حاليًا ، تشغل محركات أقراص فلاش مكانة وسائط التخزين في قطاع Enterprise بشكل متزايد. يتم تسهيل ذلك عن طريق تخفيض كبير في تكلفتها وزيادة في سعة محركات الأقراص الفردية. حيث ، حتى وقت قريب ، تم استخدام محركات الأقراص الصلبة الميكانيكية فقط ، يتم الآن استغلال محركات أقراص الحالة الصلبة بشكل نشط. ونحن نتحدث ليس فقط عن محركات الأقراص الداخلية في أنظمة العميل ، ولكن أيضًا عن النظام الفرعي للقرص للخوادم وأنظمة تخزين البيانات. وفي هذا الجزء ، تحتل تكوينات أنظمة التخزين مكانًا منفصلًا ، حيث يتم استخدام محركات أقراص الحالة الصلبة فقط كوسائط تخزين. هذه هي ما يسمى جميع أنظمة فلاش.
بادئ ذي بدء ، عليك أن تفهم بنفسك ما هو نظام تخزين All Flash. من الواضح أن الاسم يتضمن استخدام محركات أقراص فلاش فقط فيه. ومع ذلك ، ليست جميع أنظمة Flash جميعها واحدة. تقليديا ، يمكن تقسيمها إلى ثلاثة سلالات.
1. التخزين التقليدي باستخدام SSD
في الواقع ، هذا هو أكثر أنواع أنظمة تخزين All Flash شيوعًا. لأنه لا يوجد شيء أسهل من تجهيز التخزين الحالي بمحركات أقراص SSD. بطبيعة الحال ، فإن البائعين الرائدين ، بالإضافة إلى إعادة لصق لوحات الأسماء (تخزين كل الفلاش) ، يشاركون أيضًا في تحسين البرامج الثابتة الإضافي لراحة العمل مع محركات أقراص الحالة الصلبة بالإضافة إلى زيادة سرعة النظام ككل. ولكن هناك من لا يهتمون بشكل خاص ويقدمون فقط حزم تتكون من تخزين منتظم ومجموعة من محركات أقراص الحالة الصلبة. نتيجةً لذلك ، يمكنك العثور على عروض في السوق ، بدءًا من All Flash NAS Qnap (نترك مناقشة جدوى هذا الحل ، ولكن ، في الواقع ، لا يجب التسبب في خطأ All Flash!) إلى Netapp FAS متعدد اللاعبين الوهميين.
الميزة الرئيسية لمثل هذا الحل ، قبل كل شيء ، التكلفة المعتدلة. بالطبع ، لدى كل بائع رسوم إضافية خاصة به للعلامة التجارية ، ولكن بشكل عام ، لا يختلف سعر نظام All Flash (الحديث عن "الرأس" مع وحدات التحكم) كثيرًا مقارنة بنظام التخزين الكلاسيكي (مقارنة بتكلفة SSD ، إنه حقًا قرش واحد).
الجانب السلبي هو الأداء العام المنخفض للحل. تنتج جميع أنظمة Flash المتشابهة مع الأجهزة الحديثة بداخلها حوالي 300 كيلو بايت IOPS (4 كيلو بايت ، 100٪ عشوائي) ، ونحن نعتبر وضع التسجيل لسبب صعوبة تخزينه أكثر بكثير من القراءة. مؤشرات القراءة ، بالطبع ، أعلى بكثير ) يعد الانحراف السلبي القوي عن هذه القيمة عيبًا خطيرًا في البرامج الثابتة ، وتشير مؤشرات الأداء الأعلى إلى خوارزميات تحسين التخزين المؤقت و / أو البرامج الثابتة بشكل أفضل لنماذج SSD محددة. في أي حال ، يحدث "التشبع" حتى مع عدد الأقراص ~ 10-20. وبالتالي ، فإن إضافة الأقراص الإضافية ستزيد فقط من سعة التخزين المتاحة ، ولكن ليس من سرعة العمل.
