+7 (495) 545-44-85 8 (800) 775-04-59
Серверные системы и сетевое оборудование от всемирно известных вендоров
19:52
Пн.- Пт. с 09.00 до 19.00 ч.

Уникальная технология Dell Fluid Cache для сетей хранения данных

Спецпредложения
x
Посмотреть все
спецпредложения
article-dell-fluid-cache/

Dell Fluid Cache for SAN - новая технология, обеспечивающая высокую доступность важных данных.

Причины возникновения сетевой технологии Fluid Cache.

В современном мире информация играет критически важную роль. Приложения бизнес-аналитики, обеспечивающие эффективную обработку информации, востребованы организациями.

Постоянно растущие объемы данных предъявляют высокие требования к оборудованию для хранения данных. Если ранее основное внимание уделялось сокращению стоимости единицы хранения, сейчас более актуальным становится вопрос о стоимости скорости осуществления транзакций.

Таким образом, на первый план выходят и пользуются большей популярностью более быстрые носители. Все большее распространение получают твердотельные накопители (SSD), обеспечивающие более низкое время поиска данных и более высокую пропускную способность по сравнению с традиционными жесткими дисками.

Еще одним достоинствам систем с твердотельными накопителями является технология многоуровневого хранения, которая предполагает размещение на быстрых SSD-накопителях наиболее актуальных и востребованных данных. Менее востребованные данные размещаются на более дешевых жестких дисках с интерфейсом SATA, благодаря чему удается сократить расходы на приобретение носителей.

Однако, несмотря на использование быстрых дисков, цена необходимой производительности остается далекой от идеала из-за несовершенных механизмов доставки данных до процессора (сетевых контроллеров, коммутаторов и RAID-контроллеров).

Логичным выходом из этой ситуации было бы размещение уровня хранения непосредственно внутри сервера для сокращения лишних задержек на пути от системы хранения данных к процессору.

Компания Dell предлагает эффективное решение: подключение твердотельных носителей Dell Expressflash напрямую к шине PCIe. Такое решение позволяет обойти ограничения производительности дискового контроллера SSD. За счет такого подключения удается достичь выигрыша в производительности в десятки раз и существенно сократить стоимость одной транзакции.

RNA Networks и первые успехи с Fluid Cache for DAS.

Однако обычно необходимо решить еще одну проблему: систему, требовательные к производительности, как правило, состоят из нескольких узлов, объединенных в кластер, поэтому важно обеспечить возможность синхронизации между локальными носителями. Причем такая синхронизация должна обеспечиваться не только для операций чтения, но и для операций записи.

Компания Dell приобрела компанию RNA Networks, один из основателей которой принимал активное участие в разработке процессоров Intel Pentium4 и технологии Infiniband. Сама компания RNA Networks получила известность в отрасли как разработчик технологий совместного прямого доступа к удалённой памяти (RDMA) на основе Infiniband или Ethernet. Технология, разработанная RNA Networks обеспечивает все достоинства технологий NUMA или SMP в случае использования кластера из обычных систем х86. Предыдущие разработки компании RNA Networks были использованы для создания технологии Dell Fluid Cache, которая позволяет создать единую область кэша нескольких серверных узлов на накопителях Dell Expressflash.

Первой системой хранения данных, поддерживающая эту технологию, была система Dell Fluid Cache for DAS, которая поддерживала работу на двух- и четырехпроцессорных серверах Dell PowerEdge, оснащенных накопителями Expressflash, при использовании операционных систем SLES и RHEL и подключении к массиву Dell Power Vault MD 1200/1220. Благодаря реализации возможности хранения данных непосредственно внутри сервера на быстрых накопителях скорость обработки транзакций существенно уменьшилась.

Dell Fluid Cache

Однако разработанная технология могла использоваться только с системами класса DAS, которые имеют все ограничения систем прямого подключения, а кроме того поддерживают подключение ограниченного количества серверов.

Расширение возможностей с Dell Fluid Cache for SAN.

После успеха первой версии была поставлена задача интеграции данной технологии с системами хранения SAN. Первой системой хранения данных, которая была совместима с новой технологией, стала Dell Compellent с алгоритмом многоуровневого хранения Fluid Data. В апреле текущего года была анонсирована новая версия технологии Dell Fluid Cache for SAN. Благодаря этой технологии хранения появилась возможность использования твердотельных накопителей Expressflash в качестве нулевого уровня хранения. Интеллектуальная система в автоматическом режиме определяет степень востребованности данных и размещает их для хранения на сервер. Такой подход обеспечивает исключительно высокий уровень производительности.

Технология выгодно отличается от конкурентных решений поддержкой не только операций чтения, но и записи. Тесты технологии продемонстрировали следующие результаты:

  • Увеличение производительности при работе с базами данных в два раза
  • Шестикратное увеличение числа обслуживаемых пользователей
  • Сокращение стоимости необходимой производительности на величину до 70%.

Заявленная производительность системы составляет 5 000 000 случайных операций ввода-вывода в секунду. Благодаря этому скорость работы приложений увеличивается на 99%, стоимость на одного пользователя уменьшается на 71%. В результате появилась возможность увеличить количество пользователей до 14000 (почти в семь раз).

