Das Thema der Ausfallsicherheit in Speichersystemen ist stets von Bedeutung, da im Zeitalter der allgegenwärtigen Virtualisierung und Ressourcen-Konsolidierung die Speicher-Arrays der Punkt sind, dessen Ausfall nicht nur zu einem alltäglichen Vorfall, sondern zu erheblichen Ausfallzeiten der Dienste führen kann. Daher verfügen moderne Speichersysteme über zahlreiche redundante Komponenten, einschließlich der Controller. Doch reicht dieser Schutz aus?
Alle Anbieter, die die Eigenschaften ihrer Speichersysteme auflisten, erwähnen stets die hohe Ausfallsicherheit ihrer Lösungen und fügen unweigerlich den Begriff "ohne einen Single Point of Failure" hinzu. Werfen wir einen genaueren Blick auf ein typisches Speichersystem. Um Ausfallzeiten während der Wartung zu vermeiden, sind in den Speichersystemen Stromversorgungen, Kühlmodule, Ein-/Ausgangsports, Speicher (denken Sie an RAID) und natürlich Controller redundant ausgelegt. Bei genauerer Untersuchung dieser Architektur kann man mindestens zwei potenzielle Ausfallpunkte feststellen, über die stillschweigend hinweggesehen wird:
- Das Vorhandensein eines einzelnen Backplane
- Das Vorhandensein einer einzelnen Datenkopie
Der Backplane ist ein technisch komplexes Gerät, das bei der Herstellung umfangreichen Tests unterzogen wird. Daher sind Fälle, in denen es vollständig ausfällt, äußerst selten. Allerdings erfordert selbst bei partiellen Störungen, wie z. B. einem defekten Steckplatz, dessen Austausch eine vollständige Abschaltung des SAN.
Das Erstellen mehrerer Kopien von Daten scheint auf den ersten Blick kein Problem zu sein. Zum Beispiel ist die Clone-Funktion im SAN, die es ermöglicht, regelmäßig eine vollständige Kopie der Daten zu aktualisieren, recht verbreitet. Bei Problemen mit dem Backplane wird jedoch auch die Kopie so unerreichbar sein wie das Original.
Eine offensichtliche Lösung zur Behebung dieser Mängel ist die Replikation auf ein anderes Speicher-Subsystem. Wenn man die vorausgesehene Verdopplung der „Hardware“-Kosten außer Acht lässt (wir gehen davon aus, dass diejenigen, die eine solche Lösung wählen, dies realistisch einschätzen und diesen Fakt akzeptieren), gibt es noch mögliche Ausgaben für die Organisation der Replikation in Form von Lizenzen oder zusätzlicher Software und Hardware. Und vor allem muss sichergestellt werden, dass die replizierten Daten konsistent sind. Das bedeutet, dass ein Virtualisierer für die Speicher-Subsysteme/vSAN/ähnliches aufgebaut werden muss, was ebenfalls finanzielle und zeitliche Ressourcen erfordert.
Bei der Erstellung ihrer Hochverfügbarkeitssysteme wurde das Ziel gesetzt, die oben genannten Mängel zu beseitigen. So entstand die Interpretation der Technologie Shared Nothing, die wörtlich übersetzt „ohne Nutzung gemeinsamer Geräte“ bedeutet.
Die Idee Die Architektur basiert auf der Nutzung von zwei unabhängigen Knoten (Controllern), von denen jeder über einen eigenen Datensatz verfügt. Zwischen den Knoten erfolgt die synchrone Replikation über eine InfiniBand 56G-Schnittstelle, die für die Software, die auf dem Speichersystem läuft, völlig transparent ist. Dadurch ist der Einsatz von Speichervirtualisierern, Software-Agenten usw. nicht erforderlich.
Physisch kann die Zwei-Knoten-Lösung von AccelStor in zwei Modellen realisiert werden:
- — basierend auf Twin-Servern im 2U-Gehäuse, wenn moderate Leistung und eine Kapazität von bis zu 22 TB erforderlich sind;
- — basierend auf separaten 2U-Servern, wenn hohe Leistung und hohe Kapazität (bis zu 57 TB) benötigt werden.
Modell H510 basierend auf Twin-Server
Modell H710 basierend auf separaten Servern
Die Verwendung unterschiedlicher Formfaktoren ist notwendig, um die erforderliche Anzahl an SSDs für das geforderte Volumen und die Leistung zu erreichen. Zudem ist die Twin-Plattform kostengünstiger und ermöglicht die Bereitstellung von preiswerteren Lösungen, auch wenn sie den nachteiligen Aspekt eines gemeinsamen Backplanes hat. Ansonsten sind alle Arbeitsprinzipien bei beiden Modellen vollständig identisch.
