Společnost GIGABYTE, uznávaný výrobce hardwarových komponent a systémů souvisejících s počítači, vstoupila na trh s datovými úložišti ve spolupráci se společností Bigtera s cílem nabídnout unikátní vysoce výkonné softwarově definované úložné řešení. GIGABYTE dodává hardware a ve spojení se softwarovou platformou VirtualStor od společnosti Bigtera nabízí řadu úložných zařízení, která splňují různé požadavky na kapacitu a výkon. Zatímco většina lidí zná společnost GIGABYTE (která působí na trhu již více než 30 let), Bigtera může být pro některé novým jménem. Společnost Bigtera, založená v roce 2012, má dvě vývojová centra a více než stovku zákazníků, kteří provozují VirtualStor v produkčních prostředích.
Rodina produktů Bigtera VirtualStor se skládá ze tří různých produktových řad – Scaler, Converger a Extreme – z nichž každá představuje softwarově definované úložné řešení nasazené na standardní architektuře x86. Scaler je úložiště dat pro hybridní škálovatelná řešení; Converger je úložné řešení, které lze použít k vytvoření hyperkonvergované infrastruktury jeho spárováním s VMware, Hyper-V nebo KVM; a Extreme je all-flash škálovatelné úložné řešení určené k poskytování I/O operací aplikacím, které vyžadují konzistentně nízkou latenci a spotřebovávají velkou šířku pásma. V tomto podrobném přehledu se podíváme na řešení VirtualStor Scaler.
VirtualStor Scaler je spíše horizontálně horizontálně horizontální úložné řešení než horizontálně horizontálně horizontální nebo hyperkonvergované řešení infrastruktury (HCI). To znamená, že do úložného clusteru VirtualStor Scaler lze přidat více disků nebo uzlů, pokud je potřeba větší úložná kapacita. Jinými slovy, získáte správné množství úložiště pro vaše datové centrum, které lze upravit v závislosti na aktuálních okolnostech. Tato flexibilita efektivně eliminuje jak nadměrné využívání hardwaru (požadavek horizontálně horizontálně horizontálních řešení), tak i potřebu přidávat další výpočetní výkon (ať už je potřeba, či nikoli) při použití HCI řešení.
Společnost GIGABYTE nabízí pro systém VirtualStor Scaler šest různých platforem. Na jednom konci spektra, optimalizovaném pro menší uživatele, je systém s využitelnou úložnou kapacitou 48 TB, který se skládá ze tří 1U uzlů. Na druhém konci, pro zákazníky, kteří potřebují zpracovávat obrovské množství dat, je k dispozici systém s kapacitou 4 PB dat, který se skládá z osmi 4U uzlů. Pro zajištění kvality těchto systémů používá společnost GIGABYTE vlastní špičkové servery, které jsou vybaveny dvěma škálovatelnými procesory Intel Xeon druhé generace, které uspokojují výpočetní potřeby těchto úložných uzlů. Pro ukládání dat používají úložná zařízení VirtualStor kombinaci pevných disků a mezipaměti NVMe nebo SATA SSD. Aby byl zajištěn neustálý tok dat ze zařízení, uzly používají Intel SFP+ a síťové karty a offline správa uzlů se provádí pomocí řadičů vzdálené správy Aspeed.
Protokoly úložiště VirtualStor Scaler
Dnešní datová centra musí co nejrychleji a nejhospodárněji poskytovat úložiště, které uspokojí potřeby náročné a rozmanité skupiny uživatelů. Aby VirtualStor splnil rozmanité potřeby datového centra v oblasti úložiště, podporuje všechny běžně používané úložné protokoly (NAS, SAN a objektové úložiště) z jednoho sjednoceného úložného fondu. Aby bylo zajištěno splnění požadavků na výkon, lze na soubory, složky nebo svazky u úložiště aplikovat atributy kvality služeb (QoS). Kvóty, které brání uživateli nebo aplikaci v nadměrném využití úložiště, lze aplikovat na jednotlivé složky nebo svazky.
