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Sous le capot du FAS6200

J'ai beaucoup apprécié lorsque, au vu du succès rencontré par mon précédent article sur la gamme FAS3200, Tech OnTap m'a invité à parler de la gamme FAS6200.

Bien que la précédente gamme FAS6000 témoigne déjà d'une avancée radicale pour son époque, avec plus de noyaux et une quantité de mémoire multipliée par 4, de nouvelles évolutions sont apparues depuis et méritent que l'on s'y attarde. Il est naturel que les utilisateurs de produits NetApp souhaitent atteindre des performances de très haut niveau. C'est pourquoi, parallèlement, nous avons ajouté de nouvelles fonctionnalités à Data ONTAP® telles que la déduplication et la compression, mais qui imposent de nouvelles exigences aux ressources du système de stockage. C'est à double-tranchant.

Avec la gamme FAS6200, notre objectif était de concevoir une plateforme offrant suffisamment de flexibilité pour des performances de haut niveau et pour les tâches système importantes, tout en assurant une prise en charge simultanée d'un large éventail de charges de travail (de l'archivage jusqu'aux bases de données très gourmandes en entrées/sorties). Cette ambition revenait un peu à combiner une Maserati et une camionnette dans un seul véhicule, mais le résultat est enthousiasmant.

La gamme FAS6200

Figure 1) La gamme FAS6200

Si vous ne connaissez pas encore les fonctionnalités générales de la gamme FAS6200 (et les modèles correspondants de contrôleurs Open Storage V6200 qui vous permettent de gérer des baies EMC, IBM, Hewlett-Packard, Hitachi Data Systems et d'autres fournisseurs), un récent article de Chris Lueth et Mukesh Nigam fait le point sur tous les débits et tous les flux. Dans cet article, je souhaite « regarder sous le capot » et m'attarder sur quelques rubriques spécifiques :

  • Conception du couple processeur/mémoire
  • Améliorations du sous-système d'E/S
  • Certaines nouvelles fonctions de résilience

Le couple processeur/mémoire

Le moteur qui autorise toutes les capacités avancées de Data ONTAP est le couple processeur/mémoire. Nous avons étudié une grande variété de processeurs modernes et notre choix s'est arrêté sur les modèles suivants d'Intel : Nehalem à 4 cœurs et Westmere à 6 cœurs. Ces processeurs nous permettent de presque tripler la bande passante par rapport à nos précédentes plateformes et de faire passer le nombre de cœurs de 8 à 12 dans un même contrôleur (pour le FAS6280). Nous avons pu commencer à commercialiser des systèmes équipés de processeurs Westmere peu après leur apparition : il s'agit de la meilleure coordination que NetApp ait jamais réussie avec le planning de sortie des produits Intel®.

Outre cette puissance de traitement phénoménale et ce surcroit de bande passante, nous avons triplé la quantité de mémoire de notre plateforme, pour atteindre 96 Go par contrôleur pour le FAS6280. Cela nous laissait de la marge pour obtenir des performances de haut niveau et prendre en charge de nouvelles fonctionnalités, notamment NetApp® Flash Cache, qui équipe désormais la majorité de nos nouveaux systèmes.

Flash Cache réduit jusqu'à 75 % le nombre de piles de disques nécessaires pour obtenir un niveau de performance donné, et peut également réduire considérablement la latence des opérations de lecture. Toutefois, chaque téraoctet de Flash Cache consomme 4 Go de mémoire système pour les tables de page. L'ajout de plusieurs téraoctets de Flash Cache à un système volumineux exige donc de grandes quantités de mémoire. (Cela implique également plus de connecteurs d'extension, mais j'aborderai ce sujet dans la prochaine section.)

Pour compléter les nouveaux systèmes, nous avons élaboré une toute nouvelle conception pour la mémoire NVRAM que Data ONTAP utilise pour journaliser les requêtes d'écriture. Cette mémoire NVRAM 8 atteint des performances soutenues en écriture de plus de 1 Gbit/s. Lorsque l'on sait que la mémoire NVRAM traite les données par blocs plus petits, adaptés au réseau, cela signifie que, pour atteindre ce niveau de performances, la mémoire NVRAM doit effectuer 1 million de transferts par seconde. Chaque transfert doit intervenir en une microseconde, ce qui exige non seulement du matériel rapide mais également des routines d'interruption très efficaces afin que tout fonctionne sans anicroche.

