Основные технологические тренды на рынке СХД

Лев Левин, научный редактор PCWeek/RE,

внештатный эксперт «Бестселлеров IT-рынка»

Феномен Big Data и широкое распространение технологий облачных вычислений значительно изменили облик индустрии систем хранения, поскольку резко повысили требования как к производительности СХД, так и экономичности хранения больших объемов данных. Для новых приложений традиционные дисковые массивы не могут обеспечить необходимого уровня производительности и масштабируемости, и в то же время их использование оказывается неэффективным по стоимостным показателям. Поэтому сегодня вендоры стремятся взять на вооружение новейшие технологии, о которых мы и поговорим в этом обзоре.

Твердотельная память

Наиболее важной тенденцией развития рынка систем хранения последних лет стало быстрое внедрение твердотельной памяти. Практически все главные анонсы СХД ведущих вендоров, сделанные в прошлом году, прямо или косвенно связаны с твердотельной памятью. Например, компания EMC в течение года выпустила на рынок твердотельные массивы Xtemio, разработанные поглощенной ею в 2012 г. одноименной израильской компанией, а IBM — систему хранения FlashSystem, которая в свою очередь является развитием линейки твердотельных СХД бывшей компании Texas Memory Systems. Кроме того, компания HP летом представила полностью твердотельную модель из серии массивов 3Par. Также стоит отметить, что основным усовершенствованием второго поколения массивов среднего класса EMC VNX стала оптимизация микрокода и подсистемы ввода/вывода для использования твердотельных дисков.

В прошедшем году практически все ведущие вендоры СХД вывели на рынок модели своих основных массивов корпоративного класса в конфигурации «all flash», т. е. только с твердотельными дисками.

Преимущества твердотельных дисков по сравнению с традиционными жесткими дисками общеизвестны — это многократное ускорение доступа к записанным на диск к данным и сокращение тепловыделения накопителей. До недавнего времени основными препятствиями к их внедрению была относительная новизна этой технологии, из-за которой корпоративные заказчики не всегда были готовы доверить им хранение критичной для бизнеса информации, и существенно более высокая цена по сравнению с жесткими дисками. Тем не менее за последние два года острота этих проблем значительна снизилась.

Корпоративный сектор накопил достаточно положительного опыта по использованию твердотельных дисков, который свидетельствует о надежности этой технологии, уже достигшей в своем развитии этапа «зрелости». Кроме того, производители твердотельных дисков и систем на их основе постоянно совершенствуют механизмы защиты от износа ячеек памяти, поэтому риск потери данных на SSD из-за сбоев уменьшился до уровня, примерно соответствующего показателям жестких дисков корпоративного класса.

Цена на единицу емкости твердотельных дисков также постоянно снижается, и здесь стоит отметить два фактора, которые снимают ценовой барьер для широкого применения твердотельной памяти в корпоративных СХД.

Во-первых, это появление так называемой многоуровневой твердотельной памяти корпоративного класса (enterprise Multilevel Cell, eMLC). Раньше в корпоративных СХД использовалась только дорогая одноуровневая твердотельная память (Single Level Cell, SLC). Более дешевая обычная многоуровневая твердотельная память (Multilevel Cell, MLC) не только работает медленнее, но и считается менее надежной, поэтому ее сфера применения — это запоминающие устройства для массового рынка, например, встроенная память и карты памяти для планшетов и мобильных телефонов. Внедрение памяти eMLC, которая стоит меньше SLC и в то же время значительно надежнее MLC, а по быстродействию занимает промежуточное место между этими двумя типами памяти, значительно понижает ценовую планку для применения твердотельной памяти в СХД корпоративного класса. Именно благодаря этой технологии на рынок вышли массивы all flash.

