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使用 Data ONTAP 8 Cluster-Mode 的企業級橫向擴充解決方案
資深產品行銷經理
Mike McNamara

橫向擴充儲存背後的概念很簡單。一般的做法是將個別的單一儲存系統用到極限,然後再新增另一個儲存系統,但是橫向擴充不一樣,橫向擴充是將多個儲存節點組合成單一叢集,然後將其作為單一實體管理。在單一叢集中增加新節點能提高一定的儲存容量和效能,如此一來便能依照需求逐步添置儲存資源。

雖然各個廠商推出橫向擴充儲存產品已有一段時間,但這些產品在因應主流的儲存需求方面仍顯不足。這些產品通常偏重技術和工程應用、僅適用 NAS、受限於特殊的儲存控制器類型或機型,而且對大多數用戶所需要及預期的儲存效率和資料保護功能,不是支援有限就是完全不支援。

NetApp® Data ONTAP® 8 是第一個提供完整、統一化橫向擴充解決方案的產品,為高度虛擬環境提供可靈活調整、並且是全年無休的儲存基礎架構。NetApp 的橫向擴充做法可提供:

  • 統一化儲存設備:具備支援 FC、FCoE、iSCSI、NFS、pNFS 和 CIFS 的能力。
  • 不中斷作業:即使是在維修和升級期間,都能有效地縮短計劃的停機時間。
  • 整合式資料保護:使用 NetApp Snapshot™ 科技和 SnapMirror® 複寫技術。
  • 異質叢集組態:可整合不同的控制器和磁碟類型,以及在單一叢集內建立儲存階層。
  • 創新的儲存效率:包括重複資料刪除技術、資源隨需配置及壓縮功能。
  • 簡化管理:適用於大規模部署。
  • 安全的多重用戶共享:使用 Vserver 提供安全隔離。
  • 高度擴充性和效能:儲存容量可擴充至 50PB,SPECsfs2008_nfs.v3 操作可達每秒超過 150 萬次。

此外,最新版的 Data ONTAP 8.1.1 還提供幾項全新功能,不論您是使用 Cluster-Mode 還是 7-Mode,都能提升效能、管理能力與支援能力。

本文著重於討探以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 之橫向擴充功能。

瞭解 Cluster-Mode

對 NetApp 橫向擴充的儲存組態而言,以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 是重要推手。Cluster-Mode 的基本建構區塊是大家已熟悉的 NetApp HA 配對,其中的兩個儲存控制器會互連至相同的磁碟組上。如果其中一個控制器故障,另一個控制器就會接管其儲存設備並繼續處理資料。

在 Cluster-Mode 中,每一個儲存控制器皆被視為一個叢集節點,各節點可以分屬不同機型與大小。例如,FAS2240、FAS3270、FAS6280、FAS3040 和 V 系列開放式儲存控制器(作為協力廠商儲存陣列的前端,如 EMC、HDS、HP 或 IBM)可以全部布置於相同的叢集。磁碟會被指派群組,建立集合體,集合體即由一或多個 RAID 群組組成的特定類型磁碟群組,使用 NetApp RAID-DP® 作為保護。

叢集節點之間的通訊,以及邏輯或實體儲存裝置之間的資料移動,是透過專用的備援 10 Gigabit 乙太網路進行。管理功能使用不同的網路。

圖 1 顯示混合不同類型的控制器所組成的異質叢集(包括 V 系列、儲存通訊協定和支援的磁碟類型),如此一來便能因應不同的資料和工作負載需求而調整儲存效能和成本。圖形左側為高效能系統,這些系統是使用高階控制器(例如 FAS6280)和快速 SAS 及/或 SSD 磁碟機所建置。叢集右側的系統使用中階控制器(例如 FAS3240)與高容量 SATA 磁碟機,目的是將每 GB 儲存成本降至最低。如果需求有變,可在叢集內以不中斷系統運作的方式移動資料,以獲得最佳效能或容量。例如,當一個高效能專案(如半導體設計)完成時,可將其移至儲存成本較低的設備。在下一次修改晶片時,再將專案移回高效能的儲存設備。

也可以建置同質叢集,針對各種應用程式取得最高的效能或容量。我們會在後面的擴充性和效能章節中討論同質叢集的範例。

單一個異質儲存叢集可同時包含高效能和高容量兩種不同的儲存選項,以符合不同的工作負載需求。單一命名空間可提供許多服務類別。

圖 1) 單一個異質儲存叢集可同時包含高效能和高容量兩種不同的儲存選項,以符合不同的工作負載需求。單一命名空間可提供許多服務類別。

不中斷作業

隨著企業營運越來越依賴 IT 服務,停機時間(不論是否在計劃中)已經不可行。停機時間可能導致生意流失、客戶滿意度降低以及削弱競爭優勢。儲存基礎架構必須全年無休,並且資料必須隨時都可存取。不中斷作業對以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 而言,是一項不可或缺的必要功能,能在軟硬體維護以及重新整理作業期間,讓儲存基礎架構維持運作並進行資料處理。

