Derzeit belegen Flash-Laufwerke zunehmend die Nische der Speichermedien im Enterprise-Segment. Dies wird sowohl durch eine signifikante Reduzierung ihrer Kosten als auch durch eine Erhöhung der Kapazität einzelner Antriebe erleichtert. Wo bis vor kurzem nur mechanische Festplatten verwendet wurden, werden SSDs jetzt aktiv genutzt. Und wir sprechen nicht nur über interne Laufwerke in Client-Systemen, sondern auch über das Festplattensubsystem von Servern und Datenspeichersystemen. In diesem Segment nehmen Speichersystemkonfigurationen einen separaten Platz ein, an dem nur SSDs als Speichermedien verwendet werden. Dies sind die sogenannten All Flash-Systeme.
Zunächst müssen Sie selbst verstehen, was das All Flash-Speichersystem ist. Es ist klar, dass der Name die Verwendung nur von Flash-Laufwerken impliziert. Es sind jedoch nicht alle Flash-Systeme gleich. Herkömmlicherweise können sie in drei Unterarten unterteilt werden.
1. Traditioneller Speicher mit SSD
Tatsächlich ist dies die zahlreichste Art von All Flash-Speichersystemen. Denn für den Hersteller gibt es nichts Einfacheres, als Ihren vorhandenen Speicher mit SSD-Laufwerken auszustatten. Natürlich führen die führenden Anbieter neben dem erneuten Anbringen der Typenschilder (All Flash Storage) auch eine zusätzliche Firmware-Optimierung durch, um die Arbeit mit SSDs zu vereinfachen und die Geschwindigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen. Es gibt jedoch diejenigen, die sich nicht besonders darum kümmern und nur Bundles anbieten, die aus regulärem Speicher und einer Reihe von SSDs bestehen. Infolgedessen finden Sie Angebote auf dem Markt, die von All Flash NAS Qnap (wir lassen die Diskussion über die Machbarkeit dieser Lösung aus, aber in der Tat ist All Flash wirklich nicht zu bemängeln!) Bis zum monströsen Multiplayer-Netapp FAS reichen.
Der Hauptvorteil einer solchen Lösung sind vor allem moderate Kosten. Natürlich hat jeder Anbieter seinen eigenen Aufpreis für die Marke, aber im Allgemeinen unterscheidet sich der Preis des All Flash-Systems (wenn man von Controllern über den „Kopf“ spricht) nicht wesentlich vom klassischen Speichersystem (im Vergleich zu den Kosten für SSDs ist es wirklich ein Cent).
Der Nachteil ist die geringe Gesamtleistung der Lösung. Alle ähnlichen Alle Flash-Systeme mit moderner Hardware produzieren etwa 300K IOPS (4K, 100% zufällig). Wir betrachten den Aufnahmemodus als Grund dafür, dass die Speicherung viel schwieriger ist als das Lesen. Die Leseanzeigen sind natürlich viel höher ) Eine starke negative Abweichung von diesem Wert ist eher ein schwerwiegender Fehler in der Firmware, und höhere Leistungsindikatoren weisen auf bessere Caching- und / oder Firmware-Optimierungsalgorithmen für bestimmte SSD-Modelle hin. In jedem Fall tritt eine "Sättigung" auch bei einer Anzahl von Festplatten von ~ 10-20 auf. Daher erhöht das weitere Hinzufügen von Festplatten nur die verfügbare Speicherkapazität, nicht jedoch die Arbeitsgeschwindigkeit.
Der Hauptgrund für diese Leistungsbeschränkung ist die Verwendung klassischer RAID-Algorithmen. Diese Algorithmen wurden vor langer Zeit für die Arbeit mit mechanischen Festplatten entwickelt und berücksichtigen absolut nicht die Merkmale des Betriebs von Solid-State-Laufwerken. Schließlich kann eine SSD im Gegensatz zu einer Festplatte einen Datenblock nicht einfach überschreiben. Er muss die gesamte Seite mit dem Block, der an einen neuen Speicherort geändert werden soll, neu schreiben und den alten Speicherplatz für eine nachfolgende neue Aufnahme freigeben. Diese Umstände verursachen zusätzlich zur Standard-RAID-Strafe einen enormen Aufwand für das Umschreiben.
