Tech OnTap של NetApp לוגו של NetApp
Tech OnTap של NetApp
     
NetApp ו- Red Hat משתפות פעולה בנושא pNFS
Pranoop Erasani
מנהל טכני, NFS
Justin Parisi
מהנדס שיווק טכני, NetApp

הגישה לנתונים משותפים היא קריטית לביצועים של מגוון יישומים מדעיים, הנדסיים, עסקיים ופיננסיים. NFS - התקן הנפוץ ביותר עבור גישה לנתונים משותפים - עלול להפוך לצוואר בקבוק במערכי מחשוב בקנה מידה גדול, באופן שעשוי ליצור עומס על שרתי קבצים המשמשים כנקודת הגישה היחידה לכל הקבצים במערכת קבצים משותפת.

רוב הפתרונות הזמינים למתן ביצועים גבוהים וגישה לנתונים משותפים הם קנייניים במידה כזו או אחרת, ולא הצליחו להשיג את סוג התמיכה במערכות הטרוגניות והאימוץ בקנה מידה רחב שהשיגו פרוטוקולים כגון NFS.

התקן NFS מקביל (pNFS) - תכונת משנה של מפרט הפרוטוקול NFS גרסה 4.1 (RFC 5661)- מטפל בבעיה של צוואר הבקבוק הנובע משרת יחיד, ובעל פוטנציאל רב להפוך לפתרון המתוקנן עבור גישה לנתונים במקביל. במאמר זה נסביר כיצד פועל pNFS, נדון במאמצים שמשקיעות NetApp ו- Red Hat כדי לקדם את pNFS, ונתאר כיצד pNFS מיושם ב- NetApp® Clustered Data ONTAP‎‎®‎‏.

מה זה pNFS?

פרוטוקול pNFS מעניק ללקוחות גישה ישירה לקבצים המפוצים בין שני שרתים נתונים או יותר. על ידי גישה לשרתי נתונים מרובים במקביל, לקוחות זוכים בהאצה משמעותית של פעולות הקלט/פלט. הפרוטוקול pNFS מספק הרחבת ביצועים חלקה על בסיס לקוח ועל בסיס קובץ, מבלי להתפשר על תאימות לאחור עם פרוטוקול NFS הסטנדרטי; לקוחות ללא ההרחבה של pNFS עדיין יכולים לגשת לנתונים.

ארכיטקטורה ופרוטוקולים עיקריים של pNFS

הארכיטקטורה של pNFS מורכבת משלושה רכיבים עיקריים:

  • שרת המטה-נתונים מטפל בכל התעבורה שאינה נתונים. השרת אחראי לשמירה על מטה-נתונים המתארים היכן וכיצד מאוחסן כל קובץ.
  • שרתי נתונים מאחסנים נתוני קבצים ומגיבים ישירות לבקשות קריאה וכתיבה מהלקוח. נתוני קבצים יכולים להיות מפוצלים בין מספר שרתי נתונים.
  • אחד או יותר מהלקוחות יכולים לגשת לשרתי נתונים ישירות בהתבסס על המידע במטה-נתונים שהתקבלו משרת המטה-נתונים.

שלושה סוגי פרוטוקולים נמצאים בשימוש בין הלקוחות, שרת המטה-נתונים ושרתי הנתונים:

  • פרוטוקול בקרה משמש לסנכרון בין שרת המטה-נתונים לשרתי הנתונים. פרוטוקול זה לא מוגדר על ידי מפרט ה- pNFS ומשתנה מיצרן ליצרן.
  • פרוטוקול pNFS נמצא בשימוש בין לקוחות לשרת המטה-נתונים. פרוטוקול זה הוא בדרך כלל NFSv4 עם כמה הרחבות הספציפיות ל- pNFS. הפרוטוקול משמש לאחזור ולעיבוד של פריסות, אשר מכילות את המטה-נתונים המתארים את המיקום ואת פרוטוקול הגישה לאחסון הדרושים כדי לגשת לקבצים המאוחסנים בשרתי נתונים מרובים.
  • קבוצה של פרוטוקולי גישה לאחסון משמשת לקוחות כדי לגשת ישירות לשרתי נתונים. התקן pNFS מגדיר כרגע שלוש קטגוריות של פרוטוקולי אחסון: מבוססי-קבצים (RFC5661), מבוססי-בלוקים (RFC5663), ומבוססי-אובייקטים (RFC5664). Clustered Data ONTAP תומך כרגע בפרוטוקול האחסון המבוסס על קבצים, ומשתמש ב- NFSv4.1 כדי לגשת לשרתי הנתונים.

