Администрирование схд что это
Разбираемся вместе: что такое система хранения данных
Надёжное хранение данных — задача, которую приходится решать каждому бизнесу. Но когда повышаются объёмы информации, растут и требования к надёжности хранения данных. Чтобы организовать наилучшую работу с информацией, стоит обратиться к СХД — системе хранения данных.
В материале расскажем о том, что такое и как устроены СХД, какие проблемы они решают, как классифицируются и на какие характеристики следует смотреть в первую очередь, если вы не так давно в этой отрасли.
Что такое СХД и какие проблемы она решает
СХД (Система хранения данных или Сервер хранения данных) — это устройство для хранения и управления данными, их резервного копирования. Она призвана решить типичные проблемы, связанные с растущими объёмами информации в любой организации.
Если раньше все данные могли храниться буквально на одном жёстком диске, то сейчас любая функциональная система требует отдельного хранилища – к примеру, серверов электронной почты, СУБД, домена и так далее. Поэтому с помощью СХД можно организовать децентрализацию информации (рассредоточение её по разным хранилищам).
Лавинообразный рост размера информации, который вызван, с одной стороны, ужесточением регулирования и требованием сохранять всё больше информации, связанной с ведением бизнеса. С другой стороны, ужесточение конкуренции требует всё более глубокого анализа информации о рынке, клиентах, их предпочтениях, заказах и действиях конкурентов. Но количества жёстких дисков, которые вы можете установить в конкретный сервер, не может покрыть необходимую системе ёмкость. В этом тоже может помочь СХД.
Хранение данных — не единственная функция современных СХД. Они также предлагают экономить место в хранилище с помощью дедупликации и компрессии. Компрессия позволяет системе сжимать файлы, исключая избыточную информацию, а дедупликация помогает экономить место для хранения, исключая избыточные файлы и оставляя лишь ссылки на них.
Некоторым компаниям тяжело контролировать и ограничивать доступ из-за политики безопасности предприятия. Например, касается как доступа к данным по существующим для этого каналам (локальная сеть), так и физического доступа к носителям.
Также отметим высокие затраты используемых ресурсов для поддержания работоспособности всей информационной системы предприятия, начиная от необходимости содержать большой штат квалифицированного персонала и заканчивая многочисленными недешёвыми аппаратными решениями.
Устройство СХД
Основные компоненты типичной СХД — массив жёстких дисков (HDD или SSD), кэш-память, контроллер дискового массива, внешний корпус и несколько блоков питания.
Главная фишка СХД — это скорость работы дисковой системы. Например, если ваши диски стоят внутри сервера они не будут работать с такой же производительностью, как сервер подключённый к СХД.
Какие бывают системы хранения данных
Существует классификация СХД: они делятся на файловые, блочные и объектные. Каждый вид СХД определяет в каком виде хранятся данные, способ доступа к ним, и, как результат, простоту управления и скорость доступа к данным.
Файловые
Хранят информацию в виде файлов, собранных в каталоги (папки). Файлы организуются и извлекаются благодаря метаданным, которые сообщают, где находится тот или иной файл. Условно такую систему можно представить в виде каталога.
Блочные
Данные хранятся независимо друг от друга. Каждому такому блоку присваивается идентификатор, который позволяет системе размещать каждый блок, где ей удобно. Блочные хранилища не полагаются на единственный путь к данным (в отличии от файловых хранилищ).
Объектные
Расщепляют файлы на «объекты», которые находятся в одном, общем хранилище. Оно может быть поделено на тома, каждый из которых может иметь уникальный идентификатор и подробные метаданные, которые позволяют быстро находить объекты. Подобный подход — это распределённая система.
Принцип работы СХД — NAS, SAN и DAS
Существует несколько аппаратных компонентов, программного обеспечения и протоколов, которые в конечном итоге придают решениям для хранения данных их особые свойства.
На основе классификации выше выделяют два основных типа СХД: они различаются уровнем хранения, чтения и записи данных.
О каждом из них расскажем подробнее.
NAS расшифровывается как Network Attached Storage, что можно условно перевести как сетевое хранилище. Поскольку данные обрабатываются на уровне файлов, сервер представляется NAS как сетевой сервер со своей собственной файловой системой.
