Гипервизоры систем хранения данных

Частные облака позволяют реализовать централизованное и гибкое предоставление виртуальных приложений, серверов и десктопов. Основа этого — совместимость и практически неограниченная расширяемость аппаратных ресурсов как на стороне серверов, так и на стороне сети. Благодаря использованию соответствующих гипервизоров удается избежать традиционных проблем, связанных с несовместимостью систем хранения данных. В результате процессы управления безопасностью, производительностью и ресурсами хранения в частных облаках значительно упрощаются.

Концепция гипервизоров, в особенности гипервизоров для серверов и десктопов, все активнее внедряется в ЦОД: виртуализация, а также управление виртуализацией, автоматизация и предоставление ресурсов по требованию (On Demand) через системы самообслуживания (Self-Service) превращают ЦОД в частное облако, посредством которого осуществляется гибкое предоставление централизованных сервисов. При этом наглядно проявляются преимущества заменяемых и расширяемых аппаратных компонентов применительно к загруженности оборудования, распределению нагрузки и эффективности процессов управления. А вот в сегменте систем хранения на протяжении длительного времени сохранялся проприетарный подход к дисковым подсистемам. Это было обусловлено, с одной стороны, сложностью администрирования структур Fibre Channel и LUN, а с другой — представлениями о безопасности, которые были несовместимы с миром серверов Windows.

Основополагающая концепция гипервизоров — это виртуализация посредством специализированного программного обеспечения или ПО промежуточного уровня (Middleware), которое размещается между аппаратным обеспечением и операционной системой. В сегменте систем хранения данных технология виртуализации довольно долго использовалась только для отдельных подсистем или групп одинаковых устройств и была связана с их разбиением на разделы (Partitioning). Кроме того, при виртуализации могли объединяться и отдельные функции, к примеру, относящиеся к миграции данных или их восстановлению после сбоев (Disaster Recovery). Лишь с появлением новейших разработок в сфере программной виртуализации зашла речь о сближении серверов с системами хранения данных и о сходных представлениях о функциях гипервизоров.

МНОГОУРОВНЕВЫЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ НУЖДАЮТСЯ В ГИПЕРВИЗОРАХ

Гипервизоры систем хранения представляют собой универсальное ПО для виртуализации ресурсов хранения данных, благодаря которому повышается надежность инвестиций в разнородные и постоянно растущие частные облака.

Эти гипервизоры объединяют подключенные емкости — вне зависимости от их производителя или используемой технологии — в виртуализированный централизованный пул хранения данных. Они позволяют устранить проблемы несовместимости контроллеров хранения данных и функциональные ограничения нестандартного микропрограммного обеспечения (Firmware) и инструментов администрирования. В результате функции управления системами хранения данных, регулирующие предоставление ресурсов, сохранение данных, а также их репликацию, зеркалирование и кэширование, распространяются на все аппаратное обеспечение.

МНОГОУРОВНЕВЫЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ

Особое место в этом сегменте занимают концепции многоуровневых систем хранения (Tiered Storage), незаменимых для обеспечения эффективной работы облаков. Теперь комбинация из различных классов систем хранения не должна ограничиваться одним массивом хранения данных (Storage Array). Гипервизор систем хранения позволяет интегрировать ресурсы iSCSI, Infiniband, FC (Fibre Channel) и FCoE (Fibre Channel over Ethernet), он поддерживает не только жесткие (Hard-Disk Drive, HDD), но и твердотельные (Solid State Disks, SSD) диски, а новейшие поколения способны использовать и ресурсы устройств NAS. В результате упрощается внедрение решений высокой доступности для общих файловых кластеров из хостов CIFS и NFS.

Столь глубокая проработка на техническом уровне наглядно демонстрирует, что гипервизор систем хранения не ограничивается одним лишь общим администрированием ресурсов хранения, но оказывает влияние на операции ввода/ вывода при обмене трафиком между серверами и системами хранения. Особенно наглядно это проявляется при рассмотрении показателей производительности (см. Рисунок 1). Универсальные гипервизоры систем хранения данных существуют в виде как самостоятельных аппаратных устройств, так и полностью программных решений, которые обычно устанавливаются на стандартные серверы с архитектурой x86 или на виртуальные машины (см. Рисунок 2). Благодаря своей «программной» концепции они хорошо поддаются масштабированию и могут использоваться на протяжении нескольких смен поколений аппаратного обеспечения. Независимо от того, размещается ли гипервизор систем хранения данных на стандартном аппаратном обеспечении, на виртуальной машине или на проприетарном устройстве, он использует оперативную память (RAM) и интеллектуальные алгоритмы кэширования для ускорения процессов считывания и записи.

Рисунок 1. Виртуализация систем хранения данных способна значительно повысить производительность многочисленных приложений при их обращении к данным.

Рисунок 2. Программное обеспечение для виртуализации систем хранения данных можно устанавливать на тех же физических серварах, что и Windows Server 2008 R2 с активной ролью Hyper-V. Для этого требуются два физических сервера и две виртуальные машины Hyper-V с активированным ПО Microsoft Cluster.

