Последний наш пост, посвящённый системам хранения HP 3PAR StorServ, вышел в середине прошлого года, а уже этим летом HP полностью обновила данную линейку дисковых массивов, не только увеличив их масштабируемость и производительность, но и значительно расширив возможности использования в них твердотельной памяти.
Блок контроллеров HP 3PAR StorServ
Напомним, что особенностью HP 3PAR StorServ, по сравнению с традиционными модульными и монолитными массивами, является использование полносвязанной архитектуры full mesh, обеспечивающей стабильную производительность при резком увеличении нагрузки, равномерную загрузку контроллеров массива и высокую отказоустойчивость системы. Благодаря full mesh каждый логический том массива обслуживается одновременно всеми его контроллерами. В старших моделях HP 3PAR StorServ с помощью full mesh в единую систему объединяются до восьми контроллеров массива, а в младших – до четырех. Еще одна особенность HP 3PAR StorServ – это использование в контроллерах специализированных микросхем Thin Express ASIC, в которых на аппаратном уровне реализованы часть функций управления хранением, которые в традиционных массивах выполняют контроллеры, например, расчет контрольный сумм RAID. ASIC независимо обрабатывает данные и метаданные, снижая время отклика массива. Применение Thin Express ASIC снижает нагрузку на центральные процессоры контроллеров, за счет чего увеличивается общее быстродействие массива и снижаются задержки при обработке запросов от приложений на доступ к данным. Наконец, третья особенность HP 3PAR StorServ – это реализация с помощью Thin Express ASIC улучшающих эффективность хранения данных и использования дискового пространства массива различных «тонких» технологий, начиная с динамического выделения емкости thin provisioning, которая изначально была встроена в архитектуру 3PAR.
Обновление HP 3PAR StorServ было сделано в два этапа. Сначала 1 июня на HP Discover в Лас-Вегасе были представлены две старшие модели HP 3PAR StorServ 20000-й серии, а 26 августа прошел анонс четырех младших моделей HP 3PAR StorServ 8000-й серии вместе с еще одной моделью из 20000-й серии.
По сравнению с предыдущим поколением HP 3PAR StorServ в новых массивах твердотельные диски из опции превратились в основной тип накопителя. В ориентированных на получение максимальной производительности трех моделях All-Flash, чей номер заканчивается на «50» (8450, 20450 и 20850), используются только диски SSD и не поддерживаются традиционные жесткие диски. Остальные четыре модели (8200, 8400, 8440 и 20800) – это гибридные массивы, рассчитанные на комбинацию твердотельных и жестких дисков. Младшие модели 8200 и 8400 предназначены для заказчиков с ограниченным бюджетом на ИТ, а более мощные HP 3PAR StorServ 8440 и 20800 – для тех заказчиков, которым нужна максимальная масштабируемость ёмкости.
Стойка HP 3Par StorServ 20000
Если в предыдущем поколении HP 3PAR StorServ максимальная емкость твердотельного диска была равна 1,92 Тбайт, то в новых моделях поддерживаются диски SSD Commercial MLC (cMLC) емкостью 3,84 Тбайт. Применение многотерабайтного cMLC увеличило масштабируемость твердотельных конфигураций и плотность размещения твердотельной памяти (в двухюнитовой дисковой полке помещается 280 Тбайт полезной емкости, а в одной стойке до 5,5 Петабайт полезной емкости), а также снизило стоимость одного гигабайта емкости флэш-памяти. С учетом применяемых HP 3PAR StorServ различных технологий более эффективного использования флэш-памяти (Adaptive Sparing, thin provisioning и дедупликация) при использовании нового cMLC стоимость хранения 1 Гбайта данных оказывается ниже, чем у жестких дисков 10K RPM.
Помимо SSD увеличенной емкости в HP 3PAR StorServ 8000 и 20000 значительно модернизирована аппаратная начинка – в контроллерах установлены новейшие процессоры Intel Xeon Ivy Bridge, вырос объем кэш-памяти, системная шина построена на базе PCI Express Gen3, в качестве внутреннего интерконнекта используется 12-гигабитный SAS, а оптические порты массивов поддерживают 16-гигабитный Fibre Channel. В сочетании с совершенствованием программного обеспечения HP 3PAR StorServ и новыми, вдвое более мощными микросхемами пятого поколения HP 3PAR Gen5 Thin Express ASIC это обеспечило для HP 3PAR StorServ 20000 производительность на уровне 3,2 млн. IOPS со временем отклика 0,2 – 0,8 миллисекунды и пропускную способностью до 75 Гбайт/сек, а также масштабируемость одной системы до 15 Петабайт полезной ёмкости. Таким образом, многоконтроллерная mesh-архитектура HP 3PAR StorServ позволяет получить максимальный выигрыш в производительности при переходе на использование твердотельной памяти. Кроме того, встроенные функции Storage Federation позволяют без использования специальных аппаратных «виртуализаторов хранения» объединить в единую систему до четырех массивов HP 3PAR StorServ полезной емкостью до 60 Пбайт, причем в составе одной «федерации» могут работать как восьми- и двадцатитысячники, так и модели предыдущего поколения.
