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Skalierbarkeit der Enterprise-Klasse mit Data ONTAP 8 Cluster-Mode
Mike McNamara
Senior Manager, Product Marketing

Das Konzept für einen horizontal skalierbaren Storage ist einfach. Anstatt ein monolithisches Storage-System bis an seine Grenzen hin zu skalieren und dann ein weiteres, separates System hinzuzufügen, erhalten Sie mit horizontal skalierbaren Storage einen Cluster aus Storage Nodes, die als Einheit agieren. Durch einen zusätzlichen Cluster Node wird eine vorhersehbare Menge an Storage-Kapazität und Performance hinzugefügt, sodass Sie Ihre Storage-Ressourcen je nach Anforderungen inkrementell erhöhen können.

Obwohl horizontal skalierbare Storage-Produkte verschiedener Anbieter bereits seit einiger Zeit auf dem Markt sind, werden sie meist den tatsächlichen Storage-Anforderungen nicht gerecht. Sie sind in der Regel für Engineering-Applikationen konzipiert, unterstützen nur NAS und sind beschränkt auf einen Storage Controller eines bestimmten Typs oder Modells. Die Storage-Effizienz und Datensicherung, die die meisten Storage-Anwender benötigen und erwarten, wird nur eingeschränkt oder gar nicht geboten.

NetApp Data ONTAP 8 bietet eine komplette, horizontal skalierbare Unified Lösung, mit der Sie eine individuelle Always-on Storage-Infrastruktur für hochgradig virtualisierte Umgebungen erhalten. Die Vorteile der horizontalen Skalierbarkeit von NetApp:

  • Unified Storage mit Unterstützung von FC, FCoE, iSCSI, NFS, pNFS und CIFS
  • unterbrechungsfreier Betrieb: Null geplante Ausfallzeiten selbst bei Wartung und Upgrades
  • integrierte Datensicherung mit NetApp Snapshot Technologie und SnapMirror Replizierung
  • heterogene Cluster-Konfigurationen, für verschiedene Controller und Festplattentypen sowie Storage Tiering innerhalb eines Clusters
  • innovative Storage-Effizienz, darunter Deduplizierung, Thin Provisioning und Komprimierung
  • einfaches Management für umfangreiche Implementierungen
  • sichere Mandantenfähigkeit mit Vservern zur sicheren Trennung
  • hervorragende Skalierbarkeit und Performance: Skalierbarkeit auf bis zu 50 PB Storage und über 1,5 Millionen SPECsfs2008_nfs.v3 OPs/s.

Zusätzlich bietet die aktuelle Version von Data ONTAP 8.1.1. verschiedene neue Funktionen zur Optimierung von Performance, Benutzerfreundlichkeit und Support, unabhängig davon, ob Sie Cluster-Mode oder 7-Mode verwenden.

Dieser Artikel beschäftigt sich mit den Funktionen für horizontale Skalierung in Data ONTAP 8 Cluster-Mode.

Die Grundlagen von Cluster-Mode

Data ONTAP 8 im Cluster-Mode liefert horizontal skalierbare NetApp Storage-Konfigurationen. Die Standard-Bausteine des Cluster-Mode sind die bekannten NetApp HA-Paare, in denen zwei Storage Controller mit dem gleichen Satz an Festplatten verbunden werden. Sollte ein Controller ausfallen, übernimmt der andere seinen Storage und die Bereitstellung von Daten.

Im Cluster-Mode wird jeder Storage Controller als Cluster Node bezeichnet, wobei Nodes unterschiedlicher Modelle und Größen zugelassen sind. Beispielsweise können ein FAS2240, FAS3270, FAS6280, FAS3040 und ein V-Series Open Storage Controller (der als Front-End für ein Storage Array anderer Hersteller wie EMC, HDS, HP oder IBM agiert) sich alle im selben Cluster befinden. Festplatten werden zu Aggregaten gruppiert. Es handelt sich hierbei um Gruppen von Festplatten eines bestimmten Typs, die aus einer oder mehreren RAID-Gruppen bestehen und durch NetApp RAID-DP geschützt sind.

