Подсистемы хранения данных
Из чего состоит система хранения данных?
Для многих система хранения данных ассоциируется с устройствами хранения и, в первую очередь, с дисковыми массивами. Действительно, дисковые массивы сегодня являются основными устройствами хранения данных, однако, не стоит забывать, что обработка информации, формирование логической структуры ее хранения (дисковых томов и файловых систем) осуществляется на серверах. В процесс доступа к данным, (помимо процессоров и памяти сервера) вовлечены установленные в нем адаптеры (Host Bus Adapter — HBA), работающие по определенному протоколу, драйверы, обеспечивающие взаимодействие HBA с операционной системой, менеджер дисковых томов, файловая система и менеджер памяти операционной системы.
Если дисковый массив выполнен в виде отдельного устройства, то для его подключения к серверам используется определенная инфраструктура. В зависимости от протокола доступа (транспорта), реализованного в HBA и дисковом массиве, она может быть простой шиной (как в случае с протоколом SCSI), так и сетью (как в случае с протоколом Fibre Channel (FC)). Если это сеть, получившая название "сеть хранения данных" (Storage Area Network — SAN), то, как и положено сети, в ней используется активное оборудование — концентраторы и коммутаторы, работающие по протоколу FC, маршрутизаторы протокола FC в другие протоколы (обычно в SCSI). Таким образом, помимо устройств хранения данных в состав СХД необходимо еще добавить инфраструктуру доступа, связывающую сервера с устройствами хранения.
Отвечая на вопрос, где правильно провести черту, отделяющую систему хранения от серверного комплекса, предлагается рассматривать систему хранения данных как "черный ящик". Тогда, для подключения сервера к системе хранения, достаточно установить в сервер HBA с необходимым протоколом, подключить его к системе хранения и сервер сразу "увидит" свои данные — то есть по принципу "plug and play". Это идеальная ситуация, к которой IT-индустрия, возможно, придет в будущем. Сегодня границу, отделяющую систему хранения данных от серверов, надо проводить на самих серверах выше уровня менеджера дисковых томов.
А почему именно так, можно убедиться на следующем примере: в системах, где требуется высокий уровень готовности, дисковый массив может считаться единой точкой отказа (Single Point Of Failure — SPOF). Для ликвидации SPOF обычно устанавливается второй массив, при этом данные зеркалируются на оба массива. Сегодня одним из самых распространенных средств зеркалирования является менеджер дисковых томов (например, VERITAS Volume Manager). Таким образом, менеджер дисковых томов вовлечен в процесс обеспечения отказоустойчивости системы хранения данных и становится её компонентом.
Сетевой инфраструктурой, объединяющей большое количество серверов и устройств хранения, необходимо управлять и, как минимум, отслеживать ее состояние. Сказанное не означает, что нет необходимости мониторинга состояния, например, двух серверов и одного массива, подключенного к ним напрямую. Однако, это можно реализовать подручными средствами — встроенными утилитами серверов, массива и операционной системы, бесплатными (freeware) утилитами или "самописными" скриптами. Каждое из устройств в СХД имеет несколько объектов, требующих управления и контроля состояния, например дисковые группы и тома у массивов, порты у массивов и коммутаторов, адаптеры в серверах. Как только число объектов управления в СХД начинает исчисляться десятками, управление такой конфигурацией при помощи "подручных" средств отнимает у администраторов слишком много времени и сил, и неизбежно приводит к ошибкам. Справиться с такой задачей можно только используя полномасштабную систему управления. Это справедливо для любых больших систем и для большой системы хранения данных, в частности. Внедрение системы управления становится особенно актуальным в тех случаях, когда система хранения данных выделена не только структурно и функционально, но и организационно.
Система хранения данных должна включать следующие подсистемы и компоненты:
Устройства хранения данных: дисковые массивы и ленточные библиотеки. Современные высокопроизводительные дисковые массивы используют технологию Fibre Channel для подключения к ним серверов и для доступа к дискам внутри массива.
Они могут масштабироваться до десятков терабайт дискового пространства и обладают встроенным интеллектом для выполнения специальных функций, таких как: виртуализация дискового пространства, разграничение доступа к дисковому пространству, создание Point-In-Time (PIT) копий данных(1) и репликация данных между массивами. К устройствам хранения данных также относятся всевозможные библиотеки - ленточные, магнитооптические и CD/DVD, которые в данной статье рассматриваться не будут.