2. Alle Flash-Arrays mit proprietärer Hardware
Um die Engpässe herkömmlicher Speichersysteme zu überwinden, muss eine völlig andere Hardware- und Softwarearchitektur verwendet werden. Ein Beispiel für solche Lösungen sind Pure Storage- oder IBM Flash System-Produkte. Sie haben weder RAID im üblichen Sinne (Parität gibt es natürlich Fehlertoleranz) noch SSDs als solche (stattdessen gibt es ihre eigenen "Laufwerke"). Das Ergebnis ist einfach verrückte Leistung und besonders niedrige Latenzraten. Aber die Kosten ... In der Tat wie ein Flügel aus einem Flugzeug.
3. Software definierter Speicher
Abgesehen von all dem „Zoo“ aller Flash-Arrays handelt es sich um Software Defined Storage (SDS). SDS ist eine Software, die auf normaler x86-Hardware ausgeführt wird und Speichersysteme emuliert. Es ist nicht umsonst, dass wir diesen Begriff in Anführungszeichen verwendet haben, weil Derzeit ist die Grenze zwischen Hardware- und Software-Controllern im Gegensatz zu früher sehr willkürlich. Moderne Speichersysteme verwenden meistens die Standard-x86-Architektur, auf der Linux-ähnliche Betriebssysteme ausgeführt werden. Ja, für einige Vorgänge können zusätzliche Offload-Controller verwendet werden. Der Hauptunterschied zu SDS ist jedoch die geschlossene Natur von Hardware und Software für den Benutzer. Im Gegensatz dazu können Sie mit SDS fast jede empfohlene Hardware verwenden und moderate Änderungen an den Softwarekomponenten vornehmen.
Wenn Sie SDS jedoch nicht nur als Speichersystem, sondern als All Flash-Array verwenden, ist es falsch, dem Benutzer die Freiheit zu geben, eine Serverplattform auszuwählen und eine unabhängige Softwareinstallation durchzuführen. Der Hauptgrund ist die Unfähigkeit, die angegebenen Leistungsindikatoren zu garantieren (tatsächlich der Hauptgrund für die Wahl von All Flash), sowie die Schwierigkeit, eine breite Liste von Geräten zu unterstützen. Daher ist die sogenannte Appliance auf dem Markt präsent - Komplettlösungen, die aus einer Serverplattform mit vorinstallierter und konfigurierter Software bestehen und mit der erforderlichen Anzahl von SSDs ausgestattet sind, die im Allgemeinen die erforderliche Leistung bieten.
Vertreter dieser Art von Lösung (SDS-Appliance) sind die Helden unserer Überprüfung - Alle Flash-Arrays von AccelStor .
AccelStor - eigene Sicht auf die Arbeit von All Flash
AccelStor wurde 2014 als Startup gegründet. Der Hauptinvestor (im Wesentlichen der Eigentümer dieses Projekts) ist der bekannte IT-Riese Toshiba. Bereits vor dem kommerziellen Start erregte das Unternehmen Aufmerksamkeit und erhielt bei verschiedenen Veranstaltungen, die sich mit Flash-Technologien befassten, die höchsten Auszeichnungen. Eine der besten Auszeichnungen auf ihrer Liste wurde beim sehr berühmten und prestigeträchtigen Event Flash Memory Summit (2016) verliehen.
AccelStor Awards
Alle diese Auszeichnungen wurden für einen innovativen Ansatz zur Arbeit mit Flash-Speichern erhalten, der in der proprietären FlexiRemap-Technologie implementiert ist, über die alle AccelStor NeoSapphire- Arrays verfügen .
Die FlexiRemap- Technologie ist ein spezieller Algorithmus für die Arbeit mit SSDs, um Leistungsengpässe zu beseitigen und die Lebensdauer der Laufwerke zu maximieren. Die Hauptidee besteht darin, zufällige Schreibanforderungen in sequentielle Ketten umzuwandeln. Das heißt, Die empfangenen Datenblöcke werden zu Ketten zusammengefasst, die ein Vielfaches von "Seiten" sind, und erst dann auf die SSD geschrieben. Infolgedessen ist dieser Ansatz zur Aufzeichnung neuer Daten aus Sicht der Laufwerke konsistent, was letztendlich das Erreichen von Hochleistungsindikatoren ermöglicht.
