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Scalabilità orizzontale enterprise-ready con Data ONTAP 8 Cluster-Mode
Mike McNamara
Senior Manager, Product Marketing

L'idea alla base dello storage a scalabilità orizzontale è molto semplice. Invece di portare al limite l'espansione di un sistema storage monolitico per poi aggiungerne un altro, con lo storage a scalabilità orizzontale è possibile costruire un cluster di nodi storage che agisca come una singola entità. Un nuovo nodo aggiunge performance e capacità in modo prevedibile e consente di espandere le risorse storage in maniera incrementale seguendo l'aumento della domanda.

Molti altri vendor offrono prodotti storage a scalabilità orizzontale, ma privi di funzionalità avanzate per soddisfare le esigenze più comuni. In generale si tratta di prodotti dedicati ad applicazioni tecniche, in grado di utilizzare le sole NAS, limitati a un tipo o a un modello specifico di storage controller specializzato e che offrono un supporto limitato o nullo al tipo di funzionalità di protezione dei dati e di efficienza dello storage necessarie e richieste da gran parte degli utenti storage.

NetApp® Data ONTAP® 8 è il primo sistema a offrire una soluzione completa e unificata a scalabilità orizzontale che garantisce un'infrastruttura storage always-on e adattabile agli ambienti altamente virtualizzati. L'approccio NetApp alla scalabilità orizzontale offre:

  • storage unificato con la possibilità di supportare FC, FCoE, iSCSI, NFS, pNFS e CIFS;
  • operazioni senza interruzioni per eliminare i downtime pianificati anche durante l'assistenza e gli aggiornamenti;
  • protezione integrata dei dati grazie alla tecnologia NetApp Snapshot™ e alla replica di SnapMirror®;
  • configurazioni eterogenee dei cluster in grado di integrare diversi tipi di controller e dischi e di offrire il tiering storage all'interno di un cluster;
  • innovativa efficienza dello storage, che comprende deduplica, thin provisioning e compressione;
  • gestione semplificata per implementazioni su larga scala;
  • multi-tenancy sicura con Vserver per un isolamento sicuro;
  • scalabilità e performance elevate per crescere fino a 50 PB di storage e fino a oltre 1,5 milioni di operazioni al secondo SPECsfs2008_nfs.v3.

Inoltre l'ultima versione di Data ONTAP 8.1.1 offre molte nuove funzionalità per migliorare le performance, la gestibilità e la possibilità di assistenza in Cluster-Mode o in 7-Mode.

Questo articolo analizza le funzionalità di scalabilità orizzontale di Data ONTAP® 8 in Cluster-Mode.

Conoscere il Cluster-Mode

Data ONTAP 8 in Cluster-Mode è l'elemento che consente l'implementazione delle configurazioni storage a scalabilità orizzontale NetApp. I building block di base del Cluster-Mode sono le note coppie HA di NetApp, in cui due storage controller vengono interconnessi con il medesimo set di dischi. Se un controller dovesse guastarsi, l'altro si occuperà dello storage del controller guasto senza interrompere la distribuzione dei dati.

In Cluster-Mode, ogni storage controller viene definito "nodo del cluster" e può essere di diversi modelli e dimensioni. Ad esempio, un cluster potrebbe contenere FAS2240, FAS3270, FAS6280, FAS3040 e un open storage controller V-Series (che agisce come front end per un array storage di terzi, come gli array prodotti da EMC, HDS, HP o IBM). I dischi vengono riuniti in aggregati, gruppi di dischi di un particolare tipo composti da uno o più gruppi RAID protetti con NetApp RAID-DP®.

Viene utilizzata una rete dedicata e ridondante Ethernet a 10 Gigabit per la comunicazione fra nodi del cluster e lo spostamento dei dati fra dispositivi storage fisici o logici. Per le funzioni di gestione viene utilizzata una rete separata.