Тестирование производительности осуществлялось на следующей конфигурации:

  • 8 серверов Dell PowerEdge R720, каждый из которых оснащен двумя модулями Expressflash 350GB PCIe
  • Карты Mellanox Connect X-3 40GE RoCE для сети синхронизации кеша
  • Сеть на основе коммутаторов Dell Ethernet 10/40Гб
  • Система хранения данных Compellent SC8000

Основными областями применения новой технологии являются:

  • Увеличение скорости работы приложений с высокой требовательностью к производительности операций ввода-вывода.
  • OLTP-приложения (транзакции в режиме реального времени)
  • Вычислительные комплексы
  • Инфраструктура на основе виртуальных рабочих столов (VDI).

Архитектура Fluid Cache for SAN.

Рассмотрим более подробно архитектуру решения.

Dell Fluid Cache

1) Соединение серверов с системой хранения данных Dell Compellent SC8000 может осуществляться с использованием протоколов FibreChannel и iSCSI. Программное обеспечение Fluid Cache предоставляет большую свободу в выборе конфигураций.

2) Для работы необходимо иметь не менее трех серверов. На серверы, которые будут обслуживать требовательные к данным приложения необходимо установить программное обеспечение Fluid Cache. В настоящий момент поддерживаются операционные системы RHEL, SLES и гипервизор VMware ESXi 5.5. Windows пока не поддерживается, однако с учетом того, что крупные базы данных как правило работают на других платформах, это не является критичным.

Как минимум два сервера должны быть укомплектованы накопителями Expressflash. Следует иметь ввиду, что серверы с установленным программным обеспечением могут работать в двух ролях: cacheclient и cachecontributor. Сервер в роли cachecontributor используется кэшем на чтение и на запись, cacheclient – только на чтение (запись при этом может производиться сразу в SAN). Как уже упоминалось, минимальная конфигурация состоит из трех узлов, два из которых обязательно должны иметь роль cachecontributor. Такой подход к организации обеспечивает возможность экономии на дорогих накопителях в рамках кластера и при этом оставляет все преимущества использования общего кэша.

При этом отметим, что для приложений, запущенных на этих серверах, работа Fluid Cache является совершенно прозрачной и не требует изменения настроек.

3) Рассмотрим организацию выделенной сети, предназначенной для синхронизации кэша между серверами на основе технологий RDMA. Поскольку типовые задержки в сетевых устройствах могут достигать нескольких десятков и сотен микросекунд, обычная сеть Ethernet 1Гб не может быть использована для реализации этой технологии. Первоначально предполагалось использовать только технологию Infiniband, обеспечивающую задержку порядка микросекунд, однако из-за высокой стоимости решения область применения ограничивается проектами HPC.

Более дешевой и сравнимой по скорости технологией является Ethernet 10Гб, его расширенная версия DCB , которая включает гарантию доставки пакетов позволила создать новую технологию RoCE – RDMA over Converged Ethernet. Благодаря этому появилась возможность организации высокоскоростной сети на базе компонентов сети Ethernet 10Гб (DCB) для осуществления удаленного доступа к памяти любого узла в кластере. Для организации сетевого подключения имеет смысл выбрать производительный коммутатор, например одну из моделей линейки Dell Force 10, при этом минимальная конфигурация требует наличия одного коммутатора, однако для устранения единой точки отказа лучше иметь два коммутатора.

Таким образом, решение складывается из трех компонентов:

  • Серверы, с установленным программным обеспечением Fluid Cache и накопителями Expressflash
  • Сеть хранения данных на базе Dell Compellent
  • Сеть синхронизации кэша.

Все компоненты, входящие в состав решения представляют собой стандартное оборудование и не требуют специальной подготовки при работе с ними. Благодаря этому система максимально проста в эксплуатации.

Технические требования и поддерживаемое оборудование.

Приведем минимальные технические требования, необходимые для работы технологии Dell Fluid Cache for SAN:

  • Не менее трех серверов Dell PowerEdge с накопителями Expressflash.
  • Выделенная сеть для синхронизации кэша Ethernet 10/40 Гб с низкими задержками (DCB Ethernet/Infniband)
  • Система Dell Compellent SC8000 с двумя контроллерами и одна дисковая полка SC220.
  • Программное обеспечение Dell Fluid Cache for SAN.

Поддерживаемое оборудование и программное обеспечение.

Операционные системы

Red Hat Enterprise Linux 6.3 and 6.4 (RHEL)

Novell SUSE Linux Enterprise Server 11, Service Pack 3

VMware vSphere ESXi 5.5

Серверы

Dell PowerEdge R620, R720, R820, R920

Dell PowerEdge M620, M820

Коммутаторы

Dell Networking S4810 (10 GbE)

Dell Networking S6000 (40 GbE)

Dell Networking MXL Blade (10 GbE)

Cisco Nexus 5548UP

Сетевые карты

Mellanox Connect X-3 10 Gb Adapter

Mellanox Connect X-3 40 Gb Adapter

Mellanox Connect X-3 10 Gb Mezzanine

Контроллер хранения

Dell Compellent SC8000

СХД

Dell Compellent SC220

Накопители

Dell Express Flash PCIe SSD SLC Drives (175 GB or 350 GB)

Dell Express Flash PCIe SSD MLC NVMe Drives

(400GB, 800 GB or 1.6 TB)

Micron P420m MLC SSD card (700 GB or 1.4 TB)