Téma odolnosti voči chybám v systémoch ukladania dát je vždy aktuálna, pretože v našej dobe rozšírenej virtualizácie a konsolidácie zdrojov je systém ukladania dát tým článkom, ktorého porucha vedie nielen k bežnej havárii, ale aj k dlhým prestojom služieb. Preto moderné systémy ukladania dát obsahujú množstvo duplikovaných komponentov (vrátane kontrolérov). Je však taká ochrana dostatočná?
Všetci dodávatelia pri uvádzaní charakteristík systémov ukladania dát nevyhnutne spomínajú vysokú odolnosť voči chybám svojich riešení a nezabudnú pridať termín „bez jedinečnej chybovej koncovky“. Pozrime sa bližšie na typický systém ukladania dát. Aby sa vylúčil prestoj počas údržby, v systémoch ukladania dát sú duplikované bloky napájania, chladenia, porty vstupu/výstupu, ukladacie zariadenia (myslíme RAID) a samozrejme aj kontroléry. Pri podrobnejšom pohľade na túto architektúru si možno všimnúť najmenej dva potenciálne body poruchy, o ktorých sa skromne mlčí:
- Existencia jedného backplane
- Existencia jednej kópie dát
Backplane je technicky zložitá súčasť, ktorá sa musí podrobiť rozsiahlemu testovaniu pri výrobe. Preto sa veľmi zriedka vyskytujú prípady, keď vypadne úplne. Avšak aj pri čiastočných poruchách, ako je nefunkčný slot na ukladacie zariadenia, je potrebná jeho výmena s úplným vypnutím systému ukladania dát.
Vytvorenie viacerých kópií dát sa na prvý pohľad nezdá byť problémom. Napríklad funkcia Clone v systémoch ukladania dát, ktorá umožňuje periodické aktualizovanie plnej kópie dát, je dosť bežne rozšírená. Avšak v prípade problémov so samotným backplane bude kópia rovnako nedostupná ako originál.
Celkom zrejmé riešenie pre prekonanie týchto nedostatkov je replikácia na iné úložisko. Ak zavrieme oči pred očakávaným zdvojnásobením nákladov na hardvér (predpokladáme, že tí, čo sa rozhodujú pre takéto riešenie, majú adekvátne zmýšľanie a vopred tento fakt akceptujú), zostanú ešte potenciálne náklady na organizáciu replikácie vo forme licencií, dodatočného softvéru a hardvéru. A hlavne – je potrebné nejako zabezpečiť konzistenciu replikovaných dát. T.j. budovať virtualizátor úložiska/vSAN a pod., čo tiež vyžaduje finančné a časové zdroje.
Pri vytváraní svojich systémov s vysokou dostupnosťou si dali cieľ zbaviť sa vyššie uvedených nedostatkov. Tak sa objavila interpretácia technológie Shared Nothing, čo vo voľnom preklade znamená „bez používania spoločných zariadení“.
Koncept Architektúra predstavuje použitie dvoch nezávislých uzlov (kontrolérov), z ktorých každý má svoj súbor dát. Medzi uzlami prebieha synchronná replikácia prostredníctvom rozhrania InfiniBand 56G, úplne transparentne pre softvér pracujúci nad systémom ukladania. V dôsledku toho nie je potrebné používať virtualizátory úložiska, softvérové agenty a pod.
Fyzicky môže byť dvojuzlové riešenie od AccelStor realizované v dvoch modeloch:
- — na báze Twin serverov v skrini 2U, ak sú potrebné mierne výkonnostné a kapacitné požiadavky do 22TB;
- — na báze samostatných 2U serverov, ak je potrebný vysoký výkon a väčšia kapacita (do 57TB).
Model H510 na báze Twin servera
Model H710 na báze samostatných serverov
Použitie rôznych formátov je podmienené potrebou rôzneho počtu SSD na dosiahnutie požadovanej kapacity a výkonu. Navyše, Twin platforma je lacnejšia a umožňuje ponúkať cenovo dostupnejšie riešenia, hoci s istým podmieneným „nedostatkom“ v podobe jednotného backplane. Všetko ostatné, vrátane princípov fungovania, je u oboch modelov úplne identické.
