SAN высокой емкости: надежность, скорость, доступность

Ультрасовременные хранилища данных, как правило, представляют собой объект повышенного интереса на международных выставках. Но чтобы увидеть такие устройства, сегодня не обязательно ехать за рубеж – теперь они доступны и в Украине. Один из свежих примеров успешной реализации – 96-дисковый массив объемом 7 TB, продемонстрированный компанией Onix.

Предпосылки

По данным исследовательской группы IDG, в 2004–2005 гг. 18% случаев утери ценной информации оборачивались резким отставанием компаний в развитии, потерей доли рынка и недовольством клиентов, что привело 10% компаний к банкротству, а 12% – к исчезновению.

Высококлассному специалисту в области информационных технологий известно, что мало собрать данные – необходимо их обработать, систематизировать и определить на хранение, причем с учетом целого комплекса сопутствующих факторов. В частности, пристальное внимание должно уделяться вопросам безопасности, и речь идет не только о действиях потенциального злоумышленника – намного более ощутимый вред могут нанести такие факторы, как утеря информации или невозможность своевременного получения доступа к требуемому ресурсу.

Поэтому на сегодняшний день при организации хранилищ речь идет не столько об объемах, сколько о надежности систем хранения данных и скорости их реакции на запросы, причем не в последнюю очередь упоминаются такие параметры, как отказоустойчивость и помехозащищенность.

Многие крупные компании хорошо понимают опасность игнорирования угроз и уделяют достаточное внимание комплексам централизованной обработки и хранения данных, снабженным развитыми функциями обеспечения отказоустойчивости и весьма высокими скоростными характеристиками. Среди таких систем лучше всего зарекомендовали себя кластерные решения с дисковой подсистемой, построенной по технологии SAN.

SAN. Немного теории...

Система, содержащая до сотни дисков общим объемом около 7 TB, обеспечивает значительную скорость обмена данными в сочетании с крайне высокой отказоустойчивостью

Как известно, одним из главных компонентов подобных решений является собственно хранилище, в качестве которого зачастую выступает высокоемкий дисковый массив, подключенный к сети хранения данных SAN (Storage Area Network). Использование такой сети позволяет организовать централизованное хранилище данных с разнообразными средствами управления, консолидировать все дисковые ресурсы, а также предоставляет почти неограниченные возможности для расширения. При этом значительно повышается доступность и производительность приложений.

По сути, SAN-решение представляет собой дополнительную выделенную сеть, связывающую один или несколько серверов с одной или несколькими системами хранения данных. SAN позволяет любому серверу получить доступ к любому накопителю, не загружая при этом ни другие серверы, ни локальную сеть. Кроме того, возможно взаимодействие между системами хранения данных без участия серверов.

Фактически SAN – это конкатенация аппаратных средств и ПО, позволяющая очень большому числу пользователей хранить информацию в одном месте (с быстрым централизованным доступом) и совместно использовать ее, не снижая быстродействия. В качестве систем хранения могут применяться RAID-массивы, различные библиотеки (ленточные, магнитооптические и др.), а также JBOD-системы (Just a Bunch of Disks) – простые массивы дисков без RAID-возможностей.

...и практическая реализация

Решение, разработанное специалистами Onix, предназначено для использования в качестве устойчивого помехо- и отказозащищенного средства организации баз данных, критичных ко времени простоя и скорости доступа к информации.

Дисковый массив Infortrend EonStor F16F-R2A2-AM5 гарантирует очень большую надежность благодаря полному дублированию всех элементов

Основой для построения системы стал дисковый массив Infortrend EonStor F16F-R2A2-AM5 с подключенными модулями расширения (JBOD) F16F-R2J2. Собственно, выбор F16F-R2A2-AM5 был неслучаен: он обеспечивает очень высокую надежность благодаря полному дублированию всех элементов, в том числе и в JBOD'ах. Соответственно, модуль содержит два контроллера RAID, два блока питания и четыре вентилятора. Каждый диск в системе подключен к двум независимым каналам, и в каждом JBOD установлено две платы SES (SCSI Enclosure Services), предназначенные для мониторинга состояния дискового массива. Кроме того, каждый JBOD подсоединен двумя отдельными кабелями.

