessor/Speicher-Komplexes
  • Verbesserungen des I/O-Subsystems
  • Ausgewählte, neue Stabilitätsfunktionen

Der Prozessor/Speicher-Komplex

Der Motor, der die ganzen erweiterten Möglichkeiten von Data ONTAP ermöglicht, ist der Prozessor/Speicher-Komplex. Wir haben uns eine Menge aktuell verfügbarer Prozessoren angesehen und uns schließlich für die Vierkern Nehalem und die Sechskern Westmere Prozessoren von Intel entschieden. Wir waren mehr als begeistert, als wir mit diesen Prozessoren feststellten, dass wir die Speicherbandbreite gegenüber unseren früheren Plattformen fast verdreifachen und die Anzahl der Kerne in einem einzelnen Controller von 8 auf 12 (bei dem FAS6280) hochschrauben konnten. Wir konnten nahezu zeitgleich mit der Einführung des Westmere Prozessors Systeme ausliefern, die diesen beinhalteten. Besser hatte sich NetApp noch nie auf Intels Produktplanung abgestimmt.

Über diese gewaltige Rechenleistung und Speicherbandbreite hinaus haben wir die Speichergröße der Plattform verdreifacht, wodurch wir bei dem FAS6280 auf 96 GB pro Controller kamen. Das verschafft uns Reserven, mit denen wir noch einfacher erstklassige Performance bieten und neue Funktionen wie NetApp Flash Cache unterstützen können, die mittlerweile im Großteil der neuen Systeme enthalten sind.

Flash Cache reduziert die Anzahl der Spindeln, die benötigt werden, um eine bestimmte Performance-Stufe zu erreichen, um bis zu 75 % und kann zudem die Latenz von Leseoperationen deutlich verringern. Jedes Terabyte Flash Cache belegt jedoch 4 GB des Systemspeichers mit Seitentabellen. Wenn bei einem großen System also mehrere Terabytes Flash Cache hinzugefügt werden, wird eine Menge Systemspeicher belegt. (Zudem werden Erweiterungssteckplätze belegt, doch mehr dazu im nächsten Abschnitt.)

Um die neuen Systeme abzurunden, haben wir ein komplett neues Design für das nicht-flüchtige RAM (NVRAM) entwickelt, das Data ONTAP zur Protokollierung von Schreibanforderungen verwendet. Das NVRAM 8 Design erreicht eine dauerhafte Schreib-Performance von über 1 GB/s. Bedenken Sie, dass das NVRAM Daten in kleineren, netzwerktypischen Blöcken verarbeitet. Das bedeutet, dass das NVRAM eine Million Transfers pro Sekunde durchführen muss, um diese Stufe der Performance zu erreichen. Jeder Transfer muss in einer Mikrosekunde durchgeführt werden, wofür nicht einfach nur schnelle Hardware gebraucht wird, sondern zudem äußerst effiziente Interrupt-Routinen nötig sind, um die Leiterbahnen wirklich zum Singen zu bringen.

Beschleunigung der I/O

Ein NetApp Storage-System führt 10 bis 20 Mal mehr I/O-Operationen pro Kern durch als ein herkömmlicher Server. Große Storage-Installationen legen Applikationsrechenleistung in einer Größenordnung von bis zu 256 Kernen vor ein einziges NetApp Storage-System. Das ist eine Menge I/O.

Als wir angefangen haben, uns mit Intel über die Nehalem und Westmere Prozessoren zu unterhalten, unterstützte Intels Standardreferenzdesign für die Implementierung solcher Komponenten nur einen einzigen I/O-Chip (IOH). Da wir bei NetApp so viel I/O-Leistung wollten wie nur möglich, schlugen wir Intel vor, zwei IOH-Chips zu unterstützen, um den I/O-Durchsatz zu verdoppeln. Wir haben mit Intel zusammengearbeitet, um dieses Vorhaben zu realisieren, und haben nachgewiesen, dass das neue Design wie erwartet arbeitete.