Инженеры HP добавили в функционал операционной системы HP 3PAR OS 3.2.2 ряд новых технологий, которые улучшают эффективность использования дискового пространства и реализуют дополнительные средства обеспечения защиты и постоянной доступности данных.
С помощью микросхемы HP 3PAR Gen5 Thin Express реализована «тонкая» дедупликация (thin deduplication), позволяющая экономить емкость массива за счет предотвращения повторной записи одних и тех же данных. Thin deduplication работает в онлайновом режиме и не задействует центральные процессоры контроллеров массива, поэтому ее применение вносит минимальную задержку в операцию записи данных на массив. В отличие от большинства вендоров, предлагающих дедупликацию в своих дисковых массивах, HP поддерживает опцию отключения thin deduplication в тех случаях, когда приложению требуется обеспечить максимально возможную скорость записи либо применение дедупликации не имеет смысла из-за низкой степени повторяемости данных.
ASIC генерирует и присваивает хэш-сигнатуру каждому поступающему запросу на запись. В HP 3PAR StoreServ используется механизм индексации HP 3PAR Express Indexing, который ускоряет поиск по таблицам и способен очень быстро найти ранее сделанный идентичный запрос на запись. Когда в систему приходит новый запрос записи, то Express Indexing выполняет поиск по метаданным для сравнения сигнатуры этого запроса с сигнатурами предыдущих операций записи. Если найден идентичный запрос, то система отмечает флажком новый запрос как дублирующий и вместо повторной записи идентичных данных на диски массива в таблицу метаданных записывается указатель на уже сохраненный на массиве блок данных. Для предотвращение конфликтов хэшей ASIC выполняет побитовое сравнение перед тем, как пометить новый запрос на запись как дублирующий.
Онлайновая дедупликация на основе сигнатур хэшей, генерериуемых ASIC
Для гарантирования целостности данных при их передаче внутри компонентов массива в новом поколении HP 3PAR StoreServ применен реализованный на аппаратном уровне внутри 3PAR Gen5 Thin Express ASIC механизм Persistent Checksum, который работает в соответствии с требованиями стандарта защиты данных T10-PI (Protection Information). Persistent Checksum разработан для защиты данных от «незаметной порчи», которая может происходить из-за сбоя отдельного компонента стека ввода/вывода при передаче данных от/к твердотельному накопителю от HBA-адаптера сервера через коммутатор SAN и до HBA-адаптеров массива. Persistent Checksum работает полностью прозрачно для приложений и операционных систем хостов и интегрирован с HBA-адаптерами и драйверами серверного оборудования, что гарантирует проверку целостности данных на всем пути от сервера и до дисков HP 3PAR StoreServ.
T10-PI – это стандарт SCSI, который реализует дополнительный уровень защиты данных с помощью дополнительного восьмибайтового поля Data Integrity Field (DIF) для каждого сектора диска. Обычно данные, полученные в результате успешного считывания диска, считаются корректными и сразу передаются хосту, который их запросил. T10-PI реализует проверку данных, считанных с диска, перед тем, как они будут переданы хосту. Для запросов на запись применение T10-PI гарантирует, что на твердотельный диск будут записаны именно те данные, которые хост отправил для записи. Если обнаружена порча данных, то операционная система HP 3PAR ответит на запрос записи сообщением об ошибке и хост снова выдаст запрос на записи.
Механизм проверки целостности данных Persistent Checksum
При использовании жестких дисков, когда время отклика на запрос к данным измеряется в десятках миллисекунд, задержка, которую вносит синхронная репликацию на удаленный массив, допустима с точки зрения SLA. Однако при переходе на флэш-память, когда время отклика сокращается до долей миллисекунды, задержка из-за синхронной репликации будет серьезно «тормозить» доступ к данным приложений, поэтому в пакет удаленной репликации HP 3PAR Remote Copy добавлена поддержка режима Asynchronous Streaming, позволяющего поддерживать на удаленном массиве почти точную (near exact) копию данных с целевой точкой восстановления (RPO) не более нескольких секунд. Применение асинхронной потоковой репликации позволяет обеспечить доступность данных в случае крупной аварии в основном дата-центре без снижения производительности приложений, которые используют эти данные (помимо этого нового режима HP 3PAR Remote Copy поддерживает синхронную и периодическую асинхронную репликацию между тремя дата-центрами).
