При разработке СХД Primera компания HPE преследовала две основных цели: снижение нагрузки по администрированию СХД и повышение производительности оборудования.
В частности, в системе хранения HPE Primera использованы самые современные технологии твердотельных накопителей NVMe для приложений класса Tier-0 с большой рабочей нагрузкой и с параллельной обработкой многих потоков данных. Однако более важным новшеством в СХД HPE Primera является полномасштабное использование искусственного интеллекта платформы HPE InfoSight вкупе с контейнеризованной операционной системой. Это привносит устойчивость и простоту в работе, существенно сокращает нагрузку обслуживания, настройки и администрирования. Тем самым НРЕ задает новые планки для рынка Hi-End СХД, делая устойчивость и простоту эксплуатации не менее важными качествами, чем производительность.
С СХД Primera HPE выходит в лидеры в следующих областях.
- Производительность: Primera использует новые технологии твердотельных накопителей и массового параллелизма для достижения высокой производительности.
- Устойчивость: при помощи ИИ от платформы HPE InfoSight она может самооптимизироваться, снижая время возможных простоев оборудования и повышая уровень SLA при меняющемся трафике рабочих нагрузок.
- Простота: Primera обеспечивает администрирование по принципу облака, включая простое выделение ресурсов через API по требованию, простое администрирование и возможности постоянного апгрейда без простоев.
Производительность
Хотя HPE придает большую важность простоте и устойчивости, конструкция Primera также предоставляет все, что нужно для высокой производительности на уровне лучших показателей в отрасли для класса СХД уровня Tier 0. То есть Primera – это платформа для приложений класса mission-critical, где стоимость простоя достаточно велика, и ее можно просчитать.
Новые твердотельные технологии и архитектура All-Active
Архитектура платформы Primera спроектирована в расчете на массовый параллелизм задач и использует новые усовершенствования в технологиях твердотельных накопителей. Новый стандарт в этой области – это NVMe, а скоро в Primera будет реализована технология NVMe-oF (NVMe over Fabrics).
Поскольку протокол NVMe поддерживает по крайней мере на три порядка больший параллелизм в работе с СХД, чем SCSI, очень важно, чтобы контроллеры СХД могли переварить такой скачок в числе одновременных операций. В Primera, как и ранее в HPE 3PAR, упор делается на специализированных сопроцессорах ASIC. Эти проприетарные чипы HPE служат внутренними коммутаторами для связи контроллеров между собой по широченной шине 250 ГБ/c (да, гигабайт в секунду). Без ASIC CPU и DRAM стали бы узким местом. Нынешние контроллеры серии 6х0 содержат CPU Intel Skylake и до четырех микросхем ASIC, в будущем аппаратная база контроллеров будет обновляться довольно часто (почти каждый год).
СХД HPE Primera 600 с четырьмя узлами содержит 16 чипов ASIC. В каждом из этих внутренних соединений имеется 64 аппаратных очереди с управлением их относительным приоритетом, что позволяет получать очень малую величину задержки при высоком параллелизме обработки потоков.
Архитектура кластера HPE Primera со всеми активными томами и топологией full-mesh подключения узлов контроллера
Кроме связности контроллеров, ASIC ускоряют вычисления паритета RAID (Redundant Array of Independent Disks), обеспечивают маркировку стертых блоков как временно доступных (Inline Zero Detection) и расчет хэш-кода при дедупликации.
Кроме того, ASIC рассчитывают циклические коды избыточности CRC (Cycle Redundancy Code) для проверки данных, хранящихся на дисках. Эти операции обычно выполняются процессором узла (ЦП). В Primera этим занимаются ASIC, избавляя процессоры от дополнительной нагрузки.
В общем и целом, вычислительные задачи ASIC служат не только для ускорения СХД (ведь известно, что в условиях «лабораторного вакуума» современные CPU и так могут показывать миллионы IOPS), но и (это главное) для обеспечения стабильно высокой скорости – без сюрпризов в моменты почти полной заполненности массива данными, выполнения мгновенных снимков и репликации, а также при смешанных нагрузках с разным размером блока и соотношением чтения и записи.
Primera имеет архитектуру, которую HPE называет all-active. Это означает, что все контроллеры и кэши активны все время, кэш каждого контроллера может быть адресован любым другим контроллером. В традиционной архитектуре active-passive один контроллер активен, а другой пассивен и предназначен для принятия нагрузки в случае отказа основного контроллера.
Архитектура all-active, примененная в Primera, обеспечивает низкую задержку и более высокую пропускную способность, нежели в архитектуре active-passive.