Zwei IOH-Chips versorgen uns mit 72 PCIe Gen 2 Lanes, während ein herkömmlicher Server normalerweise nur 20 bis 30 Lanes bietet. Wir reizen diese Lanes weiter mit Switches aus, um in dem FAS6280 152 PCIe Lanes für I/O-Verbindungen zu erzeugen. Das ergibt eine interne Bandbreite von mehr als 72 GB pro Sekunde.

Mit unserem neuen Gehäusedesign können Sie ein Controller-Modul mit vier PCIe-Steckplätzen und ein optionales I/O-Erweiterungsmodul (IOXM) mit acht zusätzlichen PCIe-Steckplätzen kombinieren. Das ergibt insgesamt 12 Steckplätze bei einem einzelnen Controller oder 24 Steckplätze bei einem typischen HA-Paar. Das FAS6090 bot zum Vergleich drei PCIx-Steckplätze und fünf PCIe-Steckplätze. Zusätzlich zu den I/O-Erweiterungssteckplätzen bietet die FAS6200 Serie zudem eine beträchtliche Menge an integrierten 8 Gbit FC-, 10 GbE- und 6 Gbit SAS-Ports. (Siehe Tabelle 1.) Wenn Sie die zusätzlichen Erweiterungssteckplätze nicht benötigen, haben Sie außerdem die Möglichkeit, eine sehr enge Konfiguration zu wählen, die zwei Controller (ein HA-Paar) in einem 6U-Platz bietet.

Tabelle 1) Vergleich der drei neuen Modelle der FAS6200 Serie mit FAS6080 (vorheriges High-End-System)

  FAS/V6210 FAS/V6240 FAS/V6280 FAS/V6080
Prozessorkerne              16 16 24 16
Speicher 48 GB 96 GB 192 GB* 64 GB
Max. Flash Cache 3 TB 6 TB 8 TB 4 TB
I/O-Erweiterungsmodule Nein Ja Nein
Max. PCIe-Steckplätze 8 24 10
Onboard 8 Gbit FC 8 oder 16 8 oder 32 Keine
Onboard 10 Gbit E 8 8 Keine
Onboard 6 Gbit SAS 0 oder 8 0 oder 24 Keine
Max. Spindeln 1.200 1.440 1.176
Max. Kapazität 2400 TB 2880 TB 2352 TB**
Max. Aggregat-/
Volume-Größe
70 TB 100 TB 100 TB
Data ONTAP 8.0.1 8.0.1 7.2.5 oder höher
* Die tatsächliche Speicherzuweisung hängt von der Data ONTAP Version ab.
** Erfordert Data ONTAP 8.0 oder höher. Die Kapazität beläuft sich auf die Hälfte des für Data ONTAP 7.x.x angezeigten Wertes.

Wie ich bereits erwähnt habe, können die zusätzlichen Steckplätze für Flash Cache verwendet werden. Zudem wussten wir angesichts des Übergangs von FC- zu SAS-Festplatten in der Storage-Branche auch, dass wir diesen Wandel durch Bereitstellung von integrierten SAS- und FC-Ports erleichtern mussten. Es galt sicherzustellen, dass unsere Storage-Systeme je nach Bedarf gleichzeitig mehrere Ports beider Typen unterstützen können.

Die integrierten Ports und die zusätzlichen Erweiterungssteckplätze stellen darüber hinaus sicher, dass die FAS6200 Serie tatsächlich bereit ist, Data ONTAP 8 im Cluster-Mode (C-Mode) zu unterstützen. Sie werden eine Menge 10 GbE-Ports unterstützen können, sodass Netzwerke C-Mode-Konfigurationen nicht ausbremsen.

