Семейства продуктов NetApp FAS и AFF предоставляют широкий выбор хранилищ, охватывающих системы малого, среднего и корпоративного классов. Программный продукт NetApp ONTAP 9 располагает функциями кластеризации, сокращения данных и их хранения в корпоративных масштабах. Компания NetApp поставляет хранилища FC SAN в составе системы ONTAP начиная с 2001 года, то есть уже более 16 лет.

В течение последнего десятилетия в сфере хранения данных произошли значительные перемены. Распространение флеш-накопителей, твердотельных накопителей (SSD) и массивов, состоящих исключительно из флеш-накопителей (AFA), привело к необратимым изменениям в технологии хранения данных благодаря высокой производительности ввода-вывода флеш-накопителей, небольшому времени отклика и стабильности рабочих характеристик.

Компания NetApp предоставляет как хранилища AFA, так и традиционные гибридные хранилища. Она давно вышла на рынок запоминающих устройств, подключаемых к сети (NAS), и в течение более десяти лет предоставляла еще и блочные или сетевые устройства SAN (сеть хранения данных) с использованием подключения по Fibre Channel (FC), FC over Ethernet (FCoE) и iSCSI IP/SAN.

В данном обзоре мы сначала рассмотрим семейство корпоративных продуктов NetApp SAN и функциональность его программной составляющей, а затем перейдем к производительности операций ввода-вывода NetApp AFA SAN.

Корпоративное хранилище NetApp SAN

NetApp выпускает три основных семейства продуктов для хранения данных, но те из них, которые основываются на ПО ONTAP 9, обеспечивают функциональность хранилища общего назначения как начального уровня, так и корпоративного класса и охватывают системы хранения, построенные целиком на базе флеш-технологий (AFF), и гибридные хранилища (FAS).

К хранилищам NetApp AFF относятся модели A700, A700s, A300 и A200. Перечислим некоторые аппаратные характеристики пары для высокой доступности в хранилище AFF.

  • AFF A700 — неформатированная емкость до 7,3 Пбайт, до 480 SSD-накопителей с внешними хост-портами, в том числе 32 порта на 32 Гбайт, 64 на 16 Гбайт (автоматическое определение диапазона) и 64 порта FC на 8 Гбайт/4 Гбайт, наряду с 64 портами 10 GbE FCoE и до 64 внутренних портов SAS на 12 Гбайт/6 Гбайт.
  • AFF A700s — неформатированная емкость до 3,3 Пбайт, 24 внутренних гнезда SSD и возможность использования до 216 SSD-накопителей; набор хост-портов: 8 портов на 32 Гбайт, 8 портов на 16 Гбайт (автоматическое определение диапазона) и 8 портов FC на 8 Гбайт/4 Гбайт, наряду с 8 портами SAS на 12 Гбайт/6 Гбайт.
  • AFF A300 — неформатированная емкость до 5,9 Пбайт, возможность использования до 384 SSD-накопителей; набор хост-портов: 8 портов по 32 Гбайт, 24 порта 16 Гбайт (автоматическое определение диапазона) и 16 портов FC на 8 Гбайт/4 Гбайт, наряду с 24 портами 10 GbE FcoE и 24 портами 16 Гбайт/6 Гбайт SAS.
  • AFF A200 — неформатированная емкость до 2,2 Пбайт, 24 внутренних гнезда SSD и возможность использования до 144 SSD-накопителей; набор хост-портов: 8 портов на 16 Гбайт (автоматическое определение диапазона) и 8 портов FC на 8 Гбайт/4 Гбайт, наряду с 8 портами 10 GbE FcoE и 4 портами SAS на 12 Гбайт/6 Гбайт.

К хранилищам NetApp FAS относятся системы FAS9000, FAS8200, FAS2650 и FAS2620. Некоторые аппаратные характеристики этих систем для пары высокой доступности таковы:

  • FAS9000 — максимальная емкость до 14,4 Пбайт, возможность использования до 1440 жестких дисков или 384 SSD-накопителей; набор хост-портов: 32 порта на 32 Гбайт, 64 порта на 16 Гбайт (автоматическое определение диапазона) и 64 порта FC на 8 Гбайт/4 Гбайт, наряду с 64 портами 10 GbE FcoE и 64 портами SAS на 12 Гбайт/6 Гбайт.
  • FAS8200 — максимальная емкость до 4,8 Пбайт, возможность использования до 480 жестких дисков или SSD-накопителей; 8 портов на 32 Гбайт, 24 порта на 16 Гбайт (автоматическое определение диапазона) и 16 портов FC на 8 Гбайт/4 Гбайт, наряду с 24 портами 12 Гбайт/6 Гбайт SAS.
  • FAS2650 — максимальная емкость до 1,2 Пбайт, 24 внутренних гнезда SSD и возможность использования до 144 жестких дисков или SSD-накопителей; 8 портов FC на 16 Гбайт/8 Гбайт (UTA2) и до 4 портов 12 Гбайт SAS.
  • FAS2620 — максимальная емкость до 1,4 Пбайт, 12 внутренних гнезд SSD и возможность использования до 144 жестких дисков или SSD-накопителей; 8 портов FC на 16 Гбайт/8 Гбайт (UTA2) или FCoE и до 4 портов SAS на 12 Гбайт.

