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叢集式 Data ONTAP 的儲存效率
Julian Cates
技術行銷工程師

叢集式 Data ONTAP® 架構是高度虛擬化的儲存作業系統,能夠將實體儲存設備抽象化為一組儲存虛擬機器 (SVM),以便透過原有的多租戶共享,為 SAN 和 NAS 提供以原則為基礎的儲存服務。Tech OnTap® 電子報最近有幾篇關於叢集式 Data ONTAP 的文章,著重介紹最新的 8.2 版功能。第一篇是新功能的摘要介紹 ,第二篇則深入探討不中斷營運

叢集式 Data ONTAP 可提升儲存設備和 IT 人員的生產力及效率,讓您不需要擴充 IT 組織,也能輕鬆擴充儲存基礎架構。管理程序也可以跟著調整,因此,儲存設備加倍不再代表著工作量加倍。透過一組通用的功能與程序,就能簡化繁複的工作,讓您的 IT 人員得以專注於解決更高階的問題上,而且作業效率將隨著規模擴大而提高。

透過叢集式 Data ONTAP,您可以將效能、容量與安全需求各異的工作負載或租戶整合在一起,使它們共享同一個基礎架構。您也能利用全方位儲存效率,達到降低儲存成本的目標。

在這篇文章中,我將深入探討叢集式 Data ONTAP 的儲存效率技術。這些技術無論是個別使用或搭配使用,都能大幅減少所需的儲存設備總量。減少所部署的儲存設備數量,即可顯著減少資本支出,而對於電力、冷卻、資料中心空間和管理成本,也有明顯的節約效益。

使用多種儲存效率技術能夠突顯儲存設備的節約效益,並減少整體儲存成本。

圖 1)使用多種儲存效率技術能夠突顯儲存設備的節約效益,並減少整體儲存成本。

在這篇文章中,我也將探討眾所周知的 Data ONTAP 技術在提升儲存效率方面的新增功能或相異之處,尤其是叢集式 Data ONTAP 8.2 最新加入的 SnapVault® 技術。

叢集式 Data ONTAP 與 7-Mode 比較

大致而言,叢集式 Data ONTAP 的儲存效率功能類似於您熟悉的 Data ONTAP 7G 和 Data ONTAP 8 7-Mode 功能。如果您過去幾年曾讀過 Tech OnTap 的「從基礎談起」系列,您可能已經瞭解精簡配置、重複資料刪除、FlexClone®、SnapMirror® 和 RAID-DP® 技術及壓縮等 NetApp 功能。如果您不熟悉部分或全部的功能,可以先閱讀「從基礎談起」的下列幾章。

(目前)尚未撰寫關於 SnapVault 的章節。值得一提的是,精簡配置、重複資料刪除、壓縮和 RAID-DP 完全都是免費提供。在您購買 NetApp FAS 或 V 系列系統時,這些都已包含在內。

RAID-DP 和 Snapshot 等部分儲存效率技術,在 7-Mode 和叢集式 Data ONTAP 中都大致相同,此處不再贅述。至於其他技術,我們將說明新增功能和相異之處,首先從 SnapVault 開始談起。

SnapVault:叢集式 Data ONTAP 8.2 的新功能

叢集式 Data ONTAP 中最重要的儲存效率新功能是利用遠端精簡複製功能的 SnapVault 新技術。SnapVault 是節省空間的 NetApp 磁碟對磁碟備份解決方案,使用 NetApp Snapshot 的主要磁碟區複本進行非同步複寫。一旦建立基準複本,日後只需進行遞增備份即可;因為只有上次 Snapshot 複製後發生變更的區塊才會予以複製,所以這些備份的效率相當高。

必要時,您可以將 SnapMirror 轉換為 SnapVault 關係。SnapMirror 與 SnapVault 之間的主要運作差異,在於 SnapVault 能讓您針對一線和二線磁碟區設定不同的 Snapshot 複本保留排程。(將 Snapshot 複本做為遞增備份)您可以在二線儲存設備上保留一線儲存設備的 Snapshot 複本。各個磁碟區最多可以保留 251 個 Snapshot 複本。

叢集式 Data ONTAP 8.2 的 SnapVault 新功能。

圖 2) 叢集式 Data ONTAP 8.2 的 SnapVault 新功能。

相較於 7-Mode 中的磁碟區 SnapMirror,SnapVault 是在磁碟區層級運作,而且能透過線路讓二線磁碟區維持與來源一樣的儲存效率。如果對一線磁碟區進行重複資料刪除且/或壓縮,二線磁碟區也將處於相同的狀態。在一線儲存設備啟用這些功能也能縮小各個備份大小,進而減少網路頻寬需求。您不再需要在目的地重新執行重複資料刪除和壓縮,因此能夠縮短備份時間,而因為備份時透過線路傳輸的實體區塊變得更少,有時候您可節省可觀的時間。