В основе гипервизоров систем хранения лежит технология виртуализации ресурсов, обеспечивающая управление емкостью и производительностью систем для всех аппаратных устройств. Решения разных производителей отличаются набором дополнительных функций управления системами хранения данных, типичных для сетей SAN.

ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ ФУНКЦИИ

С помощью гипервизора систем хранения данных интеллектуальные функции, обычно встречающиеся в проприетарных контроллерах систем хранения, становятся доступными во всей сети. Эти универсальные решения обеспечивают централизованное управление без привязки к конкретным устройствам и платформам. Они управляют виртуальными инфраструктурами хранения данных, виртуальными дисковыми пулами, автоматизированным выделением отдельных виртуальных дисков, автоматизацией процессов (процессы по сценарию), синхронным зеркалированием (обеспечение высокой доступности систем), асинхронной и двунаправленной репликацией (восстановление после сбоев), созданием моментальных снимков (Snapshots), непрерывным сохранением данных (Continuous Data Protection, CDP), а также динамическим выделением ресурсов (Thin Provisioning) и автоматическим распределением файлов по уровням (Auto-Tiering). Именно сочетание двух последних технологий оказывает решающее влияние на обеспечение эффективного использования ресурсов хранения в облачных ЦОД.

ДИНАМИЧЕСКОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ

Динамическое выделение ресурсов позволяет осуществлять более эффективное распределение памяти для сохранения данных: каждый виртуальный диск занимает в точности такую емкость в пуле хранения данных, состоящем из физических жестких дисков, какая ему действительно требуется, и при этом всегда пользуется всеми предоставляемыми ему ресурсами. Возможность объединения всех доступных жестких дисков в один массив (Striping) повышает производительность. В кластерных системах одни и те же виртуальные диски могут назначаться нескольким хостам, даже если у физических жестких дисков имеется только по одному порту.

РЕЗЕРВНОЕ ХРАНЕНИЕ ДАННЫХ

Помимо синхронного зеркалирования администратор может организовать асинхронную репликацию данных на внешний сервер хранения посредством соединения IP. Изменения, которые еще не были переданы на удаленный сервер, записываются активной системой в гибко настраиваемый буфер. Для двунаправленной репликации на удаленном сервере необходимо создать аналогичную буферную зону, при этом направление репликации всегда можно изменить в процессе эксплуатации систем, что снижает риск потери данных.

Кроме этого, гипервизор систем хранения данных обладает такими функциями SAN, как создание моментальных снимков и непрерывное сохранение данных посредством технологии CDP. Этот инструмент администрирования предоставляет информацию о состоянии и производительности компонентов инфраструктуры хранения данных, а также подсоединенных серверных систем. Хосты CIFS и NFS можно подключить к системе хранения блочного уровня (Block Level) и использовать ее в качестве высокодоступного сетевого хранилища NAS, в частности для разделяемых кластеров Microsoft. Для этого функцию синхронного зеркалирования гипервизора системы хранения данных необходимо объединить с самовосстанавливающимся кластером (Failover Cluster), к примеру из Windows Server 2008 R2.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЙЛОВ ПО УРОВНЯМ

Важным компонентом обеспечения эффективной работы в облачной среде является функция автоматического распределения файлов по уровням, поскольку с ее помощью можно предотвратить возникновение пиковых нагрузок. Для этого необходимо заменить многочисленные вращающиеся диски в серверах хранения данных, потребляющие значительное количество электроэнергии, на несколько SSD или карт памяти PCI. Последние, имеющие непродолжительный срок службы, можно заменять без остановки работы всей системы.

Теперь, в зависимости от приоритетных требований виртуальных дисков, система может перемещать активно используемые файлы в область хранения с высокой производительностью операций ввода/вывода. Данные, которые запрашиваются реже определенного количества раз, переносятся в зону с меньшей производительностью. В результате обеспечивается очень эффективное использование ресурсов хранения, которое администратору не удалось бы организовать вручную (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Благодаря виртуализации систем хранения один- единственный жесткий диск может обеспечить распределение сохраненных данных по принципу многоуровневой архитектуры хранения. При этом вся информация разделяется на блоки с учетом потребностей в быстром, среднескоростном и медленном (в случае редкого использования) доступе.

Кроме того, универсальный гипервизор систем хранения данных включает в себя шлюз для облачных массивов (Cloud Array Gateway), с помощью которого автоматическое распределение файлов по уровням распространяется из частного на публичное облако (Public Cloud). Это облегчает автоматическое перемещение данных, не имеющих критической важности для деятельности предприятия (например, в целях архивирования).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гипервизоры систем хранения формируют гибкую централизованную платформу хранения данных, позволяющую автоматизировать многочисленные процессы управления в динамичной облачной среде. Их масштабируемость и многочисленные функциональные возможности вносят значительный вклад в обеспечение надежности и экономической привлекательности виртуальных инфраструктур. Кроме того, исполненные в виде программного решения, они позволяют значительно снизить затраты на внедрение и эксплуатацию сетей SAN.

Кристиан Маркцинке — директор департамента системотехники по региону ЕМЕА в компании DataСore.