當硬體需要汰舊換新時,可將資料從儲存叢集的一個 HA 配對搬移到另一個 HA 配對,完全不需中斷運作,也不需執行資料離線,即可輕鬆淘汰叢集中的舊硬體設備。

移動個別資料磁碟區的功能也稱為 DataMotion™ for Volumes,可隨時基於任何理由,跨叢集重新分散資料。執行 DataMotion 時不會影響 NAS 和 SAN 主機,造成作業中斷。利用這種輪流更新方式,您可在整個資料生命週期中,甚至在日常營運期間,不間斷地管理、升級及維護您的儲存基礎架構。

可在 Cluster-Mode 環境中不間斷執行的特定軟硬體維護作業包括:從一個 Data ONTAP 版本升級至另一個版本;升級韌體(系統、磁碟和交換器);更換故障的控制器或控制器中的元件(例如 HBA、NIC);以及更換故障的纜線、磁碟機和 I/O 模組。

此外,利用 Data ONTAP 8,將儲存控制器或磁碟櫃新增至叢集、新增 HBA 和 Flash Cache,以及升級元件時,亦不會中斷作業。您也可以跨控制器重新分散資料以增進效能、跨控制器移動資料以重新平衡容量,以及跨叢集內的儲存階層重新分散資料,以獲得最佳的磁碟效能。

多重用戶共享

在運算、網路與儲存層上能安全地隔離公有雲端中的個別客戶,與私有雲端中不同的企業單位,這是非常重要的。Data ONTAP 8 叢集藉由隔離儲存實體(如 Vserver 中的邏輯介面、LUN 和磁碟區),而得以在儲存層上提供多重用戶共享。

以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 使用 Vserver 提供多重用戶共享。

圖 2) 以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 使用 Vserver 提供多重用戶共享。

Vserver 是安全的虛擬儲存容器,有自己的一套系統管理安全性設定值、IP 位址和命名空間。Vserver 可包含任何叢集節點中的磁碟區。Data ONTAP 叢集在單一叢集中可支援一至數百個 Vserver。

每一個 Vserver 可啟用一或多個 SAN(FC、FCoE、iSCSI)和 NAS(NFS、pNFS、CIFS)存取通訊協定,並至少包含一個磁碟區和至少一個邏輯介面或 LIF。LIF 顯示 IP 位址(將由 NAS 用戶端和 iSCSI 主機使用)或 WWN(適用於 FC 和 FCoE 存取)。每一個 LIF 會對應至 NIC 或 HBA 上的一個主連接埠。LIF 會虛擬化 NIC 和 HBA 連接埠。每一個 Vserver 都需要其專屬的 LIF 組,最多可在任何叢集節點上定義 128 個 LIF。由於每一個 Vserver 都是在其自身的命名空間中運作,因此可以完全隔離對應至 Vserver 的每一個客戶。若有需要有可以委派每一個 Vserver 的管理作業,讓個別的管理員各自負責磁碟區和其他 Vserver 特定作業的資源配置,這個功能在多重用戶共享環境中特別有用。

擴充性和效能

NAS 組態目前最多可擴充為 24 個節點,而 SAN 組態最多可擴充為 6 個節點。NetApp 已公佈依據業界標準基準的 NAS 和 SAN(檔案和區塊)效能數據。

NAS 效能

NetApp 使用 SPECsfs 基準來評估 Cluster-Mode 檔案服務效能。增加至最多 24 個節點時,FAS6240 節點叢集展現了線性擴充效果,也就是超過 150 萬的 SPECsfs2008_nfs.v3 ops/sec 最大效能。此效能顯示不論工作負載為何,以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 其擴充性和效能皆足以因應。先前的 Tech OnTap® 文章中已說明這些結果的詳細資訊。

SAN 效能

NetApp 還將執行 Data ONTAP 8.1.1 的 FAS6240 6 節點統一化儲存叢集,提交進行「儲存效能協會」SPC-1 區塊效能測試。此 Cluster-Mode SPC-1 基準測試的結果是每秒 ~250,000 次 SPC-1 I/O 運算 (IOPS)、每秒每次 I/O 運算耗費 $6.69 ($/IOPS),以及最少 0.99 毫秒的回應時間 (LRT)。這些結果展示了當控制器效能和節點數隨時間增加時,此模組化的橫向擴充模型可提供您持續成長的基礎。

至於效能評比方面,在 LRT 測量的所有組態當中,6 節點 FAS6240 的效能表現優異,位於前 10%。相較於我們發佈的 FAS3270 SPC-1 結果,IOPS 結果在效能方面增加 267%,成本則減少 12%。此外,NetApp 向 SPC-1 提交的是定價,而其他所有廠商幾乎都是使用折扣價,導致我們比競爭廠商得出較為保守、但經得起驗證的 $/IOPS 結果。

