Back to Basics: thin provisioning NetApp

Questo mese, Tech OnTap è lieta di presentare la nuova rubrica Back to Basics. In questo e nei prossimi articoli illustreremo le basi di diverse famose tecnologie NetApp, come deduplica, Snapshot®, FlexClone®, FlexCache®, e Flash Cache, per aiutarvi a comprenderle e iniziare a usarle.

Non è raro allocare molto storage lasciandolo inutilizzato per molto tempo. Ad esempio, un'università di design ha calcolato di aver bisogno di 27,5 TB di storage solo per gli studenti e la facoltà. Molti di questi utenti, però, utilizzavano solo una piccola parte di questo storage o finivano a volte per non usarlo affatto.

Tuttavia, utilizzando il thin provisioning sullo storage NetApp, l'università è riuscita a gestire queste allocazioni con solo 3,5 TB di storage fisico, caratterizzato da un utilizzo dell'80% (con un tasso di sovrallocazione di oltre 8:1). Grazie al thin provisioning l'università ha evitato l'acquisto di storage aggiuntivo, risparmiando oltre 90.000 dollari.

Il thin provisioning NetApp consente di fornire più storage logico ad host o utenti di quanto ne sia realmente presente nel pool di storage fisico. Invece di allocare spazio in anticipo, è possibile allocare dinamicamente lo spazio di storage per ogni volume o LUN proprio al momento della scrittura dei dati. Nella maggior parte delle configurazioni, viene liberato spazio nel pool comune di storage al momento della cancellazione dei dati del volume o del LUN (a patto che tale spazio non sia occupato da copie Snapshot).

Questo approccio al provisioning dello storage offre diversi vantaggi:

• Possibilità, come nell'esempio precedente, di evitare l'allocazione di una grande quantità di spazio inutilizzato.
• Con un maggior utilizzo è possibile ridurre la quantità di storage necessario, contenendo le spese dirette di capitale (capex).
• Sarà possibile ridurre anche le spese operative (opex) poiché lo storage occuperà meno spazio di data center, richiedendo meno elettricità e raffreddamento.
• Poiché i prezzi dello storage continuano a scendere, conviene ritardare il più possibile l'acquisto di capacità aggiuntiva in modo da risparmiare rispetto a un acquisto anticipato.
• La pianificazione della capacità sarà più semplice grazie alla possibilità di gestire un unico pool di storage libero. Più applicazioni e utenti potranno allocare lo storage a partire dallo stesso pool di spazio libero, evitando di sottoporre alcuni volumi a limiti di capacità mentre altri disporranno di capacità in eccesso.
• L'ambiente di storage sarà più agile, con la possibilità di reagire ai cambiamenti in maniera più semplice.

Figura 1) Provisioning tradizionale contro thin provisioning NetApp.

Questo capitolo di Back to Basics analizza l'implementazione del thin provisioning NetApp, ne illustra i casi di utilizzo più comuni e spiega come adoperarlo in ambienti SAN e NAS.

Modalità di implementazione del thin provisioning in Data ONTAP

L'ambiente operativo NetApp Data ONTAP® unisce dischi fisici in gruppi RAID costituiti da dischi di dati e dischi di parità. I gruppi RAID vengono raccolti in pool di storage denominati "aggregati". Un aggregato è una raccolta di gruppi RAID.

All'interno degli aggregati vengono creati volumi FlexVol®. I volumi FlexVol sono contenitori logici in grado di memorizzare dati. Gli host che utilizzano i protocolli NAS possono accedere direttamente ai volumi FlexVol e memorizzare dati all'interno di essi. Negli ambienti SAN, le LUN vengono create all'interno dei volumi FlexVol, consentendo agli host di accedervi. I volumi FlexVol non vengono associati direttamente a dischi specifici nell'aggregato. In questo modo è possibile astrarre i contenitori logici di storage dei dati dai contenitori fisici di storage sottostanti, ottenendo la flessibilità che consente di utilizzare il thin provisioning e le altre funzioni storage NetApp.