السبب الرئيسي لهذا الحد من الأداء هو استخدام خوارزميات RAID الكلاسيكية. لقد تم تطوير هذه الخوارزميات منذ فترة طويلة للعمل مع محركات الأقراص الصلبة الميكانيكية ولا تأخذ في الاعتبار ميزات تشغيل محركات الأقراص الصلبة. بعد كل شيء ، SSD ، على عكس HDD ، لا يمكن الكتابة فوق كتلة البيانات. إنه بحاجة إلى إعادة كتابة الصفحة بأكملها التي تحتوي على الكتلة ليتم تغييرها إلى موقع جديد ، وتحرير المكان القديم لتسجيل جديد لاحق. توفر هذه الظروف ، بالإضافة إلى عقوبة RAID القياسية ، حملاً هائلاً لعمليات إعادة الكتابة.
2. جميع صفائف فلاش مع الأجهزة الملكية
للتغلب على اختناقات أنظمة التخزين التقليدية ، من الضروري استخدام بنية أجهزة وبرمجيات مختلفة تمامًا. مثال على هذه الحلول هي منتجات Pure storage أو IBM Flash System. ليس لديهم RAID بالمعنى المعتاد (التكافؤ ، بالطبع ، هناك تسامح مع الخطأ) ، ولا يوجد مثل محركات أقراص الحالة الصلبة (بدلاً منها يوجد "محركات أقراص" خاصة بهم). والنتيجة هي ببساطة أداء مجنون ومعدلات اختفاء منخفضة بشكل خاص. لكن التكلفة ... في الواقع ، مثل الجناح من طائرة.
3. تخزين البرمجيات المعرفة
بصرف النظر عن كل هذا "حديقة الحيوان" من جميع صفائف فلاش هي التخزين المعرفة بالبرمجيات (SDS). SDS هو برنامج يعمل على أجهزة x86 العادية ويحاكي أنظمة التخزين. ليس عبثا أن استخدمنا هذا المصطلح في علامات اقتباس ، لأن حاليًا ، تعد الحدود بين وحدات التحكم في الأجهزة والبرامج تعسفية للغاية ، على عكس الأيام القديمة. غالبًا ما تستخدم أنظمة التخزين الحديثة بنية x86 القياسية التي تستخدم أنظمة التشغيل المشابهة لنظام Linux. نعم ، يمكن استخدام وحدات تحكم إلغاء التحميل الإضافية في بعض العمليات. لكن الفرق الرئيسي من SDS هو الطبيعة المغلقة لكل من الأجهزة والبرامج للمستخدم. على العكس من ذلك ، تسمح لك SDS باستخدام أي أجهزة موصى بها تقريبًا وإجراء تعديلات معتدلة على مكونات البرنامج.
ومع ذلك ، إذا كنت تستخدم SDS ليس فقط كنظام تخزين ، ولكن كصفيف All Flash ، فمن غير الصحيح منح المستخدم حرية اختيار نظام أساسي للخادم وإجراء تثبيت برنامج مستقل. السبب الرئيسي هو عدم القدرة على ضمان مؤشرات الأداء المحددة (في الواقع ، السبب الرئيسي لاختيار All Flash) ، وكذلك صعوبة دعم قائمة واسعة من المعدات. لذلك ، يوجد ما يسمى بالجهاز في السوق - حلول كاملة تتكون من منصة خادم مزودة ببرنامج تم تثبيته مسبقًا وتهيئته ومجهزة بالعدد اللازم من محركات أقراص الحالة الثابتة ، والتي توفر بشكل عام الأداء المحدد.
ممثلو هذا النوع من الحلول (أجهزة SDS) هم أبطال مراجعتنا - جميع صفائف Flash من AccelStor .
