Сергей Тарасевич,
системный инженер, TRINITY SOLUTIONS
При анализе тенденций в области систем хранения данных (СХД) нельзя не учитывать изменения, происходящие в технологиях, которые эти системы используют как основу. Все ведущие производители СХД уже давно и очень активно применяют в качестве аппаратного обеспечения стандартные серверные архитектуры, что позволяет им сосредоточиваться на усовершенствовании программных решений и расширении функциональных возможностей. К таким технологиям более низкого уровня относятся флеш-накопители, шпиндельные диски и интерфейсы – для подключения к сетям SAN/NAS и для интерконнекта контроллеров/узлов СХД между собой.
Накопители SSD
Флеш-накопители продолжают теснить обычные шпиндельные диски по всем фронтам, в том числе в системах хранения. Фактически они уже совершили революцию на рынке хранения данных, и все ведущие производители выпустили СХД на их основе.
Твердотельные накопители намного более быстрые, емкие и надежные, чем обычные HDD, шпиндельные диски, а стоимость за 1 Гбайт скоро сравняется – для дисков со скоростью вращения 15 000 об/мин она уже сравнялась.
Одним из самых больших сдвигов в индустрии хранения данных в 2016 г. был переход с 2D на 3D NAND-технологии изготовления ячеек SSD, что позволило компаниям значительно увеличить емкость накопителей. Использование спецификации NVM Express (NVMe) с интерфейсом PCIe позволяет более полно реализовать потенциал SSD, значительно увеличивая пропускную способность и сокращая задержку доступа к данным.
Кроме того, на 2017 г. запланировано начало массового производства накопителей, использующих технологию 3D XPoint/Optane от Intel/Micron, которая, как заверяет компания Intel, займет свою нишу между очень быстрой, но энергозависимой оперативной памятью и относительно медленной, но энергонезависимой памятью на SSD. И, как обычно, первыми, кто начнет применять эту технологию, станут производители Hi-End СХД, т. е. систем, для которых цена не является определяющим фактором при принятии решения о покупке.
Накопители HDD
Похоже, что HDD вплотную приблизились к своим переделам по емкости и пропускной способности. Дальнейшее увеличение их емкости возможно только за счет повышения плотности записи и добавления новых пластин в диски, заполненные гелием. Достижение объемов 8–10 Тбайт на один диск стало возможным благодаря технологиям типа SMR от Seagate. Сегодня ИТ-индустрия уже ждет дисков, использующих новую технологию HAMR – Heat-Assisted Magnetic Recording (термомагнитная запись с подогревом), когда магнитная запись на пластину производится при локальном нагреве, обеспечиваемом лазером. Тем не менее скорость чтения/записи во многом зависит от скорости вращения этих пластин, а увеличить ее без потери надежности практически невозможно. При этом на рынке уже появились накопители SSD емкостью 15 Тбайт.
Интерфейсы
Сейчас индустрия хранения данных стремительно переходит от SAS/SATA к PCIe/NVMe для подключения внутренних накопителей и активно внедряет более быстрые версии старых технологий для подключения к внешним сетям SAN/NAS – 40/100 Гбит/с Ethernet и 32/128 Гбит FC (Gen 6). Хотя на рынке FibreChannel не все так безоблачно, поскольку все три лидера в этой области в прошлом (Brocade, Emulex и QLogic) были поглощены другими компаниями.
В глобальном смысле в индустрии хранения данных в настоящий момент можно выделить следующие тенденции.
- Конвергенция и гиперконвергенция – два главных тренда наряду с Software Defined Storage, которые звучат сегодня везде, где идут разговоры о повышении масштабируемости, снижении стоимости и, как следствие, увеличении эффективности хранения, возможно, в ущерб производительности.
- Быстрый рост рынка All—Flash-массивов, способных обеспечивать максимальную производительность, а СХД в гибридной конфигурации, состоящие из SSD и HDD, стали массовым сектором. Как уже отмечалось, SSD вытеснили шпиндельные диски со скоростью вращения 15 000 об/мин из сектора хранения «горячих» данных.
- Переход от монолитных систем хранения к более дешевым и масштабируемым (очень масштабируемым) многоузловым (scale—out) архитектурам, в которых серверы, имеющие в своем составе как HDD, так и SSD-диски, при необходимости могут быть добавлены практически без ограничений. Это доступные решения, обеспечивающие отказоустойчивость и не требующие дорогих специализированных аппаратных средств. Сочетая в себе мощные вычислительные узлы и подсистемы виртуализации, они образуют уже упоминавшиеся гиперконвергентные решения. Лидеры этого рынка – компании Nutanix, Simplivity и VMware. Последняя выпустила в конце 2016 г. новую версию своего SDS-продукта vSAN, в которой добавлено много новых возможностей, в том числе:
- обновленный API;
- поддержку двухузловой конфигурации – для филиалов и небольших компаний;
- возможность подключать к vSAN-хранилищу внешние серверы по iSCSI;
- поддержку контейнеров Docker;
- поддержку накопителей NVMe и шпиндельных дисков большого объема c секторами 512e.
