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Back to Basics: FlexClone

Questo è il terzo articolo della serie Back to Basics, che tratta argomenti fondamentali relativi alle diffuse tecnologie NetApp.

Nel mondo dell'IT sono innumerevoli le situazioni in cui è opportuno creare una copia di un set di dati, ad esempio per lo sviluppo e il test delle applicazioni e per il provisioning di nuove macchine virtuali. Purtroppo, le copie con metodi tradizionali comportano un certo costo. Esse utilizzano un notevole quantitativo di capacità storage e risorse di server e reti, oltre a tempo e lavoro da parte degli amministratori. Di conseguenza, nel vostro lavoro vi ritrovate a utilizzare una minore quantità di copie non aggiornate rispetto a quanto sia effettivamente necessario.

La tecnologia NetApp FlexClone® è stata realizzata appositamente per risolvere questo problema. Questa tecnologia è stata introdotta in Data ONTAP® 7G per favorire la creazione di copie dei volumi flessibili (volumi FlexVol®) e delle LUN in maniera rapida ed efficiente in termini di spazio. In un precedente articolo di Tech OnTap® abbiamo descritto il modo in cui un team IT ha utilizzato la funzionalità di cloning rapido di NetApp, fondato sulla tecnologia FlexClone (integrata ora nella NetApp Virtual Storage Console o VSC), per implementare un ambiente di desktop virtuali da 9.000 postazioni, con un reprovisioning rapido e veloce e con una piccola parte dello storage normalmente necessario. NetApp utilizza il medesimo approccio per il provisioning dei server nei propri data center.

Rapporto fra la tecnologia FlexClone e l'approccio tradizionale alle copie dei dati.

Figura 1) Rapporto fra la tecnologia FlexClone e l'approccio tradizionale alle copie dei dati.

Utilizzando la tecnologia FlexClone al posto delle copie tradizionali si possono ottenere numerosi vantaggi:

  • Velocità. La creazione di copie con approcci tradizionali può richiedere minuti o persino ore. Con la tecnologia FlexClone, è possibile clonare in pochi secondi anche i volumi più estesi.
  • Efficienza in termini di spazio. I cloni utilizzano un piccolo quantitativo di spazio per i metadati, consumando spazio aggiuntivo solo in caso di aggiunta o modifica dei dati.
  • Riduzione dei costi. La tecnologia FlexClone consente di ridurre di almeno il 50% lo storage necessario per le attività di sviluppo e test o per gli ambienti virtuali.
  • Miglioramento della qualità dello sviluppo e dei test. Potete creare tutte le copie necessarie del vostro set di dati di produzione, senza limiti. Se un test danneggia i dati, sarà possibile riprendere il lavoro in pochi secondi. Gli sviluppatori e i tecnici dei test potranno accedere più rapidamente al set di dati, dedicando così più tempo alle attività produttive.
  • Sfruttate di più il vostro ambiente di DR. FlexClone consente di eseguire cloni e test completi dei vostri processi di DR oppure di utilizzare il vostro ambiente di DR per lo sviluppo e i test senza interferire con la replica in atto. Potete clonare le vostre copie di DR ed eseguire su di esse le attività di sviluppo e test.
  • Velocizzazione del provisioning di macchine e desktop virtuali. Implementazione di decine o centinaia di nuove macchine virtuali in pochi minuti con un aumento minimo e progressivo dell'utilizzo dello storage.

La maggior parte dei lettori di Tech OnTap probabilmente sa già come utilizzare FlexClone per il cloning dei volumi. Ma non tutti sanno che, a partire da Data ONTAP 7.3.1, FlexClone consente di clonare singoli file e offre funzionalità ottimizzate di cloning delle LUN.

Questo articolo della serie Back to Basics descrive l'implementazione della tecnologia FlexClone di NetApp, i casi di utilizzo più comuni, le best practice e molto altro ancora.