Elements of pNFS. לקוחות מבקשים פריסה משרת המטה-נתונים (פרוטוקול pNFS), ולאחר מכן ניגשים ישירות לשרתי הנתונים (פרוטוקול גישה לאחסון).

איור 1) מרכיבים של pNFS. לקוחות מבקשים פריסה משרת המטה-נתונים (פרוטוקול pNFS), ולאחר מכן ניגשים ישירות לשרתי הנתונים (פרוטוקול גישה לאחסון).

כדי לגשת לקובץ, לקוח יוצר קשר עם שרת המטה-נתונים כדי לפתוח את הקובץ ולבקש את פריסת הקובץ. לאחר שהלקוח מקבל את פריסת הקובץ, הלקוח משתמש במידע זה כדי לבצע את פעולות הקלט/פלט במקביל ישירות אל שרתי הנתונים ומהם, באמצעות פרוטוקול הגישה לאחסון המתאים, ללא מעורבות נוספת מצד שרת המטה-נתונים. לקוחות pNFS מאחסנים במטמון את הפריסה עד לסיום פעולות הקלט/פלט המקבילות. לשרתי pNFS יש זכות לבטל את פריסת הקובץ, אם השרת אינו יכול להבטיח גישה מקבילה לשרתים. בנוסף, pNFS אינו משנה את המנגנון הנוכחי הזמין בשרת NFS עבור גישה למטה-נתונים.

NetApp ו- Red Hat משתפות פעולה עבור pNFS

פתרון pNFS זקוק הן לרכיבי לקוח והן לרכיבי שרת כדי שיתפקד כהלכה. NetApp ו- Red Hat שיתפו פעולה בצורה נרחבת עם קהילת המפתחים כדי לספק את ההצעה הראשונה של pNFS המבוססת על תקנים מקצה לקצה.

NetApp מטפלת באתגרי ההתרחבות על ידי שילוב של יצירת מערכי אחסון ו- pNFS. מערכות האחסון FAS ו- V-Series של NetApp המפעילות את Clustered Data ONTAP 8.1 ואילך יכולות להתרחב מטרה-בייטים בודדים של נתונים ליותר מ- 69 פטה-בייט, שכולם ניתנים לניהול כיישות אחסון אחת, באופן שיפשט את הניהול של סביבת pNFS ויסייע במניעת השבתות מתוכננות ולא מתוכננות.

באמצעות לקוח pNFS הראשון בשוק והנתמך באופן מלא - המופעל ב- Red Hat Enterprise Linux‎‎®‎‏ - תוכל להתחיל לתכנן ולעצב את פתרונות הדור הבא הניתנים להרחבה של מערכת קבצים, אשר מבוססים על pNFS. עומסי עבודה של יישומים יכולים לנצל את מלוא היתרונות של pNFS ללא צורך בשינוי, באופן שמאפשר מעבר חלק עבור היישומים הקיימים.

pNFS ו- Clustered Data ONTAP

NetApp הטמיעה את pNFS החל מגרסת Clustered Data ONTAP 8.1. (אין הטמעה עבור ‎7-Mode ‏או Data ONTAP 7G.)‏ pNFS המוטמע ב- Clustered Data ONTAP מציע מספר יתרונות:

  • תשתית פשוטה יותר. התשתית הכוללת עבור pNFS היא פשוטה יותר בהשוואה למערכות קבצים מקבילות כגון Lustre ו- GPFS, אשר דורשות שרתים ייעודיים רבים בנוסף למערכת האחסון.
  • יכולת ניהול. לרוב, התקנת pNFS כוללת שרתי קבצים מרובים שיש לנהל בנפרד. Clustered Data ONTAP מאפשרת לך לנהל את כל המרכיבים של pNFS בצד השרת כמערכת אחת.
  • תפעול ללא הפרעות התקנה של pNFS במערך אחסון של NetApp מקבלת את היתרונות של תפעול ללא הפרעות עבור פעולות תחזוקה ואיזון עומסים - כמו למשל מעבר לגיבוי בעת כשל במערכת האחסון, העברות LIF, והעברות של אמצעי אחסון ללא הפרעות - בדיוק כמו כל עומס עבודה אחר.
  • כל הצמתים יכולים לשמש כשרתי מטה-נתונים. בהטמעה של Clustered Data ONTAP, כל צומת במערך האחסון יכול לשמש הן כשרת מטה-נתונים והן כשרת נתונים. כך ניתן למנוע את צוואר הבקבוק הפוטנציאלי שנוצר עקב שימוש בשרת מטה-נתונים יחיד, ולסייע בהפצת פעולות המטה-נתונים בכל מערך האחסון.

pNFS on Data ONTAP versus NFS. כל צומת יכול לשמש הן כשרת מטה-נתונים והן כשרת נתונים.

איור 2) pNFS ב- Data ONTAP לעומת NFS. כל צומת יכול לשמש הן כשרת מטה-נתונים והן כשרת נתונים.

כדי להבין כיצד pNFS פועל עם Clustered Data ONTAP, נניח שלקוח טען מערכת קבצים של pNFS מתוך צומת אחד במערך האחסון. כדי לגשת לקובץ, הלקוח שולח בקשת מטה-נתונים לצומת זה. הטמעת ה- pNFS אוספת ומחזירה מידע הכולל את המיקום, פריסת הקובץ ומידע הרשת הדרוש כדי להגיע למיקום. הלקוח משתמש במידע כדי לגשת לנתונים ישירות מהצומת או הצמתים שבהם נמצאים הנתונים. על ידי מתן נתיב ישיר לאמצעי האחסון, pNFS עוזר ליישומים להשיג תפוקה גבוהה יותר והשהיה נמוכה יותר.

pNFS משתלב בצורה חלקה עם התפעול ללא הפרעות של Clustered Data ONTAP, כגון העברת LIF, מעבר לגיבוי בעת כשל במערכת האחסון, והעברת אמצעי אחסון. כאשר מתרחשת אחת מהפעולות הללו, לקוח pNFS והשרת מנהלים באופן אוטומטי משא ומתן על נתיב הקלט/פלט הישיר החדש לשרת, באופן שעוזר לשמור על אותה רמת תפוקה, כל זאת ללא הפרעה לפעולת היישום. זהו יתרון עצום עבור מנהלי אחסון, משום שהם לא נדרשים להקצות במפורש נתיבי רשת למערכות קבצים בעת ביצוע פעולות תחזוקה במערך האחסון. לכן, pNFS עם Clustered Data ONTAP לא רק עוזר לביצועים, אלא גם מפשט את זרימות העבודה הניהוליות במהלך פעולות תחזוקה. בכל הקשור להקצאה ופריסה של מערכי אחסון גדולים, דבר זה הופך לדרישה חיונית.

איור 3) ללא pNFS, הן נתיבי מטה-נתונים והן נתיבי נתונים הם פחות או יותר סטטיים. עם pNFS, שירות המטה-נתונים מבוזר בין צמתים מרובים, בעוד שנתיבי נתונים מובילים ישירות לממשק הרשת של הצומת שבו מאוחסן הקובץ. כאשר נתונים מועברים ממקום למקום, נתיבי נתונים מתאימים את עצמם אוטומטית כדי לשמור על רמת ביצועים אופטימלית.

איור 3) ללא pNFS, הן נתיבי מטה-נתונים והן נתיבי נתונים הם פחות או יותר סטטיים. עם pNFS, שירות המטה-נתונים מבוזר בין צמתים מרובים, בעוד שנתיבי נתונים מובילים ישירות לממשק הרשת של הצומת שבו מאוחסן הקובץ. כאשר נתונים מועברים ממקום למקום, נתיבי נתונים מתאימים את עצמם אוטומטית כדי לשמור על רמת ביצועים אופטימלית.