Figura 2) I volumi FlexVol offrono un'allocazione semplice per offrire, attraverso il thin provisioning, più spazio di quello disponibile nell'aggregato fisico.

Data ONTAP implementa il thin provisioning a livello di volume FlexVol e di LUN. Negli ambienti SAN, è possibile creare LUN con thin provisioning all'interno di volumi FlexVol su cui è già stata applicata tale tecnologia. Attraverso una semplice opzione di storage è possibile stabilire se un volume o un LUN specifico deve ottenere una garanzia di spazio fisico dall'aggregato di dischi. In altre parole, se non viene utilizzato il thin provisioning, sarà possibile abilitarlo su volumi e LUN esistenti agendo su una semplice opzione, senza interrompere le operazioni in attività.

Casi di utilizzo del thin provisioning

In generale, il thin provisioning offre vantaggi ottimali negli ambienti caratterizzati da un gran numero di server e applicazioni. Ad esempio, alcune fra le situazioni più adatte a tale tecnologia sono gli ambienti con server virtualizzati e i service provider che devono allocare storage per una grande quantità di utenti. Si tratta di una tecnologia ideale anche per il provisioning dello storage per le condivisioni di file e le directory home, per il backup disk-to-disk, l'hosting web, i servizi informativi e gli ambienti di servizi Internet (fra cui l'archiviazione di foto e gli account e-mail).

Segue una serie di esempi che spiegano in che modo il thin provisioning può offrire vantaggi ad alcuni ambienti applicativi specifici. Questo elenco è molto completo ma non è certo una guida esaustiva.

Home directory. Secondo molte aziende, i requisiti di capacità delle home directory variano considerevolmente all'interno della community di utenti. Si tratta di una situazione ideale per implementare il thin provisioning in maniera efficace. Applicando il thin provisioning sui volumi FlexVol che contengono le home directory, è possibile soddisfare le esigenze degli utenti che utilizzano molto spazio, senza sprecare risorse per gli utenti con requisiti più modesti.

Un'azienda che utilizza il thin provisioning per le home directory ha assegnato fino a 1 GB di spazio per i file di rete a ciascuno dei suoi 4.500 utenti. Usando il provisioning tradizionale, ciò richiederebbe 4,5 TB di spazio fisico, mentre il thin provisioning consente di soddisfare questo requisito con soli 600 GB di spazio fisico.

Backup disk-to-disk. Il provisioning per il backup disk-to-disk può essere un'operazione più complessa della semplice allocazione dello spazio per i requisiti dello storage primario. Bisogna infatti eseguire una stima della crescita dello storage primario, ma anche conoscere la velocità di cambiamento di ogni volume. Un'azienda che offre servizi di backup ai clienti interni è riuscita ad applicare con successo il thin provisioning sullo storage secondario per il backup disk-to-disk. Nel giro di un anno, il cliente è riuscito ad aumentare la capacità dello storage primario, passando da 500 a 900 TB senza aggiungere storage secondario.

Il data center dell'azienda era sottoposto a continue restrizioni di spazio calpestabile, alimentazione e raffreddamento, rendendo ancor più importanti i vantaggi ottenuti, oltre al semplice risparmio economico. Grazie al thin provisioning, l'azienda ha posticipato di un anno l'acquisto di nuovo storage secondario. L'utilizzo dello storage è aumentato da meno del 40% (soprattutto a causa di volumi sottoutilizzati) a circa il 70%.

Ambienti di server e desktop virtuali. Un altro candidato ideale per il thin provisioning è l'ambiente di virtualizzazione. Per ogni macchina virtuale, viene di solito riservato uno spazio su disco di 10-20 GB. Tuttavia, la maggior parte delle installazioni di macchine virtuali utilizza solo una piccola parte di questo spazio. Applicando il thin provisioning a questi volumi è possibile risparmiare un grande quantitativo di spazio.