Из других новых функций HP 3PAR 8000 и 20000 стоит отметить реализацию двунаправленного перемещения томов между федерации из четырех массивов с помощью Peer Motion и возможность с помощью этой технологии, которая реализована на уровне Thin Express ASIC, импортировать данные с устаревших массивов Hitachi (до этого Peer Motion поддерживал импорт только с массивов EMC). Обновленное программное обеспечение Priority Optimization позволят задавать целевые параметры времени доступа вплоть до 0,5 миллисекунд для обеспечения необходимого уровня обслуживания для критичных бизнес-приложений.
Кроме того, в пакете резервного копирования и восстановления виртуальных машин StoreOnce Recovery Manager Central for VMware (RMC-V) для 3PAR StoreServ, который создает консистентные мгновенные снимки виртуальных машин, а затем автоматически копирует их напрямую с HP 3PAR StoreServ на дисковую библиотеку HP StoreOnce, реализована поддержка VMware vSphere 6.0 с VMware Virtual Volumes (VVOLs), а также возможности гранулярного восстановления отдельных виртуальных машин и файлов. Применение RMC-V уменьшает затраты на резервное копирование по сравнению с традиционными методами на основе выделенного сервера, управляющего резервным копированием, и специализированного ПО, и за счет перехода от иерархического к плоскому резервному копированию до 17 раз ускоряет операции записи резервных копий и до 5 раз восстановления по ним виртуальных машин.
Согласно отчетам аналитического агентства Gartner, в прошлом году у HP были самые высокие темпы роста продаж флэш-массивов среди основных игроков рынка систем хранения. Представленное нынешним летом новое поколение HP 3PAR StorServ, в котором применены новые функции, улучшающие эффективность использования флэш-памяти и снижена стоимость на твердотельных накопителях, укрепляет лидирующие позиции HP на быстро развивающемся рынке флэш-массивов.
Блок контроллеров HP 3PAR StorServ
Напомним, что особенностью HP 3PAR StorServ, по сравнению с традиционными модульными и монолитными массивами, является использование полносвязанной архитектуры full mesh, обеспечивающей стабильную производительность при резком увеличении нагрузки, равномерную загрузку контроллеров массива и высокую отказоустойчивость системы. Благодаря full mesh каждый логический том массива обслуживается одновременно всеми его контроллерами. В старших моделях HP 3PAR StorServ с помощью full mesh в единую систему объединяются до восьми контроллеров массива, а в младших – до четырех. Еще одна особенность HP 3PAR StorServ – это использование в контроллерах специализированных микросхем Thin Express ASIC, в которых на аппаратном уровне реализованы часть функций управления хранением, которые в традиционных массивах выполняют контроллеры, например, расчет контрольный сумм RAID. ASIC независимо обрабатывает данные и метаданные, снижая время отклика массива. Применение Thin Express ASIC снижает нагрузку на центральные процессоры контроллеров, за счет чего увеличивается общее быстродействие массива и снижаются задержки при обработке запросов от приложений на доступ к данным. Наконец, третья особенность HP 3PAR StorServ – это реализация с помощью Thin Express ASIC улучшающих эффективность хранения данных и использования дискового пространства массива различных «тонких» технологий, начиная с динамического выделения емкости thin provisioning, которая изначально была встроена в архитектуру 3PAR.
Новый модельный ряд
Обновление HP 3PAR StorServ было сделано в два этапа. Сначала 1 июня на HP Discover в Лас-Вегасе были представлены две старшие модели HP 3PAR StorServ 20000-й серии, а 26 августа прошел анонс четырех младших моделей HP 3PAR StorServ 8000-й серии вместе с еще одной моделью из 20000-й серии.
По сравнению с предыдущим поколением HP 3PAR StorServ в новых массивах твердотельные диски из опции превратились в основной тип накопителя. В ориентированных на получение максимальной производительности трех моделях All-Flash, чей номер заканчивается на «50» (8450, 20450 и 20850), используются только диски SSD и не поддерживаются традиционные жесткие диски. Остальные четыре модели (8200, 8400, 8440 и 20800) – это гибридные массивы, рассчитанные на комбинацию твердотельных и жестких дисков. Младшие модели 8200 и 8400 предназначены для заказчиков с ограниченным бюджетом на ИТ, а более мощные HP 3PAR StorServ 8440 и 20800 – для тех заказчиков, которым нужна максимальная масштабируемость ёмкости.
