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Zeit für den Wechsel von FC zu SAS Storage

Wenn Sie Tech OnTap regelmäßig lesen, wissen Sie bereits, dass in der Storage-Branche momentan ein Wandel weg von FC-AL und hin zu Serial-Attached SCSI (SAS) bei Storage-Architekturen und Festplatten stattfindet. Eine Vorhersage von Gartner Dataquest geht sogar davon aus, dass FC-AL schon 2013 komplett durch SAS verdrängt sein wird.

Dies liegt an den zahlreichen Vorteilen von SAS: höhere Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit, mehr Bandbreite und deutlich verbesserte Konnektivität. Wenn Sie mit SAS noch nicht vertraut sind, finden Sie einen Überblick über die SAS-Technologie und ihre Vorteile in einem kürzlich veröffentlichten Tech OnTap Artikel.

Bei NetApp ist dieser technologische Wandel schon in vollem Gange. SAS-verbundene Platten-Shelves machen bereits über 10 % der installierten Basis von NetApp und mehr als 50 % des mit den neuen NetApp Systemen ausgelieferten Storage aus. Die Zuverlässigkeit unseres DS4243 SAS-Platten-Shelf ist einmalig in der NetApp Geschichte. Bis Januar 2011 gab es noch keine Berichte über Ausfälle durch Shelf-Versagen. Vor kurzem stellte NetApp das DS2246 Platten-Shelf vor, welches die DS4243 Architektur in einem noch dichteren Paket optimiert. Das DS2246 baut auf dem Erfolg des DS4243 auf und bietet eine höhere Dichte und Energieeinsparungen bei gleichbleibender überragender Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit.

Dieser Artikel widmet sich unseren SAS-Produkten, einschließlich den Best Practices zur Auswahl und Implementierung.

NetApp SAS-Technologie


NetApp ist bestrebt, Ihnen den erfolgreichen Übergang zu SAS mit den geeigneten Technologien und seinem SAS Know-how zu erleichtern. Seit 2007 haben wir drei Generationen von SAS-Produkten entwickelt (SAS Support gibt es bereits im Einstiegssegment bei FAS2040 und FAS2050). Die kürzlich vorgestellten Storage-Systeme der FAS6200 Serie und der FAS3200 Serie verfügen über integrierte SAS Ports zur Vereinfachung des Wechsels hin zu SAS.

Platten-Shelves

Unsere SAS-Platten-Shelves wurden mit dem Ziel hervorragender Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit entworfen. Dazu dienen redundante Komponenten, Cross-Bar Switches, Alternate Control Path (ACP) sowie unterbrechungsfreie Firmware Upgrades. Auch die Dichte haben wir deutlich verbessert. Das neue DS2246 Platten-Shelf nutzt Small Form Factor-Platten (2,5 Zoll) und erzielt im Vergleich zum bisherigen DS4243 Platten-Shelf die doppelte Storage-Dichte und eine höhere Performance-Dichte bei gleichzeitig deutlich niedrigerem Energiebedarf. Zu den entwicklungstechnischen Verbesserungen gehört ein neues I/O-Modul, das pro SAS Port 24 Gb/Sek. Bandbreite liefert.

Relative Performance der neuen FAS6200 Modelle bei sequentiell gelesenen Daten im Vergleich zu bestehenden Plattformen

Abbildung 1) Das DS2246 Platten-Shelf kann bis zu 24 2,5-Zoll-Laufwerke in einem 2U-Gehäuse mit 6 Gb/Sek. SAS-Konnektivität (24 Gb/Sek. aggregiert pro SAS Port) aufnehmen.

Viele spezifische Funktionen des DS2246 sind im Produktnamen kodiert:

DSxxxx Platten-Shelf
DS2xxx: 2U
DSx24x: 24 Laufwerke
DSxxx6: 6 Gbps SAS (aggregiert 24 Gb/Sek.)

Mit anderen Worten: das DS2246 ist ein 2U-Gehäuse zur Aufnahme von 24 SAS-Platten-Shelves mit 6 Gb SAS-Konnektivität. Das DS2246 bietet dieselbe Kapazität wie ein DS4243 Platten-Shelf voller SAS-Laufwerke, jedoch mit der doppelten Dichte.

Hinsichtlich der Performance-Dichte haben unsere Laborversuche ergeben, dass das DS2246 bis zu 60 % mehr IOPs pro Rack-Einheit für OLTP Workloads liefert. Zudem erzielt es dank seiner Small Form Factor-Laufwerke (2,5-Zoll-SFF) Energieeinsparungen von 30 - 50 % im Vergleich zu einem ähnlich konfigurierten DS4243 Shelf. Das DS2246 benötigt nur zwei Netzteile (PSUs) pro Shelf, wohingegen das DS4243 vier braucht. (Beide Shelves nutzen dasselbe PSU.)