Primera и сейчас, на накопителях SAS, показывает выдающиеся результаты производительности. HPE сообщает, что задержки Primera, даже в крупных конфигурациях и высоких нагрузках от приложений, не превышают сотен микросекунд. По оценкам портала Blocks & Files, 4-х узловая система в лабораторных условиях показала производительность 2,3 млн IOPS и скорость передачи данных 75 ГБ/с с задержкой менее миллисекунды. По их мнению, это уже близко к стандартам НРС.
Но уже появляются задачи, требующие большего. Два важнейших следующих шага в развитии платформы – это поддержка интерфейса NVMe как внутри массива, так и при подключении к хостам (NVMe over fabrics, NVMe-oF), а также поддержка нового типа накопителей – SCM (Storage Class Memory).
С использованием NVMe-oF и Optane эти показатели станут еще выше. Например, в пресс-релизе HPE отмечено, что Primera может увеличить производительность Oracle на 122 %. Для заказчиков, которые хотят приобрести Primera сейчас, начать использовать эти новые технологии будет элементарно – уже текущие массивы полностью их поддерживают, потребуется максимум докупка полок и карт расширения для контроллеров.
Простой и масштабируемый дизайн
В Primera может быть до 4-х контроллеров, не требуются никакие внешние кабели для соединения узлов между собой, поскольку они соединены через внутреннюю пассивную объединительную панель (passive backplane). Это упрощает конструкцию и повышает надежность.
Шасси Primera бывает двух видов: высотой 2U для пары контроллеров и 4U – для двух пар. В шасси установлены общие блоки питания и охлаждение. На каждую пару можно установить до 24 накопителей. Все они могут быть подключены по SAS, а 8 слотов из 24 поддерживают также и интерфейс NVMe. Один контроллер может содержать до 12 портов к хосту (до 48 в системе) с интерфейсами 25GE или 32G FC. Для репликации по IP используются встроенные порты 10 GbE, по FC – порты в картах расширения. Подключение к хостам по NVMe-oF будут поддерживать уже доступные сейчас карты 32G FC.
В отличие от устаревших двухузловых архитектур контроллеров «активный/активный», в которых каждый номер LUN (или том) активен только на одном контроллере, в конструкции со всеми активными томами каждый номер LUN активен на каждом контроллере в системе, формируя распределенную сеть (fabric). Подобная конструкция обеспечивает надежную и сбалансированную производительность, а также свободное пространство для экономичного масштабирования.
Такая конструкция поддерживает возможность равномерного распределения данных в масштабе системы, что обеспечивает высокие и прогнозируемые уровни производительности. Это делается при помощи параллельного и многоуровневого распределения данных между внутренними ресурсами (диски, порты, кэш, процессоры и т. д.). В результате растет эффективность использования ресурсов, и даже в случае сбоя какого-либо компонента уровень обслуживания SLA остается высоким и предсказуемым.
При использовании SSD-накопителей многоуровневая виртуализация емкости в сочетании с равномерным распределением данных обеспечивает одинаковый износ микросхем SSD, чьим недостатком является ограниченное число циклов перезаписи. Равномерное распределение данных дало возможность компании HPE предоставить своим клиентам 7-летнюю гарантию на SSD-накопители. В реальности, за многолетнюю историю эксплуатации СХД 3PAR и Primera, по этой гарантии не было ни одного обращения. Средний остаточный ресурс SSD после 5 лет активной эксплуатации составляет более 95 %.
Устойчивость
Для максимизации устойчивости и доступности в HPE Primera с самого начала были заложены возможности использования искусственного интеллекта, который используется в платформе HPE InfoSight. Компания HPE так уверена в этой технологии, что продает СХД Primera с гарантией 100 % доступности.
Гарантия 100 % доступности
HPE Primera продается с пакетом обслуживания HPE Proactive Care, который включает гарантию 100 % доступности данных. Если обнаружен подтвержденный факт недоступности данных, хранимых на Primera, то HPE проводит работы по решению проблемы и совместно с заказчиком выясняет причины неисправности. Если причина в неполадке самой СХД или настройках, которые взяты из рекомендаций HPE, заказчику предоставляется ваучер в размере до 20 % стоимости СХД и ее опций на будущую покупку или апгрейд Primera. Ваучером можно оплатить до 100 % стоимости покупки. По условиям гарантии СХД должна быть подключена к InfoSight, чтобы вендор имел средство объективного мониторинга; также она должны быть обновлена до последних версий ОС и патчей.
Немаловажен сам факт, что HPE публично заявляет о том, что надежность Primera составляет 100 %. Другие массивы класса high-end могут гарантировать самое большее 99,9999 % доступности. Хотя это и довольно высокий показатель, но все-таки он не исключает вероятности нежелательного простоя и влияния на критичные бизнес-процессы.