Применение твердотельных дисков также резко увеличивает требования к производительности подсистем ввода/вывода СХД и сетей хранения SAN, к которым эти системы подключены, иначе они могут стать тем узким местом, из-за которого эффект от внедрения SSD может оказаться не таким значительным. В прошлом году производители СХД стали активно внедрять такие новейшие высокоскоростные технологии, как интерфейс SAS 12 Гбит/с, шина PCI Express Gen3 и Fibre Channel 16 Гбит/с (Fibre Channel Gen5). Все эти три технологии используются, например, в представленном в конце 2013 г. третьем поколении дисковых массивов Fujitsu Eternus DX S3.

Тем не менее не стоит ожидать полного вытеснения жестких дисков твердотельными. Для хранения так называемых «холодных», т. е. редко запрашиваемых данных главное — не скорость доступа, а стоимость одного гигабайта емкости, и для них оптимальным накопителем остаются терабайтные 3,5-дюймовые жесткие диски SAS/SATA со скоростью вращения 7200 об./мин (часто их называют Nearline). В то же время менее емкие высокоскоростные (10 тыс. и 15 тыс. об./мин) 2,5-дюймовые жесткие диски, предназначенные для хранения «горячих» данных, по быстродействию и тепловыделению явно проигрывают твердотельным и, по-видимому, постепенно уйдут со сцены.

В прошедшем году на рынок вышли гибридные массивы (например, Dell Compellent Flash-optimized Solutions), в которых уже ставшая классической схема многоуровневого хранения реализована с помощью комбинации жестких и твердотельных дисков — горячие данные хранятся на твердотельных накопителях, а затем по мере их «остывания» (сокращения частоты запросов чтения/записи) переносятся на жесткие диски. Таким образом, традиционные жесткие и твердотельные накопители эффективно дополняют друг друга в одном решении.

«Коммодитизация» систем хранения и концепция SDN

Другая характерная тенденция рынка СХД, которая ранее существенно изменила серверный рынок, — это широкое использование при проектировании контроллеров дискового массива стандартных компонентов Intel, применяемых в серверах стандартной архитектуры вместо специализированных микросхем (ASIC). Эта тенденция, получившая название commoditization от слова commodity, которое на русский язык можно перевести как «производимые в больших объемах». Использование относительно дешевых стандартных компонентов компьютерных систем привело к существенному уменьшению расходов на разработку новых систем хранения и сокращению продолжительности цикла разработки, поскольку теперь вендорам СХД уже не нужно заниматься проектированием и запуском в производство своих микросхем, они могут брать стандартные компоненты и строить из них свой новый продукт. При этом основные новые функции реализуются на программном уровне, т.е. главные инновации связаны с разработкой микрокода контроллера дискового массива, а не усовершенствованием его микроэлектронной начинки, что позволяет намного проще расширять функционал и в будущем легко переносить его на новые более мощные процессоры. Тем не менее микросхемы ASIC применяются в некоторых системах хранения для внедрения тех функций, реализация которых с помощью стандартных компонентов не обеспечивает необходимого уровня производительности.

Одной из наиболее интересных новинок минувшего года на рынке систем хранения стал анонс платформы EMC Viper, которая рекламируется как реализация на практике концепции программно-определяемого хранения (Software Defined Storage, SDN). SDN можно рассматривать как следствие коммодитизации СХД, поскольку основной функционал управления хранением реализует контроллер на основе сервера стандартной архитектуры, а для хранения данных используются дешевые (по сравнению с привычными массивами корпоративного класса) дисковые полки, в которых нет своего RAID-контроллера. SDN очень похожа на крайне популярную в начале прошлого десятилетия концепцию виртуализации хранения на уровне SAN, которая обещала значительно упростить управление хранением в гетерогенной среде и повысить эффективность использования дисковой емкости разных массивов, объединенных в SAN. Правда, несмотря на всю привлекательность, эта концепция пока не получила полноценного воплощения на практике, хотя она была использована в системах Hitachi TagmaStore (в нынешней версии — Hitachi VSP) и IBM SVC (сейчас StorWize) для расширения емкости дискового массива за счет внешних дисковых полок.