Возможности ONTAP 9

Программное обеспечение ONTAP 9 располагает множеством функций для управления хранением данных. Прежде всего, ONTAP 9 обеспечивает кластеризацию хранилищ как SAN, так и NAS. То есть вы можете объединить в кластер SAN до 6 HA-пар AFF, FAS в любой комбинации или объединить в кластер NAS до 12 HA-пар AFF, FAS в любой комбинации. Как в кластере SAN, так и в NAS программа ONTAP 9 предоставляет любому присоединенному хосту доступ к логическому номеру устройства (LUN) или данным файлов, находящимся в любом месте кластера. Кроме того, LUN или данные файлов могут быть перенесены с любого узла в кластере на любой другой узел без перерыва в доступе к хранилищу или переносимым данным. Наконец, кластер SAN-NAS можно дополнить программой ONTAP 9, поддерживающей как файловое, так и блочное хранилище в полностью масштабируемой среде.

ONTAP 9 обеспечивает максимальный размер томов LUN до 16 Тбайт и предоставляет до 8192 LUN на HA-пару или до 49 тыс. LUN при работе в кластере SAN или SAN-NAS.

Кроме того, ONTAP 9 располагает функциями уменьшения размера хранилища данных.

  • Сжатие (compression) данных — данные сжимаются в блоке или файле, чтобы уменьшить физическое пространство, необходимое для внутреннего хранилища, и распаковываются, когда поступает запрос от хоста.
  • Дедупликация данных — обнаруживаются дублированные данные и освобождается пространство. При запросе от хоста используется первый экземпляр данных.
  • Уплотнение (compaction) данных — дедуплицированные и сжатые данные уплотняются и помещаются в один блок хранилища, чтобы получить больше данных за одну операцию ввода-вывода.
  • Динамическое управление размером томов (thin provisioning) — свободное, но неиспользуемое (незаписанное) пространство доступно для использования другими LUN или файловыми системами в системе хранения.

ONTAP 9 располагает функцией получения копий на конкретный момент времени (моментальных снимков) Snapshots, позволяющей экономить пространство. Нельзя сказать, что она предназначена специально для уменьшения размера данных, но ею можно воспользоваться всегда, когда требуется доступ только на чтение к исходным данным. Snapshots часто используют для резервного копирования или удаленного реплицирования данных. После того как резервное копирование или реплицирование завершено, моментальные снимки удаляются.

В качестве альтернативы Snapshots ONTAP 9 предоставляет пригодные для чтения и записи гибкие клоны FlexClones на конкретный момент времени. FlexClones представляют собой обновляемые копии LUN или данных файловой системы.

FlexClones подходят для использования копий данных активного пользовательского приложения, что делает их идеальным инструментом для групп разработки, тестирования и контроля качества. FlexClones обычно существуют дольше моментальных снимков и нередко на протяжении всего цикла проектирования, прежде чем их удалят или обновят перед следующим циклом разработки.

ONTAP 9 также предоставляет SnapMirror, функцию удаленной репликации данных, которые можно использовать для аварийного восстановления и обеспечения непрерывности бизнеса в случае отключения центра обработки данных. Многие современные предприятия располагают важными бизнес-приложениями, которые должны продолжать функционировать даже в случае отказа основного сайта. Цель SnapMirror — своевременно предоставить копию критичных бизнес-данных на вспомогательном сайте, чтобы при необходимости восстановить работу приложения.

Кроме того, NetApp предоставляет хранилище для сред VMware и Microsoft Windows Server и Hyper-V.

Для VMware компания NetApp обеспечивает возможность использования подключаемого модуля vCenter для настройки, мониторинга и диагностики операций с хранилищем NetApp из консоли VMware; поддерживает VMware Virtual Volumes (Vvols), позволяя администраторам VMware проще настраивать и архивировать данные ВМ; полностью поддерживает VMware vRealize Automation через подключаемый модуль Workflow Automation и обеспечивает аварийное восстановление благодаря интеграции VMware с помощью vSphere Site Recovery Manager (SRM) с SnapMirror.

Для Microsoft Windows Server и Hyper-V компания NetApp предоставляет надстройки System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) для настройки, мониторинга и диагностики операций сохранения данных NetApp из консоли Windows Server. NetApp Workforce Automation располагает сценариями PowerShell для автоматизации хранения данных в Windows Server. Кроме того, ONTAP 9 поддерживает отказоустойчивую кластеризацию и службу Microsoft Cluster Service с общими дисками.

