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Escalabilidad horizontal con Data ONTAP 8 Cluster Mode
Mike McNamara
Director Sénior, Marketing de Productos

La idea del almacenamiento horizontal es muy sencilla. En lugar de dejar crecer un sistema de almacenamiento monolítico hasta que llegue al límite y después agregar otro sistema, el almacenamiento que se puede escalar de manera horizontal proporciona un cluster de nodos de almacenamiento que funciona como una única entidad. Al agregar un nodo al cluster se agrega una cantidad predecible de capacidad de almacenamiento y rendimiento, lo que le permite ampliar sus recursos de almacenamiento incrementalmente a medida que aumenta la demanda.

Aunque varios proveedores han ofrecido productos de almacenamiento con escalabilidad horizontal durante cierto tiempo, no han conseguido satisfacer las principales necesidades de almacenamiento. Normalmente se centran en aplicaciones técnicas y de ingeniería, solo utilizan NAS y se limitan a un tipo o modelo concreto de controladora de almacenamiento especializada. Además, ofrecen soporte limitado o nulo para los tipos de funcionalidades de protección de datos y eficiencia del almacenamiento que esperan y necesitan la mayoría de usuarios.

Data ONTAP® 8 de NetApp® es el primer producto que ofrece una solución de escalabilidad horizontal completa y unificada que proporciona una infraestructura de almacenamiento adaptable y siempre disponible para entornos con un alto nivel de virtualización. El método de escalabilidad horizontal de NetApp proporciona:

  • Almacenamiento unificado compatible con FC, FCoE, iSCSI, NFS, pNFS y CIFS
  • Operaciones no disruptivas que eliminan los periodos de inactividad incluso durante las tareas de mantenimiento y actualización
  • Protección de datos integrada con la tecnología Snapshot™ de NetApp y replicación de SnapMirror®
  • Configuraciones de cluster heterogéneas que incorporan diferentes tipos de controladoras y discos y la capacidad de proporcionar almacenamiento por niveles en un cluster
  • Eficiencia del almacenamiento innovadora, que incluye deduplicación, thin provisioning y compresión
  • Gestión simplificada para puestas en marcha a gran escala
  • Multi-tenancy seguro usando Vserver para proporcionar aislamiento seguro
  • Escalabilidad y rendimiento masivos que se pueden ampliar a 50 PB de almacenamiento y más de 1,5 millones de operaciones SPECsfs2008_nfs.v3 por segundo

Además, la versión más reciente de Data ONTAP, 8.1.1, ofrece nuevas funciones que mejoran el rendimiento, la gestión y la compatibilidad tanto si se utiliza Cluster-Mode como 7-Mode.

Este artículo se centra en las funcionalidades de escalabilidad horizontal de Data ONTAP 8 Cluster-Mode.

Cluster-Mode

Data ONTAP 8 Cluster-Mode permite las configuraciones con escalabilidad horizontal de NetApp. Los elementos básicos de Cluster-Mode son parejas de alta disponibilidad de NetApp en las que dos controladoras de almacenamiento están conectadas al mismo conjunto de discos. Si una controladora falla, la otra asume su almacenamiento y continúa sirviendo datos.

En Cluster-Mode, cada controladora de almacenamiento se considera un nodo de cluster que puede ser de diferentes modelos y tamaños. Por ejemplo, en el mismo cluster puede haber controladoras FAS2240, FAS3270, FAS6280, FAS3040 y una de almacenamiento abierto V-Series (que actúa como interfaz para una cabina de almacenamiento de otro proveedor, como EMC, HDS, HP o IBM). Los discos se agrupan en agregados, grupos de discos de un tipo concreto compuestos por uno o varios grupos de RAID protegidos con RAID-DP® de NetApp.

Se usa una red 10 Gigabit Ethernet redundante dedicada para la comunicación entre los nodos del cluster y para mover los datos de un dispositivo de almacenamiento lógico o físico a otro. Una red separada se usa para realizar tareas de gestión.