Stabilität auf einem neuen Niveau

Wir wollten mit dem FAS6200 außerdem die Messlatte für Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartungsfreundlichkeit und Handhabung des Managements höher legen. Zunächst haben wir eine neue Funktion hinzugefügt, um ein persistentes Protokoll für Schreibvorgänge zu erstellen. Batteriegepufferter NVRAM reicht für etwa 72 Stunden. Mit dem neuen persistenten Protokoll für Schreibvorgänge wird der Inhalt des NVRAM im Falle eines nicht ordnungsgemäßen Shutdowns in den Flash-Speicher ausgelagert, sodass das Protokoll auf unbegrenzte Zeit geschützt ist. Beim nächsten Startvorgang wird das resultierende NVLOG einfach wieder eingespielt, um das System in einem konsistenten Status wiederherzustellen.

Darüber hinaus haben wir die FAS6200 Serie um einen neuen Service-Prozessor erweitert, dessen Fähigkeiten weit über die des in früheren Versionen verwendeten Remote LAN-Moduls (RLM) hinausgehen. Der Service-Prozessor bleibt selbst bei einem Ausfall des gesamten restlichen Storage-Systems in Betrieb. Er bietet alle Funktionen des RLMs, Ein- und Ausschalten per Fernzugriff, „Call Home“-Benachrichtigung des ausgefallenen Systems und „Always On“-Zugriff zur Fehlerbehebung. Außerdem erhalten Sie mit dem Service-Prozessor weitere neue Funktionen, die die Fähigkeiten des RLM übertreffen. Hierzu zählen:

  • FRU-Berichterstellung und Tracking
  • erweiterte Berichterstellung der Strom-/Spannungs- und Temperatursensoren
  • Überwachung und Einstellung des LED-Status
  • Erzwingung von Core Dumps (ersetzt die NMI-Taste der Controller)

Vom Engineering-Standpunkt aus gesehen ist das FAS6200 Stabilitäts-Feature, über das ich mich am meisten freue, die Möglichkeit, in den Prozessor zu gehen und seinen internen Status auszulesen, sogar wenn er nicht läuft. Die Kombination aus Core Dumps und internem Prozessorstatus liefert uns detaillierte Informationen darüber, was genau bei einem aufgetretenen Problem passiert ist, damit wir es beheben können. Wir werden diese Möglichkeit über die Zeit auch in mittleren und Low-End-Systemen integrieren können, wie wir es schon mit älteren Features geschafft haben.

Schlussfolgerung

Es ist durchaus möglich, dass ich voreingenommen bin, doch glaube ich, dass die FAS6200 Serie einen neuen Meilenstein für NetApp darstellt. Die Plattform steigert die Performance im Vergleich zur FAS6000 Serie um das 3,6-fache. Zudem bietet sie deutlich mehr Speicher, größere I/O-Bandbreite und mehr Erweiterungsmöglichkeiten, um erstklassige Performance zu bieten und gleichzeitig wichtige Systemaufgaben wie Datensicherung, Deduplizierung und Komprimierung ausführen zu können. Gleichzeitig ist sie mit dem Rest der NetApp Produktlinie kompatibel. Wir haben neue Features für noch größere Hardware-Zuverlässigkeit integriert. Die Plattform ist Future-Ready für Data ONTAP 8 im Cluster-Mode, wann immer auch Sie bereit für diesen Übergang sind.

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Steven Miller

Steven Miller
Steven Miller, Senior Technical Director und Platform Architect
NetApp


Steven ist seit knapp sechs Jahren als Plattformarchitekt bei NetApp tätig und ist verantwortlich für die FAS3100, FAS3200 und FAS6200 Serien sowie für das Performance Acceleration Module (PAM) und Flash Cache (PAM II). Er ist außerdem der direkte Ansprechpartner im NetApp Engineering Team für die National Security Agency (NSA), die National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) und die Central Intelligence Agency (CIA). Steven leistet aktuell seinen Beitrag in verschiedenen IEEE-Gruppen und Branchenverbänden. 23 erteilte und 19 angemeldete Patente im Bereich Storage und High-Performance Computing laufen auf seinen Namen.


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Im November 2010 hat NetApp Data ONTAP 8.0.1 und zwei neue Hardware-Plattformen eingeführt. Weitere Informationen können Sie folgenden Tech ONTAP Artikeln entnehmen:

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