Utilizzare il thin provisioning NetApp

È possibile abilitare il thin provisioning sullo storage NetApp agendo sulla corretta impostazione di un volume o di una LUN. Il thin provisioning può essere applicato a un volume impostando l'opzione "guarantee" su "none" , mentre per i LUN è sufficiente modificarne la prenotazione. Per agire su queste impostazioni è possibile utilizzare strumenti di gestione NetApp come Operations Manager e Provisioning Manager, oppure immettere i seguenti comandi:

Volume: vol options "targetvol" guarantee none

LUN: lun set reservation "/vol/targetvol/targetlun" disable

La modifica avrà luogo istantaneamente, senza alcuna interruzione operativa.

Nuove installazioni. Per creare un nuovo volume con thin provisioning, è sufficiente impostare la garanzia su "none" durante la creazione del volume dalla linea di comando. Con Provisioning Manager basta selezionare un profilo comprendente il thin provisioning, lasciando allo strumento il compito di eseguire il provisioning del sistema storage.

La figura 3 indica le opzioni di thin provisioning per un volume NAS di Provisioning Manager. Come indicato in figura, bisogna prima deselezionare la casella di selezione "Guarantee space for data and Snapshot copies" in modo da creare una policy che comprenda il thin provisioning. Il thin provisioning verrà applicato a qualsiasi set di dati assegnato a questo profilo.

Figura 3) Schermata che mostra le opzioni di thin provisioning per un volume NAS di Provisioning Manager.

La figura 4 illustra le opzioni SAN per eseguire il thin provisioning di un LUN. Selezionando l'opzione "Do not guarantee space for LUN or Snapshot copies" è possibile creare una policy di thin provisioning SAN. Il thin provisioning verrà applicato a qualsiasi set di dati SAN legato a questa policy.

Figura 4) Schermata che mostra le opzioni di thin provisioning per un LUN di Provisioning Manager.

Installazioni esistenti. Per applicare il thin provisioning a un volume esistente è necessario modificare l'opzione "guarantee" del volume impostandola su "none". Così facendo sarà possibile rendere disponibile lo spazio libero riservato al volume nell'aggregato. È possibile eseguire tale operazione anche attraverso uno strumento di gestione NetApp.

Gestione del thin provisioning. Un aspetto essenziale del thin provisioning è il corretto monitoraggio dell'utilizzo dello spazio. Poiché gli ambienti dotati di thin provisioning possono allocare più spazio logico rispetto a quello fisico realmente esistente, conviene utilizzare strumenti in grado di monitorare l'utilizzo dello spazio e di visualizzare messaggi e avvertimenti per aiutare l'utente a reagire in maniera puntuale, prevenendo l'esaurimento dello spazio.

Ad esempio, Operations Manager può definire avvisi per diversi livelli di riempimento e di utilizzo degli aggregati. È possibile utilizzare tali messaggi per avvertire gli utenti e consentir loro di rispondere in maniera corretta ai cambiamenti nel consumo dello storage. Negli ambienti dotati di thin provisioning è possibile ricevere un avviso al raggiungimento di una certa percentuale di overprovisioning di un aggregato oppure al riempimento di un aggregato fino a un certo livello.

Casi in cui non conviene utilizzare il thin provisioning. In alcuni casi conviene non utilizzare il thin provisioning. È importante valutare queste situazioni quando si decide se implementare tale funzionalità e su quali volumi:

• Se l'utilizzo dello storage su un volume è imprevedibile o altamente volatile.
• Se l'applicazione che utilizza il volume è mission-critical e non è tollerabile neanche una breve interruzione del servizio di storage.
• Se i processi di monitoraggio dello storage non sono in grado di rilevare il superamento delle soglie critiche. In questo caso, conviene implementare precise policy per il monitoraggio e la risposta.
• Se i tempi d'acquisto del nuovo storage sono imprevedibili. Se il processo d'acquisto è troppo lungo può non essere possibile mettere in linea il nuovo storage con sufficiente rapidità per evitare l'esaurimento dello spazio.