AccelStor - وجهة نظر خاصة حول عمل All Flash
تم تأسيس AccelStor كعمل بدء التشغيل في عام 2014. المستثمر الرئيسي (صاحب هذا المشروع بشكل أساسي) هو عملاق تكنولوجيا المعلومات الشهير Toshiba. حتى قبل الإطلاق التجاري ، جذبت الشركة الانتباه وحصلت على أعلى الجوائز في مختلف الفعاليات المخصصة لتقنيات الفلاش. تم استلام واحدة من أفضل الجوائز على قائمتهم في الحدث الشهير Flash Memory Summit (2016) الشهير والمعروف.
جوائز AccelStor
تم تلقي كل هذه الجوائز لنهج مبتكر للعمل مع ذاكرة الفلاش المطبقة في تقنية FlexiRemap الاحتكارية ، والتي تمتلكها جميع صفائف AccelStor NeoSapphire .
تعد تقنية FlexiRemap خوارزمية خاصة للعمل مع SSD للتخلص من الاختناقات فيما يتعلق بالأداء ، وكذلك زيادة عمر محركات الأقراص إلى الحد الأقصى. الفكرة الرئيسية هي تحويل طلبات الكتابة العشوائية إلى سلاسل متسلسلة. أي يتم دمج كتل البيانات المستلمة في سلاسل ذات مضاعفات "للصفحات" ، وعندها فقط تتم كتابتها إلى SSD. ونتيجة لذلك ، فإن هذا النهج لتسجيل البيانات الجديدة يتسق من وجهة نظر محركات الأقراص ، والذي يسمح في النهاية بتحقيق مؤشرات أداء عالية.
في هذه العملية ، تقوم خوارزمية FlexiRemap بتتبع الطلب على جميع كتل البيانات. وفقًا لتكرار الاستخدام ، يتم ترتيب البيانات تلقائيًا عند الكتابة فوقها بحيث تكون جميع البيانات "الساخنة" قريبة من بعضها البعض. بعد ذلك ، في عملية تغيير الكتل ، سيتم نقل هذه البيانات أيضًا إلى "صفحات" جديدة معًا ، مما سيسمح مرة أخرى باستخدام وضع تسجيل تسلسلي أكثر إنتاجية على SSD مقارنةً بالطريقة التقليدية. تشبه هذه الآلية نوعًا من النظرات الافتراضية ، والتي ، من بين أشياء أخرى ، تسرع أيضًا مجموعة Garbage ، مثل سيقوم جامع البيانات المهملة أيضًا بعمله في الوضع المتسلسل.
على الرغم من عدم استخدام RAID هنا ، لا تزال البيانات محمية. للقيام بذلك ، يتم تقسيم جميع محركات أقراص الحالة الثابتة إلى مجموعتين متماثلتين. يتم توزيع جميع I / O بالتساوي عبر كلا المجموعتين (شريط). بالإضافة إلى البيانات ، تحتوي كل مجموعة على مجموعات اختبارية بحيث يمكن مواصلة العمل في حالة فشل محرك أقراص واحد. في المجموع ، يمكن أن يتحمل الصفيف فشل SSDs ، والذي يعادل RAID مقارنة بمستوى RAID 50 من مجموعتين.
تنظيم مجموعة البيانات
عند التسجيل ، يتم استخدام آلية robin المستديرة ، حيث يتم توزيع البيانات بالتساوي قدر الإمكان على جميع الأقراص. بالإضافة إلى ذلك ، لكل SSD معامل وزن خاص بها ، والذي يعتمد على مورد التسجيل الحالي. لذلك ، إذا تم تهالك أي قرص أكثر من الأقراص الأخرى ، فسيكون احتمال وصول البيانات الجديدة أقل احتمالًا حتى تكون مؤشرات الموارد متساوية. بالمقارنة مع طريقة RAID التقليدية ، يمكن لتقنية FlexiRemap أن تزيد بشكل كبير من عمر محركات الأقراص بسبب استخدامها الموحد.