Modalità di implementazione di FlexClone in Data ONTAP

Cloning dei volumi

I volumi FlexClone offrono tutte le funzionalità di qualunque altro volume FlexVol, inclusa la possibilità di estenderli, ridurli e utilizzarli come origine di copie Snapshot® o di un altro volume FlexClone. La tecnologia alla base di tutto ciò dipende dal modo in cui lo storage viene gestito da Data ONTAP. I sistemi storage NetApp utilizzano il file system WAFL® (Write Anywhere File Layout) per gestire lo storage su disco. I nuovi dati scritti sul volume possono essere posizionati ovunque; non è necessario, infatti, collocarli in una posizione specifica. Il file system WAFL si occupa soltanto dell'aggiornamento dei metadati per integrare i dati appena scritti.

Le snapshot eseguono semplicemente una copia dei metadati associati a un volume. Quando i dati vengono modificati nel volume principale FlexVol, i blocchi originali rimangono associati alla snapshot e non vengono contrassegnati per il riutilizzo. Tutti gli aggiornamenti apportati ai metadati non sono che cambiamenti di puntatore.

Pensate a un volume FlexClone come a un livello trasparente su cui è possibile scrivere sovrapposto a una snapshot. Poiché è possibile scrivere su un volume FlexClone, è necessario spazio fisico per memorizzare i dati scritti nel clone. Una snapshot è un semplice collegamento ai dati esistenti che sono stati sovrascritti nel volume principale. I dati scritti su un volume FlexClone vengono memorizzati su disco (tramite WAFL), quindi viene creato un collegamento anche ai nuovi dati. Lo spazio su disco associato alla snapshot e al volume FlexClone viene gestito separatamente dai dati del volume FlexVol principale.

Cloning a livello di volume.

Figura 2) Cloning a livello di volume.

Per la creazione di un volume FlexClone è necessario poter identificare il volume FlexVol principale e disporre di una snapshot di tale volume da utilizzare come base. È possibile utilizzare una snapshot esistente oppure crearne una automaticamente. Il volume FlexClone ottiene una copia dei metadati della snapshot, che vengono poi aggiornati al momento della creazione del volume clone. La creazione di un volume FlexClone richiede solo pochi istanti, poiché i metadati copiati sono di dimensioni molto ridotte rispetto ai dati effettivi.

Il volume principale FlexVol può cambiare indipendentemente dal volume FlexClone: la snapshot consente di monitorare i cambiamenti e impedire il rilascio dei blocchi originali del volume principale fino a quando non viene eliminata. La snapshot è di sola lettura e può essere riutilizzata come base per diversi volumi FlexClone. Lo spazio viene utilizzato in maniera molto efficiente: verrà utilizzato nuovo spazio su disco soltanto per piccole quantità di metadati o per aggiornamenti e/o aggiunte al volume principale FlexVol o al volume FlexClone.

Questo approccio al cloning dei volumi consente anche di clonare volumi che contengono LUN. Di solito, prima di eseguire il cloning, è consigliabile verificare che la LUN di destinazione (o quelle all'interno dei volumi) si trovino in uno stato coerente. Questo argomento, e molti altri ancora, vengono descritti dettagliatamente nell'articolo NetApp TR-3347: A Thorough Introduction to FlexClone Volumes. Tuttavia, l'approccio basato sul cloning a livello di volume è stato ormai sostituito dall'approccio al cloning delle LUN che descriveremo in seguito.

Cloning di file e LUN

A partire da Data ONTAP 7.3.1, è possibile creare il clone di un file in un volume FlexVol di un ambiente NAS oppure di una LUN in un ambiente SAN senza la necessità di una snapshot di supporto.

Come per il cloning a livello di volume, il cloning di file e LUN è molto efficiente in termini di spazio: le copie clonate condividono lo stesso spazio fisico dell'origine e quello occupato dai metadati iniziali è trascurabile. I file o le LUN sottoposti a cloning occupano spazio aggiuntivo solo in caso di sovrascrittura o aggiunta di dati all'origine del clone. Il cloning è un processo rapido ed efficiente dal punto di vista del tempo, perché non sono necessarie copie fisiche dei dati.

Cloning a livello di file o di LUN. Richiede Data ONTAP 7.3.1 o versione successiva.