Dabei verfolgt der FlexiRemap- Algorithmus den Bedarf aller Datenblöcke. Entsprechend der Verwendungshäufigkeit werden die Daten beim Überschreiben automatisch eingestuft, damit alle "heißen" Daten so nahe wie möglich beieinander liegen. Beim Ändern von Blöcken werden diese Daten dann auch zusammen auf neue „Seiten“ verschoben, was wiederum die Verwendung eines produktiveren sequentiellen Aufzeichnungsmodus auf SSD im Vergleich zum herkömmlichen Ansatz ermöglicht. Dieser Mechanismus ähnelt einer Art virtuellem Peering, das unter anderem auch die Garbage Collection beschleunigt Der Garbage Collector erledigt seine Arbeit auch im sequentiellen Modus.
Trotz der Tatsache, dass RAID hier nicht verwendet wird, sind die Daten weiterhin geschützt. Zu diesem Zweck werden alle SSDs in zwei symmetrische Gruppen unterteilt. Alle E / A sind gleichmäßig auf beide Gruppen verteilt (Streifen). Zusätzlich zu den Daten enthält jede Gruppe Prüfsummen, sodass bei Ausfall eines Laufwerks weiter gearbeitet werden kann. Insgesamt kann das Array dem Ausfall von zwei SSDs standhalten, was im Vergleich zu RAID dem RAID 50-Level von zwei Gruppen entspricht.
Organisation eines Datenarrays
Bei der Aufnahme wird der Round-Robin-Mechanismus verwendet, wodurch die Daten so gleichmäßig wie möglich auf alle Festplatten verteilt werden. Darüber hinaus hat jede SSD ihren eigenen Gewichtskoeffizienten, der von ihrer aktuellen Aufzeichnungsressource abhängt. Wenn eine Festplatte stärker abgenutzt ist als die anderen, ist es daher weniger wahrscheinlich, dass neue Daten empfangen werden, bis die Ressourcenindikatoren gleich sind. Im Vergleich zur herkömmlichen RAID-Methode kann die FlexiRemap-Technologie die Lebensdauer von Laufwerken aufgrund ihrer einheitlichen Verwendung erheblich verlängern.
FlexiRemap vs RAID
Besonders hervorzuheben ist der Datenaufbewahrungsmechanismus bei einem Laufwerksausfall. In diesem Fall wird die Gruppe, die die SSD abgelehnt hat, automatisch in den schreibgeschützten Modus versetzt. Dies geschieht, um den Wiederherstellungsprozess auf der Hot-Spare-Festplatte so schnell wie möglich abzuschließen. Sobald die Gruppe wiederhergestellt ist, kann sie wieder an allen Arten von Vorgängen teilnehmen. Darüber hinaus funktioniert der zuvor beschriebene Mechanismus zum Ausrichten der Aufzeichnungsressource automatisch.
Wenn Sie über die SDS-Appliance sprechen, müssen Sie verstehen, dass dies im Wesentlichen ein Server mit vorinstallierter Software ist. Daher handelt es sich um einen A-priori-Einzelcontroller, ausgedrückt als Speichersysteme. Und obwohl eine Reihe von Aufgaben es uns ermöglicht, nicht auf redundante Speichersystem-Controller zurückzugreifen, haben uns alle Speicheranbieter seit langem beigebracht, dass das „richtige“ Speichersystem Speicher mit zwei (oder sogar mehr) Controllern ist. AccelStor hat auch eine eigene Antwort darauf - Shared Nothing-Technologie für zwei Knoten in einem Cluster.
AccelStor NeoSapphire-Modelle mit zwei Knoten können in einem einzigen Paket (basierend auf zwei Servern) oder in Form von zwei separaten Servern vorliegen. Letztere können auf eine Entfernung von 100 m voneinander verteilt werden, um eine Notfallwiederherstellung zu erstellen. In jedem Fall wird eine externe Verbindung über InfiniBand 56G verwendet, um Daten zwischen Knoten mit einer zusätzlichen Herzfrequenzprüfung über Ethernet zu synchronisieren.
Organisation der Synchronisation zwischen Knoten
Im Gegensatz zum üblichen Dual-Controller-Speicher werden hier nicht nur die Controller (Knoten) mit der obligatorischen Bindung in Form von Kühlmodulen und Netzteilen dupliziert, sondern auch die Daten selbst. Jeder Knoten in AccelStor NeoSapphire ist völlig unabhängig und enthält dank kontinuierlicher synchroner Replikation eine vollständige Kopie der Daten. Beide Knoten arbeiten im symmetrischen Aktiv-Aktiv-Modus ohne die Verwendung der gegenseitigen Abfrageübertragung (ALUA), wie in klassischen Speichersystemen. Daher tendiert die Schaltzeit im Falle eines Ausfalls von AccelStor tatsächlich gegen Null. Das Vorhandensein von zwei Kopien von Daten kann die Zuverlässigkeit des Systems im Vergleich zur herkömmlichen Architektur erheblich verbessern.