FlexiRemap مقابل RAID
وتجدر الإشارة إلى وجود آلية الاحتفاظ بالبيانات في حالة حدوث عطل في محرك الأقراص. في هذه الحالة ، يتم تلقائيًا تعيين المجموعة التي رفضها SSD إلى وضع القراءة فقط. يتم ذلك لإكمال عملية إعادة الإنشاء على القرص الاحتياطي الساخن في أسرع وقت ممكن. بمجرد استعادة المجموعة ، يمكنها المشاركة مرة أخرى في جميع أنواع العمليات. علاوة على ذلك ، ستعمل الآلية الموضحة مسبقًا لمحاذاة مورد التسجيل تلقائيًا.
عند الحديث عن جهاز SDS ، يلزمك أن تفهم أن هذا هو في الأساس خادم مزود ببرنامج مثبت مسبقًا. لذلك ، إنها وحدة تحكم مفردة مسبقة ، معبر عنها من حيث أنظمة التخزين. وعلى الرغم من أن عددًا من المهام يسمح لنا بعدم اللجوء إلى وحدات التحكم في نظام التخزين الزائدة عن الحاجة ، فقد علمنا جميع بائعي التخزين منذ فترة طويلة أن نظام التخزين "الصحيح" هو التخزين مع وحدتي تحكم (أو أكثر). لدى AccelStor أيضًا إجابتها الخاصة على - تقنية Nothing Shared لعقدتين في كتلة.
يمكن أن تكون طرازات AccelStor NeoSapphire ذات العقدتين في حزمة واحدة (استنادًا إلى خوادم ثنائية) ، أو في شكل خادمين منفصلين. يمكن أن ينتشر هذا الأخير على مسافة 100 متر من بعضها البعض لإنشاء التعافي من الكوارث. في أي حال ، يتم استخدام اتصال خارجي عبر InfiniBand 56G لمزامنة البيانات بين العقد مع فحص معدل ضربات القلب إضافية عبر الإيثرنت.
تنظيم التزامن بين العقد
على عكس التخزين المعتاد لوحدة التحكم المزدوجة ، لا يتم تكرار وحدات التحكم (العقد) فقط مع الربط الإلزامي في شكل وحدات التبريد وإمدادات الطاقة هنا ، ولكن أيضًا البيانات نفسها. كل عقدة في AccelStor NeoSapphire مستقلة تمامًا وتحتوي على نسخة كاملة من البيانات بفضل النسخ المتماثل المتزامن المستمر. تعمل كلا العقدتين في وضع نشط متماثل دون استخدام نقل الاستعلام إلى بعضها البعض (ALUA) ، كما هو الحال في أنظمة التخزين الكلاسيكية. لذلك ، فإن وقت التبديل في حالة حدوث عطل من جانب AccelStor يميل حقًا إلى الصفر. ووجود نسختين من البيانات يمكن أن يحسن بشكل كبير من موثوقية النظام مقارنة بالعمارة التقليدية.
متابعة موضوع الموثوقية ، تجدر الإشارة إلى أن صفائف Accelstor لا تخزن البيانات مؤقتًا أثناء عمليات الكتابة ، لأن العمل في وضع متزامن. يتم تنفيذ جميع الإجراءات الوسيطة على خوارزمية FlexiRemap هذه في وحدة تحكم RAM. لكن الصفيف سيعطي تأكيدًا للمضيف حول الإكمال الناجح للعملية فقط بعد السجل الفعلي على SSD. لذلك ، لا تحتوي صفائف Accelstor All Flash على بطاريات / مكثفات بسبب عدم الحاجة إليها.