La figura 1 muestra un cluster heterogéneo con una mezcla de tipos de controladoras, que incluye V-Series, protocolos de almacenamiento y tipos de discos compatibles que alinean el rendimiento y los costes del almacenamiento con los requisitos de los datos y las cargas de trabajo. Los sistemas situados a la izquierda del gráfico representan los sistemas de alto rendimiento que se integran usando controladoras de alta gama (por ejemplo, FAS6280) y unidades rápidas SAS y/o SSD. Los sistemas de la parte derecha del cluster muestran controladoras de gama media (por ejemplo, FAS3240) y unidades SATA de alta capacidad elegidas para disfrutar del menor coste posible por gigabyte de almacenamiento. Si cambian los requisitos, es posible mover los datos en el cluster sin interrupción para optimizar el rendimiento y la capacidad. Por ejemplo, cuando se finaliza un proyecto de alto rendimiento como el diseño de un semiconductor, es posible moverlo a un almacenamiento de menor coste. Cuando llega la hora de hacer la siguiente revisión del chip, se puede mover el proyecto de nuevo al almacenamiento de alto rendimiento.

También se pueden integrar clusters homogéneos para optimizar el rendimiento o la capacidad para varias aplicaciones. La sección de este artículo sobre escalabilidad y rendimiento incluye ejemplos de clusters homogéneos.

Un único cluster de almacenamiento heterogéneo puede incluir opciones de almacenamiento de alto rendimiento y capacidad para responder a las necesidades de diferentes cargas de trabajo. Un único espacio de nombres puede ofrecer muchas clases de servicio.

Figura 1) Un único cluster de almacenamiento heterogéneo puede incluir opciones de almacenamiento de alto rendimiento y capacidad para responder a las necesidades de diferentes cargas de trabajo. Un único espacio de nombres puede ofrecer muchas clases de servicio.

Operaciones no disruptivas

A medida que las operaciones empresariales dependen más y más de los servicios tecnológicos, los tiempos de inactividad (tanto los planificados como los que no lo son) son cada vez más inaceptables. Los tiempos de inactividad pueden provocar pérdidas a la empresas, empeorar la satisfacción del cliente y hacernos parecer débiles frente a la competencia. La infraestructura de almacenamiento debe estar siempre disponible y el acceso a los datos debe ser continuado. Las operaciones no disruptivas son parte integral de Data ONTAP 8 Cluster-Mode, lo que permite que su infraestructura de almacenamiento esté siempre disponible y no deje de servir datos mientras se realizan operaciones de mantenimiento o actualizaciones de hardware o software.

A la hora de actualizar el hardware, puede desplazar datos de una pareja de alta disponibilidad a otra dentro del cluster de almacenamiento de forma ininterrumpida, lo que permite retirar el hardware antiguo del cluster sin detener la conexión.

La posibilidad de mover volúmenes de datos individuales, conocida como DataMotion™ para volúmenes, permite redistribuir los datos en un cluster en cualquier momento y por cualquier motivo. DataMotion es transparente y no provoca interrupciones en los hosts NAS y SAN. Este método de implementación/actualización permite gestionar, actualizar y mantener la infraestructura de almacenamiento de forma no disruptiva a lo largo de la vida de sus datos, incluso durante el horario laboral.

Las operaciones específicas de mantenimiento de hardware y software que se pueden realizar de forma no disruptiva en un entorno Cluster-Mode son, entre otras, la actualización de una versión de Data ONTAP a otra; la actualización de firmware (sistema, discos y switch); la sustitución de controladoras o componentes de una controladora (por ejemplo, HBA o NIC) tras un fallo; y la sustitución de unidades y módulos de I/O tras un fallo.

Además, con Data ONTAP 8 también puede agregar controladoras de almacenamiento o bandejas a un cluster, agregar HBA y Flash Cache y actualizar componentes de forma no disruptiva. También puede redistribuir datos en las controladoras para mejorar el rendimiento, mover datos en las controladoras para equilibrar la capacidad y redistribuir datos en los niveles de almacenamiento en un cluster para optimizar el rendimiento del disco.

Infraestructura multi-tenancy

Es importante que los diferentes clientes en los clouds públicos y las diferentes unidades empresariales en los clouds privados estén aislados con seguridad en las capas de equipos, red y almacenamiento. El clustering de Data ONTAP 8 proporciona multi-tenancy en la capa de almacenamiento aislando las entidades de almacenamiento como las interfaces lógicas, las LUN y los volúmenes en un Vserver.

Data ONTAP 8 Cluster-Mode usa Vserver para proporcionar multi-tenancy.

Figura 2) Data ONTAP 8 Cluster-Mode usa Vserver para proporcionar multi-tenancy.

Un Vserver es un contenedor de almacenamiento virtualizado seguro que incluye su propia seguridad administrativa, direcciones IP y espacio de nombres. Un Vserver puede incluir volúmenes que residen en cualquier nodo en el cluster. El clustering de Data ONTAP soporta de uno a cientos de Vserver en un único cluster.