VirtualStor je navržen tak, aby spolehlivě a konzistentně poskytoval výkonnostní požadavky i pro ty nejnáročnější aplikace. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhli, je způsob, jakým úložný engine VirtualStor, BigteraStore, zpracovává umisťování dat. BigteraStore používá flash zařízení pro ukládání dat do mezipaměti a pro konsolidaci a sloučení malých bloků dat do větších sekvenčních bloků. To má nejen obrovský vliv na výkon systému VirtualStor při práci s náhodnými daty, ale také prodlužuje životnost zařízení s menším počtem zápisů na flash zařízení. BigteraStore také zlepšuje výkon svých úložných systémů identifikací sekvenčních dat (která jsou dodávána ve větších blocích dat) a tato data čte a zapisuje přímo na své pevné disky. Vzhledem k tomu, že streamování sekvenčních dat přímo na pevný disk netrpí stejným snížením výkonu jako čtení a zápis náhodných dat na pevný disk, zachovává se tím také kapacita drahých flash zařízení pro použití s náhodnými daty, kde mají největší dopad.
Použití flash paměti VirtualStor Scaler
Efektivita dat, ochrana a odolnost jsou tři faktory, které musí dnešní moderní úložná řešení řešit, a VirtualStor využívá nejnovější techniky a nástroje k poskytování robustního a efektivního řešení pro tyto faktory.
Nejdůležitější vlastností jakéhokoli úložného systému je schopnost chránit integritu dat v něm uložených. VirtualStor k tomu podporuje replikaci dat, mazací kódování, RAID, detekci chyb a samoopravu poškozených dat. Vzhledem k tomu, že data jsou replikována a vyvažována na mnoha různých úložných uzlech, v nepravděpodobném případě selhání hardwarové komponenty nebo serveru převezme kontrolu jiný úložný uzel a ve většině případů si uživatel nebo aplikace ani neuvědomí, že k selhání došlo. Jakmile je vadná komponenta identifikována a nahrazena, bude automaticky integrována zpět do systému. Citlivá data, která vyžadují maximální ochranu, můžete ve VirtualStoru zabezpečit pomocí šifrovací technologie Intel AES-NI, ale samozřejmě i jiná méně bezpečná data mohou být ponechána v nešifrovaném stavu na úložném zařízení VirtualStor.
Přehled architektury VirtualStor Scaler
Jedním z faktorů, který většina uživatelů při rozhodování o tom, jaké úložné řešení zvolit, je obtížnost vyčlenění podkladového úložiště pro použití. Skutečnost, že veškeré úložiště VirtualStor, bez ohledu na typ nebo protokol, pochází z jednoho poolu, který lze přehnaně zřizovat, efektivně eliminuje jak časově náročný úkol opětovného zřizování podkladového úložiště, aby bylo k dispozici, tak i ostrovy neboli sila úložiště, která byla zřizována, ale nejsou využívána.
Řídicí panel škálování VirtualStor
Hodnota úložného řešení může být minimalizována, pokud je jeho správa obtížná nebo podřadná. Naštěstí však VirtualStor usnadnil správu úložiště tím, že nabízí intuitivní, moderní webovou konzoli pro správu. V minulosti jsme viděli některé starší unifikované úložné systémy inzerované s jedinou konzolí pro správu, ale při bližším zkoumání se konzole pro správu skládala pouze z komponent pro správu z různých systémů umístěných jako funkce na konzoli pro správu. Tato situace bohužel vede k nejasnostem, protože pro komponenty úložiště se používají různé termíny a v závislosti na typu spravovaného úložiště jsou vyžadovány různé pracovní postupy – mírně řečeno složitý a matoucí způsob, jak s úložištěm nakládat.
Také jsme se setkali s úložnými systémy, které vyžadují interakci z příkazového řádku k provádění běžných úkolů, kde nesprávný záznam může mít katastrofální následky. Naopak u zařízení VirtualStor jsou všechny pracovní postupy při každodenní správě systému založeny na grafickém uživatelském rozhraní a nevyžadují interakci z příkazového řádku. Navíc, protože byly od začátku navrženy s podporou více protokolů – nikoli jako dodatečná myšlenka – nejsou zatíženy staršími integrovanými funkcemi, což činí správu VirtualStoru intuitivní a bezchybnou.