שיטות עבודה מומלצות

הקפדה על כמה שיטות עבודה מומלצות תסייע לך לספק את ביצועי pNFS הטובים ביותר:

  • עיין במטריצת יכולת הפעולה ההדדית של NetApp לקבלת המידע העדכני ביותר לגבי תאימות עם לקוחות NFSv4.1 ו- pNFS (נדרשת גישה לאתר התמיכה של NetApp).
  • יש להגדיר כל צומת של מערך אחסון התומך ב- pNFS עם ממשק לוגי (LIF) אחד לפחות כדי שלקוחות pNFS יוכלו לגשת ישירות לאמצעי האחסון המאוחסנים בצומת זה.
  • עבור עומסי עבודה עתירי מטה-נתונים, יש להגדיר לקוחות pNFS כך שפעולות הטעינה יהיו מבוזרות בין כל הצמתים במערך האחסון, כדי שכל הצמתים יוכלו לשמש כשרתי מטה-נתונים. ניתן להשיג זאת על ידי שימוש בשרת שמות תחומים (DNS) חיצוני מסוג round-robin או באמצעות איזון עומסי DNS במארז ב- Clustered Data ONTAP.

למידע נוסף על פריסת pNFS במערכת אחסון של NetApp, עיין ב- TR-4063.

לקוח pNFS של Red Hat

לקוח pNFS של Red Hat הופץ לראשונה ב- Red Hat Enterprise Linux ‏(RHEL) גרסת ליבה 6.2 ב- 2011. RHEL 6.2 ו- RHEL 6.3 תויגו שניהם כגרסאות "Tech Preview" של pNFS.

RHEL 6.4, שהופץ בפברואר 2013, כלל את גרסת הזמינות הכללית הראשונה של pNFS. לקבלת הפרטים המלאים לגבי שימוש בלקוחות Red Hat עם אחסון NetApp הפועל באמצעות NFS או pNFS, עיין ב- TR-3183. (דוח טכני זה עובר כרגע שינויים, וייתכן שלא יהיה זמין באופן מיידי כאשר מאמר זה יתפרסם. חזור לבקר שוב בקרוב.)

תרחישי שימוש של pNFS

בנוסף ליכולת היישום הברורה של תקן זה עבור יישומים מדעיים והנדסיים בעלי יכולת הקבלה גבוהה, היכולות הייחודיות של pNFS הופכות אותו למתאים במיוחד עבור מגוון תרחישי שימוש ארגוניים.

יישומים חיוניים לעסקים

מעצם הגדרתם, יישומים חיוניים לעסקים דורשים את רמות השירות הגבוהות ביותר. רוחב הפס והקיבולת של האחסון חייבים לגדול בצורה חלקה בהתאם לדרישות השרת. כאשר אמצעי אחסון של NetApp מועברים בצורה שקופה לבקרים בעלי עוצמה רבה יותר במערך האחסון של NetApp, לקוח pNFS של Red Hat Enterprise Linux עוקב באופן אוטומטי אחר העברת הנתונים, מתאים את עצמו ומבצע מחדש אופטימיזציה של נתיב הנתונים. התוצאה הסופית היא זמן השבתה קרוב לאפס, ללא צורך בקביעת תצורה מחדש עבור השרת או היישום.

פתרונות אחסון עם ריבוי לקוחות

עבודה עם גישה לנתונים במקביל פירוש שעומסי עבודה הטרוגניים עם ריבוי לקוחות נהנים ישירות מהיתרונות של pNFS. הנתונים נמצאים במערך האחסון של NetApp ואינם קשורים לבקש ספציפי של NetApp. באמצעות pNFS, שרתי Red Hat Enterprise Linux מוצאים את נתיב הנתונים האופטימלי ומתאימים את עצמם אוטומטית לקבלת תפוקה אופטימלית.

לקוחות ועומסי עבודה מעורבים

NFSv4.1 ו- pNFS יכולים לספק גמישות לצורך טעינת מערכת הקבצים מכל מקום במרחב השמות של מערך האחסון. יישומים במערך האחסון ניתנים לטעינה באמצעות pNFS, בעוד שעדיין קיימת אפשרות לטעון יישומים מדור קודם באמצעות NFSv3. מערכות קבצים המיוצאות ממערכת האחסון יכולות לטעון לקוחות בגרסאות שונות של NFS כדי לאפשר להם להתקיים יחד ללא צורך לבצע שינויים משמעותיים ביישומים הניגשים לנתונים. רמת גמישות זו מפחיתה את התקורה של ניהול שינויים תכופים.