Figura 3) Cloning a livello di file o di LUN. Richiede Data ONTAP 7.3.1 o versione successiva.

Il processo di creazione del clone di un file esistente o di una LUN non incide sull'accesso da parte dei client, sia durante il processo di creazione che al termine del cloning. I client possono scrivere sul file o sulla LUN di origine anche durante il processo di cloning. Una volta completato il processo di cloning, i client possono accedere ai file o alle LUN del clone proprio come avverrebbe con qualsiasi altro tipo di file o LUN. È possibile eliminare i file e le LUN di origine e del clone senza alcun effetto negativo.

Queste nuove funzionalità, unite al cloning a livello di volume descritto in precedenza, costituiscono una soluzione efficiente in termini di tempo e spazio per molti dei problemi dei data center che richiedono la creazione di diverse copie del medesimo set di dati. È possibile unire FlexClone a livello di volume, file e LUN per creare una soluzione potente ed efficiente in termini di tempo e spazio che consenta la memorizzazione dei set di dati ridondanti, poiché tutti i file e le LUN ridondanti condividono lo stesso storage fisico sottostante.

È possibile utilizzare FlexClone anche per clonare i singoli file di una LUN in un ambiente SAN. Data ONTAP offre un'API per sfruttare questa funzionalità. Tuttavia, è necessario supporto dal lato host per integrare il file del clone nel file system dell'host e per fare in modo che tale file possa essere utilizzato dal client. Per ulteriori informazioni su questo processo e su tutti gli aspetti del cloning di file e LUN, consultate l'articolo TR-3742: Using FlexClone to Clone Files and LUNs.

Casi di utilizzo

È possibile utilizzare la tecnologia FlexClone in qualsiasi situazione in cui occorre eseguire la copia di un file, di una LUN o di un volume. Alcuni clienti utilizzano con successo la tecnologia FlexClone anche in ambienti di produzione, con l'impiego di FlexShare® per gestire la latenza dei cloni. Se lavorate con database di grandi dimensioni, FlexClone potrà essere particolarmente utile per operazioni di data warehouse e di sviluppo e test.

In questa sezione, analizzeremo due casi di utilizzo particolarmente diffusi:

  • Sviluppo e test: cloning a livello di volume
  • Provisioning per ambienti virtuali: cloning a livello di file o LUN

Sviluppo e test

Poiché la creazione di cloni ha un impatto praticamente nullo, è possibile aggiornare i dati di produzione clonati e utilizzati più spesso per le attività di sviluppo, in modo da poter eseguire test con dati sempre aggiornati e non con materiale obsoleto. La maggior parte delle aziende esegue l'aggiornamento solo ogni 90 giorni.

Inoltre, invece di costringere sviluppatori e tester a condividere una o due copie di un database di test, è possibile creare una copia "gold" e clonarla più volte, fornendo un clone per ciascuno. È possibile eseguire anche test distruttivi senza alcun rischio per i dati esterni al clone. Al termine del test, sarà possibile eliminare il clone e creare una nuova immagine pulita in pochi minuti. Questo approccio è descritto in un recente articolo di Tech OnTap dedicato allo sviluppo per Oracle11, in cui vengono presentate anche le metodologie di integrazione del mascheramento dei dati (che elimina i dati riservati degli utenti) nel processo di sviluppo.

In alcuni casi, si lavora per la maggior parte del tempo in un ambiente di DR praticamente inutilizzato, o quasi. Grazie alla tecnologia FlexClone, potete clonare i volumi di DR del vostro ambiente di produzione e utilizzare tale infrastruttura in maniera più produttiva. La replica necessaria per la clonazione dei volumi di origine potrà continuare ininterrottamente anche durante il lavoro di sviluppo e test sui cloni dei dati di produzione.