Если объяснить проще — представьте себе стационарный компьютер, который подключён к домашнему роутеру. На нём хранятся фото, видео, документы и другие данные. Сетевой доступ разрешен всем пользователям — приблизительно так выглядит NAS.
NAS-хранилище может принимать разные формы. Например, к производственному серверу могут быть подключены другие серверы, виртуальные машины или так называемые дисковые станции, на которых находится другое количество съёмных жестких дисков.
Преимущества NAS:
Недостатки NAS:
DAS расшифровывается как Direct Attach Storage — прямое подключение к рабочей станции, хранилищу). Например, подключение внешнего диска по USB условно можно назвать DAS.
Из принципиальной простоты архитектуры DAS следуют её основные преимущества: доступная цена и относительная простота внедрения. Кроме того, такой конфигурацией легче управлять ввиду хотя бы того, что число элементов системы мало.
Внутри системы находится блок питания, охлаждение и RAID-контроллер, который обеспечивает надёжность и отказоустойчивость хранилища. Управляется при помощи встроенной операционной системы.
Достоинства DAS:
Недостатки DAS:
В свою очередь SAN — это сети хранения данных. Как правило они представлены в виде внешних хранилищ на нескольких сетевых блочных устройствах и реализованы в виде протокола FC (Fiber Channel) или iSCSI (Internet Small Computer System Interface). Это блочный доступ непосредственно к устройству хранения — диску или наборов дисков в виде RAID-групп или логических устройств.
Кстати, вышеупомянутый DAS может быть очень мощным и часто более дешёвым, чем SAN. Однако в то же время недостаток DAS в том, что он не может быть легко расширен — количество подключённых компьютеров ограничено физическим количеством портов SAS на DAS (обычно их всего четыре). Поэтому многие компании и учреждения предпочитают выбирать блочные хранилища, подключенные через SAN.
Преимущества SAN:
Недостатки SAN:
Как выбрать СХД?
В первую очередь нужно понимать, какие задачи она будет решать. Важно определиться с несколькими базовыми параметрами.
Тип данных
Разные типы данных требуют разной скорости доступа, технологий обработки, компрессии и так далее. К примеру, виртуальный СХД для работы с большими медиа-файлами отличается от той системы, которая будет работать с неструктурированными данными для нейросети.
Объём данных
От этого зависит выбор дисковых накопителей. Иногда можно обойтись SSD потребительского класса — если известно, что ёмкость СХД даже в худшем случае не будет превышать 300 ГБ, а скорость доступа не критична.
Отказоустойчивость
Необходимо представлять, какова стоимость потери данных за определённое время. Это поможет рассчитать RPO (Recovery-Point Objective) и RTO (Recovery Time Objective), а также избежать лишних затрат на резервное копирование. Бэкапы, бэкапы и ещё раз бэкапы.
Производительность
Если СХД закупается под новый проект (нагрузку которого сложно предугадать), то лучше пообщаться с коллегами, которые уже решали эту задачу или протестировать СХД.
Вендор
Иногда даже для ресурсоемкого сервиса подойдет бюджетное или среднеуровневое решение (StarWind, Huawei, Fujitsu). Однако у топовых производителей — NetApp, HPE, Dell EMC — линейка продуктов достаточно широкая, и сравнительно недорогие СХД здесь также можно найти. В любом случае, желательно сильно не расширять количество вендоров на одной инфраструктуре.
Если сейчас вы находитесь в поисках решения для работы с данными, арендовать выделенный web-сервер и СХД (системы хранения данных) можно в одном из наших ЦОД. Мы, со своей стороны, обеспечим сервер быстрым соединением с интернетом на скорости до 10 Гбит/сек, постоянным подключением к электричеству и поддержкой 27/7 ;).
О сетях хранения данных
Решил написать небольшую статейку о сетях хранения данных (СХД), тема эта достаточно интересная, но на Хабре почему-то не раскрыта. Постараюсь поделиться личным опытом по построению и поддержке SAN.
Что это?
Сеть хранения данных, или Storage Area Network — это система, состоящая из собственно устройств хранения данных — дисковых, или RAID — массивов, ленточных библиотек и прочего, среды передачи данных и подключенных к ней серверов. Обычно используется достаточно крупными компаниями, имеющими развитую IT инфраструктуру, для надежного хранения данных и скоростного доступа к ним.
Упрощенно, СХД — это система, позволяющая раздавать серверам надежные быстрые диски изменяемой емкости с разных устройств хранения данных.