Výkon škálování VirtualStor
Kromě sestavení řešení a jeho snadného ovládání musí cluster stále nabízet výkon, který vyhovuje cílovým případům použití zákazníků. Bigtera dále nabízí podporu více protokolů, což tomuto řešení přináší větší flexibilitu. Během několika týdnů jsme řešení testovali s následující hardwarovou konfigurací:
- Klientské uzly
- 1 x GIGABYTE H261-3C0 – 2U 4 uzly, 3 uzly byly použity pro 3 klientské servery
- Na uzel:
- 2 x procesory Xeon Gold 6140 (18 jader, 2.3 GHz)
- 8 x 16GB 2666MHz DDR4 RDIMM paměťové moduly
- 1× GIGABYTE CLNOQ42 Dvouportová 25GB SFP+ OCP LAN karta (QLogic FastLinQ QL41202-A2G)
- 1 x 960GB 2.5” Seagate SATA SSD
- Uzly úložiště
- 3 x Úložné servery GIGABYTE S451-3R0
- Na uzel:
- 2 procesory Intel Xeon Silver 4114 (10 jader, 2.2 GHz)
- 8 x 16GB 2666MHz DDR4 RDIMM paměťové moduly
- 36 x 8TB 3.5” Seagate Exos SATA HDD
- 2 x 3.84TB SSD disk Adata SR2000CP AIC
- 1 x 960GB 2.5” Seagate SATA SSD
- 1 x GIGABYTE CLN4C44 4 x 25GbE SFP28 LAN porty (Mellanox ConnectX-4 Lx)
- 1 x HW RAID KARTA GIGABYTE CRA4648, GIGABYTE MR 3108 BBU
Jak již bylo uvedeno, řešení využívá pevné disky i flash paměť. Každý uzel používá pro bootování 960GB SSD disk Seagate. Pro kapacitní úroveň používá GIGABYTE pevné disky Seagate Exos 8TB Enterprise s 36 disky na uzel úložiště. Pro dosažení nejlepšího výkonu v této konfiguraci používá GIGABYTE dvojici SSD disků Adata SR2000CP 3D eTLC na uzel úložiště. Přídavné karty s kapacitou 3.84 TB zajišťují žurnálování a zároveň poskytují prvek mezipaměti pro cluster. Řada SR2000CP se dodává v kapacitách až 11 TB, ale karty s kapacitou 3.84 TB splňují výkonnostní cíle (rychlost čtení/zápisu až 6000/3800 MB za sekundu) a cenové cíle tohoto zařízení.
Z hlediska výkonu je důležité pochopit, jak se firmy dívají na rozsáhlé platformy SDS. Obecně jsou skvělé pro výkon objektových protokolů, ale pokud chcete využít tradičnější protokol, jako je iSCSI, je to vnímáno spíše jako případ použití z hlediska „kompatibility“. Jinými slovy, fungují, ale jsou mnohem pomalejší než primární protokoly, kolem kterých bylo úložné pole postaveno. To však neplatí pro všechny platformy, což je částečně to, co dělá VirtualStor Scaler tak jedinečným. Abychom tento fakt dokázali, provedli jsme po sobě jdoucí testy, jeden s využitím protokolu RBD a jeden s iSCSI. Stojí za zmínku, že testování všech protokolů, které VirtualScaler podporuje, bylo mimo rámec tohoto článku, protože seznam je široký (NFS, CIFS/SMB a S3 API).
Pro specifické testování jsme využili metodu FIO k měření výkonu 30 10GB sdílených RBD složek oproti 30 10GB iSCSI LUN jednotkám. Rozdělili jsme je tak, aby každý z našich tří klientských systémů přistupoval k 10 sdíleným složkám nebo LUN jednotkám. Poté jsme aplikovali pracovní zátěž 1 vlákna na úložné zařízení a hloubku fronty 16 (celkem pro cluster to znamenalo 30 vláken na každé s zatížením 16Q). Poté jsme porovnali výkon velkých sekvenčních přenosů a menšího náhodného provozu o velikosti 4K.