Di conseguenza, sarà possibile migliorare notevolmente le funzioni di sviluppo e test per aumentare la qualità delle applicazioni, velocizzare l'implementazione e ridurre i costi. Ad esempio, le attività di sviluppo e test su un database di produzione di 100 GB iniziano di solito con un mirror completo, per poi eseguire numerose copie per sviluppatori e tester. Supponendo, in maniera conservativa, che occorrano tre copie per ciascun tipo, i requisiti storage complessivi (compreso il database di produzione) sarebbero pari a 800 GB. Se si dispone di un mirror completo (in modo da evitare qualunque impatto sullo storage di produzione) e si utilizza FlexClone per le copie di sviluppo e test sarà possibile ridurre i requisiti storage complessivi a soli 260 GB, ovvero il 67% dello storage in meno (supponendo che il tasso medio dei cambiamenti nei volumi di sviluppo e test sia pari al 10%). La rapida creazione e pulizia dei cloni consente di rendere disponibili le copie più velocemente, lasciando così più spazio alle attività produttive.

Provisioning per gli ambienti virtuali

I vantaggi della tecnologia FlexClone si riflettono anche sul provisioning per gli ambienti di server e desktop virtuali. Il provisioning tradizionale richiede una copia completa e circa 20-30 minuti di lavoro per una macchina virtuale di dimensioni tipiche. Con il provisioning tramite FlexClone sono sufficienti solo 3 minuti, calcolati dall'inizio alla fine dell'operazione.

Per gli ambienti VMware®, il cloning a livello di file può favorire la creazione di cloni dei file VMDK memorizzati negli archivi dati VMware con accesso tramite NFS. È possibile utilizzare il cloning a livello di LUN quando i file VMDK vengono memorizzati nell'archivio dati VMFS di una LUN con accesso tramite FCP o iSCSI. Questa funzionalità è disponibile in vCenter™ di VMware, attraverso l'utility di cloning rapido integrata nella Virtual Storage Console (VSC) di NetApp. La VSC consente non solo di gestire il cloning, ma di eseguire anche una corretta configurazione e registrazione con vCenter. La VSC supporta anche la reimplementazione delle macchine virtuali esistenti per aggiornarle con le patch più recenti o con altri tipi di modifiche. Per ulteriori informazioni sul provisioning e sulle altre attività di gestione con lo storage NetApp per gli ambienti VMware, potete consultare un recente articolo di Tech OnTap.

NetApp offre anche ApplianceWatch PRO per Microsoft System Center, che consente di integrare il cloning negli ambienti Microsoft® Hyper-V™. L'integrazione del cloning con XenServer avviene attraverso Citrix StorageLink Adapter per NetApp Data ONTAP, un prodotto sviluppato in maniera congiunta.

Utilizzo della tecnologia FlexClone

È possibile sfruttare alcune best practice per utilizzare con successo la tecnologia FlexClone. Per informazioni complete, consultate gli articoli NetApp TR-3347: A Thorough Introduction to FlexClone Volumes e TR-3742: Using FlexClone to Clone Files and LUNs. Di seguito riportiamo un riepilogo di alcune best practice.

Per il cloning a livello di volume:

  • Il numero massimo di cloni di un volume è 255.
  • Quando si lavora con volumi FlexClone, è importante conoscere il funzionamento delle prenotazioni dello spazio e monitorare correttamente lo spazio disponibile. È possibile utilizzare diversi strumenti per impostare avvisi in grado di inviare notifiche dell'imminente esaurimento dello spazio.
  • Il volume FlexClone clonato conterrà dati con le medesime proprietà e autorizzazioni del volume di origine. Gli utenti e le applicazioni autorizzati all'accesso al volume FlexClone potranno accedere anche al volume principale. È opportuno utilizzare account utente separati per lo sviluppo e il test e per la produzione. In altre parole, consentire l'accesso al volume FlexClone, ma non al volume principale. Uno dei metodi utili a tale scopo consiste nel montare o mappare ciascun volume FlexClone su un host amministrativo, modificare le autorizzazioni e/o le proprietà dei file in modo da farle corrispondere agli utenti autorizzati di sviluppo e test, quindi montare nuovamente i volumi FlexClone sui server corretti.
  • Non create cloni di volumi protetti con NetApp SnapLock®.
  • Per le snapshot create manualmente, è consigliabile utilizzare un nome che consenta di capire immediatamente che si tratta della snapshot di un clone. Poiché non è possibile rinominare una copia snapshot, è importante rilevare qualsiasi snapshot esistente già utilizzata a supporto dei volumi clone.
  • Data ONTAP bloccherà le snapshot utilizzate a supporto dei volumi clone fino al momento della suddivisione o della distruzione del clone. Qualsiasi blocco di unità disco associato al volume della snapshot rimarrà bloccato e non verrà rilasciato per il riutilizzo fino al momento dell'eliminazione di tale copia.
  • Non eliminate la snapshot iniziale. Questa snapshot consente, infatti, di limitare il quantitativo di dati modificabili in un volume FlexClone e di velocizzare alcune operazioni dei client sui dati di un volume FlexClone.
  • Quando si elimina o si suddivide un volume FlexClone, Data ONTAP non elimina automaticamente le snapshot di supporto nel volume principale. Questo perché è difficile comprendere se e quando la snapshot potrebbe tornare utile per lavori futuri. Tocca a voi esaminare le snapshot esistenti dopo la rimozione dei volumi FlexClone e scegliere quelle da eliminare.