Nella Figura 1 viene illustrato un cluster eterogeneo con un mix di tipi di controller (V-Series compreso), protocolli storage e dischi supportati per associare il costo e le performance dello storage ai requisiti dei dati e dei carichi di lavoro. I sistemi indicati nella parte sinistra del diagramma sono a performance elevate e costruiti con controller di fascia alta (ad esempio FAS6280) e dischi veloci SAS e/o SSD. I sistemi indicati sul lato destro del cluster sono i controller di livello medio (ad esempio FAS3240) e i dischi SATA ad alta capacità scelti per ridurre al minimo il costo per gigabyte di storage. In caso di cambiamento dei requisiti, è possibile spostare i dati senza interruzioni all'interno del cluster in modo da ottimizzare in funzione delle performance o della capacità. Ad esempio, una volta completato un progetto ad alte performance come il desgin di un semiconduttore, è possibile spostarlo su storage più economico. Al momento della successiva revisione del chip, è possibile riportare il progetto sullo storage ad alte performance.

È possibile costruire cluster omogenei anche per massimizzare le performance o la capacità di diverse applicazioni. La successiva sezione sulla scalabilità e sulle performance offre alcuni esempi di cluster omogenei.

Un cluster eterogeneo può comprendere sia opzioni storage ad alta capacità che ad alte performance, in modo da soddisfare i requisiti di diversi carichi di lavoro. Un singolo namespace può offrire diverse classi di servizio.

Figura 1) Un cluster eterogeneo può comprendere sia opzioni storage ad alta capacità che ad alte performance per soddisfare i requisiti di diversi carichi di lavoro. Un singolo namespace può offrire diverse classi di servizio.

Operazioni senza interruzioni

Con la progressiva dipendenza delle operazioni di business dai servizi IT, i downtime diventano sempre più inaccettabili, siano essi pianificati o meno. I downtime possono causare la perdita di opportunità commerciali, scarsa soddisfazione dei clienti e debolezza competitiva. L'infrastruttura storage deve essere always-on e i dati devono essere sempre accessibili. Le operazioni senza interruzioni sono parte integrante di Data ONTAP 8 in Cluster-Mode, in modo che la tua infrastruttura storage possa restare attiva e distribuire dati anche durante la manutenzione hardware/software e le operazioni di aggiornamento.

Al momento di aggiornare l'hardware, è possibile spostare i dati senza alcuna interruzione da una coppia di HA del cluster a un'altra, in modo da poter rimuovere il vecchio hardware dal cluster senza mettere i dati offline.

La capacità di spostare singoli volumi di dati, in altre parole Data Motion™ per volumi, consente di ridistribuire i dati nel cluster in qualsiasi momento e per qualsiasi ragione. DataMotion è completamente trasparente per gli host NAS e SAN e non causa alcuna interruzione. Questo approccio agli aggiornamenti in corso d'opera consente di gestire e aggiornare l'infrastruttura storage senza alcuna interruzione per l'intero ciclo di vita dei dati, anche durante il normale orario di lavoro.

Le operazioni di manutenzione hardware e software eseguibili senza interruzioni in un ambiente Cluster-Mode comprendono l'aggiornamento da una versione di Data ONTAP a un'altra, l'aggiornamento del firmware (sistema, dischi e switch), la sostituzione di un controller o di un componente guasto all'interno dello stesso (ad esempio, HBA e NIC) e la sostituzione di cavi, dischi e moduli di I/O non funzionanti.

Inoltre con Data ONTAP 8 è possibile aggiungere storage controller o shelf a un cluster, installare HBA e Flash Cache ed eseguire un aggiornamento senza interruzioni. È possibile anche ridistribuire i dati su diversi controller per migliorare le performance, spostarli fra controller per il bilanciamento della capacità e ridistribuirli sui tier storage di un cluster per ottimizzare le performance dei dischi.

Multi-tenancy

È molto importante isolare i clienti nei cloud pubblici e le diverse business unit nei cloud privati. Tale isolamento può aver luogo a livello di calcolo, rete e storage. Il clustering di Data ONTAP 8 offre la multi-tenancy a livello di storage attraverso l'isolamento di entità storage come interfacce logiche, LUN e volumi all'interno di un Vserver.

Data ONTAP 8 in Cluster-Mode utilizza i Vserver per offrire la multi-tenancy.

Figura 2) Data ONTAP 8 in Cluster-Mode utilizza i Vserver per offrire la multi-tenancy.

Un Vserver è un contenitore storage sicuro, virtualizzato e dotato di una protezione amministrativa, indirizzi IP e namespace proprietari. Un Vserver può comprendere volumi residenti su qualsiasi nodo del cluster. Il clustering di Data ONTAP supporta da uno a centinaia di Vserver in un singolo cluster.