Accélération des entrées/sorties

Tout système de stockage NetApp effectue 10 à 20 fois plus d'entrées/sorties par cœur qu'un serveur standard. Les grandes installations de stockage placent jusqu'à 256 cœurs de puissance de traitement utile en face d'un seul système de stockage NetApp. Cela fait énormément d'entrées/sorties.

Lorsque nous avons commencé à parler avec les ingénieurs d'Intel des processeurs Nehalem et Westmere, les conceptions standard d'Intel pour l'implémentation de ces éléments ne prenaient en charge qu'une seule puce d'E/S (IOH). Cependant, chez NetApp, nous voulions dégager toute la puissance d'E/S possible. Nous avons donc demandé à Intel s'il était envisageable de prendre en charge deux puces IOH afin de doubler les E/S. Nous avons collaboré avec Intel pour rendre cela possible, puis nous avons vérifié le fonctionnement attendu de la nouvelle conception.

Les deux puces IOH produisent 72 voies PCIe Gen2, alors qu'un serveur standard n'offre habituellement que 20 à 30 voies. Nous avons encore retravaillé ces voies à l'aide de commutateurs pour créer 152 voies PCIe de connectivité d'E/S au sein du FAS6280, avec un total de bande passante interne de plus de 72 Gbit/s.

Notre nouveau châssis vous permet de coupler un module de contrôleur avec 4 connecteurs PCIe et un module d'extension d'E/S (IOXM) en option avec 8 connecteurs PCIe supplémentaires. Cela donne un total de 12 connecteurs par contrôleur ou de 24 connecteurs par paire haute disponibilité typique. À titre de comparaison, le système FAS6080 fournit 3 connecteurs PCIx et 5 connecteurs PCIe. Outre ses connecteurs d'extension E/S, la gamme FAS6200 fournit également un grand nombre de ports intégrés : FC 8 Gbits, 10GbE et SAS 6 Gbits. (Voir le Tableau 1.) Si vous n'avez pas besoin des connecteurs d'extension supplémentaires, vous pouvez choisir une configuration très dense qui fournit deux contrôleurs (une paire haute disponibilité) dans seulement 6U d'espace rack.

Tableau 1) Comparatif entre les trois nouveaux modèles de la gamme FAS6200 par rapport à la gamme FAS6080 (précédent modèle haut de gamme).

  FAS/V6210 FAS/V6240 FAS/V6280 FAS/V6080
Cœurs de processeur 16 16 24 16
Mémoire 48 Go 96 Go 192 Go* 64 Go
Flash Cache maximum 3 To 6 To 8 To 4 To
Modules d'extension d'E/S Non Oui Non
Nombre maximum de connecteurs PCIe 8 24 10
Ports FC 8 Gbits intégrés 8 ou 16 8 ou 32 Néant
Ports 10GbE intégrés 8 8 Néant
Ports SAS 6 Gbits intégrés 0 ou 8 0 ou 24 Néant
Nombre maximum de piles de disques 1 200 1 440 1 176
Capacité maximale 2 400 To 2 880 To 2 352 To**
Taille max. de l'agrégat/du volume 70 To 100 To 100 To
Système Data ONTAP 8.0.1 8.0.1 7.2.5+
*La mémoire réelle allouée dépend de la version Data ONTAP utilisée.
**Nécessite Data ONTAP 8.0+. La capacité correspond à la moitié de la valeur indiquée pour Data ONTAP 7.x.x.

Comme nous l'avons vu, les connecteurs supplémentaires peuvent servir pour Flash Cache. De plus, avec la transition en cours des disques FC vers SAS dans l'industrie du stockage, nous savions qu’il nous fallait contribuer à simplifier cette transition en proposant des ports SAS et FC intégrés et en nous assurant que les systèmes de stockage puissent simultanément prendre en charge un nombre très important des deux types de ports, le cas échéant.