Per il cloning a livello di file e di LUN:

  • Al momento, è possibile associare a un blocco WAFL un massimo di 255 puntatori. In altre parole, è possibile clonare un file o una LUN per un massimo di 255 volte in un singolo volume FlexVol. Se si crea un numero di cloni maggiore, verranno create copie fisiche.
  • Dopo la creazione dei file di FlexClone lo spazio non viene riservato automaticamente. Per il file del clone non è prevista la prenotazione dello spazio, indipendentemente dalla prenotazione dello spazio sul file di origine. Per attivare la prenotazione dello spazio su un clone di file, utilizzare il comando file reservation.
  • Le LUN di FlexClone ereditano le impostazioni di garanzia dello spazio dall'origine. Se un volume non contiene spazio sufficiente per creare un clone con la medesima garanzia di spazio dell'origine, il processo di cloning fallirà. Nota: la LUN di origine e la LUN del clone condivideranno blocchi su disco anche dopo l'attivazione della garanzia dello spazio.
  • L'utilizzo della quota dei cloni viene addebitato a livello logico. Pertanto, l'utilizzo dello spazio aggiuntivo addebitato alla quota per la creazione di un clone è pari alle dimensioni logiche complessive del clone. Ad esempio, se si crea un clone di un file di 10 GB, lo spazio totale utilizzato addebitato alla quota per il file di origine e per il clone è pari a 20 GB (10 per l'origine e 10 per il clone).
  • Il superamento dei limiti di quota quando si crea un'istanza FlexClone di un file ha effetti diversi sulle quote qtree e sulle quote dei gruppi o degli utenti. Se lo spazio logico totale utilizzato e occupato dopo la creazione di un clone è maggiore della quota tree consentita per il qtree, l'operazione di cloning fallirà.
  • Se lo spazio logico totale utilizzato e occupato dopo la creazione di un clone è maggiore della quota consentita per quell'utente o quel gruppo, l'operazione di cloning avrà esito positivo se il volume FlexVol dispone di spazio sufficiente per contenere i metadati o i dati del clone. Tuttavia, al completamento dell'operazione di cloning, la quota di tale utente o gruppo verrà sovrascritta.
  • Se il file di origine di un'operazione di FlexClone dispone di elenchi o flussi ACL (Access Control List), essi non verranno clonati e non saranno disponibili per il file del clone. Per trasferire le autorizzazioni basate su ACL dal file di origine a quello del clone o per assegnare flussi al file del clone occorre eseguire separatamente tale operazione sul file del clone al termine del processo di cloning.
  • Il comando DU -k è particolarmente utile per l'identificazione dei blocchi univoci in un clone di file o LUN.

Unione del cloning a livello di volume e di file o LUN:

  • È possibile integrare gli approcci al cloning a livello di file o LUN e di volume per creare un numero elevato di cloni di un singolo file o una singola LUN. È possibile eseguire tale operazione creando il numero massimo di cloni del file o della LUN (255) nel volume di origine, per poi ripetere il cloning del volume tutte le volte che è necessario.
  • Per un numero elevato di copie di file o LUN del medesimo volume, creare 255 cloni. Il 256mo clone sarà una copia completa. A questo punto, sarà possibile clonare questa copia per 255 volte, fino a ottenere il numero desiderato di cloni.
  • Per informazioni complete su queste procedure, consultate l'articolo TR-3742: Using FlexClone to Clone Files and LUNs.