In Fortsetzung des Themas Zuverlässigkeit ist anzumerken, dass Accelstor-Arrays während Schreibvorgängen keine Daten zwischenspeichern, weil im synchronen Modus arbeiten. Alle Zwischenaktionen für diesen FlexiRemap-Algorithmus werden im Controller-RAM ausgeführt. Das Array bestätigt dem Host jedoch erst nach dem physischen Datensatz auf der SSD den erfolgreichen Abschluss des Vorgangs. Daher verfügen Accelstor All Flash-Arrays nicht über Batterien / Kondensatoren, da diese nicht benötigt werden.
Zusätzlich zu den einzigartigen All Flash-Technologien bieten AccelStor NeoSapphire-Arrays auch die Standardfunktionalität für den Enterprise- Markt: Thin Provisioning, Redirect-on-Write-Snapshots mit der Möglichkeit, sie über externe CIFS / NFS-Ordner zu sichern und wiederherzustellen, asynchrone Replikation, Komprimierung und Deduplizierung. Unabhängig davon ist die Free Clone-Funktion erwähnenswert, um Kopien von Volumes zu erstellen, die physisch keinen Speicherplatz beanspruchen, weil Sie sind im Wesentlichen Links zum Quellvolume. Diese Funktion kann beispielsweise in VDI sehr nützlich sein.
Natürlich werden alle modernen Betriebssysteme und Virtualisierungsplattformen unterstützt. Es gibt ein Plug-In für VMware vSphere Web Client, mit dem Volumes verwaltet und die Funktionalität von Free Clone vollständig implementiert werden kann.
Ein wichtiger Vorteil von Accelstor NeoSapphire als Software Defined Storage ist die Fähigkeit, auf einer normalen x86-Hardware mit vollständig standardmäßigen SSDs zu arbeiten. Ja, der Hersteller bietet keine Freiheiten für die Auswahl einer Hardwareplattform. Er erledigt dies für Sie. Dies erfolgt hauptsächlich zur Gewährleistung einer vorhersehbaren Leistung der Lösung sowie zur Beseitigung von Kompatibilitätsproblemen. Alle Accelstor Alle Flash-Arrays werden für einen bestimmten Kunden in der von ihnen benötigten Konfiguration zusammengestellt und vor dem Versand strengen Tests unterzogen. Die Standardgarantie für alle Arrays beträgt 3 Jahre NBD mit fortschrittlichen Ersatzteilen. Weil Der Verkäufer ist auf dem Territorium Russlands präsent, technischer Support ist auch in russischer Sprache verfügbar.
Bei der Bestellung eines All Flash Accelstor NeoSapphire-Arrays können Sie das gewünschte Volume flexibel auswählen. Darüber hinaus ist dieses Volume für Hosts tatsächlich verfügbar, unabhängig von der physischen Organisation des Speicherplatzes. Bitte beachten Sie, dass alle Modelle vollständig mit Festplatten geladen sind. Es gibt keine freien Steckplätze - Sie können keine Festplatten hinzufügen. Dies alles ist auf die gleichen Leistungs- und Zuverlässigkeitsanforderungen zurückzuführen, die bereits erwähnt wurden. Wenn Sie in Zukunft die Lautstärke erhöhen müssen, können Sie dies über die Erweiterungsregale (verfügbar für ältere Modelle) tun. Es ist auch notwendig, im Voraus zu bestimmen, wie viele Knoten (Controller) im Array sein werden, weil Ein Upgrade auf den aktuellen Zwei-Modus-Modus ist nicht möglich.
Als Schnittstellen für alle Modelle steht 10G iSCSI oder 16G Fibre Channel zur Auswahl. Optional kann es auch ein 56G InfiniBand geben. Bei iSCSI-Modellen besteht der Bonus neben dem Blockzugriff in der Unterstützung der CIFS- und NFS-Dateiprotokolle. Die Anzahl der Ports wird durch die angegebene Systemleistung bestimmt, sodass es sich nicht um einen Engpass handelt (normalerweise 2-6 Ports pro Knoten).