- (1) Определение понятия Point-In-Time копии данных (PIT-копия, иногда встречается сокращение P-I-T-копия) следует из его названия — это копия данных, сделанная на определенный момент времени, и состояние данных "заморожено" в момент создания копии. Иногда путают PIT-копии с "моментальными снимками" (SnapShot), которые в действительности являются только одним из методов создания PIT-копий. К другим методам создания PIT-копий относятся методы клонирования (clone) данных.
Инфраструктуру доступа серверов к устройствам хранения данных. В настоящее время, как правило, инфраструктура доступа серверов к устройствам хранения данных создается на основе технологии SAN. SAN является высокопроизводительной информационной сетью, ориентированной на быструю передачу больших объемов данных.
В основе концепции SAN лежит возможность соединения любого из серверов с любым устройством хранения данных, работающим по протоколу Fibre Channel. Сеть хранения данных образуют: волоконно-оптические соединения, Fibre Channel Host Bus Adapters (FC-HBA) и FC-коммутаторы, в настоящее время обеспечивающие скорость передачи 200 МБайт/с и удаленность между соединяемыми объектами до нескольких десятков километров. В случае, если расстояние между объектами превышает возможности FC-оборудования или нет достаточного количества "тёмной" оптики (2), связь между объектами можно обеспечить используя технологию уплотненного спектрального мультиплексирования DWDM или инкапсулировав FibreChannel в другой транспортный протокол, например в TCP/IP.
Технология DWDM ( Dense Wavelength Division Multiplexing) позволяет оптимальным образом применять оптоволоконные ресурсы и передавать не только трафик Fibre Channel, но также Ethernet и другие протоколы по одним и тем же оптическим каналам одновременно. При этом расстояния между соединяемыми объектами могут составлять сотни и даже тысячи километров. Подробнее о SAN можно прочитать в [1].
- (2) "Темная" оптика — это технический жаргон, обозначающий оптическую магистраль (кабель) на пути следования которой не установлены никакие активные устройства. Отсутствие таких устройств подразумевает, что по кабелю не передается никаких сигналов. Для оптики таким сигналом является свет, т.е. в оптический кабель не светит ни какое устройство. Отсюда и происхождение термина. Без применения дополнительных устройств, например FC-ATM конвертеров, FC-коммутаторы не могут предавать пакеты по магистрали, где присутствуют другие активные устройства.
Систему резервного копирования и архивирования данных. Система предназначена для создания резервных копий и восстановления данных. Система резервного копирования позволяет защитить данные от разрушения не только в случае сбоев или выхода из строя аппаратуры, но и в результате ошибок программных средств и пользователей.
Выполнение резервного копирования является одним из необходимых методов обеспечения непрерывности бизнеса. Создание централизованной системы резервного копирования позволяет сократить совокупную стоимость владения IT-инфраструктурой за счет оптимального использования устройств резервного копирования и сокращения расходов на администрирование (по сравнению с децентрализованной системой).
Программное обеспечение управления хранением данных. Программное обеспечение предназначено для решения задач управления хранением данных, например, для разметки дисковых томов или повышения производительности доступа к данным прикладного ПО. Например, встроенное в массивы Hitachi Lightning 9900V программное обеспечение Cruise Control собирает статистику по интенсивности работы с данными, и исходя из нее принимает решение о перемещении данных на диски, производительность которых соответствует скорости обращения к данным.
Систему управления. Система предназначена для мониторинга и управления уровнем качества сервиса хранения данных. Она тесно интегрируется с системой управления ВК. Основой системы управления СХД являются средства управления аппаратными ресурсами сети хранения данных. Их интеграция с другими системами дает возможность контролировать ресурсы СХД и управлять ими на всех уровнях, от дисков в массиве до файловой системы сервера.
Среди подсистем СХД система резервного копирования заслуживает особого внимания. Как следует из определения, создание системы резервного копирования является одним из средств обеспечения надежного хранения данных, о которых поговорим ниже. Однако, систему резервного копирования необходимо включить в СХД как отдельную подсистему не только по этой причине. Объем данных, измеряемый единицами и десятками терабайтов, требует все больше времени на процедуру резервного копирования. Классические средства резервного копирования по ЛВС не успевают выполнить эту процедуру и уложиться в отведенное временное "окно", которое сокращается с приближением режима работы информационной системы к "24x7" (например, в системах обслуживающих регионы из центра). Решением указанной проблемы является использование SAN для передачи данных резервного копирования, а также применения средств современных дисковых массивов для создания PIT-копий. В этом случае потребуется тесная интеграция системы резервного копирования с SAN и дисковыми массивами.