Немного теории.
Сервер к хранилищу данных можно подключить несколькими способами.
Первый и самый простой — DAS, Direct Attached Storage (прямое подключение), без затей ставим диски в сервер, или массив в адаптер сервера — и получаем много гигабайт дискового пространства со сравнительно быстрым доступом, и при использовании RAID-массива — достаточную надежность, хотя копья на тему надежности ломают уже давно.
Однако такое использование дискового пространства не оптимально — на одном сервере место кончается, на другом его еще много. Решение этой проблемы — NAS, Network Attached Storage (хранилище, подключенное по сети). Однако при всех преимуществах этого решения — гибкости и централизованного управления — есть один существенный недостаток — скорость доступа, еще не во всех организациях внедрена сеть 10 гигабит. И мы подходим к сети хранения данных.
Главное отличие SAN от NAS (помимо порядка букв в аббревиатурах) — это то, каким образом видятся подключаемые ресурсы на сервере. Если в NAS ресурсы подключаются протоколам NFS или SMB, в SAN мы получаем подключение к диску, с которым можем работать на уровне операций блочного ввода-вывода, что гораздо быстрее сетевого подключения (плюс контроллер массива с большим кэшем добавляет скорости на многих операциях).
Используя SAN, мы сочетаем преимущества DAS — скорость и простоту, и NAS — гибкость и управляемость. Плюс получаем возможность масштабирования систем хранения до тех пор, пока хватает денег, параллельно убивая одним выстрелом еще несколько зайцев, которых сразу не видно:
* снимаем ограничения на дальность подключения SCSI-устройств, которые обычно ограничены проводом в 12 метров,
* уменьшаем время резервного копирования,
* можем грузиться с SAN,
* в случае отказа от NAS разгружаем сеть,
* получаем большую скорость ввода-вывода за счет оптимизации на стороне системы хранения,
* получаем возможность подключать несколько серверов к одному ресурсу, то нам дает следующих двух зайцев:
o на полную используем возможности VMWare — например VMotion (миграцию виртуальной машины между физическими) и иже с ними,
o можем строить отказоустойчивые кластеры и организовывать территориально распределенные сети.
Что это дает?
Помимо освоения бюджета оптимизации системы хранения данных, мы получаем, вдобавок к тому что я написал выше:
* увеличение производительности, балансировку нагрузки и высокую доступность систем хранения за счет нескольких путей доступа к массивам;
* экономию на дисках за счет оптимизации расположения информации;
* ускоренное восстановление после сбоев — можно создать временные ресурсы, развернуть на них backup и подключить к ним сервера, а самим без спешки восстанавливать информацию, или перекинуть ресурсы на другие сервера и спокойно разбираться с умершим железом;
* уменьшение время резервного копирования — благодаря высокой скорости передачи можно бэкапиться на ленточную библиотеку быстрее, или вообще сделать snapshot (мгновенный снимок) с файловой системы и спокойно архивировать его;
* дисковое место по требованию — когда нам нужно — всегда можно добавить пару полок в систему хранения данных.
* уменьшаем стоимость хранения мегабайта информации — естественно, есть определенный порог, с которого эти системы рентабельны.
* надежное место для хранения mission critical и business critical данных (без которых организация не может существовать и нормально работать).
* отдельно хочу упомянуть VMWare — полностью все фишки вроде миграции виртуальных машин с сервера на сервер и прочих вкусностей доступны только на SAN.
Из чего это состоит?
Как я писал выше — СХД состоит из устройств хранения, среды передачи и подключенных серверов. Рассмотрим по порядку:
Системы хранения данных обычно состоят из жестких дисков и контроллеров, в уважающей себя системе как правило всего по 2 — по 2 контроллера, по 2 пути к каждому диску, по 2 интерфейса, по 2 блока питания, по 2 администратора. Из наиболее уважаемых производителей систем следует упомянуть HP, IBM, EMC и Hitachi. Тут процитирую одного представителя EMC на семинаре — «Компания HP делает отличные принтеры. Вот пусть она их и делает!» Подозреваю, что в HP тоже очень любят EMC. Конкуренция между производителями нешуточная, впрочем, как и везде. Последствия конкуренции — иногда вменяемые цены за мегабайт системы хранения и проблемы с совместимостью и поддержкой стандартов конкурентов, особенно у старого оборудования.