В дополнение к средам VMware и Windows Server, NetApp предоставляет хранилище OpenStack SAN через драйвер для OpenStack Block Storage (Cinder) и хранилище Docker Engine SAN через подключаемый модуль NetApp Docker Volume Plugin (nDVP).

Автономное управление для хранилищ NetApp FAS и AFF также доступно вне сред VMware и Microsoft Server с использованием OnCommand System Manager, который представляет собой консоль управления хранилищем с простым графическим интерфейсом пользователя на основе браузера. Кроме того, ONTAP 9 позволяет управлять хранилищем через интерфейс командной строки или API-интерфейс RESTful (Representative State Transfer). С помощью интерфейса командной строки ONTAP 9 или API-интерфейса RESTful в любом центре обработки данных можно автоматизировать и запрограммировать настройку, мониторинг и управление хранилищем NetApp.

Работа с NetApp FC SAN

NetApp реализовала поддержку хранилищ FC SAN в своих системах FAS более 16 лет назад. Кроме того, компания предоставляет FCoE для хранилищ FAS и обеспечивает поддержку протоколов FCoE и файлового доступа (NAS) через один физический канал Ethernet.

Недавно разработчики NetApp реализовали каналы FC на 32 Гбит в системах AFF и FAS, чтобы помочь пользователям SAN с высокими требованиями приложений к полосе пропускания канала связи. Высокоскоростные порты FC на 32 Гбит предоставляются во всех текущих продуктах NetApp AFF и FAS корпоративного класса и среднего уровня.

Тестирование производительности хранилища SAN

Организация Storage Performance Council (SPC) поддерживает важнейшие стандартные отраслевые тесты производительности ввода-вывода хранилищ FC SAN и IP/SAN. Все тесты производительности SPC определяются консорциумом поставщиков систем SAN. Каждый официальный (опубликованный) тест SPC подлежит формальному и независимому аудиту, чтобы обеспечить целостность и соответствие нормативам и правилам тестирования SPC. Таким образом SPC гарантирует, что официальные результаты тестов производительности дают точное представление о производительности ввода-вывода системы хранения данных при конкретных рабочих нагрузках.

В течение нескольких лет тесты производительности SPC-1 были весьма популярными, так как их рабочая нагрузка соответствует характеру использования хранилищ SAN потребителями. SPC-1 имитирует рабочую нагрузку при обработке транзакций в реальном времени (OLTP), что является одним из аргументов при развертывании хранилища SAN в большинстве центров обработки данных. Поставщики часто предоставляют для тестов SPC-1 свои самые производительные хранилища. Опубликованы результаты тестов производительности SPC-1 почти всех ведущих поставщиков FC SAN и многих мелких поставщиков.

Рабочая нагрузка SPC-1 имитирует обновления баз данных для операций OLTP с использованием нескольких потоков ввода-вывода в трех различных группах хранения, именуемых единицами хранения приложений (ASU) для хранилищ баз данных, пользователей и журналов.

С применением SPC-1 и других тестов производительности хранилищ связаны две проблемы:

  1. В них регулярно сочетаются гибридные, построенные исключительно на основе флеш-технологий и использующие прямой доступ системы хранения корпоративного класса, среднего уровня и рассчитанные на средние и малые компании.
  2. Иногда наряду с более свежими результатами в них присутствуют старые, но активные результаты систем хранения.

Из-за этих особенностей мы включили в анализ только результаты SPC-1, представляющие флеш-системы корпоративного класса, и только результаты тестов производительности SPC-1 за последние два года. В рейтинг флеш-хранилищ SPC-1 корпоративного класса вошли следующие системы:

  • флеш-хранилище EMC VNX8000;
  • Fujitsu ETERNUS AF650;
  • Hitachi Data Systems (HDS) VSP G1000 с ускоренными флеш-модулями Hitachi;
  • Hitachi Unified Storage (HUS) VM;
  • HPE 3 PAR StoreServ 8440;
  • HPE 3 PAR StoreServ 8450;
  • HPE XP7 с флеш-модулями;
  • Huawei OceanStorTM 18800;
  • NEC M710F.

Некоторые из этих систем нельзя отнести к категории AFA, но у всех основная часть памяти базируется на флеш-технологии, и в большинстве систем, не относящихся к категории AFA в приведенном выше списке, вся память представлена флеш-технологией.

Наконец, все приведенные ниже метрики SPC-1 взяты из результатов тестов производительности SPC-1 Version 1 и Version 2. SPC-1 Version 2 — новая версия исходных тестов производительности, но результаты SPC-1 выдаются вместе для версий 1 и 2, на одной странице на сайте SPC. В нашем анализе используется такой же подход. Полное описание тестов производительности SPC-1 можно найти в Интернете.