Ein dediziertes, redundantes 10-Gigabit Ethernet-Netzwerk wird für die Kommunikation zwischen Cluster Nodes und das Verschieben von Daten zwischen logischen oder physischen Storage-Systemen verwendet. Management-Funktionen werden über ein separates Netzwerk ausgeführt.

Abbildung 1 zeigt einen heterogenen Cluster mit verschiedenen Controller-Typen, einschließlich V-Series, Storage-Protokollen und unterstützten Festplattentypen, mit dem Storage Performance und -Kosten an die Daten- und Workload-Anforderungen angepasst werden. Die Systeme links im Diagramm sind High-Performance Systeme mit integrierten High-end Controllern (z. B. FAS6280) sowie schnellen SAS- und/oder SSD-Laufwerken. Die Systeme rechts im Cluster sind Midrange Controller (z. B. FAS3240) sowie High-Capacity SATA-Laufwerke, mit denen die geringsten Kosten pro Gigabyte Storage erzielt werden. Falls sich die Anforderungen ändern, können Daten im Cluster zur Optimierung der Performance oder Kapazität unterbrechungsfrei verschoben werden. So kann z. B. ein Storage-intensives Projekt wie eine Halbleiterkonstruktion bei Abschluss auf einen kostengünstigeren Storage verschoben werden und bei der nächsten Überarbeitung des Chips zurück in den hochperformanten Storage.

Homogene Cluster eignen sich auch zur Optimierung der Performance oder der Kapazität verschiedener Applikationen. Der Abschnitt zu Skalierbarkeit und Performance enthält Beispiele für homogene Cluster.

Um den Anforderungen unterschiedlicher Workloads gerecht zu werden, kann ein einzelner heterogener Storage-Cluster sowohl hochperformante als auch kapazitätsstarke Storage-Optionen enthalten. Ein einzelner Namespace kann viele Service-Klassen liefern.

Abbildung 1) Um den Anforderungen unterschiedlicher Workloads gerecht zu werden, kann ein einzelner heterogener Storage-Cluster sowohl hochperformante als auch kapazitätsstarke Storage-Optionen enthalten. Ein einzelner Namespace kann viele Service-Klassen liefern.

Unterbrechungsfreier Betrieb

Betriebsabläufe hängen zunehmend von IT-Services ab, sodass ungeplante wie auch geplante Ausfallzeiten nicht mehr akzeptabel sind. Ausfallzeiten führen zu Gewinneinbußen, Kundenunzufriedenheit und geschwächter Wettbewerbsfähigkeit. Die Always-On-Verfügbarkeit der Storage-Infrastruktur und die ständige Verfügbarkeit von Daten sind also unerlässlich. Unterbrechungsfreie Abläufe sind ein wesentlicher Bestandteil von Data ONTAP 8 Cluster-Mode. Sie sorgen dafür, dass Ihre Storage-Infrastruktur ständig betriebsbereit ist und Daten während der Wartung und Aktualisierung von Hardware und Software verfügbar bleiben.

Um Ihre Hardware zu aktualisieren, verschieben Sie Ihre Daten unterbrechungsfrei von einem HA-Paar auf ein anderes im Storage Cluster und mustern die alte Hardware aus, ohne die Daten offline schalten zu müssen.

Die Funktion zum Verschieben individueller Datenvolumen, bekannt als DataMotion für Volumes, ermöglicht es, Daten jederzeit über einen Cluster hinweg neu zu verteilen, ganz gleich aus welchen Gründen. DataMotion läuft für NAS- und SAN-Hosts transparent und unterbrechungsfrei. So lässt sich Ihre Storage-Infrastruktur über die gesamte Lebensdauer Ihrer Daten hinweg unterbrechungsfrei managen und upgraden – sogar während der Geschäftszeiten.