Среда передачи данных. Обычно SAN строят на оптике, это дает на текущий момент скорость в 4, местами в 8 гигабит на канал. При построении раньше использовались специализированные хабы, сейчас больше свитчи, в основном от Qlogic, Brocade, McData и Cisco (последние два на площадках не видел ни разу). Кабели используются традиционные для оптических сетей — одномодовые и многомодовые, одномодовые более дальнобойные.
Внутри используется FCP — Fibre Channel Protocol, транспортный протокол. Как правило внутри него бегает классический SCSI, а FCP обеспечивает адресацию и доставку. Есть вариант с подключением по обычной сети и iSCSI, но он обычно использует (и сильно грузит) локальную, а не выделенную под передачу данных сеть, и требует адаптеров с поддержкой iSCSI, ну и скорость помедленнее, чем по оптике.
Есть еще умное слово топология, которое встречается во всех учебниках по SAN. Топологий несколько, простейший вариант — точка-точка (point to point), соединяем между собой 2 системы. Это не DAS, а сферический конь в вакууме простейший вариант SAN. Дальше идет управляемая петля (FC-AL), она работает по принципу «передай дальше» — передатчик каждого устройства соединен с приемником последующего, устройства замкнуты в кольцо. Длинные цепочки имеют свойство долго инициализироваться.
Ну и заключительный вариант — коммутируемая структура (Fabric), она создается с помощью свитчей. Структура подключений строится в зависимости от количества подключаемых портов, как и при построении локальной сети. Основной принцип построения — все пути и связи дублируются. Это значит, что до каждого устройства в сети есть минимум 2 разных пути. Здесь тоже употребимо слово топология, в смысле организации схемы подключений устройств и соединения свитчей. При этом как правило свитчи настраиваются так, что сервера не видят ничего, кроме предназначенных им ресурсов. Это достигается за счет создания виртуальных сетей и называется зонированием, ближайшая аналогия — VLAN. Каждому устройству в сети присваивается аналог MAC-адреса в сети Ethernet, он называется WWN — World Wide Name. Он присваивается каждому интерфейсу и каждому ресурсу (LUN) систем хранения данных. Массивы и свитчи умеют разграничивать доступ по WWN для серверов.
А дальше на системах хранения нарезаются ресурсы, они же диски (LUN) для каждого сервера и оставляется место в запас, все включается, установщики системы прописывают топологию, ловят глюки в настройке свитчей и доступа, все запускается и все живут долго и счастливо*.
Я специально не касаюсь разных типов портов в оптической сети, кому надо — тот и так знает или прочитает, кому не надо — только голову забивать. Но как обычно, при неверно установленном типе порта ничего работать не будет.
Из опыта.
Обычно при создании SAN заказывают массивы с несколькими типами дисков: FC для скоростных приложений, и SATA или SAS для не очень быстрых. Таким образом получаются 2 дисковые группы с различной стоимостью мегабайта — дорогая и быстрая, и медленная и печальная дешевая. На быструю вешаются обычно все базы данных и прочие приложения с активным и быстрым вводом-выводом, на медленную — файловые ресурсы и все остальное.
Если SAN создается с нуля — имеет смысл строить ее на основе решений от одного производителя. Дело в том, что, несмотря на заявленное соответствие стандартам, существуют подводные грабли проблемы совместимости оборудования, и не факт, что часть оборудования будет работать друг с другом без плясок с бубном и консультаций с производителями. Обычно для утряски таких проблем проще позвать интегратора и дать ему денег, чем общаться с переводящими друг на друга стрелки производителями.
Если SAN создается на базе существующей инфраструктуры — все может быть сложно, особенно если есть старые SCSI массивы и зоопарк старой техники от разных производителей. В этом случае имеет смысл звать на помощь страшного зверя интегратора, который будет распутывать проблемы совместимости и наживать третью виллу на Канарах.
Часто при создании СХД фирмы не заказывают поддержку системы производителем. Обычно это оправдано, если у фирмы есть штат грамотных компетентных админов (которые уже 100 раз назвали меня чайником) и изрядный капитал, позволяющий закупить запасные комплектующие в потребных количествах. Однако компетентных админов обычно переманивают интеграторы (сам видел), а денег на закупку не выделяют, и после сбоев начинается цирк с криками «Всех уволю!» вместо звонка в саппорт и приезда инженера с запасной деталью.