Текущие результаты SPC-1

На рисунке 1 приведено распределение систем по экономичности ввода-вывода. Метрика IOPS/$/GB (операции ввода-вывода в секунду/долл./Гбайт) выводится из стандартной метрики SPC-1. В сущности, показатель IOPS/долл./Гбайт представляет собой SPC-1 IOPSTM, разделенный на величину (общая цена системы, деленная на общую емкость ASU). На рисунке NetApp AFF A700s занимает первое место с показателем 124 583 IOPS/долл./Гбайт, что хорошо характеризует общую экономичность ввода-вывода NetApp AFF A700s.

Результаты SPC-1 для текущих корпоративных флеш-хранилищ — 10 лучших показателей IOPS/$/G
Рисунок 1. Результаты SPC-1 для текущих корпоративных флеш-хранилищ — 10 лучших показателей IOPS/$/G

Существуют и другие способы оценки экономичности ввода-вывода. SPC-1 использует метрику долл./IOPS (SPC-1 Price-Performance), которая может быть искажена для хранилищ более компактной архитектуры. Однако если взять показатель SPC-1 Price-Performance для данной группы систем, то NetApp AFF A700 s заняла бы пятое место, поскольку все более успешные системы имеют общую емкость ASU менее 7 Тбайт, а NetApp A700s — свыше 77 Тбайт.

Другими словами, A700s ближе по емкости к AFA-системам, выбираемым корпоративными покупателями, но при использовании метрики SPC-1 Price-Performance системы с большей емкостью всегда будут занимать места ниже систем меньшей емкости с аналогичной производительностью. Поэтому метрика SCI IOPS/$/GB на рисунке 1 охватывает емкость системы хранения данных.

На рисунке 2 показаны результаты текущих корпоративных флеш-хранилищ SPC-1 IOPSTM (операции ввода-вывода в секунду). Эта метрика показывает максимальное число операций ввода-вывода в секунду для рабочей нагрузки SPC-1.

Результаты SPC-1 для текущих корпоративных флеш-хранилищ — 10 лучших показателей IOP
Рисунок 2. Результаты SPC-1 для текущих корпоративных флеш-хранилищ — 10 лучших показателей IOP

Как мы видим, NetApp AFF A700s занимает второе место с результатом 2 400 059 SPC-1 IOPS. На диаграмме указаны тип контроллера, пары серверов?модулей, VSD-пары, пары узлов или HA-пары для корпоративных систем флеш-хранилища.

Экземпляр NetApp AFF A700s настроен в кластере хранения ONTAP 9 SAN с 6 HA-парами AFF A700s, каждая с 24 960?Гбайт SSD-накопителями в кластере (всего 144 SSD-накопителя). В системе, занявшей первое место, — кластере хранения SAN с 16 контроллерами — используется 32 SSD-накопителя по 400 Гбайт (в общей сложности 512 SSD-накопителей, обеспечивающих данный уровень IOPS).

Наконец, один из важнейших аргументов в пользу AFA по сравнению с гибридным хранилищем — более стабильная производительность ввода-вывода. SPC-1 не дает метрики, которая показывает стабильность производительности или, наоборот, изменчивость, поэтому мы вывели собственную метрику, чтобы оценить относительную пригодность AFA для корпоративных центров обработки данных.

Чтобы получить нашу последнюю метрику, мы углубились в отчеты FDR SPC-1 и извлекли сведения о минимальном и максимальном времени отклика ввода-вывода. Тесты производительности SPC-1 начинаются с легкой рабочей нагрузки (около 10% максимального значения IOPS), а затем активность нарастает до получения максимальной достижимой величины IOPS (около 100%).

Мы используем подробные данные SPC-1 FDR на двух крайних уровнях производительности, чтобы ранжировать текущие корпоративные флеш-системы хранения данных по стабильности производительности. Стабильность производительности ввода-вывода системы — это разница между выданными SPC-1 минимальным (около 10% нагрузки) и максимальным (около 100% нагрузки) средним временем отклика (ART) ввода-вывода рабочей нагрузки или Delta (ART@10%, ART@100%)

На рисунке 3 текущие корпоративные флеш-системы хранения данных SPC-1 ранжируются по этой разнице; показаны их минимальное и максимальное время отклика ввода-вывода.

Лучшие 10 корпоративных флеш-систем хранения данных — стабильность производительности
Рисунок  3. Лучшие 10 корпоративных флеш-систем хранения данных — стабильность производительности

На рисунке 3 более низкие показатели лучше, NetApp AFF A700s занимает второе место по стабильности производительности; результат Delta (ART@10%, ART@100%) — 440 мкс, то есть всего на 20 мкс хуже, чем у победителя.