Производители СХД, учитывая перечисленные тенденции, стремятся не только не отставать от спроса, но и в некоторой степени формировать его.
Один из лидеров отрасли, компания NetApp, уже довольно давно имеет в своей линейке специально оптимизированные под флеш-накопители версии традиционных СХД. Это системы AFF (Al-Flash FAS) и EF (All-Flash версия серии E).
В 2016 г. компания NetApp первой в индустрии представила СХД, использующие самые емкие в мире SSD (15 Тбайт). В частности, установка 48 таких накопителей в системе AFF дает полезное пространство объемом до 580 Тбайт, а применение таких технологий, как сжатие, дедупликация и упаковка (data compaction), позволяет довести этот показатель до 2,3 Пбайт. Причем такая система занимает в стойке только 4 юнита. Но и это не предел – в 2017 г. компания планирует начать использование SSD емкостью 32 Тбайт.
Что дает использование таких систем конечным пользователям? Тестирование реальных приложений показало следующие результаты.
- Oracle 12c OLTP на AFF 8008 EX:
- 309 000 IOPS при задержке 1 мс;
- 75% select, 25% update, 8 KB I/O size.
- Microsoft SQL Server OLTP на AFF 8080 EX:
- 339 000 IOPS при задержке 1 мс;
- 90:10 чтение/запись, 8 KB average I/O size.
Следующее поколение линейки AFF – серия А использует не только самые современные и емкие накопители, но и самые быстрые сетевые коммуникации: в моделях AFF A700 и A300 – порты 32 Гбит FC и 40 Гбит Ethernet.
При тестировании по методике SPC-1 эти системы показали впечатляющие результаты: AFF A700s достигла 2 400 059 IOPS при среднем времени ответа 0,69 мс[1].
В секторе scale-out систем NetApp также предлагает использовать All-Flash-архитектуры. В 2016 г. NetApp приобрела компанию SolidFire – производителя многоузловых All-Flash СХД. Система может масштабироваться с четырех до 100 узлов, предоставляющих от 35 Тбайт до 3,4 Пбайт полезной емкости и от 200 тыс. до 7,5 млн IOPS.
12 октября 2016 г. компания Fujitsu анонсировала доступность для заказа двух своих новых моделей All-Flash-семейства ETERNUS AF. Эти модели используют только 2,5” SSD-диски и являются самыми быстрыми СХД компании Fujitsu[2]. ETERNUS AF строится на стандартной отработанной архитектуре ETERNUS DX.
В семействе ETERNUS AF имеются две модели. Флагманская система ETERNUS AF650 поддерживает до 256 Гбайт системной памяти и до 96 накопителей SSD. Общая емкость хранилища составляет 368 Тбайт, а эффективная емкость – 1843 Тбайт. Модель ETERNUS AF250 поддерживает 64 Гбайт системной памяти, до 24 накопителей SSD и 92 Тбайт общей емкости (460 Тбайт – эффективной, расчеты основаны на предполагаемом соотношении дедупликации и сжатия данных на уровне 5:1). Используемые для комплектации ETERNUS AF SSD-диски выполнены по технологии eMLC – они относятся к корпоративному классу с большим количеством циклов перезаписи в день (Drive Writes per Day – DWPD).
По данным SPC-1, система ETERNUS AF650 показала выдающиеся результаты в категории цена/производительность среди All-Flash-систем, стоимость за 1 IOPS составила 0,40 долл.[3] При этом система показывает время отклика 0,3 мс при 500 тыс. IOPS и рекордные 0,2 мс при 300 тыс. IOPS.
Компания Dell EMC анонсировала новую систему из семейства продуктов Dell EMC Isilon, комбинирующую высочайшую производительность флеш-технологий и горизонтально масштабируемую платформу NAS – Isilon All-Flash.
Ранее известная под названием «Project Nitro» высокоплотная модульная архитектура Isilon All-Flash использует четыре узла Isilon в одном шасси 4U с общей емкостью от 92 до 924 Тбайт на шасси. Единый кластер горизонтально масштабируемых решений NAS Isilon может поддерживать до 100 систем: всего до 400 узлов с совокупной емкостью около 92,4 Пбайт, производительностью 25 млн IOPS и агрегированной пропускной способностью 1,5 Тбайт/с. Все это с единым томом и единой файловой системой[4].