Поддержка обычно сводится к замене умерших дисков и контроллеров, ну и к добавлению в систему полок с дисками и новых серверов. Много хлопот бывает после внезапной профилактики системы силами местных специалистов, особенно после полного останова и разборки-сборки системы (и такое бывает).
Про VMWare. Насколько я знаю (спецы по виртуализации поправьте меня), только у VMWare и Hyper-V есть функционал, позволяющий «на лету» перекидывать виртуальные машины между физическими серверами. И для его реализации требуется, чтобы все сервера, между которыми перемещается виртуальная машина, были подсоединены к одному диску.
Про кластеры. Аналогично случаю с VMWare, известные мне системы построения отказоустойчивых кластеров (Sun Cluster, Veritas Cluster Server) — требуют подключенного ко всем системам хранилища.
Пока писал статью — у меня спросили — в какие RAIDы обычно объединяют диски?
В моей практике обычно делали или по RAID 1+0 на каждую дисковую полку с FC дисками, оставляя 1 запасной диск (Hot Spare) и нарезали из этого куска LUN-ы под задачи, или делали RAID5 из медленных дисков, опять же оставляя 1 диск на замену. Но тут вопрос сложный, и обычно способ организации дисков в массиве выбирается под каждую ситуацию и обосновывается. Та же EMC например идет еще дальше, и у них есть дополнительная настройка массива под приложения, работающие с ним (например под OLTP, OLAP). С остальными вендорами я так глубоко не копал, но догадываюсь, что тонкая настройка есть у каждого.
* до первого серьезного сбоя, после него обычно покупается поддержка у производителя или поставщика системы.
Поскольку в песочнице комментариев нет, закину в личный блог.
Неочевидные особенности работы СХД
Коллеги, возникло желание поделиться практическим опытом эксплуатации сред виртуализации и связанных с ними систем.
В данной статье речь пойдет об особенностях работы систем хранения данных. В принципе, данная информация относится и к физическим серверам, использующим системы хранения, но в основном речь пойдет все же про виртуализацию, и про VMWare в частности.
Почему VMWare? Все просто, я являюсь специалистом по данной среде виртуализации, имею статус VCP5. Продолжительное время работал с крупными заказчиками и имел доступ к их системам.
Итак, начнем с истоков. Я постараюсь не напрягать читателей заумными словами и сложными выкладками. Не все являются специалистами в области, а материал может пригодиться многим.
Что такое виртуализация (в области серверов)? Это некая программно-аппаратная система, позволяющая на логическом уровне отделить вычислительные ресурсы от аппаратной части. В классическом виде на одном сервере может работать только одна операционная система, управляющая данным сервером. Все вычислительные ресурсы отданы этой операционной системе, и она ими монопольно владеет. В случае виртуализации, у нас добавляется прослойка программного обеспечения, которая позволяет эмулировать некоторую часть вычислительных ресурсов сервера в виде изолированного контейнера, и таких контейнеров (виртуальных машин) может быть множество. В каждый контейнер может быть установлена собственная операционная система, которая, возможно, и подозревать не будет, что её аппаратный сервер на самом деле является виртуальным контейнером. Подобная прослойка программного обеспечения называется гипервизором, средой для создания контейнеров, или виртуальных серверов.
Как работает гипервизор? Условно, все запросы от операционных систем в контейнерах (гостевых операционных систем), принимаются гипервизором и обрабатываются по очереди. Это касается как работы с процессорной мощностью, так и работы с оперативной памятью, сетевыми картами, а так же с системами хранения данных. О последних как раз и пойдет речь далее.
В качестве дисковых ресурсов, которые предоставляются гипервизором операционным системам в контейнерах, обычно используются дисковые ресурсы самого гипервизора. Это могут быть как дисковые системы локального физического сервера, так и дисковые ресурсы, подключенные с внешних систем хранения. Протокол подключения тут вторичен и рассматриваться не будет.
