Массивы хранения данных часто создаются даже в небольших компаниях. На достаточную пропускную способность можно надеяться прежде всего тогда, когда в качестве среды передачи используется Fibre Channel. Для достижения максимальной производительности высокую скорость передачи должны поддерживать и технологии, применяемые в массивах.
Тот, кто пользуется системой хранения данных, должен позаботиться, как правило, только о ее подключении к своей инфраструктуре. Возможными вариантами являются SCSI, Fibre Channel или прямое подключение к сети в случае устройства NAS. В области высокопроизводительных вычислений важную роль играет Infiniband, все большее значение получают последовательные технологии Serial Attached SCSI (SAS) и Serial ATA (SATA). Но эффективность работы системы зависит не только от внешнего подключения. Огромное влияние на производительность и время задержки оказывает то, каким образом в массиве реализована система управления встроенными жесткими дисками. Как показывают измерения, по сравнению с простым последовательным подключением дисков (Just a Bunch of Disks, JBOD) или инфраструктурой с концентратором (управляемая группа дисков — Managed Bunch of Disks, MBOD) коммутируемая инфраструктура (коммутируемая группа дисков — Switched Bunch of Disks, SBOD) обладает заметно большей пропускной способностью. Кроме того, она предоставляет и улучшенные возможности диагностики и межсоединения.
НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ОТКАЗЫ
Самым крупным недостатком этой конфигурации является практическое отсутствие устойчивости к отказам. Если хотя бы одно устройство в петле неисправно или кабель в каком-то месте обрывается, то контроллер теряет доступ к подключенным жестким дискам. В случае полной петли, где установлено 127 устройств, среднее значение наработки на отказ (Mean Time Between Failure, MTBF) составляет около года. Таким образом, в обозримое время сбой наверняка произойдет. Чтобы справиться с этой проблемой, производители интегрируют в массивы хранения данных концентраторы. Диски, как и прежде, составляют логическую петлю, но теперь из нее можно удалять отдельные диски без прерывания потока данных.
Тем не менее, как системам JBOD, так и системам MBOD приходится бороться с одним и тем же — с ограничением производительности. Даже когда в массив встроены два контроллера для обеспечения доступа при отказах, они могут быть активными лишь поочередно. Если контроллер А отправляет данные на диск Х, контроллеру В придется подождать подходящего момента для отправки данных на диск Y. Кроме того, пакет данных приходится передавать через всю петлю, даже если устройство назначения расположено рядом с контроллером. В крупных инсталляциях FC-AL с большим количеством устройств время задержки возрастает многократно. Если же концентратор пользуется своей возможностью влиять на синхронизацию пакета данных, к примеру, чтобы устранить эффекты от вариации времени задержки (jitter), длительность задержки становится еще больше. Для решения этой проблемы производители систем хранения данных Vitesse и PMC-Sierra разработали концепцию коммутируемых групп дисков (Switched Bunch of Disks, SBOD). По аналогии с Ethernet, где применение коммутаторов уже давно стало стандартом, центральный блок управления может поддерживать более одного соединения передачи данных одновременно (см. Рисунки 3 и 4). В системе с двумя контроллерами RAID, приводимой в качестве примера, обмен данных между контроллером А и диском Х происходит без каких-либо конфликтов параллельно с обменом между контроллером В и диском Y.
УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ ПОМОЩИ SBOD
Когда коммутатор SBOD обеспечивает соединение двух своих портов, между подключенными устройствами формируется виртуальная петля. В отличие от систем JBOD или MBOD другие устройства, не принимающие участия в передаче данных, не влияют на время задержки в петле. Неизбежная задержка вследствие происходящих в коммутаторе внутренних процессов всегда заметно меньше, чем затраты времени на прохождение сигнала через все подключенные устройства. Система хранения данных с 16 жесткими дисками, управляемая двумя контроллерами, как правило, предоставляет один порт коммутатора на один жесткий диск. Виртуальная петля, таким образом, ограничивается двумя устройствами вместо 18, которые были бы необходимы в случае конфигураций MBOD или JBOD. С учетом удвоенной пропускной способности двух одновременных соединений выигрыш в производительности по сравнению с JBOD или MBOD значителен. Кроме того, для проведения диагностики любой жесткий диск можно изолировать и извлечь из массива без отрицательных воздействий на другие носители данных и всю систему.
Тесты с разными профилями доступа ввода/вывода показали, что системы SBOD при последовательном доступе работали как минимум в два раза быстрее, чем конфигурации MBOD или JBOD. Это касается как небольших, так и крупных систем хранения данных (от 8 до 48 дисков), и справедливо для блоков размером от 512 байт до 64 килобайт. Самые плохие результаты система SBOD показала при малом количестве дисков в каждом дисковом массиве, когда сокращение времени задержки минимально и сопоставимо с задержкой процессов коммутации. Показатели доступа системы SBOD оказались ниже всего при максимальных объемах данных, когда пакетов с командами немного и служебных данных по сравнению полезными передается мало. Но даже в самом худшем случае пропускная способность SBOD более чем в два раза превысила пропускную способность MBOD. В противоположной ситуации, когда в системе большое количество жестких дисков обслуживало множество небольших запросов, пропускная способность была в четыре раза выше. Все результаты подтверждены испытаниями, проведенными при помощи инструмента Iometer.
Другие проверки с профилем доступа, соответствующим Storage Performance Council (SPC), содержали как последовательные, так и случайные запросы ввода/вывода. Точные данные о составлении запросов ввода/вывода можно узнать из спецификации SPC-1. В таком сценарии оказывается, что производительность системы все еще ограничивается производительностью дисков. Но при использовании случайных запросов ввода/вывода бывают ситуации, когда пропускная способность системы все еще оказывает влияние на общую производительность. Тогда становится очевидным, что система SBOD в состоянии работать столь же быстро, как и система MBOD, а в некоторых случаях и вдвое быстрее. Тесты показывают, что пропускная способность всей системы становится все более ограничивающим фактором по мере увеличения количества жестких дисков, и тогда превосходство SBOD становится явным. В будущем проблема только обострится, поскольку все чаще производители устанавливают в свои системы хранения жесткие диски
с форм-фактором 2,5 дюйма.
Тим Кортни — старший разработчик в компании Xyratex Storage Systems.
© AWi Verlag