Folgende spezifische Wartungsabläufe für Hardware- und Software können in einer Cluster-Mode-Umgebung unterbrechungsfrei ausgeführt werden: die Aktualisierung von einer Data ONTAP Version auf eine andere, die Aktualisierung von Firmware (System, Festplatte oder Switch), der Austausch eines fehlerhaften Controllers oder einer Komponente in einem Controller (z. B. HBA, NIC) sowie der Austausch von fehlerhaften Kabeln, Laufwerken und I/O-Modulen.

Auch andere Vorgänge erfolgen mit Data ONTAP 8 ohne jegliche Unterbrechungen, ob Sie nun einen Cluster um Storage Controller oder Shelves erweitern, HBAs und Flash Cache hinzufügen oder Komponenten upgraden. Zudem können Sie Daten zur Verbesserung der Performance über Controller hinweg verteilen, Daten zum Kapazitätsausgleich zwischen Controllern verschieben und Daten zur Optimierung der Festplatten-Performance zwischen Storage-Klassen innerhalb eines Clusters neu verteilen.

Mandantenfähigkeit

Es ist wichtig, dass Kunden in Public Clouds und Geschäftseinheiten in privaten Clouds sicher voneinander getrennt sind, sowohl auf der Computing- und Netzwerk- als auch auf der Storage-Ebene. Data ONTAP 8 Clustering sorgt für Mandantenfähigkeit auf der Storage-Ebene, indem es Storage-Einheiten wie logische Schnittstellen, LUNs und Volumes in einem Vserver isoliert.

Data ONTAP 8 Cluster-Mode liefert Mandantenfähigkeit mit Vserver.

Abbildung 2) Data ONTAP 8 Cluster-Mode liefert Mandantenfähigkeit mit Vserver.

Ein Vserver ist ein sicherer, virtualisierter Storage Container mit eigener Administrationssicherheit, IP-Adressen und Namespace. Ein Vserver kann Volumes auf einem beliebigen Node im Cluster enthalten. Data ONTAP Clustering unterstützt zwischen einen und hundert Vservern in einem Cluster.

Jeder Vserver lässt ein oder mehrere SAN (FC, FCoE, iSCSI)- und NAS (NFS, pNFS, CIFS)-Zugriffsprotokolle zu und enthält mindestens ein Volume und eine logische Schnittstelle. Eine logische Schnittstelle ist entweder eine IP-Adresse (die von NAS Clients und iSCSI Hosts verwendet wird) oder ein WWN (für FC- und FCoE-Zugriff). Jede logische Schnittstelle ist einem Home Port auf einem NIC oder HBA zugeordnet. Logische Schnittstellen virtualisieren NIC und HBA Ports. Jeder Vserver benötigt einen eigenen Satz an logischen Schnittstellen. Bis zu 128 davon können auf jedem Cluster Node definiert werden. Da jeder Vserver in seinem eigenen Namespace arbeitet, ist jeder einem Vserver zugeordneter Kunde vollständig isoliert. Die Administration der einzelnen Vserver kann nach Wunsch ebenfalls delegiert werden. Das heißt, separate Administratoren sind für die Bereitstellung von Volumes und andere Vserver-spezifische Abläufe zuständig. Diese Möglichkeit wird in mandantenfähigen Umgebungen besonders geschätzt.

Skalierbarkeit und Performance

Aktuell sind NAS-Konfigurationen auf bis zu 24 Knoten skalierbar und SAN-Konfiguration auf bis zu 6 Knoten. NetApp hat sowohl für NAS und SAN Performance-Werte (File und Block) veröffentlicht, die auf den Industriestandards basieren.

NAS-Performance

NetApp evaluierte die Fileservices Performance im Cluster-Mode anhand des SPECsfs Benchmarks. Ein Cluster aus FAS6240 Nodes wies lineare Skalierung auf, wenn 24 Nodes mit einer maximalen Performance von über 1,5 Millionen. SPECsfs2008_nfs.v3 OPs/s hinzugefügt werden. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Skalierbarkeit und Performance von Data ONTAP 8 im Cluster-Mode jedem Workload gerecht wird. Die Ergebnisse wurden in einem kürzlich veröffentlichten Tech OnTap Artikel näher erläutert.