SAS-Laufwerke sind momentan in zwei Größen für das DS2246 erhältlich:

  • SAS-Laufwerk mit 450 GB, 2,5 Zoll, 10.000 U/min
  • SAS-Laufwerk mit 600 GB, 2,5 Zoll, 10.000 U/min

Das DS2246 bietet volle Unterstützung für SAS 2.0 mit 6 Gb/Sek. Bandbreite. Es verfügt über ein neues I/O-Modul – das IOM6 – welches konform mit SAS 2.0 ist. NetApp Storage-Systeme verbinden sich mit dem IOM6 über einen standardmäßigen Wide-Port: eine Gruppe aus vier SAS Lanes mit einer aggregierten Bandbreite von 24 Gb/Sek.

Das 2009 eingeführte DS4243 Platten-Shelf zeichnet sich durch einen 4U-Formfaktor aus und kann bis zu 24 SAS-Platten mit 3 Gb/Sek. SAS-Konnektivität aufnehmen – 12 GB/Sek. pro Wide-Port. (Hinweis: Dies ist eine höhere Bandbreite als bei einem FC-Platten-Shelf mit 4 Gb oder 8 Gb FC.) Das DS4243 Platten-Shelf bietet eine besonders hohe Vielseitigkeit, da dieses einzelne Modell drei Plattentypen unterstützt: SAS, SATA und SSD. Bei dem DS14 FC-Platten-Shelf mussten Sie verschiedene Modelle zur Unterstützung verschiedener Plattentypen anschaffen. Mit dem DS4243 können bei Bedarf auch SAS- und SATA-bestückte Shelves im selben SAS Stack gemischt werden.

Tabelle 1 vergleicht das DS2246 und das DS4243 in Bezug auf Kapazität und Dichte in einem 42U Rack.

Tabelle 1) Vergleich des DS2246 und des DS4243 in Bezug auf Dichte und Energieverbrauch

  DS2246, komplett gefüllter 42U-Schrank (600-GB-Laufwerke) DS4243, komplett gefüllter 42U-Schrank (600-GB-Laufwerke) DS14mk4 ESH4, komplett gefüllter 42U-Schrank (600-GB-Laufwerke)
Shelves pro Schrank 21 Shelves 10 Shelves 14 Shelves
Laufwerke pro Schrank 504 Laufwerke 240 Laufwerke 196 Laufwerke
GB pro Rack-Einheit (nominal) 7.200 GB 3.600 GB 2.800 GB
GB pro Schrank (nominal) 302.400 GB 144.000 GB 117.600 GB
Typischer Energieverbrauch pro Schrank mit 600-GB-Laufwerken 39,48 A
7.266 Watt
24.801 BTU/Std.
28,7 A
5.470 Watt
18.650 BTU/Std.
23,5 A
4.424 Watt
15.078 BTU/Std.

 

Das DS4243 Platten-Shelf mit 15k-SAS-Platten bietet die maximale Festplatten-Performance. Das DS2246 (mit 10.000 U/min SAS) erzielt eine etwas geringere Performance als das DS4243, punktet aber dafür mit einer höheren Kapazitäts- und Performance-Dichte sowie mit deutlichen Energieeinsparungen. Die Performance-Unterschiede können bei vielen Workloads mit NetApp Flash Cache abgefangen werden. (Siehe Abschnitt weiter unten.)

NetApp SAS-Adapter

Mit der Einführung des DS4243 begann NetApp mit der Auslieferung des X2065A Quad-Port PCIe SAS-Adapters. Dieser Adapter unterstützt 6 Gb/Sek. und kann somit die Vorteile der höheren Übertragungsgeschwindigkeit bei der Verbindung mit dem DS2246 ausnutzen. Sowohl das DS4243 als auch das DS2246 werden unterstützt.

Um den Übergang zu SAS zu erleichtern, hat NetApp beim Entwurf seiner neuesten Storage-Systeme – der FAS3200 Serie und der FAS6200 Serie – integrierte SAS Ports vorgesehen. Diese integrierten Ports unterstützen ebenfalls Verbindungsgeschwindigkeiten von 6 Gb/Sek. und können sowohl mit dem DS4243 als auch dem DS2246 genutzt werden. Weitere Informationen zur FAS3200 Serie finden Sie in einem weiteren Artikel dieser Ausgabe von Tech OnTap.

Der integrierte SAS Port für das FAS2040 und der X2062 Dual-Port SAS HBA für das FAS2050 unterstützen beide das DS4243 und das DS2246, arbeiten jedoch weiterhin mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 3 Gb/Sek. bei der Verbindung mit dem DS2246.