另外,您也可以針對一線和二線儲存設備進行不同的儲存效率設定。例如,您可對一線儲存設備進行重複資料刪除,並在二線儲存設備進行壓縮。

SnapVault 的優點包括:

  • 備份快速有效率,能夠更頻繁地進行備份,獲得更出色的保護力。
  • 還原穩定可靠,包括使用者瀏覽和還原、完整磁碟區還原,以及單一檔案還原。
  • 使用 FlexClone 建立可用的備份資料複本。
  • 使用 System Manager 3.0 及 Unified Manager 6.0 進行極簡管理。
  • 能夠使用 OnCommand® WorkFlow Automation 2.1 設定 SnapVault 關係。

連入、連出及串聯組態

連入:SnapVault 可用於各種組態。例如一種常用的組態是,從多個遠端位置「連入」到單一集中位置。在叢集式 Data ONTAP 8.2 中,最多可以有 7 個叢集連入到單一叢集。換句話說,可將 7 個叢集中的部分或全部磁碟區備份到單一儲存叢集。各個一線磁碟區都在目標系統上有其對應的二線磁碟區。必須注意的是,這與 7-Mode 的連入略為不同,7-Mode 的連入是將不同來源的配額樹狀結構全部備份到同一個磁碟區。

連出:對於任何單一磁碟區,最多可以連出到 4 個獨立的目標系統,這些目標系統可以是 SnapMirror 或 SnapVault 關係。

串聯:您可以建立串聯,將一線磁碟區複寫到某個二線儲存設備上,然後再接著複寫二線磁碟區,依此類推。在這類串聯中,可以混合使用 SnapMirror 與 SnapVault(僅一個執行個體)。

設定

若要設定 SnapVault 用於叢集式 Data ONTAP,必須在對等關係中設定個別的儲存叢集與 SVM。各個叢集節點必須至少設定一個叢集間邏輯介面,而且必須在 SVM 之間進行複寫。若有必要,也可以設定 SnapVault 在單一叢集(叢集內 SnapVault)中運作。在這種情況下,取決於來源及目的地磁碟區的位置,不一定需要 SVM 對等關係;不需要叢集對等關係。

若有必要,您可以使用自動成長選項來建立目的地磁碟區。如此一來,磁碟區將能自動擴充,只要集合體仍有空間,就能容納所需的備份。

如需 SnapVault 用於叢集式 Data ONTAP 的詳細資訊,請參閱 TR-4183

其他儲存效率技術

現在接著探討叢集式 Data ONTAP 的精簡配置、重複資料刪除、壓縮、FlexClone 和 SnapMirror 新功能與不同之處,同樣以最新的 8.2 版為例。

精簡配置

NetApp 精簡配置能讓您利用邏輯儲存空間,為主機或使用者提供超出實際儲存資源池的可用空間。其原理是隨資料寫入而動態地配置儲存空間給每個磁碟區或 LUN,而不是在一開始就將空間配置好。在大多數組態中,刪除磁碟區或 LUN 中的資料時,也會將可用的空間回收到通用的儲存資源池。

優勢包括:

  • 回收許多已配置但未使用的儲存空間。
  • 提高使用率,降低所需的儲存設備數量。
  • 簡化規劃工作。多個磁碟區共享同一個資源池內的可用儲存空間,因此需要管理的儲存資源池減少了。

精簡配置在叢集式 Data ONTAP 與 7-Mode 中的運作模式均相同。使用磁碟區搬移重新配置磁碟區(詳情請參閱上個月關於不中斷營運的文章)時,磁碟區上的精簡配置設定也將隨之移動。

重複資料刪除技術及壓縮

我之所以在同一節中說明重複資料刪除和壓縮,是因為這兩種技術相輔相成。需要啟用重複資料刪除技術,才能使用壓縮功能。這些技術在叢集式 Data ONTAP 8.1 和 8.2 中增加許多增強功能。

NetApp® 重複資料刪除技術會在執行位元組層級驗證檢查後,找出彈性磁碟區(FlexVol® 磁碟區)中相同的 4K 區塊,然後以單一共享區塊來取代這些區塊(其中位元組層級驗證檢查可在搬移區塊前,確保這些區塊完全相同,因此不會造成雜湊衝突相關問題),使效率更加提升。重複資料刪除技術消除了冗餘的資料區塊,因此可有效減少儲存容量需求。