Все дисковые системы, по сути, характеризуют 3 характеристики:
1. Ширина канала передачи данных
2. Максимальное количество операций ввода-вывода
3. Величина средней задержки при максимально допустимой нагрузке
1. Ширина канала обычно определяется интерфейсом подключения системы хранения и производительностью самой подсистемы. На практике средняя нагрузка по ширине крайне незначительная и редко превышает 50…100 мегабайт в секунду даже для группы из 20-30 виртуальных серверов. Конечно, бывают и специализированные задачи, но мы сейчас говорим о средней температуре по больнице. Практика указывает именно на такие цифры. Естественно, бываю и пиковые нагрузки. В такие моменты полосы пропускания может и не хватить, поэтому при сайзинге (планировании) вашей инфраструктуры, надо ориентироваться именно на максимальные возможные нагрузки.
2. Операции ввода-вывода можно поделить на однопоточные и многопоточные. Учитывая тот факт, что современные операционные системы и приложения поголовно научились работать многопоточно, будем считать всю нагрузку многопоточной. Далее операции ввода-вывода можно поделить на последовательные и случайные. Со случайным доступом все понятно, а вот с последовательным? Учитывая нагрузку от большого количества виртуальных машин, да еще и многопоточную от каждой машины, мы в итоге получим практически полностью случайный доступ к данным. Конечно, варианты специфических случаев с последовательным доступом и малым количеством потоков возможны, но опять же, у нас рассматривается средняя температура. Наконец, операции ввода-вывода можно поделить на чтение и запись. Классическая модель говорит нам о 70% операций чтения и 30% операций записи. Возможно, так и есть для приложений внутри виртуальных машин. И ведь многие при тестировании и сайзинге принимают данную статистику за основу тестирования систем хранения. И делают огромную ошибку. Люди путают статистику доступа для приложений, и статистику доступа для дисковой подсистемы. Это не одно и то же. На практике для дисковой системы наблюдается следующее деление: порядка 30% операций на чтение и 70% на запись. 
Откуда такая разница?! Она из-за работы кэшей разного уровня. Кэш может быть у самого приложения, у операционной системы виртуальной машины, у гипервизора, у контроллера, у дискового массива, наконец у самого диска. Как итог, часть операций на чтение попадает в кэш какого либо уровня и не доходит до физических дисков. А операции записи доходят всегда. Это надо четко помнить и понимать при сайзинге систем хранения.
3. Задержки, или латентность системы хранения, это время, за которое гостевая операционная система получит запрашиваемые данные с её диска. Схематично и упрощенно запрос от приложения идёт следующим образом: Приложение-Операционная система-Виртуальная машина-Гипервизор-Система хранения данных-Гипервизор-Виртуальная машина-Операционная система-Приложение. На самом деле промежуточных звеньев цепи в 2-3 раза больше, но давайте опустим глубокие технические тонкости.
Что в этой цепочке может интересовать больше всего? В первую очередь ответ самой системы хранения и работа гипервизора с виртуальной машиной. С системой хранения вроде все ясно. Если у нас SSD диски, то время тратится на чтение данных из нужной ячейки и по сути все. Латентность минимальна, порядка 1 ms. Если у нас SAS диски 10к или 15к, то время доступа к данным будет складываться из многих факторов: глубины текущей очереди, позиции головки относительно очередной дорожки, угловой позиции пластины диска относительно головки и т.д. Головка позиционируется, ждет поворота диска, когда нужные данные окажутся под ней, производит операцию чтения или записи и летит к новой позиции. Умный контроллер хранит в себе очередь доступа к данным на дисках, корректирует очередность чтения в зависимости от траектории полета головки, меняет местами позиции в очереди, пытается оптимизировать работу. Если диски в RAID массиве, то логика доступа становится еще более сложной. Например, у зеркала есть 2 копии данных на 2-х половинках, так почему бы не читать разные данные из разных локаций одновременно двумя половинками зеркала? Аналогично ведут себя контроллеры и с другими типами RAID. В итоге для скоростных SAS дисков стандартная латентность равна 3-4 ms. У медленных собратьев NL-SAS и SATA этот показатель ухудшается до 9 ms.