Flash Cache

NetApp Flash Cache (PAM II) ist mit allen NetApp Festplatten- und Platten-Shelf-Technologien kompatibel, einschließlich dem DS2246 und dem DS4243 sowie älteren DS14 Modellen. Mit intelligenter Cache-Speicherung kann die Storage Performance von der Anzahl und Art der Festplatten im zugrunde liegenden Festplatten-Array entkoppelt werden. Dies führt zu wesentlich gesenkten Kosten und einer gleichzeitigen Verringerung des administrativen Aufwands für die Performance-Optimierung. Flash Cache stellt optionalen Cache der zweiten Ebene bereit, der die vom Systempuffer-Cache kommenden Datenblöcke aufnimmt, um einen großen Pool aus Datenblöcken mit geringer Latenz zu bilden.

Flash Cache senkt die Storage-Kosten um 50 % oder mehr und reduziert zudem den Platzbedarf und den Stromverbrauch um etwa 60 %. Ihre Storage-Kosten lassen sich durch eine Reduzierung der benötigten Spindelanzahl für eine bestimmte Performance-Stufe um bis zu 75 % senken. Zudem können Sie Hochleistungsplatten durch wirtschaftlichere Optionen ersetzen, beispielsweise SATA statt SAS.

Wenn Sie Flash Cache in Verbindung mit der NetApp Deduplizierung oder der FlexClone Technologie einsetzen, entsteht ein bemerkenswerter Cache-Optimierungseffekt, der die Anzahl an Cache-Zugriffen deutlich erhöht und die Latenz noch weiter verringert.

Weitere Informationen zur Nutzung von Flash Cache in Verbindung mit NetApp Technologien finden Sie in einem kürzlich veröffentlichten Tech OnTap Artikel.

Best Practices für NetApp SAS


Die ersten Schritte mit der SAS-Technologie sind mit den NetApp Systemen unkompliziert, doch die folgenden Best Practices führen Sie noch sicherer zum Erfolg. Zunächst müssen Sie entscheiden, welches Platten-Shelf – DS2246 oder DS4243 – Ihre Anforderungen am besten erfüllt. Die Auswahlkriterien in Tabelle 2 sollten Ihnen diese Entscheidung erleichtern. Beachten Sie auch die Angaben in Tabelle 1 zu Dichte und Energieverbrauch.

Tabelle 2) Richtlinien zur Auswahl des passenden SAS-Platten-Shelf.

Auswahlkriterien Storage-Medien SAS Platten-Shelf
Performance-Dichte
Storage-Dichte
Gesenkter Energieverbrauch
Small Form Factor HDDs
(SAS, 10.000 U/min, 2,5 Zoll SFF)
DS2246
Max. Kapazität
Niedrigste Kosten pro GB
Max. Storage-Dichte
HDDs mit hoher Kapazität
(SATA, 7.200 U/min, 3,5 Zoll)
DS4243
Max. HDD PerformanceHochperformante HDDs
(SAS, 15.000 U/min, 3,5 Zoll)
DS4243
Niedrigste Latenz
Max. Performance-Dichte
Solid State-Laufwerke (SSDs)DS4243

 

Wenn Sie beide Shelves benötigen, dann können Sie das DS2246 und das DS4243 natürlich mit demselben Storage-System verbinden, vorbehaltlich der Richtlinien im folgenden Abschnitt.

Konfiguration der SAS Stacks

NetApp verwendet den Begriff „Stack“ für eine Sammlung ordnungsgemäß verkabelter und vernetzter SAS Shelves und Adapter. Es gelten die folgenden Richtlinien:

  • Pro Stack werden bis zu 10 Shelves unterstützt, mit Ausnahme der FAS2040 und FAS2050 Systeme, die beide bis zu 4 Shelves pro Stack aufnehmen.
  • Das DS4243 und das DS2246 können nicht im selben Stack gemeinsam genutzt werden. Durch Verbindung mit verschiedenen SAS Ports sind sie aber im selben System kombinierbar. Wenn Sie sie mit verschiedenen Ports an demselben Adapter verbinden, nutzt der Adapter automatisch die korrekte Verbindungsgeschwindigkeit für den jeweiligen Stack.
  • Bei Verwendung des DS4243 können SAS- und SATA-Laufwerke im selben Stack, aber nicht im selben Shelf gemeinsam eingesetzt werden.
  • SAS-Laufwerke mit 15.000 U/min und mit 10.000 U/min sollten nicht in einem Aggregat vermischt werden. Dies ist zwar theoretisch möglich, würde aber voraussichtlich die Performance der schnelleren Laufwerke einschränken.
  • NetApp prüft sehr genau, welche SAS-Kabel sich zur Verwendung mit unseren SAS Shelves eignen. Die SAS-Kabel sind eine hochleistungsfähige und entscheidende Komponente der SAS-Architektur. Nur die offiziellen NetApp SAS-Kabel werden zur Nutzung für SAS-Datenverbindungen unterstützt.