بالإضافة إلى تقنيات All Flash الفريدة ، تتمتع صفائف AccelStor NeoSapphire أيضًا بالوظائف القياسية لسوق Enterprise : اللقطات الرفيعة للإمداد وإعادة التوجيه عند الكتابة مع القدرة على النسخ الاحتياطي والاستعادة عبر مجلدات CIFS / NFS خارجية والنسخ المتماثل والضغط وإلغاء البيانات المكررة. بشكل منفصل ، تجدر الإشارة إلى وظيفة Free Clone لإنشاء نسخ من وحدات التخزين التي لا تشغل مساحة فعليًا ، لأن هم أساسا وصلات إلى حجم المصدر. يمكن أن تكون هذه الميزة مفيدة للغاية ، على سبيل المثال ، في VDI.
بالطبع ، هناك دعم لجميع أنظمة التشغيل الحديثة والمنصات الافتراضية. هناك مكون إضافي لبرنامج VMware vSphere Web Client مع القدرة على إدارة وحدات التخزين وتنفيذ وظيفة Free Clone بالكامل.
من المزايا المهمة لـ Accelstor NeoSapphire باعتبارها التخزين المحدد للبرامج ، القدرة على العمل على أجهزة x86 عادية مزودة بمحركات أقراص صلبة قياسية تمامًا. نعم ، لا توفر الشركة المصنعة الحريات لاختيار نظام أساسي للأجهزة: إنها تقوم بذلك نيابة عنك. يتم ذلك في المقام الأول للحصول على أداء مضمون مضمون للحل ، وكذلك للقضاء على مشكلات التوافق. يتم تجميع جميع صفائف Accelstor All Flash لعميل معين في التكوين الذي يحتاجه ويخضع لاختبار صارم قبل الشحن. الضمان القياسي لجميع الصفائف هو 3 سنوات من NBD مع قطع غيار متقدمة. بسبب البائع موجود على أراضي روسيا ، كما يتوفر الدعم الفني باللغة الروسية.
عند طلب مجموعة All Flash Accelstor NeoSapphire ، يمكنك تحديد حجم الصوت المطلوب بمرونة. علاوة على ذلك ، فإن وحدة التخزين هذه هي ما يتوفر فعلاً للمضيفين للعمل ، بغض النظر عن التنظيم الفعلي لمساحة القرص. يرجى ملاحظة أن جميع الطرز تأتي محملة بالكامل بالأقراص. لا توجد فتحات مجانية - لا يمكنك إضافة أقراص. كل هذا بسبب نفس متطلبات الأداء والموثوقية المذكورة سابقًا. إذا كنت بحاجة في المستقبل إلى زيادة مستوى الصوت ، فيمكن القيام بذلك باستخدام أرفف التوسيع (المتاحة للموديلات القديمة). من الضروري أيضًا تحديد عدد العقد (وحدات التحكم) مقدمًا في الصفيف مقدمًا ، لأن لم يتم توفير الترقية إلى وضع الوضع الحالي.
كواجهات لجميع الموديلات ، يتوفر خيار 10G iSCSI أو 16G Fibre Channel. اختياريا ، قد يكون هناك أيضا 56G InfiniBand. بالنسبة لطرز iSCSI ، بالإضافة إلى منع الوصول ، فإن المكافأة هي دعم بروتوكولي ملفات CIFS و NFS. يتم تحديد عدد المنافذ من خلال أداء النظام المحدد بحيث لا يكون عنق الزجاجة (عادة 2-6 منافذ لكل عقدة).
كمحركات ، يتم استخدام SSDs فئة المؤسسات القياسية. في معظم الأحيان مع واجهة SATA ، كما العمل مع اثنين من وحدات التحكم غير مطلوب. هناك أيضًا نماذج من صفيفات All Flash استنادًا إلى أقراص NVMe.
يمكن أن يؤدي استخدام منصات الخادم القياسية ومحركات أقراص الحالة الثابتة إلى تحسين تكلفة الحل بشكل كبير. في الوقت نفسه ، تقدم AccelStor الخدمة نيابة عنها للحل بأكمله ، بغض النظر عن المكونات التي تعتبر الجهة المصنعة جزءًا من الصفيف.