FlexClone e altre tecnologie NetApp

In termini di integrazione con gli altri prodotti NetApp, la tecnologia FlexClone vanta numerose similitudini con la deduplica NetApp. Ciò dipende dalla possibilità, da parte di entrambe le tecnologie, di ridurre l'utilizzo dello storage consentendo a un un singolo blocco storage di avere diversi puntatori. Vediamo come agisce FlexClone insieme alla deduplica e ad altre tecnologie NetApp:

  • Deduplica. Un volume FlexClone di un volume deduplicato erediterà i risparmi garantiti dalla deduplica. È possibile utilizzare FlexClone anche su un volume non deduplicato e deduplicare il clone per ottenere vantaggi senza alterare in alcun modo la copia principale. Negli ambienti virtuali è possibile utilizzare la tecnologia FlexClone per creare macchine virtuali molto efficienti in termini di spazio e aggiungere la deduplica per mantenere a lungo termine i risparmi ottenuti in tal senso.
  • Flash Cache. Flash Cache esegue un caching intelligente che velocizza le operazioni di I/O. La tecnologia NetApp FlexClone aumenta le probabilità di cache hit. È molto probabile che un blocco condiviso da molti file o volumi e presente in Flash Cache venga richiesto nuovamente. Questo effetto è denominato "amplificazione della cache" e si rivela particolarmente utile con la virtualizzazione dei desktop e del server.

SnapMirror. Utilizzando SnapMirror® per volumi insieme alla tecnologia FlexClone a livello di file o di LUN, è possibile mantenere i risparmi in termini di spazio: indipendentemente dal numero di copie create, il clone verrà replicato una sola volta. Con SnapMirror qtree e SnapVault® i risparmi in termini di spazio vengono persi, ottenendo copie complete dei file clonati. È possibile utilizzare la deduplica per recuperare lo spazio sulla destinazione.

In alcuni casi, i cloni del volume efficiente in termini di spazio conterranno dati critici che giustificheranno l'utilizzo della replica. Con le versioni precedenti a Data ONTAP 8.0.1 (7-Mode), replicando un volume FlexClone con SnapMirror per volumi, i risparmi di spazio non vengono mantenuti. Il volume FlexClone sulla destinazione richiede una capacità pari alle dimensioni del volume principale. Con Data ONTAP 8.0.1 7-Mode, è possibile replicare i volumi FlexClone utilizzando SnapMirror per volumi, senza dover utilizzare capacità aggiuntiva sul sistema di destinazione, a patto di replicare anche il volume principale del volume FlexClone. Per ulteriori informazioni, consultate l'articolo TR-3446: SnapMirror Best Practices.

Conclusioni

La tecnologia NetApp FlexClone è un importante strumento per l'efficienza dello storage che è possibile utilizzare indipendentemente o insieme ad altre soluzioni NetApp come NetApp Flash Cache, la deduplica e così via. Per ulteriori informazioni su NetApp FlexClone, consultate gli articoli NetApp TR-3347: A Thorough Introduction to FlexClone Volumes e TR-3742: Using FlexClone to Clone Files and LUNs.

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Carlos Alvarez
Senior Technical Marketing Engineer
NetApp


Carlos lavora per NetApp dal 2008, è specializzato sull'efficienza dello storage e vanta un'approfondita conoscenza della deduplica, della compressione dei dati e del thin provisioning. Carlos offre regolarmente consulenza sull'integrazione delle tecnologie di efficienza dello storage NetApp® più efficaci e adatte alle configurazioni dei clienti. Grazie a oltre 20 anni di esperienza nel settore, Carlos è stato scelto per realizzare numerose guide all'implementazione, white paper tecnici, architetture di riferimento, best practice e guide alle soluzioni.


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