Cada Vserver habilita uno o varios protocolos de acceso SAN (FC, FCoE e iSCSI) y NAS (NFS, pNFS y CIFS) y contiene al menos un volumen y como mínimo una interfaz lógica o LIF. Las LIF presentan una dirección IP (que usarán los clientes NAS y los hosts iSCSI) o un WWN (para el acceso FC y FCoE). Cada LIF se asigna a un puerto base en un NIC o HBA. Las LIF virtualizan los puertos NIC y HBA. Cada Vserver necesita su propio conjunto dedicado de LIF y se pueden definir hasta 128 LIF en cualquier nodo de clusters. Dado que cada Vserver utiliza su propio espacio de nombres, cada cliente asignado a un Vserver está completamente aislado. La administración de cada Vserver también se puede delegar, de modo que diferentes administradores pueden ser responsables del aprovisionamiento de volúmenes y otras operaciones específicas de Vserver. Esta capacidad es especialmente valiosa en entornos multi-tenancy.

Escalabilidad y rendimiento

Actualmente, las configuraciones NAS pueden ampliarse hasta 24 nodos, mientras que las SAN pueden escalarse hasta 6 nodos. NetApp ha publicado cifras de rendimiento de NAS y SAN (para archivos y bloques) utilizando pruebas de rendimiento estándar del sector.

Rendimiento de NAS

NetApp evaluó el rendimiento de los servicios de archivo de Cluster-Mode usando la prueba de rendimiento SPECsfs. Un cluster de nodos FAS6240 demostró el escalamiento lineal agregando nodos con un rendimiento máximo de más de 1,5 millones de operaciones SPECsfs2008_nfs.v3 por segundo usando 24 nodos. Este rendimiento muestra que Data ONTAP 8 Cluster-Mode tiene la escalabilidad y el rendimiento necesarios para responder a cualquier carga de trabajo. Se ofrece más información sobre estos resultados en un artículo de Tech OnTap® anterior.

Rendimiento de SAN

NetApp también envió un cluster FAS6240 de 6 nodos de almacenamiento unificado para la prueba de rendimiento de bloque de Storage Performance Council SPC-1 ejecutando Data ONTAP 8.1.1. Los resultados de esta prueba de rendimiento SPC-1 Cluster-Mode fueron: aprox. 250 000 operaciones de I/O de SPC-1 por segundo (IOPS), 6,69 $ por operaciones de I/O por segundo ($/IOPS) y un menor tiempo de respuesta (LRT) de 0,99 milisegundos. Estos resultados demuestran que este modelo modular escalable horizontalmente proporciona una base para el crecimiento continuado a medida que el rendimiento de la controladora y el número de nodos aumentan con el tiempo.

En términos de rendimiento relativo, el sistema FAS6240 de 6 nodos se encuentra en el 10% superior de las configuraciones enviadas según la medición de LRT. Los resultados de las operaciones de I/O por segundo representan un aumento de un 267% en el rendimiento y el 12% de reducción en costes en cuando al resultado de SPC-1 que hemos publicado sobre FAS3270. Además, NetApp usa listas de precios en sus envíos de SPC-1, mientras que casi todos los demás proveedores usan precios con descuentos, por lo que el precio por operaciones de I/O por segundo es más conservador y verificable que el de la competencia.

Tecnología Infinite Volume para repositorios de contenido empresarial

A medida que las organizaciones generan petabytes de datos, es cada vez más difícil almacenar, gestionar y recuperar contenido de una forma flexible y eficiente. Además, muchas organizaciones afrontan la necesidad de conservar datos durante largos periodos de tiempo, a menudo décadas, a la vez que tienen que poder encontrar datos sin importar dónde están almacenados. NetApp creó Infinite Volume específicamente para responder a las necesidades de escalabilidad de los repositorios de contenido empresarial, con el que se elimina la complejidad de estructurar datos en diferentes contenedores pequeños.

Infinite Volume de NetApp es un cluster dedicado que ejecuta Data ONTAP 8.1.1. Proporciona un único punto de montaje NFSv3 que se puede escalar horizontalmente hasta 20 PB o 2000 millones de archivos, todos ellos dentro de un único Vserver. Infinite Volume admite actualmente hasta cinco parejas de alta disponibilidad (10 nodos) en Data ONTAP 8.1.1.