Grâce aux ports intégrés et aux connecteurs d'extension supplémentaires, la gamme FAS6200 prend en charge Data ONTAP 8 Cluster-Mode (C-Mode). Vous pourrez prendre en charge une pléthore de ports 10GbE afin que la mise en réseau ne limite pas les configurations C-Mode.

Un nouveau niveau de résilience

Pour le FAS6200, nous voulions également élever le niveau des fonctions de fiabilité, disponibilité, facilité de maintenance et gestion (RASM). Tout d'abord, nous avons ajouté une nouvelle fonctionnalité permettant de créer une journalisation permanente des écritures. La mémoire NVRAM sur batterie a une autonomie d'environ 72 heures. Grâce à la fonctionnalité de journalisation permanente des écritures en mémoire, le contenu de la mémoire NVRAM est transféré vers la mémoire Flash en cas de fermeture incorrecte, ce qui permet de protéger indéfiniment le journal des écritures. Au démarrage suivant, le journal NVLOG produit est simplement relu pour restaurer l'état cohérent du système.

Nous avons également ajouté un nouveau processeur de service à la gamme FAS6200, dont le potentiel est nettement supérieur à celui du module RLM utilisé dans les modèles précédents. Ce processeur de service demeure opérationnel même lorsque le reste du système de stockage est en panne. Il fournit toutes les fonctionnalités du module RLM, telles que la mise sous/hors tension à distance, l'appel de notification de panne système et l'accès permanent pour les opérations de dépannage. Il inclut également de nouvelles fonctionnalités par rapport au module RLM, dont :

  • La création de rapports et le suivi des unités remplaçables sur site
  • La création de rapports avancés pour les capteurs de courant/tension et température
  • La surveillance et la définition des états des LED
  • La génération forcée de « core dumps » (remplace le bouton NMI sur les contrôleurs)

Pour l'ingénieur que je suis, la fonction de résilience qui m'enthousiasme le plus dans le FAS6200 est sa capacité à accéder au processeur et à y lire son état interne même lorsqu'il n'est pas en fonctionnement. La combinaison des « core dumps » et des informations sur l'état interne du processeur nous offre une analyse suffisamment détaillée pour comprendre exactement ce qui s'est produit et donc pouvoir résoudre le problème. Comme nous l'avons fait pour de précédentes fonctionnalités, ces nouveautés seront progressivement intégrées aux systèmes de moyenne gamme et d'entrée de gamme.

Conclusion

Il est possible que je ne sois pas objectif, mais je crois sincèrement que la gamme FAS6200 représente une étape majeure pour NetApp. Cette plateforme multiplie les performances par 3,6 par rapport au système FAS6000. Mieux encore, elle fournit considérablement plus de mémoire, de bande passante d'E/S et de capacité d'extension pour permettre à la fois davantage de performances et des tâches système importantes comme la protection des données, la déduplication et la compression, le tout sans sacrifice aucun de la compatibilité avec le reste de la gamme de produits NetApp. Nous avons ajouté de nouvelles fonctionnalités afin de renforcer la fiabilité matérielle, et la plateforme est prête pour Data ONTAP 8 Cluster-Mode lorsque vous serez prêt à effectuer cette transition.

 Vous avez des commentaires sur le système FAS6200 ?

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Steven Miller

Steven Miller
Directeur technique senior et architecte plateforme
NetApp


Steven est architecte plateforme pour NetApp depuis bientôt six ans et a eu la responsabilité des gammes FAS3100, FAS3200 et FAS6200, ainsi que du module PAM (Performance Acceleration Module) et de Flash Cache (PAM II). Il fait également la liaison entre les ingénieurs de NetApp et la NSA (National Security Agency), la NGA (National Geospatial-intelligence Agency) et la CIA (Central Intelligence Agency). Steven est actuellement membre de plusieurs groupes industriels et IEEE. Il est l'auteur de 23 brevets publiés et de 19 demandes en attente dans les secteurs du stockage et du calcul hautes performances.


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En novembre 2010, NetApp a commercialisé Data ONTAP 8.0.1 et deux nouvelles plateformes matérielles. Vous trouverez plus d'informations dans les articles Tech OnTap suivants :

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