SAN-Performance

Ferner legte NetApp einen 6-Node FAS6240 Unified Storage Cluster für einen „Storage Performance Benchmark-1st" (SPC-1) Block-Performance-Test mit Data ONTAP 8.1.1. vor. Die Ergebnisse für diesen Cluster-Mode SPC-1 Benchmark beliefen sich auf 250.000 SPC-1 I/O-Operationen pro Sekunde (IOPS), 6,69 US-Dollar pro I/O-Operationen pro Sekunde (Kosten/IOPS) und eine minimale Reaktionszeit (LRT) von 0,99 Millisekunden. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein modulares, horizontal skalierbares System die optimale Grundlage für anhaltendes Wachstum bietet, da sowohl die Controller Performance als auch die Anzahl der Nodes mit der Zeit zunehmen.

Hinsichtlich relativer Performance liegt das FAS6240 System mit 6 Nodes in den obersten 10 % der vorgelegten, nach LRT bewerteten Konfigurationen. Das IOPS-Ergebnis sieht im Vergleich zu unserem veröffentlichten FAS3270 SPC-1 Ergebnis eine Performance-Steigerung von 267 % und eine Kostenreduzierung von 12 %. Während die meisten anderen Anbieter Preisnachlässe bieten, verwendet NetApp bei seinen SPC-1-Einreichungen Listenpreise. Daraus ergibt sich ein Kosten-/Leistungsverhältnis, das konservativer und besser überprüfbar ist.

Infinite Volume Technologie für Enterprise Content Repositories

Aufgrund der großen Mengen von generierten Daten wird das flexible und effiziente Speichern, Verwalten und Abrufen von Inhalten für Unternehmen zunehmend schwieriger. Zudem müssen viele Unternehmen Daten für lange Zeiträume, häufig Jahrzehnte, aufbewahren und gleichzeitig sicherstellen, dass diese Daten – unabhängig davon, wo sie gespeichert sind – schnell wiederzufinden sind. Um speziell den Skalierbarkeitsanforderungen von Enterprise Content Repositories gerecht zu werden, hat NetApp Infinite Volume entwickelt. Diese Technologie eliminiert die Komplexität bei der Anordnung von Daten in zahlreichen kleinen Containern.

NetApp Infinite Volume ist ein dedizierter Cluster mit Data ONTAP 8.1.1. Es liefert einen einzelnen NFSv3 Bereitstellungspunkt, der vertikal auf bis zu 20 PB oder 2 Milliarden Dateien – alle in einem einheitlichen Vserver enthalten – skaliert werden kann. Infinite Volume unterstützt aktuell bis zu fünf HA-Paare (10 Nodes) in Data ONTAP 8.1.1.

Ein Infinite Volume ist ein zusammengesetztes Volume, in dem Daten auf mehrere zusammengehörige Volumes verteilt werden, die sich auf allen Nodes im Cluster befinden. Die Namespace-Hierarchie wird in einem einzelnen aktiven Namespace-Teilvolume für das gesamte Content Repository gespeichert. NFS Clients können den Inhalt dieses Volumes sehen. Alle Suchvorgänge für Metadaten (Verzeichnis-Scans, Öffnen von Dateien, Abrufen von Attributen usw.) werden auf dem Namespace-Teilvolume ausgeführt. Nachfolgende Lese- und Schreibzugriffe werden direkt zum dem Node geleitet, der das Volume mit der abzurufenden Datei enthält. Bei Aufnahme der Daten findet eine automatische Lastverteilung über Infinite Volume hinweg statt.

Infinite Volume bietet einfaches Management mit OnCommand System Manager 2.1. Zur Datensicherung und Replizierung werden Snapshot-Kopien auf Infinite Volume Ebene erstellt und zwecks Datenkonsistenz über alle Teilvolumes im Repository koordiniert.

