HPE Alletra 6000: надійна система зберігання з високою продуктивністю

HPE Alletra 6000: простота налаштування 

Під час вибору, а потім налаштування нової системи зберігання перед ІТ-персоналом завжди стоять такі питання: 

• Який тип RAID вибрати для того чи іншого додатка? 

• Яку відмовостійкість обрати? Скільки дисків при цьому я можу втратити без втрати даних - 1, 2 або 3?

• Як правильно розбити дискову підсистему для додатків і яким блоком? 

• Чи потрібно окремо купувати диски з можливістю шифрування для застосунків, які потребують окремого "догляду/нагляду"? 

• Яка продуктивність дискової підсистеми мені потрібна? 

З All-Flash системою HPE Alletra 6000 все просто: обираємо модель із необхідною продуктивністю і забуваємо про всі питання. Як? Про це далі.

Коротко про SSD диски 

SSD диски проєктувалися так, щоб використовувати той самий інтерфейс вводу-виводу, що й жорсткий диск (HDD), наприклад, інтерфейси SATA і SAS, для під'єднання до дискового кошика у будь-якому сервері та системі зберігання. Сьогодні більшість SSD дисків використовують флешпам'ять на базі NAND, швидкий розвиток технологій NVMe (Non-volatile Memory Express), NVMe over Fabrics (NVMe-oF) і SCM (Storage Class Memory) відкриває потенціал для надшвидкої обробки даних. 

NVMe - це протокол інтерфейсу для доступу до флешпам'яті через шину PCI Express (PCIe). На відміну від традиційних архітектур All-Flash систем зберігання, які обмежені однією послідовною чергою команд, протокол NVMe підтримує десятки тисяч паралельних черг (до 65536), кожна з яких здатна підтримувати десятки тисяч одночасних команд (до 65536). У реальності ці цифри скромніші, але це вже не важливо. Все одно це дуже швидко!

SCM відома як постійна пам'ять (Persistent Memory, Optane DC) або твердотілий диск на базі флешпам'ять (SSD, Optane DC), є відносно новим типом технології, який стирає межу між пам'яттю DRAM і зберіганням на дисках SSD, оскільки її можна використовувати в обох виглядах. 

За широкого розгортання NVMe дисків, особливо у поєднанні з пристроями з SCM, можуть значно прискорити роботу застосунків нового покоління, забезпечуючи в 10 разів меншу затримку і максимальну кількість операцій вводу-виводу за секунду.  

Цей огляд присвячено лінійці систем зберігання даних HPE Alletra 6000. Лінійка систем зберігання HPE Alletra 6000 практично нічим не відрізняється від адаптивного варіанту (SSD+HDD) HPE Alletra 5000 - крім дисків і деяких механізмів запису/читання.

Архітектура HPE Alletra 6000 

Система зберігання HPE Alletra 6000 складається з 2-х контролерів, що працюють у режимі active/hot standby та одного типу дисків - SSD NVMe. У старших моделях (6050-6090) можна додати SCM адаптер (Intel Optane PCIe) з менш ніж 200 мкс середньою затримкою, для кешування даних. Такий додатковий кеш на читання може бути потрібен для програм, що вимагають ультрашвидкого відгуку десятикратного зменшення затримки читання. Цю систему можна надалі розширювати шляхом додавання полиць із дисками SSD NVMe. 

Кожен контролер системи складається з двох центральних процесорів (CPU), крім моделі 6010, у якій використовується один процесор. Варто зазначити, що цей модельний ряд використовує процесори AMD EPYC з високою частотою, що дуже добре зарекомендували себе як високопродуктивні сучасні процесори, модуль NVDIMM найшвидшу пам'ять з найменшою затримкою для захищеної буферизації запису, звичайної пам'яті DRAM, в якій відбуваються операції: дедуплікації, компресії, шифрування, вибудовування блоків у послідовний страйп (full stripe) та ультраконденсатора, що забезпечує 100% узгодженість і захист даних. 

У разі втрати одного з контролерів HPE Alletra не відбувається втрата продуктивності системи. Ця особливість режиму active/hot standby є перевагою у використанні, оскільки вихід з ладу одного з контролерів не знижує продуктивність системи ні на відсоток, забезпечуючи рівень обслуговування сервісів замовника на тому же рівні, як було до аварійної ситуації. На відміну від конкурентних архітектур, де вихід з ладу одного з контролерів у двоконтролерних системах, призводить до падіння максимальної продуктивності від 60% і більше. 