Стойка HP 3Par StorServ 20000
Если в предыдущем поколении HP 3PAR StorServ максимальная емкость твердотельного диска была равна 1,92 Тбайт, то в новых моделях поддерживаются диски SSD Commercial MLC (cMLC) емкостью 3,84 Тбайт. Применение многотерабайтного cMLC увеличило масштабируемость твердотельных конфигураций и плотность размещения твердотельной памяти (в двухюнитовой дисковой полке помещается 280 Тбайт полезной емкости, а в одной стойке до 5,5 Петабайт полезной емкости), а также снизило стоимость одного гигабайта емкости флэш-памяти. С учетом применяемых HP 3PAR StorServ различных технологий более эффективного использования флэш-памяти (Adaptive Sparing, thin provisioning и дедупликация) при использовании нового cMLC стоимость хранения 1 Гбайта данных оказывается ниже, чем у жестких дисков 10K RPM.
Помимо SSD увеличенной емкости в HP 3PAR StorServ 8000 и 20000 значительно модернизирована аппаратная начинка – в контроллерах установлены новейшие процессоры Intel Xeon Ivy Bridge, вырос объем кэш-памяти, системная шина построена на базе PCI Express Gen3, в качестве внутреннего интерконнекта используется 12-гигабитный SAS, а оптические порты массивов поддерживают 16-гигабитный Fibre Channel. В сочетании с совершенствованием программного обеспечения HP 3PAR StorServ и новыми, вдвое более мощными микросхемами пятого поколения HP 3PAR Gen5 Thin Express ASIC это обеспечило для HP 3PAR StorServ 20000 производительность на уровне 3,2 млн. IOPS со временем отклика 0,2 – 0,8 миллисекунды и пропускную способностью до 75 Гбайт/сек, а также масштабируемость одной системы до 15 Петабайт полезной ёмкости. Таким образом, многоконтроллерная mesh-архитектура HP 3PAR StorServ позволяет получить максимальный выигрыш в производительности при переходе на использование твердотельной памяти. Кроме того, встроенные функции Storage Federation позволяют без использования специальных аппаратных «виртуализаторов хранения» объединить в единую систему до четырех массивов HP 3PAR StorServ полезной емкостью до 60 Пбайт, причем в составе одной «федерации» могут работать как восьми- и двадцатитысячники, так и модели предыдущего поколения.
Новый функционал HP 3PAR StorServ
Инженеры HP добавили в функционал операционной системы HP 3PAR OS 3.2.2 ряд новых технологий, которые улучшают эффективность использования дискового пространства и реализуют дополнительные средства обеспечения защиты и постоянной доступности данных.
Thin Deduplication
С помощью микросхемы HP 3PAR Gen5 Thin Express реализована «тонкая» дедупликация (thin deduplication), позволяющая экономить емкость массива за счет предотвращения повторной записи одних и тех же данных. Thin deduplication работает в онлайновом режиме и не задействует центральные процессоры контроллеров массива, поэтому ее применение вносит минимальную задержку в операцию записи данных на массив. В отличие от большинства вендоров, предлагающих дедупликацию в своих дисковых массивах, HP поддерживает опцию отключения thin deduplication в тех случаях, когда приложению требуется обеспечить максимально возможную скорость записи либо применение дедупликации не имеет смысла из-за низкой степени повторяемости данных.
ASIC генерирует и присваивает хэш-сигнатуру каждому поступающему запросу на запись. В HP 3PAR StoreServ используется механизм индексации HP 3PAR Express Indexing, который ускоряет поиск по таблицам и способен очень быстро найти ранее сделанный идентичный запрос на запись. Когда в систему приходит новый запрос записи, то Express Indexing выполняет поиск по метаданным для сравнения сигнатуры этого запроса с сигнатурами предыдущих операций записи. Если найден идентичный запрос, то система отмечает флажком новый запрос как дублирующий и вместо повторной записи идентичных данных на диски массива в таблицу метаданных записывается указатель на уже сохраненный на массиве блок данных. Для предотвращение конфликтов хэшей ASIC выполняет побитовое сравнение перед тем, как пометить новый запрос на запись как дублирующий.