我相信您已經大致瞭解壓縮的功用。NetApp 壓縮的關鍵在於,NetApp 能以軟體提供透明化的內嵌式和後處理式資料壓縮,同時減輕壓縮對於儲存系統資源造成的影響。

重複資料刪除和壓縮技術的效益相當類似:

  • 兩者均可在一線和二線儲存設備上運作。
  • 兩者對於執行中的應用程式均呈現透明化。
  • 兩者均可套用於新資料或先前寫入的資料。
  • 兩者均可在離峰時間執行。

進行磁碟區搬移時,可同時保留重複資料刪除與壓縮的效率。換句話說,不會有任何資料遺失,因此不需要在目的地重新執行作業。搬移後的磁碟區將會保留所有的重複資料刪除與壓縮設定,因此不需要在新位置的磁碟區上進行同樣的儲存效率作業。

各種應用程式由於壓縮與重複資料刪除所實現的典型節約效益。

圖 3)各種應用程式由於壓縮與重複資料刪除所實現的典型節約效益。

Data ONTAP 8.1 的增強功能:從 Data ONTAP 8.1 開始,我們加入一些重大的增強功能(這些均適用於 7-Mode 與叢集式 Data ONTAP)。

  • 重複資料刪除與壓縮不再需要授權。
  • 這兩種技術的效能均顯著提升。
  • 重複資料刪除的中繼資料是以磁碟區為準,因此,即使進行容錯移轉或執行磁碟區搬移,仍可繼續進行重複資料刪除作業。
  • 在磁碟區上啟用壓縮時,預設為啟用後處理式壓縮。後處理式壓縮與重複資料刪除會共用同一個排程器:先執行壓縮,再執行重複資料刪除。您也可以啟用內嵌式壓縮。
  • 已取消磁碟區大小限制,邏輯資料大小上限已增加,區塊共享限制則從 255 增加到 32K(換句話說,進行重複資料刪除的區塊最多可以有 32K 的參照)。

我們特別針對叢集式 Data ONTAP 新增了磁碟區效率原則,這能讓您將工作安排在特定時間進行(不侷限於以小時為單位的時間),並讓您在其中安排加入一段停止作業時間。如果壓縮及 / 或重複資料刪除並未在配置的時間內完成,將會建立檢查點,並在下次排定的時間繼續進行該作業。我們也將管理簡化,透過原則變更來影響多個磁碟區,因此您不需要逐一修改各個磁碟區。搬移磁碟區時,已設定的原則將予以保留。

Data ONTAP 8.2 的增強功能:Data ONTAP 8.2 又多加入一些增強功能。

  • 重複資料刪除的中繼資料數量已減少。現在最多使用 7% 的實體資料大小(磁碟區中實際的實體區塊),而非按照邏輯資料大小(不使用重複資料刪除的磁碟區大小)。減少中繼資料數量表示重複資料刪除的執行速度加快。
  • 邏輯資料大小上限已增加到 640TB
  • 針對叢集式 Data ONTAP 的磁碟區效率原則,我們新增了優先順序功能。
    • 最高效率(預設):在使用者工作負載與其他系統程序並非在背景執行的情況下,讓磁碟區效率作業依據平等的基礎來取用資源。這種優先順序設定能盡快完成重複資料刪除和壓縮,但是對於用戶端 I/O 的效能可能會有一些影響。
    • 背景資料:磁碟區效率作業運用的是使用者工作負載和未在背景執行之其他系統程序所未使用的剩餘資源。因此,這些作業需要較長的時間才能完成,不過對於用戶端 I/O 造成的影響較小。
  • 偵測無法進行壓縮的資料:新增了偵測無法進行壓縮之資料的功能,結此降低內嵌式壓縮的影響。

    • 如果發現檔案內的壓縮群組所達到的節約效益低於 25%,將停止對 500MB(這個預設值可自行調整)以下的檔案進行內嵌式壓縮。
    • 若是 500MB(含)以上(這個值同樣可自行調整)的檔案,則內嵌式壓縮會嘗試壓縮各個壓縮群組的前端 4K 部分。如果節約效益至少有 25%,將繼續壓縮該壓縮群組,否則就會直接寫入而不予壓縮。
    • 後處理式壓縮不受這些變更的影響,因此將嘗試壓縮任何被略過的壓縮群組。

    FlexClone

    在 IT 環境中,經常會有需要複製資料集的情況。不過,複製並非不需要付出代價,它們總是佔用許多儲存空間,而且複製作業需要相當長的時間才能完成。NetApp FlexClone 技術可讓您在幾分鐘內複製現有的磁碟區、檔案或 LUN,而且僅佔用一些額外的儲存空間。