Розберемо на прикладі операції запису даних роботу системи, до речі, вона практично не відрізняється від роботи гібридної/адаптивної системи HPE Alletra 5000. Сервер генерує дані, наприклад блоки 32к, 16к, 8к, 4к, які одразу потрапляють у NVDIMM першого контролера, а потім швидко передаються через шину PCI-E на NVDIMM другого контролера, вже маємо 2 копії даних, для відмовостійкості. Далі відбувається підтвердження запису хосту/серверу за допомогою ОС системи зберігання, на швидкості роботи пам'яті 1 мікросекунда! Після цього починається процес, що майже ніяк не впливає на підсумкову продуктивність системи: дані копіюються в DRAM, на тій самій швидкості, що й робота з NVDIMM - це третя копія даних. Надійність понад усе! 

У пам'яті DRAM дані обробляються за допомогою вбудованих в ОС системи механізмів дедуплікації, стиснення і шифрування, якщо їх увімкнено. Щойно це сталося, дані вибудовуються/впорядковуються в смугу RAID з потрійною парністю або Triple+ Parity RAID (система переживе вихід з ладу любих 3-х дисків), а потім послідовно великим блоком передаються на рівень зберігання даних на SSD NVMe диски; дані, придатні для індексів, паралельно копіюються в окреме місце на SSD дисках, водночас частина даних та метаданих залишаються в DRAM та у SCM-прискорювачі (при наявності). 

Приклад зовнішнього вигляду NVDIMM

З операціями читання теж просто. Після запиту серверу на читання потрібних блоків, спочатку дані намагаються вичитуватися з NVDIMM, якщо там їх немає, то звертаються до DRAM, потім, при наявності, до SCM-кешу; якщо і там немає, то відбувається зчитування з SSD NVMe дисків. Якщо потрібні блоки знайшлися, перевіряється контрольна сума, також перевіряється ідентифікатор (версія) блоку для виявлення неправильного читання, неправильного запису або втрати запису, далі дані розтискають/регідрують і віддають потрібні блоки серверу. Перевірка і регідрація також відбувається, якщо необхідні дані знайшлися у NVDIMM, DRAM, або SCM. Все працює дуже швидко і без затримок на максимально можливій швидкості роботи системи. 

HPE Alletra 6000: економічність та ефективність зберігання 

Ми живемо у 21 сторіччі та виробники СЗД давно нас навчили користуватися корисними функціями та технологічним «бонусами» цих систем. Одними з цих бонусів є технології ефективного зберігання даних-дедуплікація, компресія (або загальна назва-стиснення). При їх використанні продуктивність системі зберігання даних практично не падає, що є дуже доречною перевагою. Таким чином, компанія НРЕ гарантує, що експлуатуючи систему зберігання HPE Alletra 6000, будь-яку з моделей, і використовуючи стиснення даних: дедуплікацію або компресію чи одне з двох, можна отримати практично ту ж саму продуктивність, використовуючи водночас меншу кількість дисків або об'єму. Економлячи місце в стійці, електрику і гроші, менше дисків — менша вартість. Серед основного підтримуваного функціоналу ефективного зберігання даних цих систем, що не потребує ліцензування, присутнє, як описали вище, стиснення даних на базі дедуплікації та компресії даних, а також технології виявлення нулів та підтримка тонких томів. 

У сімействах HPE Alletra 5000/6000 дедуплікація завжди працює "на льоту", має змінний блок, а компресія використовує алгоритм LZ4, підтримуючи при цьому високу швидкість роботи. Якщо процесор перевантажений, що буває дуже рідко, контролер автоматично переходить на слабший алгоритм компресії (LZ0). 

Таким чином, це вже давно поширене явище, якщо вам замість обіцяних 100 ТБ пропонують систему HPE Alletra 6000 на 33 ТБ, обіцяючи, що з коефіцієнтом 3:1 та з вашими даними, ви отримаєте те, що вам необхідно за менші гроші. 

Також варто зазначити, що завдяки тому, що ОС HPE Alletra більш ефективно організовує запис на SSD-диски, корисний об'єм для даних може бути на 20% більшим порівняно з конкурентами, за однакових умов.

HPE Alletra 6000: надійність зберігання 

Надійність зберігання — це один з елементів систем, який варто розглядати окремо. Існують "маркетингові дев'ятки", які загальновідомі і показують надійність всієї системи та всіх її компонентів, включно з підтримкою. Часте запитання: чи можна математично визначити надійність того, чи іншого рівня RAID? Виявляється так, і про це далі. 

Існує калькулятор надійності RAID, який дає уявлення про те, який рівень RAID є найнадійнішим, враховуючи кількість дисків. Будемо його використовувати та введемо необхідні дані, щоб зрозуміти, який рівень RAID найнадійніший, а який найменш надійний.  