Теперь рассмотрим звено цепи гипервизор-виртуальная машина. У виртуальных машин контроллеры жестких дисков тоже виртуальные, обычно это SCSI устройства. И общается гостевая операционная система со своим диском тоже ISCSI командами. В момент обращения к диску виртуальная машина блокируется гипервизором и не работает. В это время гипервизор перехватывает SCSI команды виртуального контроллера, после чего возобновляет работу виртуальной машины. Теперь уже сам гипервизор обращается к файлу с данными виртуальной машины (файлу диска виртуальной машины) и производит с ним необходимые операции. После этого гипервизор опять останавливает виртуальную машину, снова генерирует SCSI команды для виртуального контроллера и от имени диска виртуальной машины дает ответ на недавний запрос гостевой операционной системы. Данные операции подделки ввода-вывода требуют порядка 150-700 тактов центрального процессора физического сервера, то есть занимают около 0.16 микросекунды. С одной стороны не так много, но с другой стороны? Что если у машины активный ввод-вывод? Допустим, 50.000 IOPS. И что если она так же интенсивно общается с сетью? Добавим сюда достаточно вероятную потерю данных из кэша процессора, который мог смениться за время ожидания подделки запросов гипервизором. Или чего доброго, поменялось исполняющее ядро. В итоге мы имеем существенное снижение общей производительности виртуальной машины, что достаточно неприятно. На практике я получал падение производительности вплоть до 40% от номинала из-за влияния гиперактивного ввода-вывода виртуальной машины по сети и дисковой системе.
Медленная работа дисковой системы колоссально сказывается на работе приложений внутри гостевых машин. К сожалению, многие специалисты недооценивают это влияние, и при сайзинге аппаратной части стараются экономить на дисковой подсистеме: пытаются ставить недорогие, большие и медленные диски, экономят на контроллерах, отказоустойчивости. Потеря вычислительной мощности приводит к неприятностям и простою. Потери на уровне дисковой системы могут привести к потере всего, в том числе и бизнеса. Помните об этом.
Однако вернемся к операциям чтения и записи, а так же особенностям работы с ними различных уровней RAID. Если принимать stripe как 100% производительности, то следующие типы массивов имеют показатели:
Операция Тип массива КПД
Чтение
RAID0 100%
RAID10 100%
RAID5 ≈90%
RAID6 ≈90%
Запись
RAID0 100%
RAID10 50%
RAID5 25%
RAID6 16%
Как мы видим, RAID5 и RAID6 имеют колоссальные потери производительности при записи. Тут нельзя забывать, что операции ввода-вывода нагружают дисковую систему совместно, и их нельзя считать по отдельности. Пример: в режиме RAID0 некая гипотетическая система имеет производительность 10.000 IOPS. Собираем RAID6, нагружаем классической нагрузкой среды виртуализации, 30% чтение и 70% записи. Получаем 630 IOPS чтения с одновременными 1550 IOPS записи. Не густо, правда? Конечно, наличие в системах хранения и контроллерах кэша в режиме записи write-back несколько увеличивает производительность, но у всего есть пределы. Считать IOPS надо правильно.
Пара слов о надежности, которые уже неоднократно были сказаны. При выходе из строя больших и медленных дисков наступает процесс ребилда массива (мы ведь позаботились о горячей замене?). На дисках 4ТБ процесс ребилда RAID 5 и 6 занимает около недели! А если нагрузка на массив велика, то и того больше. Так же процесс ребилда связан с резким ростом нагрузки на диски массива, что повышает вероятность сбоя еще одного диска. В случае с RAID 5 это приведет к безвозвратной потере данных. В случае с RAID 6 мы сталкиваемся с высокими рисками потери третьего диска. Для сравнения, в RAID10 при ребилде массива, по сути, просто копируются данные с одной половинки зеркала (одного диска) на другую. Это гораздо более простой процесс и занимает он относительно мало времени. Для диска 4 ТБ при средней нагрузке время ребилда составит порядка 10-15 часов.
Хочется добавить, что бывают в природе и умные системы хранения типа Dell Compellent SC800, которые имеют очень гибкий подход к хранению данных на базе различных настраиваемых уровней Tier. Например, эта система может писать новые данные только на SCL SSD диски в режиме RAID10, после чего, в фоновом режиме, перераспределит блоки данных на другие типы дисков и уровни RAID в зависимости от статистики обращения к этим блокам. Системы эти достаточно дороги и нацелены на специфического потребителя.
Подводя итоги, остается определить следующие тезисы:
— Система хранения под виртуализацию должна быть быстрой и надежной, с минимальными задержками
— При проектировании среды виртуализации на систему хранения необходимо закладывать порядка 40% всего бюджета аппаратной части
— При сайзинге системы хранения, в общем случае, стоит ориентироваться на RAID10
— Бэкапы спасут мир!