Als Laufwerke werden Standard-SSDs der Enterprise-Klasse verwendet. Meistens mit der SATA-Schnittstelle, wie Die Arbeit mit zwei Controllern ist nicht erforderlich. Es gibt auch Modelle aller Flash-Arrays, die auf NVMe-Festplatten basieren.
Durch die Verwendung von Standardserverplattformen und SSDs können die Kosten der gesamten Lösung erheblich optimiert werden. Gleichzeitig bietet AccelStor einen eigenen Service für die gesamte Lösung an, unabhängig davon, welche Komponenten von welchem Hersteller Teil des Arrays sind.
Und ja, ein äußerst wichtiger Punkt: keine bezahlten Lizenzen! Alle Funktionen sind sofort verfügbar. Wenn die Funktionalität erweitert wird, stehen beim Aktualisieren der Firmware neue Funktionen zur Verfügung.
Überprüfung im Geschäft
AccelStor verfügt über eine breite Palette von Modellen mit verschiedenen deklarierten Leistungen. Der kleinste NeoSapphire 3401 mit 8 SSDs kann 300K IOPS @ 4K bereitstellen. Und das Top-End-P710 mit 24 SSDs produziert bereits 700K IOPS @ 4K. Bei NVMe-Modellen wird in NeoSapphire P310 mit nur 8 SSDs die gleiche Leistung von 700K IOPS @ 4K erzielt! Und beachten Sie, dass die angegebenen Leistungswerte eine Aufzeichnung im festgelegten Modus sind (Lesen und alle Arten von Spitzenwerten oben), d. H. im schwersten Betriebsmodus für das Array.
Wir haben ein Zwei-NeoSapphire H710-System mit 48 SSDs (24 SSDs in jedem Knoten) mit einer verfügbaren Kapazität von 27 TB getestet. Accelstor gibt die Leistung für dieses Modell für nicht weniger als 600 KB IOPS 4 KB (zufälliges Schreiben) an. Die Tests wurden in IOmeter von drei Servern durchgeführt, die über Fibre Channel verbunden waren.
In allen Flash-Synthesetests erwies sich das Array als noch besser als in der Spezifikation versprochen, was unserer Meinung nach nur ein Plus im Marktsegment ist, in dem Indikatoren in Frage gestellt werden (dank der aus der Realität herausgerissenen Vermarkter!).
Es ist wichtig zu beachten, dass einer der Hauptvorteile des FlexiRemap-Algorithmus seine hohe Leistung im Aufnahmemodus ohne Verschlechterung im Laufe der Zeit ist. Das heißt, Die erreichte Anzeige im festgelegten Modus ist nach 10 Minuten / Stunde / ... Dauerbetrieb dieselbe. Um diese Tatsache zu bestätigen, haben wir den IOmeter-Test (4K, 100% zufälliges Schreiben) mehrere Stunden lang durchgeführt (ein Host wurde verwendet). Ja, das stimmt: Die Leistung ändert sich im Laufe der Zeit fast nicht.
Das Urteil
Bei der Auswahl eines All-Flash-Arrays ziehen es die meisten Benutzer standardmäßig vor, herkömmliche Speichersysteme mit SSDs als Kandidaten in Betracht zu ziehen. Und wenn die Leistung ~ 280K IOPS (4K, zufälliges Schreiben) zu Ihnen passt, dann denken Sie in die richtige Richtung. Hier sind nur geschäftliche Aufgaben, die zunehmend erfordern, dass die Geräte überhaupt 146% funktionieren. Und mit einem herkömmlichen Speichersystem springen sie leider nicht über den Kopf, und einige IBM Flash-Systeme kosten himmelhohes Geld. Und hier sind alle Flash AccelStor-Arrays sehr willkommen. Gute Leistung, hohe Zuverlässigkeit, flexible Konfigurationsauswahl und angemessener technischer Support - dies ist keine vollständige Liste der Vorteile dieser Arrays. Hinzu kommt das völlige Fehlen versteckter Gebühren für Lizenzen und die längere Nutzung von SSDs - und Sie erhalten nicht nur ein interessantes Produkt, sondern auch ein würdiges Werkzeug in Ihrem Unternehmen.
Daher wird AccelStor bereits auf dem ultraschnellen Array-Markt unter der Sonne stattfinden und unweigerlich expandieren. Und wer weiß, welche Gipfel sie erreichen können.