Ciascun Vserver può utilizzare uno o più protocolli di accesso SAN (FC, FCoE, iSCSI) e NAS (NFS, pNFS, CIFS) e contiene almeno un volume e un'interfaccia logica, detta anche LIF. Le LIF presentano un indirizzo IP (utilizzato dai client NAS e dagli host iSCSI) o un WWN (per l'accesso FC e FCoE). Ogni LIF è mappata a una porta home di una scheda di rete o di un adattatore HBA. Le LIF consentono di visualizzare le porte NIC e HBA. Ciascun Vserver richiede un proprio set di LIF dedicato: su ciascun nodo cluster è possibile definire fino a 128 LIF. Poiché ciascun Vserver funziona in un proprio namespace, ciascun cliente associato a un Vserver è completamente isolato. Se necessario, è possibile delegare l'amministrazione di ciascun Vserver in modo da assegnare a diversi amministratori il compito del provisioning dei volumi e delle altre operazioni specifiche dei Vserver: si tratta di una funzionalità particolarmente importante negli ambienti multi-tenant.

Scalabilità e performance

Al momento, le configurazioni NAS possono crescere fino a 24 nodi, mentre le configurazioni SAN possono raggiungere i 6 nodi. NetApp ha pubblicato le cifre sulle performance NAS e SAN (file e blocchi) secondo i benchmark standard di settore.

Performance NAS

NetApp ha valutato le performance dei file service in Cluster-Mode utilizzando il benchmark SPECsfs. Un cluster di nodi di FAS6240 ha dimostrato scalabilità lineare con l'aggiunta di nodi, arrivando a performance massime di oltre 1,5 milioni di operazioni/secondo SPECsfs2008_nfs.v3 con 24 nodi. Secondo queste performance, Data ONTAP 8 in Cluster-Mode vanta scalabilità e performance tali da soddisfare qualsiasi carico di lavoro. In un precedente articolo di Tech OnTap® abbiamo fornito maggiori informazioni su questi risultati.

Performance SAN

NetApp ha inviato anche un cluster storage unificato FAS6240 a 6 nodi per sottoporlo ai test Storage Performance Council SPC-1 sulle performance a blocchi con Data ONTAP 8.1.1. I risultati di questo benchmark SPC-1 del Cluster-Mode sono stati di circa 250.000 operazioni I/O al secondo (IOPS) SPC-1, $ 6,69 per operazione di I/O al secondo ($/IOPS) e un tempo minimo di risposta (LRT) di 0,99 millisecondi. Questi risultati dimostrano che il modello di scalabilità orizzontale modulare può essere la base di una crescita continua con il progressivo aumento del numero di nodi e delle performance dei controller.

In termini di performance relativa, un FAS6240 a 6 nodi si è classificato nel 10% delle migliori configurazioni inviate in base alle misurazioni di LRT. Il risultato in termini di IOPS indica un aumento del 267% delle performance e una riduzione del 12% dei costi rispetto al risultato SPC-1 di FAS3270 da noi pubblicato. Inoltre nei test SPC-1 NetApp indica il prezzo di listino (quasi tutti gli altri vendor indicano prezzi scontati), ottenendo un valore di $/IOPS molto più conservativo e verificabile rispetto alla concorrenza.

Tecnologia Infinite Volume per Enterprise Content Repository

Poiché le organizzazioni creano petabyte di dati, è sempre più difficile memorizzare, gestire e recuperare i contenuti in modo efficiente e flessibile. Inoltre, molte organizzazioni devono conservare i dati per lunghi periodi di tempo, a volte anche per decenni, senza rinunciare alla possibilità di eseguire ricerche sui dati ovunque essi siano memorizzati. NetApp ha creato la tecnologia Infinite Volume per risolvere i problemi di scalabilità degli Enterprise Content Repository eliminando la complessità della strutturazione dei dati in numerosi contenitori di piccole dimensioni.

NetApp Infinite Volume è un cluster dedicato con Data ONTAP 8.1.1. Il prodotto offre un singolo punto di montaggio NFSv3 in grado di scalare in verticale fino a 20 PB o a 2 miliardi di file contenuti in un singolo Vserver. Al momento, Infinite Volume supporta fino a cinque coppie di HA (10 nodi) in Data ONTAP 8.1.1.