V naší první zátěži s měřením sekvenčního přenosu 1024K jsme u každého z našich tří klientů využívajících iSCSI zaznamenali průměrnou rychlost čtení něco málo přes 1600 MB/s a zápisu 960 MB/s. Celkem to vyšlo na 4.9 GB/s pro čtení a 2.9 GB/s pro zápis. S využitím RBD jsme zaznamenali podobnou rychlost zápisu přes 960 MB/s na klienta, ale výkon čtení byl vyšší, přes 2700 MB/s na klienta. Celkové hodnoty RBD dosáhly 8.1 GB/s pro čtení a 2.9 GB/s pro zápis.
Po snížení velikosti naší úlohy na sekvenční přenos 128 kB jsme opět zaznamenali podobnou rovnováhu mezi výkonem iSCSI a RBD. Při použití iSCSI zaznamenal každý klient přibližně 440 MB/s pro zápis a 1600 MB/s pro čtení, což v souhrnu odpovídá 1.3 GB/s pro zápis a 4.9 GB/s pro čtení. Zaměříme-li se na RBD, zaznamenali jsme o něco nižší výkon zápisu, přes 410 MB/s na klienta, a vyšší výkon čtení, přes 2500 MB/s na klienta. To v souhrnu odpovídá 1.2 GB/s pro zápis a 7.8 GB/s pro čtení přes RBD.
Zaměřili jsme se na menší výkon při náhodných přenosech a zaměřili jsme se na náš test 4K. Při pohledu na oba protokoly v náhodném zápisu 4K nabídly iSCSI i RBD podobný výkon přes 23 tisíc IOPS na klienta, což je zhruba 71 tisíc IOPS celkem, s výhodou RBD. Při pohledu na výkon čtení jsme zaznamenali iSCSI s přibližně 64 tisíci IOPS na klienta, což je celkem 193 tisíc IOPS, a RBD s 97 tisíci IOPS na klienta, což je celkem 291 tisíc IOPS.
V našich testech náhodných přenosů 4K dat jsme se zaměřili na průměrnou latenci s celkovým zatížením clusteru 30 vlákny a 16 frontami na vlákno. Naměřili jsme něco málo přes 6.7 ms pro zápis u přenosů iSCSI i RBD, přičemž RBD mělo malou výhodu. U přenosů čtení měl výkon RBD větší výhodu, když naměřil souhrnně 1.647 ms ve srovnání s souhrnně 2.489 ms u iSCSI.
Závěrem
VirtualStor Scaler je flexibilní a škálovatelné softwarově definované řešení, které běží na standardních serverech x86 a poskytuje úložiště souborů, bloků nebo objektů. V tomto případě jsme zkombinovali klientské a úložné uzly od společnosti GIGABYTE, abychom zdůraznili snadnou správu konvergovaného řešení a podporu více protokolů. Důležité je také zdůraznit odolnost dostupnou na platformě. To je z velké části díky základům VirutalStor, které jsou základem Ceph. Bigtera se s tímto sdělením raději nehlásí, protože se často předpokládá, že Ceph poskytuje fantastické funkce ochrany dat, ale chybí mu schopnost vyprávět příběh o výkonu a flexibilitě – obojí je klíčové ve většině podnikových úložných aplikací. Během naší doby s VirtualStor Scalerem jsme byli neustále ohromeni schopností poskytovat velmi silný výkon iSCSI spolu s blokovým rozhraním RADOS. Připočtěte k tomu fakt, že nahoře je pěkné grafické uživatelské rozhraní, což je praktické pro ty, kteří se nechtějí zabývat CLI – Bigtera si zde vedla dobře. Řešení VirtualStor je jednoznačně schopné být mnohem víc než jen datovým skladem pro typické analytické, HPC a nasazení AI/ML. Díky flexibilitě řešení by bylo moudré, kdyby ho podniky zvažovaly jako přímou náhradu pro širokou škálu případů užití od on-premise cloudu až po konsolidaci úložišť a typičtější virtualizované úlohy.
Amazon