Онлайновая дедупликация на основе сигнатур хэшей, генерериуемых ASIC
Persistent Checksum
Для гарантирования целостности данных при их передаче внутри компонентов массива в новом поколении HP 3PAR StoreServ применен реализованный на аппаратном уровне внутри 3PAR Gen5 Thin Express ASIC механизм Persistent Checksum, который работает в соответствии с требованиями стандарта защиты данных T10-PI (Protection Information). Persistent Checksum разработан для защиты данных от «незаметной порчи», которая может происходить из-за сбоя отдельного компонента стека ввода/вывода при передаче данных от/к твердотельному накопителю от HBA-адаптера сервера через коммутатор SAN и до HBA-адаптеров массива. Persistent Checksum работает полностью прозрачно для приложений и операционных систем хостов и интегрирован с HBA-адаптерами и драйверами серверного оборудования, что гарантирует проверку целостности данных на всем пути от сервера и до дисков HP 3PAR StoreServ.
T10-PI – это стандарт SCSI, который реализует дополнительный уровень защиты данных с помощью дополнительного восьмибайтового поля Data Integrity Field (DIF) для каждого сектора диска. Обычно данные, полученные в результате успешного считывания диска, считаются корректными и сразу передаются хосту, который их запросил. T10-PI реализует проверку данных, считанных с диска, перед тем, как они будут переданы хосту. Для запросов на запись применение T10-PI гарантирует, что на твердотельный диск будут записаны именно те данные, которые хост отправил для записи. Если обнаружена порча данных, то операционная система HP 3PAR ответит на запрос записи сообщением об ошибке и хост снова выдаст запрос на записи.
Механизм проверки целостности данных Persistent Checksum
Асинхронная потоковая репликация
При использовании жестких дисков, когда время отклика на запрос к данным измеряется в десятках миллисекунд, задержка, которую вносит синхронная репликацию на удаленный массив, допустима с точки зрения SLA. Однако при переходе на флэш-память, когда время отклика сокращается до долей миллисекунды, задержка из-за синхронной репликации будет серьезно «тормозить» доступ к данным приложений, поэтому в пакет удаленной репликации HP 3PAR Remote Copy добавлена поддержка режима Asynchronous Streaming, позволяющего поддерживать на удаленном массиве почти точную (near exact) копию данных с целевой точкой восстановления (RPO) не более нескольких секунд. Применение асинхронной потоковой репликации позволяет обеспечить доступность данных в случае крупной аварии в основном дата-центре без снижения производительности приложений, которые используют эти данные (помимо этого нового режима HP 3PAR Remote Copy поддерживает синхронную и периодическую асинхронную репликацию между тремя дата-центрами).
Из других новых функций HP 3PAR 8000 и 20000 стоит отметить реализацию двунаправленного перемещения томов между федерации из четырех массивов с помощью Peer Motion и возможность с помощью этой технологии, которая реализована на уровне Thin Express ASIC, импортировать данные с устаревших массивов Hitachi (до этого Peer Motion поддерживал импорт только с массивов EMC). Обновленное программное обеспечение Priority Optimization позволят задавать целевые параметры времени доступа вплоть до 0,5 миллисекунд для обеспечения необходимого уровня обслуживания для критичных бизнес-приложений.
Кроме того, в пакете резервного копирования и восстановления виртуальных машин StoreOnce Recovery Manager Central for VMware (RMC-V) для 3PAR StoreServ, который создает консистентные мгновенные снимки виртуальных машин, а затем автоматически копирует их напрямую с HP 3PAR StoreServ на дисковую библиотеку HP StoreOnce, реализована поддержка VMware vSphere 6.0 с VMware Virtual Volumes (VVOLs), а также возможности гранулярного восстановления отдельных виртуальных машин и файлов. Применение RMC-V уменьшает затраты на резервное копирование по сравнению с традиционными методами на основе выделенного сервера, управляющего резервным копированием, и специализированного ПО, и за счет перехода от иерархического к плоскому резервному копированию до 17 раз ускоряет операции записи резервных копий и до 5 раз восстановления по ним виртуальных машин.
Выводы
Согласно отчетам аналитического агентства Gartner, в прошлом году у HP были самые высокие темпы роста продаж флэш-массивов среди основных игроков рынка систем хранения. Представленное нынешним летом новое поколение HP 3PAR StorServ, в котором применены новые функции, улучшающие эффективность использования флэш-памяти и снижена стоимость на твердотельных накопителях, укрепляет лидирующие позиции HP на быстро развивающемся рынке флэш-массивов.