Thin provisioning su SAN contro thin provisioning su NAS

Esiste un'importante differenza fra il thin provisioning in ambienti SAN e NAS. Assegnando una LUN a un host, esso creerà un suo file system sulla LUN, per poi eseguire il bookkeeping. Di conseguenza, l'host potrà sfruttare un concetto di spazio utilizzato nella LUN molto diverso da quello utilizzato dal sistema storage. (Ciò vale per tutti i produttori di storage SAN, non solo per NetApp.) Questo problema è descritto dalla figura 5

Figura 5) Spiegazione delle cause alla base della perdita di sincronismo fra le viste dell'utilizzo dello spazio di storage e host. Un host deve poter riutilizzare immediatamente i blocchi liberati per allocare nuovo spazio.

NetApp dispone di una tecnologia di "recupero dello spazio" per conservare e riutilizzare lo spazio su disco già assegnato alle LUN. Senza il recupero dello spazio, è quasi impossibile eseguire il thin provisioning su una LUN per un lungo periodo di tempo. Anche se ciò dipende dal modo in cui una specifica applicazione utilizza lo spazio di storage, in generale il sistema storage tende ad assegnare sempre più spazio fino a raggiungere le dimensioni massime della LUN. A questo punto, il provisioning della LUN avviene in maniera normale.

La tecnologia di recupero dello spazio NetApp è stata integrata in SnapDrive® ed è disponibile gratuitamente. SnapDrive semplifica la gestione dello storage SAN NetApp per gli amministratori dei server, sia attraverso procedure guidate che un'interfaccia a linea di comando. NetApp ha lavorato molto per integrare il recupero dello spazio NetApp con l'API di thin reclamation Symantec.

È possibile lanciare periodicamente il processo di recupero dello spazio sulle LUN. Lo strumento della GUI rileverà lo spazio recuperabile, chiedendo se continuare con l'operazione. È possibile limitare il tempo impiegato dal processo, in modo da evitare di eseguirlo durante i periodi di picco.

Alcuni elementi da prendere in considerazione in caso di utilizzo del recupero dello spazio:

• È consigliabile eseguire il recupero dello spazio prima di creare una copia Snapshot. In caso contrario, i blocchi idonei per il recupero sarebbero bloccati nella copia Snapshot, diventando inutilizzabili.
• Poiché il recupero dello spazio occupa inizialmente parecchi cicli sull'host, conviene eseguirlo durante i periodi di bassa attività.
• Il normale traffico verso la LUN può aver luogo anche durante l'esecuzione del processo. Tuttavia, durante il processo di recupero dello spazio non è possibile eseguire determinate operazioni:

La creazione o il ripristino di una copia Snapshot arresta l'operazione di recupero dello spazio.

Non bisogna eliminare, scollegare o espandere le LUN.

Non bisogna cambiare il punto di montaggio.

Non è consigliabile eseguire la deframmentazione di Windows®.

Conclusioni

Il thin provisioning è un importante strumento di efficienza dello storage, che può essere utilizzato da solo o insieme ad altre soluzioni NetApp come deduplica, FlexClone e molto altro ancora. Per ulteriori informazioni sul thin provisioning, consultate le seguenti risorse:

  NetApp Thin Provisioning: Better for Business
  Silverton Consulting: NetApp Thin Provisioning: Doing More with Less
  Maximize Storage Efficiency with NetApp Thin Provisioning and Symantec Thin Reclamation

Paul Feresten Senior Product Marketing Manager NetApp Paul ha iniziato a lavorare per NetApp nel 2005, occupandosi di importanti software NetApp come Data ONTAP, MultiStore®, FlexClone e thin provisioning. Ha oltre 30 anni di esperienza nella gestione di prodotti, nelle vendite, nel marketing e nella gestione esecutiva. Prima di entrare in NetApp, Paul ha lavorato per Data General, Digital Equipment Corporation, MSI Consulting e SEPATON.

Uday Boppana Product Manager NetApp Uday è il responsabile di WAFL® e delle funzionalità del file system di Data ONTAP, come ad esempio l'efficienza dello storage, la mobilità dei dati senza alcuna interruzione operativa e le funzionalità Snapshot. È entrato in NetApp nel 2004, lavorando nel reparto tecnico, del marketing specializzato e della gestione dei prodotti in relazione a funzioni di Data ONTAP come SAN, FlexClone, WAFL ed efficienza dello storage. Uday vanta un master in informatica alla North Carolina State University.