Súbor dát na každom uzle má dve skupiny , plus 2 hot spare. Každá skupina je schopná prežiť zlyhanie jedného SSD. Všetky prichádzajúce požiadavky na zápis uzol v súlade s FlexiRemap reorganizuje do sekvenčných reťazcov s blokmi 4KB, ktoré sa následne zapisujú na SSD v maximálne komfortnom režime (sekvenčné zapisovanie). Hostiteľovi sa potvrdzuje zápis až po fyzickom umiestnení údajov na SSD, teda bez vyrovnávacej pamäte v RAM. Výsledkom je dosiahnutie pôsobivej výkonnosti až 600K IOPS pri zápise a 1M+ IOPS pri čítaní (model H710).
Ako už bolo spomenuté, synchronizácia súborov prebieha v reálnom čase cez rozhranie InfiniBand 56G, ktoré má vysokú priepustnosť a nízku latenciu. Aby sa čo najefektívnejšie využíval prenosový kanál pri prenose malých paketov. Keďže je prenosový kanál jediný, na dodatočné overenie pulzu sa používa vyhradený 1GbE link. Cez neho sa prenáša len heartbeat, preto sa na rýchlostné parametre nevzťahujú žiadne požiadavky.
V prípade zvýšenia kapacity systému (až do 400+ TB) prostredníctvom sú tiež pripojené v pároch na dodržanie koncepcie „bez jediného bodu zlyhania“.
Na dodatočnú ochranu údajov (okrem toho, že AccelStor má dve kópie) sa používa špeciálny algoritmus správania v prípade zlyhania niektorého SSD. Ak SSD zlyhá, uzol začne rebuild údajov na jeden z hot spare diskov. Skupina FlexiRemap, nachádzajúca sa v stave degraded, prejde do režimu read only. Robí sa to na vylúčenie interferencií zápisových operácií a rebuild-u na záložný disk, čo v konečnom dôsledku urýchľuje proces obnovy a skracuje čas, počas ktorého je systém potenciálne zraniteľný. Po dokončení rebuildu sa uzol opäť vráti do normálneho prevádzkového režimu read-write.
Samozrejme, ako aj v iných systémoch, počas rebuild-u klesá celková výkonnosť (veď zápis nefunguje pre jednu zo skupín FlexiRemap). Avšak samotný proces obnovenia prebieha maximálne rýchlo, čo výhodne odlišuje systémy AccelStor od riešení iných dodávateľov.
Ďalšou užitočnou vlastnosťou technológie Nothing Shared je, že architektúra pracovných uzlov funguje v tzv. režime true active-active. Na rozdiel od „klasickej“ architektúry, kde konkrétny zväzok / pool vlastní len jeden kontrolér, zatiaľ čo druhý sa len podieľa na operáciách vstupu / výstupu, v systémoch Každá uzol pracuje so svojou sadou údajov a nepreposiela požiadavky "susedovi". V dôsledku toho sa zvyšuje celkový výkon systému vďaka paralelnému spracovaniu požiadaviek na vstup/výstup uzlami a prístupu k úložným zariadeniam. Taktiež prakticky neexistuje pojmanie, ako failover, pretože odovzdávať kontrolu nad objemami inému uzlu v prípade zlyhania jednoducho nie je potrebné.
Ak porovnáme technológiu Nothing Shared architektúry s kompletnou replikáciou úložného systému, na prvý pohľad mierne zaostáva za komplexným uskutočnením disaster recovery vo flexibilite. Osobitne to platí pre organizáciu komunikačnej linky medzi úložnými systémami. Takže v modeli H710 je možné rozmiestniť uzly na vzdialenosť až 100m vďaka používaniu nie úplne lacných aktívnych optických káblov InfiniBand. Ale aj v porovnaní s bežnou implementáciou synchronnej replikácie u iných dodávateľov cez dostupný FibreChannel aj na väčšie vzdialenosti je riešenie od AccelStor lacnejšie a jednoduchšie na inštaláciu/exploatáciu, pretože nie je potrebné inštalovať virtualizátory úložného systému a/alebo vykonávať integráciu s softvérom (čo nie je vždy možné v zásade). Plus, nezabúdajme, že riešenia AccelStor sú All Flash sústavy s výkonom vyšším ako "klasické" úložné systémy so SSD only.
Pri používaní technológie Nothing Shared architektúry od AccelStor je možné dosiahnuť dostupnosť úložného systému na úrovni 99.9999% za celkom rozumnú cenu. Spolu s vysokou spoľahlivosťou riešenia, vrátane používania dvoch kópií údajov, a pôsobivou výkonnosťou vďaka vlastným algoritmom , riešenia od sú vynikajúcimi kandidátmi na kľúčové pozície pri budovaní moderného dátového centra.
Zdroj: habr.com