Компания HPE обновила операционную систему своих СХД 3PAR – 3PAR OS. Обновления включают в себя следующие новые функции:
- Adaptive Data Reduction (ADR) – комбинация технологий сжатия, дедупликации и упаковки данных;
- 3PAR Peer Persistence – разнесение узлов СХД между ЦОД;
- решение Recovery Manager Central, позволяющее легко осуществлять копирование моментальных снимков между системами 3PAR, StoreOnce и StoreVirtual. При этом программное обеспечение StoreOnce VSA может располагаться в облаке Microsoft Azure;
- 3PAR StoreServ Management Console (SSMC) – это решение, позволяющее автоматизировать масштабные миграции больших объемов данных между различными СХД. Поддерживается до 24 систем 3PAR или других вендоров;
- функция SmartSAN значительно упрощает настройку (зонирование) FC сетей.
Как альтернативу традиционным СХД начального уровня HPE представила в августе 2016 г. систему StoreVirtual 3200, основанную на программном решении StoreVirtual VSA. Кластер StoreVirtual 3200 может состоять из двух систем, каждая из них – из двух контроллеров, что довольно необычно для СХД начального уровня.
Компания IBM всегда была в числе «законодателей мод» в области ИТ вообще и на рынке СХД в частности. Этот вендор уже давно предлагает All-Flash СХД. У IBM есть достаточно уникальные решения в указанной области, такие как IBM FlashSystem, в которых вместо обычных SSD-дисков используются специальные MicroLatency флеш-модули, которые позволяют достичь субмиллисекундных значений задержки чтения/записи.
Но и другие линейки СХД от IBM поддерживают All-Flash-конфигурации. Так, сравнительно недавно была анонсирована новая All-Flash серия DS8880F, которая включает в себя модели с физическим объемом хранения от 154 Тбайт до 1,2 Пбайт. Заявленная надежность этих систем – «6 девяток» (99,9999%).
В октябре 2016 г. была анонсирована система IBM DeepFlash 150, занимающая в стойке всего 3 юнита. Система поддерживает 64 флеш-модуля емкостью 8 Tбайт каждый в одном корпусе. При этом выпускаются три стандартные конфигурации (128 Tбайт, 256 Tбайт и 512 Tбайт) и один опциональный комплект модернизации емкостью 128 Tбайт. IBM DeepFlash 150 может быть установлена и как отдельное устройство с подключением к серверам по SAS, и в составе решения IBM Spectrum Scale – как мультипетабайтная распределенная СХД.
Данных все больше, флеш все нужнее
Драйверами развития индустрии хранения данных являются такие глобальные технологии, как анализ больших данных (Big Data), искусственный интеллект, контейнеры, технологии blockchain и облачные технологии – один из самых быстрорастущих секторов в индустрии СХД с такими лидерами, как Amazon AWS, Google Cloud Storage и Microsoft Azure.
Весьма многообещающими для СХД выглядят сегодня рынки кино/видеопроизводства и видеонаблюдения, требующие все больших объемов хранения в форматах Full HD и Ultra HD, а также технологии IoT – Интернета вещей. Инновационные технологии стимулируют как увеличение объемов хранения, так и дальнейшее сокращение задержек при доступе к данным.
Исследование компании IDC, датированное 2014 г.[5], подтверждает эти прогнозы: производители повсеместно активно оптимизируют свою продукцию для флеш-дисков, чтобы улучшить производительность, износостойкость и надежность, а также снизить стоимость гигабайта хранения. Все большее количество платформ массивов на флеш-накопителях предоставляет услуги управления данными корпоративного класса, которые включают создание моментальных снимков, клонирование, шифрование, репликацию и обеспечение качества обслуживания, кроме того, функции для увеличения эффективности СХД, например сжатие, дедупликацию на лету и «тонкое» выделение ресурсов.
Важность флеш-технологий для будущих центров обработки данных не вызывает никаких сомнений. Если на заре развития этого рынка продукцию, оптимизированную для флеш-накопителей, предлагали исключительно стартапы, то сейчас все производители традиционных корпоративных систем хранения данных поставляют конфигурации только на флеш для своих гибридных массивов, а некоторые из них предлагают клиентам системы, специально оптимизированные для флеш-накопителей.
[1] http://www.storageperformance.org/results/benchmark_results_spc1/spc1_v1_results_netapp/spc1_v1_results_netapp_a02002/A02002_FDR.pdf
[2] http://www.storagenews.ru/66/Fujitsu_Eternus—AF_66.pdf
[3] http://www.storageperformance.org/results/benchmark_results_spc1/spc1_v1_results_fujitsu/spc1_v1_results_fujitsu_a02001/A02001_ES.pdf
[4] http://pulseblog.emc.com/2016/10/19/flash—forward—and—accelerate—the—data—lake/
[5] https://russia.emc.com/collateral/analyst-reports/worldwide-all-flash-hybrid-flash-array-forcast-vendor-shares.pdf