Горизонтальная масштабируемость, дедупликация и унификация хранения

«Большие Данные» требует высокого уровня масштабирования систем хранение за счет объединения в многоузловой кластер нескольких контроллеров дисковых массивов и объединения емкости этих массивов в один ресурс. Такой вариант расширения емкости называется горизонтальным масштабированием (в отличие от вертикального, при котором емкость массива увеличивается за счет добавления в него новых дисков и контроллеров). Горизонтальное масштабирование более эффективно, поскольку при такой архитектуре максимальная емкость СХД не ограничена емкостью одного массива и производительностью его контроллеров.

В прошлом году компания NetApp наконец реализовала полноценное горизонтальное масштабирование своих унифицированных систем хранения FAS, выпустив для них версию 8.2 операционной системы Data ONTAP. В результате кластер FAS в режиме NAS можно масштабировать до 24 узлов, а в режиме SAN — до восьми. Еще одно усовершенствование Data ONTAP — улучшенная дедупликация, т. е. сокращение необходимого для данных дискового пространства за счет устранения повторной записи на диски идентичных наборов данных. Дедупликация на уровне блоков используется и в новом поколении дисковых массивов EMC VNX.

Вообще дедупликация изначально была разработана для сокращения объема резервных копий в дисковых библиотеках, однако в последнее время она применяется и для уменьшения объема основных копий данных. Стоит отметить, что для первичного хранения данных эта технология не может рассматриваться как универсальное решение. Она основана на поиске дубликатов новых данных среди уже хранящихся на массиве, поэтому неизбежно внесет задержки при чтении, так что ее имеет смысл применять только к «холодным» данным.

Анонсы года

Если посмотреть на продуктовые анонсы последнего времени, можно отметить целый ряд интересных моделей у разных вендоров. Прежде всего это уже упоминавшиеся полностью твердотельные массивы IBM FlashSystem и EMC Xtemio, задавшие тон ускоренному продвижению твердотельных технологий в современных системах хранения.

Также стоит отметить, что в декабре прошлого года Dell после длительной паузы наконец обновила свои системы среднего класса EqualLogic, предназначенные для сетей SAN на базе iSCSI, добавив в нее модель PS6210, которая выпускается в нескольких конфигурациях — традиционной (на базе жестких дисков NearLine SAS и высокоскоростных SAS), гибридной (жесткие диски SAS плюс SSD-накопители) и полностью твердотельной (только SSD).

По-видимому, в нынешнем году произойдет смена поколений массивов старшего класса Hitachi, известных также по их OEM-версии HP P9500 (текущее поколение Hitachi VSP вышло на рынок осенью 2010 г., а японский производитель выпускает новое поколение своих массивов в среднем раз в три года).

Самый последний по времени анонс на рынке СХД — это выпуск серии систем FAS800, которая заменяет в линейке NetApp как массивы среднего класса FAS3000, так и старшего FAS6000 (за исключением флагманской модели FAS6290), что подтверждает тенденцию размывания границы между СХД среднего и старшего классов, которую мы отмечали в прошлом году на примере систем HP 3Par. Кроме того, используемые в FAS800 конвергированные сетевые адаптеры производства QLogic позволяют подключать систему, которая, как и предыдущие поколения FAS, поддерживает и NAS, и SAN, к сетям на базе Fibre Channel, Ethernet и Fibre Channel over Ethernet.

Поскольку QLogic является OEM-партнером не только NetApp, но и всех остальных ведущих производителей СХД, то можно ожидать, что такое универсальное подключение к сетям будет реализовано и для их продуктов. Наконец, вместе с ним поставляется ПО для виртуализации внешних дисковых полок FlexArray, которое ранее использовалось в отдельном шлюзе виртуализации NetApp V-Series. Таким образом, теперь дисковые массивы NetApp будут поддерживать функционал, который уже применяется в IBM StorWize.

Полная электронная версия этой статьи доступна только для подписчиков. Для получения полной электронной версии статьи сейчас Вы можете оформить запрос.