Infinite Volume es un volumen compuesto en el que los datos se distribuyen en los diferentes volúmenes que forman Infinite Volume (denominados constituyentes) y que están repartidos por todos los nodos del cluster. La jerarquía del espacio de nombres está almacenada en un único volumen constituyente de espacio de nombres activo para todo el repositorio de contenido. Los clientes NFS pueden ver el contenido de este volumen. Todas las consultas de metadatos (análisis de directorios, aberturas de archivos, obtención de atributos, etc.) se realizan en el volumen constituyente del espacio de nombres. Las siguientes lecturas y escrituras se realizan directamente a través del nodo que «posee» los datos constituyentes que contiene el archivo al que se va a acceder. La carga de los datos se equilibra automáticamente en Infinite Volume cuando se reciben.

Infinite Volume proporciona gestión simplificada usando OnCommand® System Manager 2.1. Las copias snapshot para tareas de protección de datos y replicación se crean en Infinite Volume y se coordinan en todos los constituyentes del repositorio para garantizar la consistencia de los datos.

Infinite Volume proporciona toda la flexibilidad y las funciones de alta disponibilidad de un cluster Data ONTAP, incluidas las operaciones no disruptivas y funciones de eficiencia del almacenamiento avanzadas.

Infinite Volume de NetApp es una función básica para un repositorio de contenido empresarial.

Figura 3) Infinite Volume de NetApp es una función básica para un repositorio de contenido empresarial.

Tecnología Flash Pool

Con la versión Data ONTAP 8.1.1, NetApp ha agregado la nueva tecnología Flash Pool a Data ONTAP para aumentar la escalabilidad y el rendimiento de las configuraciones 7-Mode y Cluster-Mode. Flash Pool es compatible con todos los sistemas de almacenamiento de NetApp, incluidos los sistemas de gama básica. Ningún otro proveedor ofrece este tipo de funcionalidad en el mercado del almacenamiento de gama básica.

Flash Pool es una caché de lectura y escritura persistente a nivel de agregado. Permite agregar grupos de RAID compuestos por SSD a un agregado que contiene HDD para obtener un rendimiento comparable al de un agregado solo con SSD al mismo tiempo que mantiene los costes al nivel de una configuración únicamente con agregados HDD. Un número relativamente pequeño de SSD en un agregado se usa como caché persistente para acelerar las lecturas y escrituras aleatorias.

Flash Pool forma parte de Virtual Storage Tiering (VST) de NetApp y su funcionamiento es en muchos aspectos similar al de Flash Cache de NetApp. Flash Pool comparte la misma granularidad de 4 KB, funciona en tiempo real, es totalmente automático y se combina con las tecnologías de protección de datos y eficiencia del almacenamiento de NetApp. Además, Flash Pool permite almacenar en caché datos escritos de forma aleatoria y ofrece rendimiento consistente durante los fallos y las operaciones de toma de control, pues la caché de datos a nivel de agregado sigue siendo accesible y estando disponible durante estos eventos. Flash Pool y Flash Cache pueden coexistir en el mismo sistema. Los agregados existentes se pueden convertir de forma no disruptiva para utilizar Flash Pool.

Tecnología Flash Pool de NetApp.

Figura 4) Tecnología Flash Pool de NetApp.

Conclusión

Además de un alto rendimiento y una baja latencia, Data ONTAP 8 Cluster-Mode ofrece toda la gama de soluciones de protección de datos y eficiencia del almacenamiento de NetApp, así como operaciones no disruptivas y total compatibilidad con entornos cloud y multi-tenancy seguro.

Tanto si elige los sistemas FAS como V-Series, Data ONTAP 8 Cluster-Mode ofrece una fiabilidad permanente para operaciones no disruptivas, una flexibilidad extraordinaria para afrontar los cambios del mercado y una eficiencia operativa que necesita para hacer crecer su negocio. La integración con una amplia red de partners ayuda a facilitar aún más su camino al éxito.

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Mike McNamara, Director Sénior, Marketing de Productos

Mike cuenta con más de 23 años de experiencia en marketing en el sector de la informática, 17 de ellos dedicados específicamente al campo del almacenamiento. Trabajó en Adaptec, EMC y Hewlett Packard antes de unirse a NetApp hace más de seis años. Mike también fue responsable de marketing de Fibre Channel Industry Association (FCIA), miembro de Ethernet Alliance y orador habitual en eventos del sector.

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