    除了速度快且節省空間之外,FlexClone 也有其他許多效益。

    • 它能降低開發 / 測試或虛擬化環境的儲存需求達 50% 以上。
    • 它能提供任何所需數量的資料集,提高您團隊的生產力,同時只使用最低限度的遞增儲存容量,使開發 / 測試品質大幅提升。
    • 加速完成虛擬機器的資源配置。
    • 您只需使用遞增儲存容量,就能複製並完整測試 DR 環境。

    在叢集式 Data ONTAP 環境中,有一些 FlexClone 磁碟區的作業必須小心進行。

    • 如果您使用磁碟區搬移將 FlexClone 磁碟區移到新的集合體上,將無法保留節省空間的效果,因為該複製不再與同樣位於來源集合體的上層磁碟區共享同一個區塊。
    • 如果使用磁碟區搬移移動具有實體複本(上層磁碟區)的磁碟區,則會搬移磁碟區,並將用戶端 I/O 重新導向至目的地集合體。不過,原始磁碟區仍會以受限模式(無任何用戶端 I/O)保留在來源集合體上。因此,集合體上所有的 FlexClone 磁碟區仍能存取共享的區塊。原始磁碟區將會保留到所有的實體複本被分割、搬移或刪除為止。
    • 檔案與 LUN 複製將連同上層磁碟區一併移動。

    SnapMirror

    NetApp SnapMirror 軟體提供的遠端精簡複製 (Thin Replication) 功能,是多年來各種 NetApp 儲存環境偏好使用的複寫及災難恢復技術。經證實,其效率、簡易性及實惠價格均優於其他 DR 解決方案。SnapMirror 的優點包括:

    • 高效率的區塊層級更新,降低了更新時間與網路頻寬需求。
    • 透過網路傳輸及在二線磁碟區時,均可維持儲存效率(重複資料刪除、壓縮)。
    • 在不同的 NetApp 儲存節點之間,可使用一對一、一對多、多對一或多對多的複寫技術(以及非同步複寫)來靈活複寫資料。
    • 您可結合 FlexClone,使用 DR 資料進行開發 / 測試、資料採礦或其他功能,而且可以完整測試 DR 規劃,完全不影響正式作業和持續複寫。
    • 您可在單一叢集內或叢集之間使用 SnapMirror。

    如果您熟悉 7-Mode 儲存系統上所執行的磁碟區 SnapMirror,您將發現叢集式 Data ONTAP 中的 SnapMirror 感覺相當熟悉;二線複本將承襲一線儲存效率技術的節約效益(來自重複資料刪除及 / 或壓縮)。

    叢集式 Data ONTAP 時,也能使用負載共享鏡射(讓您將磁碟區複寫到同一個叢集中的多個節點,達到加速工作負載的效果)之類的新功能。

    使用 SnapVault 時,若要設定從一個叢集到另一個叢集的 SnapVault,至少必須在各個叢集節點上設定一個叢集間邏輯介面,而且必須在 SVM 之間以對等關係進行複寫。如需將 SnapMirror 用於叢集式 Data ONTAP 的完整細節,請參閱 TR-4015

    結論

    叢集式 Data ONTAP 中的儲存效率技術並非 7-Mode 相似功能的單純延伸。NetApp 致力於增加新穎且出色的功能,讓您能在叢集式儲存環境中以較少的心力和更少的儲存設備,來完成更多作業。

     對於儲存效率有任何意見嗎?

    您可以透過網路,在 NetApp 社群上提出問題、交換意見,並分享您的想法。

    作者:Julian Cates | 技術行銷工程師

    目前擔任技術行銷工程師的 Julian 專注於研究叢集式 Data ONTAP 及安全的多重租戶共享之研究。在 NetApp 服務 9 年的職涯中,他效力於「系統工程及專業服務」部門,從事售前和售後的相關工作,並擔任聯合 VMware® 和 NetApp 解決方案的技術行銷人員。

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  • Efficient IT Calculator:估算使用 NetApp 儲存效率功能後可節省多少儲存設備。
  • NetApp Systems Manager:這個工具提供簡單的圖形化介面,讓您啟用儲存效率功能,並查看可以節省多少儲存設備。
  • My AutoSupport:My AutoSupport™ 具備多種功能,其中的儲存效率儀表板可用來查看節省多少儲存設備(需要登入 NetApp 支援)。歡迎閱讀 Tech OnTap 以深入瞭解 My AutoSupport

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