Початкові дані: 

• Вважаємо, що SSD диск об'ємом 3,84 ТБ має середній час безвідмовної роботи 1,2 мільйона годин, у накопичувачів, що їх використовує компанія НРЕ, середній час безвідмовної роботи становить 2 мільйони годин, та показник однієї одиниці "частоти непереборних помилок/Nonrecoverable Error Rate" на кожні 10-17 прочитаних байтів — доволі стандартний показник. 

• Кількість дисків - 12 в одній рейд групі-RG, у RAID 50 або 60 буде використано 2 дискових групи по 6 дисків. Невелика кількість дисків узята через те, що саме цей варіант зазвичай використовується на консервативних платформах, бо ніхто не прагне до великої кількості дисків у RG. 

• Показник "швидкості відновлення тома/Volume Rebuild Speed" дорівнює 450 МБ/с. 

• У цьому калькуляторі немає показника відмовостійкості як у Nimble/Alletra 5000/6000 Triple+. Найближчим аналогом згідно з таблицею є тип RAID-Z3, його й обираємо (аналог Triple), але в ньому відсутня відмовостійкість, притаманна знаку "+"* (парність фрагментів усередині диска для захисту від подальших помилок сектора). 

*Для довідки: Triple+ у 5 разів надійніший, ніж прості схеми потрійної парності, як-от RAID-Z3 або RAID-TEC! 

Вважаємо, що відправною точкою є контрольний зразок RAID-5. Цей калькулятор доведеться використовувати кілька разів і щоразу записувати показник MTTDL для варіантів RAID-5 з 6 дисками та RAID-50 (з 2 групами по 6 дисків, тому для цього нам потрібно виконати розрахунок для 12 дисків). Потім виконати повторний розрахунок з 12, 16, 20 і 24 дисками та записати розрахунок для RAID-6/60, а також для RAID-Z3 для 12, 16, 20 і 24 дисків. 

Потім ділимо число, отримане при RAID-Z3 на контрольне RAID-5 або RAID-50. Це покаже відносну надійність RAID з потрійною парністю порівняно з цими типами RAID. Щоб отримати показник Triple+, помножимо показник RAID-Z3 на 5 і повторимо ділення. Те ж саме зробимо для RAID-6/60. 

Результати приголомшливі! Надійність рівня RAID Triple+ вища: 

• RAID-5 в 505655 разів. 
• RAID-50 в 466350 разів. 
• RAID-10 у 22207 разів. 
• RAID-6 (20 дисків) в 36118 разів. 
• RAID-60 в 70 разів. 

Розробники систем HPE Alletra зосередилися на цілісності даних, що зберігаються на ній. 

Хмарне управління HPE Alletra 6000

Назву інструменту HPE DSCC (Data Services Cloud Console) для управління системами зберігання НРЕ, такими як HPE Alletra 5000 або 6000, можна перекласти як "хмарна консоль для управління даними". Вона централізує управління як інфраструктурою, локальною, хмарною, розміщеною на майданчику сервіс-провайдера, так і даними у плані захисту інформації, розмежування прав, аудиту доступу. Ця консоль ще й своєрідний магазин додатків у майбутньому, в якому компанія НРЕ, партнери НРЕ та інші розробники програмного забезпечення, зможуть пропонувати свої інструменти для вирішення різних завдань замовника.

Консоль DSCC вже доступна для керування систем зберігання: HPE Alletra, HPE Primera, HPE Alletra Storage MP, а в найближчому майбутньому і для інших систем, які тільки-но з'являться. Потрібно розуміти, що система зберігання HPE Alletra, яка поставляється з DSCC, не обов'язково повинна управлятися тільки з цієї хмарної консолі. Наявні всі інструменти та для локального адміністрування у HPE Alletra. Підключення до хмарної консолі потрібно для первісної ініціалізації масиву. Тобто, для того, щоб хмара HPE отримала сигнал, що ця система зберігання розгорнута і запущена, і що для неї набувають чинності контрактні зобов'язання з технічної підтримки. Після цього можна без проблем закрити системам зберігання доступ до інтернету, якщо замовник має намір експлуатувати його на "темному майданчику"(без доступу до інтернету), і потім керувати нею вже з локальної консолі. Але чи треба це? Питання дискусійне!

Хоча консоль управління і називається "хмарною", це не означає, що дані замовника неодмінно переміщуються у хмару, якщо не йдеться про свідомо запущене резервне копіювання за допомогою консолі Backup and Recovery. Через DSCC відбувається тільки управління системою, а всі дані замовника залишаються на місці, тобто в їхньому власному ЦОД. З хмарною консоллю відбувається обмін тільки керуючими командами, строго через зашифрований тунель (mTLS).