適用於企業級內容儲存庫的 Infinite Volume(無限磁碟區)技術

當各公司組織產生以 PB 為單位的龐大資料時,要能以靈活及有效率的方式儲存、管理及擷取內容會越來越困難。此外,許多公司組織都面臨長期保存資料的需求(通常以十年為單位),並且不論資料儲存在哪裡,都要有找出資料的能力。NetApp 的 Infinite Volume(無限磁碟區)功能是為解決企業內容儲存庫的擴充性需求而量身訂做的,能免除在多個小容器中將資料結構化的複雜性。

NetApp Infinite Volume 是執行 Data ONTAP 8.1.1 的專用叢集。提供單一的 NFSv3 掛載點,最多可擴充至 20PB 或 20 億個檔案,並且全部內含於單一 Vserver 中。Data ONTAP 8.1.1 的 Infinite Volume 目前最多支援五個 HA 配對(10 個節點)。

Infinite Volume 是一個複合磁碟區,其中的資料分散於多個組合磁碟區(我們稱為組合區),這些組合區則散佈在叢集的所有節點之間。整個內容儲存庫的命名空間階層架構是儲存於單一主動命名空間組合磁碟區中。NFS 用戶端可查看此磁碟區的內容。所有中繼資料查詢(目錄掃描、檔案開啟、取得屬性等等)都是在命名空間組合磁碟區中執行。後續的讀取和寫入則是透過「擁有」資料組合區的節點直接執行,該組合區內有正在存取的檔案。擷取資料時,會跨 Infinite Volume 自動負載平衡該資料。

Infinite Volume 使用 OnCommand® System Manager 2.1 來簡化管理作業。資料保護和複寫工作的快照複本會建立在 Infinite Volume 層級上,並在儲存庫的所有組合區之間做協調,以提供資料一致性。

Infinite Volume 能如同 Data ONTAP 叢集提供所有儲存恢復能力和高可用性功能,包括不中斷作業及進階的儲存效率功能。

NetApp Infinite Volume 是企業級內容儲存庫的執行基礎。

圖 3) NetApp Infinite Volume 是企業級內容儲存庫的執行基礎。

快閃集區技術

在 Data ONTAP 8.1.1 版本中,NetApp 已將新的「快閃集區」(Flash Pool)技術新增至 Data ONTAP,進一步增強了 7-Mode 和 Cluster-Mode 組態的擴充性和效能。所有 NetApp 儲存系統,包括入門級系統,皆支援快閃集區。在入門級的儲存設備市場中,其他廠商並未提供這類功能。

快閃集區是持續、集合體層級的讀取和寫入快取。快閃集區可將 SSD 組成的 RAID 群組新增至 HDD 的集合體,如此做的目的是達到純 SSD 集合體的傳遞效能,維持近乎純 HDD 集合體的成本。系統會將集合體中少量的 SSD 用作永久快取,以加快隨機讀取和寫入的速度。

快閃集區屬於 NetApp 虛擬儲存層 (VST),其運作方式與 NetApp Flash Cache 的許多方面雷同。快閃集區會以全自動的方式即時共用相同的 4KB 精細度,並搭配使用 NetApp 的儲存效率及資料保護技術。此外,快閃集區增加了隨機快取寫入資料的能力,並可在容錯移轉及接管作業期間提供一致性的效能,因為集合體層級的資料快取在這些事件中仍維持可存取及可用狀態。快閃集區和 Flash Cache 可共存於相同的系統,並可在不中斷運作的情況下轉換現有的集合體來利用快閃集區。

NetApp 快閃集區技術。

圖 4)NetApp 快閃集區技術

結論

除了高效能及低延遲時間外,以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 亦提供完整的 NetApp 儲存效率和資料保護產品組合、不中斷作業,以及完整的多重用戶共享與雲端環境安全支援。

無論選擇的是 FAS 系統或 V 系列,以 Cluster-Mode 運作的 Data ONTAP 8 皆可發揮不中斷作業所需的「全年無休」可靠性,其高靈活度能順利因應市場變遷,作業效率則可符合拓展業務所需。能將廣大的合作夥伴生態系統進行整合是您未來的成功之錀。

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資深產品行銷經理,Mike McNamara

Mike 擁有超過 23 年的電腦產業行銷經驗,當中有 17 年專注於儲存領域。他於六年多前加入 NetApp,在此之前曾任職於 Adaptec、EMC 和 Hewlett Packard 等公司。Mike 是「光纖通道產業協會(Fibre Channel Industry Association,FCIA)」的行銷主席、乙太網路聯盟成員,並且經常擔任產業活動的講師。

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