Infinite Volume bietet die Storage-Stabilität und Hochverfügbarkeit eines Data ONTAP Clusters, einschließlich unterbrechungsfreien Betriebs und erweiterter Storage-Effizienz-Funktionen.

NetApp Infinite Volume für Enterprise Content Repositories

Abbildung 3) NetApp Infinite Volume für Enterprise Content Repositories

Flash Pool Technologie

Mit dem Release von Data ONTAP 8.1.1 hat NetApp Data ONTAP um eine neue Flash Pool Technologie erweitert. Diese erhöht die Skalierbarkeit und Performance von 7-Mode und Cluster-Mode Konfigurationen noch weiter. Flash Pool wird auf allen NetApp Storage-Systemen einschließlich Entry-Level-Systemen unterstützt. Diese Art von Funktionalität ist auf dem Storage-Markt für Entry-Level-Systeme beispiellos.

Flash Pool ist ein persistenter Lese- und Schreib-Cache auf Aggregatebene. Sie können damit RAID-Gruppen bestehend aus SSDs zu einem aus HDDs bestehenden Aggregat hinzufügen. So erzielen Sie eine Performance, die man sonst nur mit ausschließlich aus SSDs bestehenden Aggregaten erhält, bei nur wenig höheren Kosten. Eine relativ geringe Anzahl von SSDs wird als persistenter Cache zur Beschleunigung von zufälligen Lese- und Schreibzugriffen eingesetzt.

Flash Pool ist Teil des NetApp Virtual Storage Tiering (VST), und seine Funktionsweise ist in vielen Punkten mit NetApp Flash Cache vergleichbar. Flash Pool bietet die gleiche 4-KB-Granularität, wird in Echtzeit und vollautomatisch ausgeführt und funktioniert in Verbindung mit den Storage-Effizienz- und Datensicherungs-Technologien von NetApp. Zusätzlich bietet Flash Pool die Möglichkeit, zufällig geschriebene Daten im Cache zu speichern, und sorgt für gleichbleibende Performance bei Failover- und Takeover-Vorgängen, da der Daten-Cache auf Aggregatebene während dieser Ereignisse verfügbar bleibt. Flash Pool und Flash Cache können gleichzeitig im selben System eingesetzt werden, und vorhandene Aggregate lassen sich zur Verwendung von Flash Pool unterbrechungsfrei konvertieren.

NetApp Flash Pool Technologie

Abbildung 4) NetApp Flash Pool Technologie

Schlussfolgerung

Zusätzlich zu hoher Performance und niedriger Latenz bietet Data ONTAP 8 im Cluster-Mode das vollständige Storage-Effizienz- und Datensicherungsportfolio von NetApp, unterbrechungsfreien Betrieb sowie umfassende Unterstützung für sichere Mandantenfähigkeit und Cloud-Umgebungen.

Ob auf FAS oder V-Series Systemen – Data ONTAP 8 im Cluster-Mode schafft mit Always-on-Verfügbarkeit, enormer Flexibilität für die Reaktion auf neue Marktbedingungen und betrieblicher Effizienz optimale Voraussetzungen für Ihr Unternehmenswachstum. Die umfangreiche Integration mit Systemen unserer Partner trägt ebenfalls zu Ihrem Erfolg bei.

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Von Mike McNamara, Senior Manager, Product Marketing

Mike verfügt über mehr als 23 Jahre Erfahrung im IT Marketing, von denen er sich 17 Jahre lang spezifisch auf Storage-Lösungen konzentrierte. Er arbeitete bei Adaptec, EMC und Hewlett Packard, bevor er vor mehr als sechs Jahren zu NetApp kam. Mike war zudem Marketing-Vorstand für die Fibre Channel Industry Association (FCIA), Mitglied der Ethernet Alliance und spricht häufig bei Branchenveranstaltungen.

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