Кожна система зберігання НРЕ при відвантаженні з заводу отримує підписаний сертифікат, який верифікується та оновлюється при кожному підключенні до консолі. Взаємодія з консоллю може бути ініційована тільки з боку самої системи зберігання, а не навпаки. Система надсилає стандартним портом 443 (HTTPS) запит у хмарну консоль, розміщену у домені hpe.com, підкріплюючи запит сертифікатом. Консоль звіряє цей сертифікат із копією, що зберігається в неї, валідує запит і встановлює захищений тунель, через який відбувається обмін командами управління. ІТ-персонал власними засобами контролю трафіку налаштовує для консолі виключно вихідне з'єднання з інфраструктури. Ніяких зовнішніх команд на неї надійти не може. Така організація роботи з хмарною консоллю відповідає найкращим практикам інформаційної безпеки. Для поглибленого вивчення фахівцями ІБ цього з'єднання, компанія НРЕ пропонує спеціальний документ з детальним описом архітектури безпеки DSCC, що передбачає, багатофакторну автентифікацію, входу в систему-двофакторну, для виконання критичних дій на кшталт видалення тома — навіть, трифакторну із залученням офіцера ІБ. 

Варто відзначити, що хмарна консоль залишається лише опцією. Але опцією надзвичайно корисною, а протягом календарного року вона додатково посилить привабливість завдяки появі нових сервісів, покликаних ще більше розширити коло розв'язуваних DSCC завдань. Випробувати цей інструмент і відкрити для себе його переваги можуть замовники HPE, які купили ці системи зберігання. І наша компанія Lantec у цьому з радістю допоможе. 

Модельний ряд HPE Alletra 6000

Модельний ряд сімейства систем зберігання HPE Alletra 6000 має 5 моделей. Починаючи з моделі 6010 і закінчуючи моделлю 6090. Різниця тільки в продуктивності: що вищий індекс моделі, то вища продуктивність, а також масштабованість дискового простору. Модель 6010 розширюється до 92 TB RAW, модель 6030 - до 184 TB RAW, модель 6050 - до 575 TB RAW, і старші моделі 6070/6090 - до 1104 TB RAW. Продуктивність рахується індивідуально, оскільки у кожного свої специфічні дані та робить це спеціалізований калькулятор після невеликого асесменту. 

Системи зберігання HPE Alletra 6000 можна масштабувати, збільшуючи місткість і продуктивність системи незалежно і без переривання роботи, послідовно змінюючи контролер з моделі 6010 до 6030, 6030 до 6050 або 6070 до 6090, або одразу можна оновити з 6010 до 6090, або вибрати проміжні між моделями варіанти заміни. Кожне оновлення може бути виконано у гарячому режимі, а це означає, що простоїв не буде.

Модельний ряд HPE також масштабується до 4 систем зберігання, та буде виглядати як єдине ціле — кластер (scale out) з прозорою мобільністю LUN між системами для досягнення лінійної продуктивності та масштабування об'єму. Можна налаштувати це так, що в інтерфейсі управління буде видно єдиний загальний об'єм усіх 4-х систем у кластері із загальною продуктивністю, що дуже зручно.

Інтеграція HPE Alletra 6000 з різними застосунками 

Ця система зберігання інтегрується з різними гіпервізорами, операційними системами, програмним забезпеченням, включно з інтеграцією з різними контейнерними середовищами та різними засобами оркестрації. Цю систему зберігання можна використовувати для вторинного зберігання даних резервного копіювання з практично миттєвим відновленням при інтеграції з ПЗ резервного копіювання. Крім того, HPE надає інтерфейси прикладного програмування API, для інтеграції в рішення з управління та автоматизації. 

Висновок 

Система HPE Alletra 6000 допомагає спростити, автоматизувати та прискорити управління даними, виконуючи виділення ресурсів, розподіл за рівнями і управління змінами автономно та інтелектуально на рівні підсистеми з мінімальним втручанням адміністратора або взагалі без нього. 

Інтерфейс користувача системи розроблено спеціально для автономного адміністрування. Це означає, що інтерфейси дають змогу адміністратору створювати фізичні та логічні ресурси й керувати ними, не вимагаючи будь-яких складних дій. Виділення не вимагає попереднього планування, проте система створює томи розумно на основі доступних ресурсів, на відміну від підходів до виділення ресурсів вручну, які потребують планування і ручного додавання місткості в проміжні пули.  

Основним інтерфейсом для ініціалізації системи зберігання та прямої взаємодії з графічним інтерфейсом є хмарна консоль DSCC. Моніторинг на основі штучного інтелекту і прогнозна аналітика надаються за допомогою іншого хмарного сервісу HPE InfoSight. 

Автор статті - Михайло Федосєєв, архітектор інфраструктурних рішень Lantec.