Система обеспечивает независимый аппаратно-программный мониторинг всех компонентов, контролируя состояние накопителей, источников питания, частоту вращения вентиляторов, температурный режим во всех модулях, своевременно информируя оператора о критических ситуациях, требующих вмешательства. Практически все модули могут быть заменены без остановки системы, в режиме hot plug. Дополнительным средством повышения надежности и производительности является поддержка работы контроллеров в режиме Active-Active: в штатном состоянии каждый контроллер обслуживает свои массивы, но в случае выхода из строя одного из них второй берет на себя обработку операций со всеми массивами.

Аппаратная синхронизация кэш-памяти в RAID-контроллерах осуществляется через два специализированных канала, выделенных для этих нужд. Выход из строя RAID-контроллера и переход выполняемых им задач ко второму контроллеру являются прозрачными для серверов и никак не сказываются на их функционировании. В процессе работы системы можно решать не только задачи, связанные с обслуживанием, профилактикой или устранением неполадок. Так, объем логического массива расширяется без прерывания работы путем добавления новых дисков или замены старых (по одному) носителями большей емкости.

Еще одним способом повышения живучести системы хранения данных служит применение мощного внутреннего инструмента – настраиваемых политик для автоматического перехода в наиболее безопасный режим работы с выключенным кэшированием по записи при возникновении определенных опасных состояний, в которых возрастает риск аппаратного сбоя (высокая температура, выход из строя блока питания или диска, перестройка массива и т. п.).

Настройка и управление системой, а также мониторинг функционирования могут производиться при помощи LCD-экрана на дисковой стойке, через порт RS-232 и Telnet по Ethernet. Кроме того, возможно управление при помощи специализированного ПО RAIDWatch, получающего доступ к системе по TCP/IP или Fibre Chanell.

Fibre Chanell – не дань моде!

Применение в разработанной системе интерфейса Fibre Channel обусловлено многими факторами, основные из которых – скоростные показатели системы и ее надежность. Очевидно, что оптическая среда передачи данных практически не подвержена электромагнитным помехам, кроме того, оптические кабели считаются более надежными, чем медные.

У каждого диска имеется два порта, к каждому из которых подходит отдельный канал, что значительно повышает отказоустойчивость. Даже при выходе из строя одного канала внутри массива система останется в работоспособном состоянии за счет второго.

Расстояние между компонентами SAN (сервером и дисковым массивом, сервером и коммутатором, коммутатором и дисковым массивом) может составлять до 150 м. При использовании специальных устройств (промежуточное звено по одномодовому волокну) расстояние между точками может достигать 10 км. Благодаря применению коммутаторов, к одному или нескольким дисковым массивам в сети хранения данных могут одновременно обращаться десятки серверов. Кроме того, допускается построение нескольких путей от каждого сервера к дисковому массиву с применением двух разных HBA (Host Bus Adapter) в сервере, двух разных коммутаторов по пути и двух контроллеров в дисковом массиве. В результате получается система без единой точки отказа. Еще одна полезная особенность – разделение доступа для разных серверов к разным логическим массивам на уровне протокола Fibre Channel.

Итог

В продемонстрированном образце система содержит 96 жестких дисков Fibre Channel емкостью 73 GB. Таким образом, суммарная емкость дисков 7 TB, и в случае построения на ее базе, скажем, RAID-массива 10-го уровня размер хранилища в целом составит 3,5 TB. Если есть необходимость, общая емкость системы увеличивается до 74 TB при подключении 14 JBOD и использовании накопителей объемом 300 GB.

Разработка такого уровня пригодится любой организации, деятельность которой связана с большими объемами хранимых данных. Доступ к системе сможет получать одновременно множество пользователей, не ощущая никакого дискомфорта, связанного с ограничением времени запросов и реакцией системы в целом. А высочайшая отказоустойчивость в сочетании с максимальной простотой управления, обслуживания и модернизации позволит обеспечить требуемую защищенность информации.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365