Konfiguration der Shelf IDs

Shelf IDs liegen im Bereich von 00 bis 99. Wir empfehlen die Intervallzuweisung in Zehnerschritten pro Stack in einem Storage-System. Zum Beispiel wären für den ersten Stack IDs von 10 bis 19 reserviert, für den zweiten IDs von 20 bis 29 und so weiter. Diese IDs sind auch dann reserviert, wenn Stacks nicht voll belegt sind. Wenn beispielsweise der erste Stack vier Shelves hätte, würden die Shelf IDs 10, 11, 12 und 13 lauten. Der zweite Stack würde mit der ID 20 beginnen, obwohl die IDs 14 bis 19 gegenwärtig ungenutzt blieben. Auf die Weise können Sie immer gut nachvollziehen, welche Shelves jeweils einem Stack zugewiesen sind. Ungenutzte IDs können zur späteren Stack-Erweiterung verwendet werden. Das DS4243 und das DS2246 unterstützen beide die Kapazitätserweiterung bei laufendem Betrieb. Zusätzliche Shelves können unterbrechungsfrei zu einem Storage-System hinzugefügt werden.

Alternate Control Path

ACP wurde zur selben Zeit wie das DS4243 für das Out-of-Band Management auf SAS-Platten-Shelves eingeführt. ACP liefert Ihnen einen alternativen Kommunikationspfad zu jedem Platten-Shelf. Dieser ist völlig unabhängig von dem SAS-Datenpfad und bietet Optionen zum unterbrechungsfreien Recovery von Shelf-Modulen. Außerdem besteht die Möglichkeit, ein individuelles I/O-Modul (IOM) oder eine gesamte Domäne (alle mit den Shelf-Modulen vom Typ „A“ verbundenen IOMs im SAS Stack) zurückzusetzen oder aus- und wieder einzuschalten. Ebenso kann das gesamte Shelf aus- und wieder eingeschaltet werden. Zur Redundanz enthält jedes Shelf zwei IOMs, und jedes IOM besitzt ACP-Konnektivität. Die ACP-Technologie verbessert die Fähigkeit von Data ONTAP, automatisch eine Komponente mit fehlerhaftem Verhalten zurückzusetzen, um ohne Unterbrechung zum vollständigen Betriebsmodus zurückzukehren.

ACP überwacht aktiv den SAS-Datenpfad und erkennt Probleme, die sich durch Zurücksetzen eines unterbrechungsfreien Shelf-Moduls oder durch Aus- und Wiedereinschalten beheben lassen. Der proaktive Shelf Recovery-Mechanismus von Data ONTAP führt diese Aktionen automatisch durch. Bei der Nutzung von ACP ist dieser standardmäßig aktiviert.

NetApp empfiehlt die Aktivierung von ACP, zwingend erforderlich ist sie jedoch nicht. Da ACP vollständig vom Datenpfad getrennt ist, funktioniert der Datenpfad auch dann, wenn ACP nicht verbunden oder nicht betriebsbereit ist. Viele der beschriebenen ACP-Funktionen können bei Nichtverfügbarkeit von ACP auch manuell umgesetzt werden.

Erste Schritte mit SAS


Da das DS14 in Kürze nicht mehr verfügbar sein wird (siehe Seitenbalken), ist nun vielleicht der richtige Zeitpunkt für Sie gekommen, um ernsthaft über das Thema SAS nachzudenken - sofern Sie dies nicht schon getan haben. Dieser Artikel sowie ein im letzten Jahr veröffentlichter Tech OnTap Artikel zu diesem Thema sollten Ihnen alle nötigen Informationen geben, um die Technologie zu verstehen und die richtigen Entscheidungen zu treffen.

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Mark Woods

Mark Woods
Product Marketing Manager
NetApp

Mark Woods verfügt über 15 Jahre Erfahrung in den Bereichen Produktmanagement und Marketing. Zuvor war er im Servergeschäft bei Hewlett-Packard tätig. Woods erwarb einen Bachelor of Science in Elektrotechnik an der University of Colorado sowie einen MBA an der University of Texas.

Jay White

Jay White
Technical Marketing Engineer
NetApp

Jay arbeitet als Technical Marketing Engineer in den Bereichen Systemstabilität, Storage-Subsysteme (Shelves, Laufwerke usw.) und RAID bei NetApp. Er hat zahlreiche technische Berichte und FAQs zur Konfiguration von Storage-Subsystemen und zur Ausfallsicherzeit verfasst.

 
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