Un Infinite Volume è un volume composto in cui dati vengono distribuiti su diversi volumi costituenti (detti "costituenti") distribuiti su tutti i nodi del cluster. La gerarchia del namespace viene memorizzata in un singolo volume costituente del namespace attivo per l'intero repository di contenuti. I client NFS possono visualizzare il contenuto di questo volume. Tutte le ricerche di metadati (scansione di directory, aperture di file, prelievo di attributi e così via) vengono eseguite nel volume costituente del namespace. Le successive letture e scritture hanno luogo direttamente attraverso il nodo che "possiede" il costituente dei dati contenente i file a cui si intende accedere. Il bilanciamento del carico viene eseguito automaticamente al momento dell'inserimento dei dati nell'Infinite Volume.

Gli Infinite Volume offrono una gestione semplificata attraverso OnCommand® System Manager 2.1. Le copie Snapshot per la replica e la protezione dei dati vengono create a livello di Infinite Volume, per poi essere coordinate su tutti i costituenti del repository per motivi di coerenza dei dati.

Gli Infinite Volume offrono tutte le funzionalità di alta disponibilità e affidabilità di un cluster di Data ONTAP, ad esempio le operazioni senza interruzioni e le funzionalità avanzate di efficienza dello storage.

NetApp Infinite Volume è una funzionalità utile per creare un Enterprise Content Repository.

Figura 3) NetApp Infinite Volume è una funzionalità che consente di creare un Enterprise Content Repository.

Tecnologia Flash Pool

Con il rilascio di Data ONTAP 8.1.1, NetApp ha aggiunto la nuova tecnologia Flash Pool, che consente di migliorare ulteriormente la scalabilità e le performance delle configurazioni 7-Mode e Cluster-Mode. Flash Pool è supportato da tutti i sistemi storage NetApp, compresi quelli entry-level. Nessun altro vendor offre questo tipo di funzionalità nel mercato storage entry-level.

Flash Pool è una cache persistente in lettura e scrittura e a livello di aggregato. Consente di aggiungere gruppi RAID costituiti da SSD a un aggregato contenente HDD, in modo da ottenere performance simili a quelle di un aggregato costituito solo da SSD, ma con costi più vicini a quelli di un aggregato costituito da soli HDD. In un aggregato viene utilizzato un numero relativamente contenuto di SSD come cache persistente in grado di velocizzare i random read e write.

Flash Pool è parte del Virtual Storage Tier (VST) NetApp e funziona in maniera simile a NetApp Flash Cache. Flash Pool condivide la stessa granularità di 4 KB, lavora in tempo reale, è completamente automatico e lavora in sinergia con le tecnologie di protezione dei dati e di efficienza dello storage di NetApp. Inoltre, Flash Pool consente di inserire in cache i dati scritti in maniera random e offre performance coerenti durante le operazioni di failover e takeover grazie all'accessibilità e alla disponibilità della cache dei dati a livello di aggregato in situazioni di questo tipo. Flash Pool e Flash Cache possono coesistere nello stesso sistema, con la possibilità di convertire senza interruzioni gli aggregati in uso in modo da poter utilizzare Flash Pool.

Tecnologia NetApp Flash Pool.

Figura 4) Tecnologia NetApp Flash Pool.

Conclusioni

Oltre alle elevate performance e alla bassa latenza, Data ONTAP 8 in Cluster-Mode offre l'intera gamma di efficienza dello storage e protezione dei dati NetApp, operazioni senza interruzioni e supporto completo per ambienti di multi-tenancy sicura e cloud.

Che si scelgano sistemi FAS o V-Series, Data ONTAP 8 in Cluster-Mode garantisce un'affidabilità "always-on" per operazioni senza interruzioni, un'eccezionale flessibilità per anticipare i cambiamenti del mercato e l'efficienza operativa necessaria a far crescere la tua azienda. Potrai avere ancor più successo grazie all'ampio ecosistema di partner.

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di Mike McNamara, Senior Manager, Product Marketing

Mike vanta 23 anni di esperienza nel marketing del settore informatico, di cui 17 dedicati allo storage. Ha lavorato in Adaptec, EMC e Hewlett Packard prima di entrare a far parte di NetApp più di sei anni fa. Mike è anche presidente del marketing della Fibre Channel Industry Association (FCIA) e membro della Ethernet Alliance, oltre a ricoprire spesso il ruolo di relatore in eventi di settore.

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