Jedes Node-Datenset verfügt über zwei Gruppen , sowie 2 Hot-Spare. Jede Gruppe kann den Ausfall eines SSDs verkraften. Alle eingehenden Schreibanforderungen werden vom Node gemäß FlexiRemap in sequenzielle Ketten mit 4KB-Blöcken umgebaut, die dann im optimalen Modus (sequentielles Schreiben) auf die SSD geschrieben werden. Die Bestätigung der Schreibvorgänge erfolgt erst nach physischer Ablage der Daten auf der SSD, d.h. ohne Caching im RAM. Dadurch wird eine beeindruckende Leistung von bis zu 600K IOPS beim Schreiben und über 1M IOPS beim Lesen (Modell H710) erreicht.
Wie bereits erwähnt, erfolgt die Synchronisation der Datensätze in Echtzeit über eine InfiniBand 56G-Schnittstelle, die über hohe Bandbreite und niedrige Latenzen verfügt. Um den Kommunikationskanal bei der Übertragung kleiner Pakete maximal effizient zu nutzen. Da es nur einen Kommunikationskanal gibt, wird ein dedizierter 1GbE-Link zur zusätzlichen Pulsüberprüfung verwendet. Über ihn wird nur das Heartbeat gesendet, daher gibt es keine speziellen Anforderungen an die Geschwindigkeit.
Bei einer Erweiterung der Systemkapazität (bis zu 400+ TB) durch werden diese ebenfalls paarweise angeschlossen, um das Konzept der „keine einzelne Fehlerstelle“ zu gewährleisten.
Zur zusätzlichen Datensicherung (neben den bereits vorhandenen zwei Kopien bei AccelStor) kommt ein spezieller Algorithmus zum Einsatz, der im Fall eines Ausfalls eines SSDs agiert. Sollte ein SSD ausfallen, beginnt der Knoten mit dem Rebuild der Daten auf einem der Hot-Spare-Laufwerke. Die FlexiRemap-Gruppe, die sich im Zustand degraded befindet, wechselt in den Read-Only-Modus. Dies geschieht, um Interferenzen zwischen Schreib- und Rebuild-Vorgängen auf dem Backup-Laufwerk zu vermeiden, was letztlich den Wiederherstellungsprozess beschleunigt und die Zeit verringert, in der das System potenziell anfällig ist. Nach Abschluss des Rebuilds wechselt der Knoten wieder in den normalen Read-Write-Betrieb.
Natürlich wird, wie bei anderen Systemen auch, während des Rebuilds die Gesamtleistung verringert (da eine der FlexiRemap-Gruppen nicht für Schreibvorgänge zur Verfügung steht). Allerdings verläuft der Wiederherstellungsprozess extrem zügig, was die Systeme von AccelStor vorteilhaft von den Lösungen anderer Anbieter abhebt.
Eine weitere nützliche Eigenschaft der Nothing Shared Technologie ist die Architektur der Knotenbetreibung im sogenannten True Active-Active-Modus. Im Gegensatz zur "klassischen" Architektur, bei der nur ein Controller für ein bestimmtes Volume/Pool verantwortlich ist und der zweite lediglich Ein-/Ausgabeoperationen übernimmt, arbeiten in diesen Systemen alle Knoten mit ihren eigenen Datensätzen und übermitteln keine Anfragen an die "Nachbarin". Dadurch wird die Gesamtleistung des Systems durch die parallele Bearbeitung von Ein-/Ausgabeverfahren durch die Knoten und den Zugriff auf die Speicher erhöht. Das Konzept des Failovers ist zudem praktisch nicht vorhanden, da es nicht notwendig ist, die Verwaltung der Volumes im Falle eines Ausfalls an einen anderen Knoten zu übertragen.
Im Vergleich zur Technologie der Nothing Shared-Architektur und einer vollwertigen Redundanz der Storage-Systeme erscheint sie auf den ersten Blick in Bezug auf Flexibilität etwas eingeschränkt. Besonders betrifft das die Einrichtung der Kommunikationslinien zwischen den Speichersystemen. So ist es beispielsweise im H710-Modell möglich, die Knoten bis zu 100 Meter voneinander zu trennen, indem relativ kostspielige aktive optische InfiniBand-Kabel verwendet werden. Doch selbst im Vergleich zu herkömmlichen Implementierungen der synchronen Replikation anderer Anbieter über verfügbares Fibre Channel, selbst auf größeren Entfernungen, erweist sich die Lösung von AccelStor als kostengünstiger und einfacher in der Installation und im Betrieb, da keine Notwendigkeit besteht, Storage-Virtualisierer zu installieren und/oder eine Integration mit Software durchzuführen (was nicht immer möglich ist). Zudem sollte man nicht vergessen, dass die Lösungen von AccelStor All-Flash-Arrays sind, die eine höhere Leistung bieten als „klassische“ Storage-Systeme mit nur SSDs.
Mit der Nothing Shared-Technologie von AccelStor können Sie eine Speichersystemverfügbarkeit von 99,9999 % zu einem angemessenen Preis realisieren. Zusammen mit der hohen Zuverlässigkeit, die durch die Verwendung von zwei Datenkopien gewährleistet wird, und der beeindruckenden Leistung dank patentierter Algorithmen, ist dies eine attraktive Lösung. , Lösungen von sind hervorragende Kandidaten für zentrale Positionen beim Aufbau eines modernen Rechenzentrums.
Quelle: habr.com