ونعم ، نقطة مهمة للغاية: لا تراخيص مدفوعة! جميع الوظائف متاحة على الفور "خارج الصندوق". علاوة على ذلك ، إذا تم توسيع الوظيفة ، فستتوفر ميزات جديدة عند تحديث البرنامج الثابت.
التحقق في العمل
AccelStor لديها مجموعة واسعة من النماذج مع مختلف الأداء المعلن. أصغر NeoSapphire 3401 مع 8 SSDs يمكن أن توفر 300K IOPS @ 4K. و P710 الراقية مع 24 SSDs تنتج بالفعل 700K IOPS @ 4K. بالنسبة لطرز NVMe ، يتم تحقيق نفس الأداء لـ 700K IOPS @ 4K في NeoSapphire P310 مع 8 محركات أقراص صلبة فقط! ولاحظ أن قيم الأداء المشار إليها هي سجل في الوضع الثابت (القراءة وجميع أنواع قيم الذروة أعلاه) ، أي في أثقل طريقة للعمل للصفيف.
لقد اختبرنا نظاما NeoSapphire H710 مع 48 SSDs (24 SSDs في كل عقدة) بسعة متوفرة تبلغ 27 تيرابايت. تعلن شركة Accelstor أن أداء هذا الموديل لا يقل عن 600 كيلو بايت IOPS 4K ، كتابة عشوائية. تم إجراء الاختبار في IOmeter من ثلاثة خوادم متصلة عبر القناة الليفية.
في جميع اختبارات Flash الاصطناعية ، اتضح أن المجموعة أفضل من الموعودة في المواصفات ، والتي ، في رأينا ، ليست سوى ميزة إضافية في قطاع السوق ، حيث يتم التشكيك في أي مؤشرات (بفضل المسوقين الذين مزقتهم الحقيقة عن هذا!).
من المهم أن نلاحظ أن إحدى المزايا الرئيسية لخوارزمية FlexiRemap هي أدائها العالي في وضع التسجيل دون تدهور مع مرور الوقت. أي سيكون المؤشر الذي تم تحقيقه في الوضع الثابت هو نفسه بعد 10 دقيقة / ساعة / ... من التشغيل المستمر. لتأكيد هذه الحقيقة ، أجرينا اختبار IOmeter (4K ، والكتابة العشوائية 100 ٪) لعدة ساعات (تم استخدام مضيف واحد). نعم ، هذا صحيح: لا يتغير الأداء تقريبًا بمرور الوقت.
الحكم
عند اختيار مجموعة All Flash ، بشكل افتراضي ، يفضل معظم المستخدمين اعتبار أنظمة التخزين التقليدية المزودة بمحركات أقراص الحالة الثابتة كمرشحين. وإذا كان الأداء ~ 280K IOPS (4K ، الكتابة العشوائية) يناسبك ، فأنت تفكر في الاتجاه الصحيح. فيما يلي بعض المهام التجارية التي تتطلب بشكل متزايد أن تعمل الأجهزة بنسبة 146٪ على الإطلاق. ومع وجود نظام تخزين تقليدي ، للأسف ، لن يقفزوا فوق رؤوسهم ، وبعض أنظمة IBM Flash System تكلف أموالا باهظة. وهنا جميع صفائف Flash AccelStor ستكون موضع ترحيب كبير. الأداء اللائق ، الموثوقية العالية ، اختيار التكوين المرن والدعم الفني الكافي - هذه ليست قائمة كاملة بمزايا هذه المصفوفات. أضف إلى ذلك الغياب الكامل للرسوم المخفية للتراخيص والاستخدام الأطول لمحركات أقراص الحالة الصلبة - ولن تحصل على منتج مثير للاهتمام فحسب ، بل أداة جيدة في عملك.
لذلك ، فإن أكسل ستور بالفعل تحت أشعة الشمس في سوق مجموعة فائق السرعة سوف تتوسع حتماً. ومن يدري ما هي القمم التي يمكنهم الوصول إليها؟