סביבות וירטואליזציה

רכיבי Hypervisor ומחשבים וירטואליים המשתמשים בלקוח pNFS של Red Hat Enterprise Linux יכולים לנהל חיבורים מרובים לכל הפעלה, באופן שמפזר את העומס בין ממשקי רשת מרובים. ניתן לחשוב על כך כעל כריבוי נתיבים עבור NFS, ללא צורך במנהל התקן נפרד או בתצורה נפרדת של ריבוי נתיבים.

מסקנה

NetApp מילאה תפקיד מרכזי בעידוד התקנים NFSv4.1 ו- pNFS, וניהלה במשותף את מאמצי קבוצת העבודה. בנוסף, NetApp חיברה וערכה חלק משמעותי ממפרט NFSv4.1. הדבר עולה בקנה אחד עם המחויבות שלנו לטפל בבעיות האחסון על ידי שימוש בתקנים של התעשייה.

הודות לזמינות הכללית של לקוח pNFS שהושגה לאחרונה עם הפצת RHEL 6.4, ניתן כעת לפרוס את pNFS למטרות בדיקה ו/או ייצור על ידי שימוש בשילוב של לקוחות Red Hat ו- Clustered NetApp Data ONTAP.

 יש לך דעה בנושא pNFS?

שאל שאלות, החלף רעיונות ושתף מחשבות באופן מקוון בקהילות NetApp.

מאת Pranoop Erasani, מנהל טכני, NFS ו- Justin Parisi, מהנדס שיווק טכני

Pranoop הוא הארכיטקט המוביל בתחום ה-NFS בארגון הנדסת טכנולוגיית הפרוטוקולים של NetApp, שבו הוא מוביל את פיתוח פרוטוקול NFS עבור Data ONTAP. הוא מילא תפקיד חשוב בעיצוב הארכיטקטורה של pNFS עבור Clustered Data ONTAP. Pranoop הוא תומך נלהב במינוף NFSv4.1/pNFS במערכות של מערכי אחסון. הוא השתתף במספר רב של דיונים הקשורים לתקן pNFS IETF ונושא דברים לעתים קרובות באירועים בנושא יכולת פעולה הדדית של NFS. הוא משמש כיועץ טכני עיקרי לשיווק טכני וניהול מוצר עבור פריסות לקוח מתמשכות ופתרונות תוכנת אחסון.

Justin עובד ב- RTP ובילה את 5 השנים האחרונות בתמיכה הגלובלית של NetApp, כמהנדס תמיכה טכנית וכמהנדס הסלמה לפתרון בעיות קריטיות. הוא מתמקד ב- Clustered Data ONTAP ופיתח חומר לקורסי פתרון בעיות וכן כתב מספר מאמרים עבור מאגר הידע. הוא בעל קשת רחבה של תחומי עניין, כולל CIFS,‏ NFS,‏ SNMP,‏ OnCommand® System Manager,‏ Unified Manager,‏ SnapDrive‎‎®‎‏, ו- SnapManager‎‎®‎‏, וכן Microsoft® Exchange,‏ SQL Server‎‎®‎‏,‏ Active Directory‎‎®‎‏,‏ LDAP ועוד - דבר שהופך אותו לסוג של "אולר שוויצרי" עבור הידע של NetApp.

Tech OnTap
הירשם עכשיו
Tech OnTap מספק מדי חודש תובנות בנושא IT וגישה בלעדית לשיטות עבודה מומלצות ובדוקות, עצות וכלים, ראיונות עם מהנדסים מאחורי הקלעים, הדגמות, ביקורות של עמיתים ועוד ועוד.

בקר ב- Tech OnTap בקהילת NetApp‏ והירשם עוד היום.

סייר
סייר
למידע נוסף על pNFS

מעוניין לקבל מידע נוסף על pNFS וכיצד לפרוס אותו כדי להאיץ את סביבת ה- IT שלך? עיין בקישורים הבאים:

סייר
 
TRUSTe
צור קשר   |   כיצד לרכוש   |   משוב   |   משרות  |   מינויים   |   מדיניות פרטיות   |   ‎© 2013 NetApp