Виртуализация и абстрагирование
Сегодня хорошо известно, что виртуализация и абстрагирование функций повышают работоспособность системы, ее устойчивость к различным воздействиям. К тому же в виртуализированной системе на тот же функционал нужно гораздо меньше физического оборудования.
Виртуализация с абстрагированием функций по уровням предусматривает разделение физических дисков на фрагменты, каждый из которых можно динамически назначать для логических дисков. Логические диски, в свою очередь, образуют виртуальные тома. Это повышает производительность приложений, поскольку необходимая емкость распределяется по всему виртуальному пространству емкости, а не по жестко выделенному ограниченному числу дисков.
Принцип трехуровневой виртуализации дискового пространства в HPE Primera
На 1-м уровне абстракции физические накопители разделяются на фрагменты 1 ГиБ, что повышает эффективность их использования, а также обеспечивает поддержку функций памяти класса хранилища SCM (Storage Class Memory).
2-й уровень абстракции разбивает фрагменты 1 ГиБ на физических дисках на логические диски, с чередованием между физическими дисками системы с использованием RAID. Все фрагменты, принадлежащие одному логическому диску, должны соответствовать одному типу диска (NL, FC или твердотельных накопителей SSD). Кроме того, сопоставления при разбиении дисков на 1-м и 2-м уровнях позволяют обеспечивать параллельность выполнения рабочих задач.
Виртуальные тома — это виртуализованное представление емкости, которая экспортируется в приложения в виде виртуальных номеров LUN (VLUN) через порты FC. Один виртуальный том может одновременно экспортироваться через любое количество портов (не меньше двух).
На 3-м уровне абстракции логические диски сопоставляются с виртуальными томами в виде блоков по 32 или 128 МиБ. При этом, если требуется повысить производительность, можно быстро и без перебоев в работе перенести на другой логический диск лишь небольшую часть виртуального тома. В традиционных архитектурах требуется перенос всего виртуального тома. На этом уровне абстракции работают такие функции, как снэпшоты, кэширование и удаленная репликация.
Физические диски
Физические диски в HPE Primera разделены на фрагменты 1 Гбайт, на базе которых формируется RAID. При этом часть фрагментов определяется как резервные. В HPE Primera резервные фрагменты имеются на всех без исключения дисках. За счет этого повышается эффективность балансировки нагрузки. В результате SSD-накопители изнашиваются равномерно и срок их службы продлевается.
Логические диски
В HPE Primera существует два типа логических дисков:
- Диски SD (shared data): логические диски для хранения виртуальных томов с динамическим выделением ресурсов для сжатия данных и моментальных снимков.
- Диски SA (shared administration): Логические диски для хранения метаданных, используемых виртуальными томами и моментальными снимками.
На уровне логических дисков работают функции RAID 6. Операционная система HPE Primera создает логические диски автоматически, задавая нужные характеристики доступности и размера.
Общие группы выделения ресурсов
Общая группа выделения ресурсов CPG (Common Provisioning Group) создает виртуальный пул, в котором виртуальные тома VV (Virtual Volume) используют общие ресурсы CPG и могут выделять емкость по требованию.
Группы CPG обеспечивают общий доступ с мелкой грануляцией к пространству логических дисков в пуле. Вместо предварительного выделения логических дисков для томов, как это делается в традиционных СХД, группа CPG позволяет нескольким томам совместно использовать пул буферов с логическими дисками. Например, когда емкость тома TPVV (Thin Provisioned VV) заканчивается, система автоматически назначает этому TPVV дополнительную емкость путем сопоставления новых частей логических дисков в группе CPG. В результате исключаются нерациональные выделения емкости, когда большие пространства дисков не используются.
Если требуется увеличить емкость виртуального тома, операционная система HPE Primera может увеличить емкость существующих логических дисков в соответствии с шагом приращения, используемым в группе CPG, или создать дополнительные логические диски. Процесс увеличения инициируется, когда доступное пространство группы CPG становится меньше 85 % от значения приращения.
В массиве можно настроить механизм предупреждений и ограничений, который позволит контролировать увеличение группы CPG.
Искусственный интеллект для администрирования и оптимизации системы
Администрирование таких систем класса high-end – задача, при решении которой сложно обойтись без искусственного интеллекта. HPE InfoSight – наиболее мощная система ИИ для управления сложными инфраструктурами, и она полностью интегрирована с Primera.
Модели искусственного интеллекта, обученные в InfoSight, уже встроены в СХД Primera для аналитики, оптимизации производительности и обеспечения SLA в реальном времени без обращения к внешней системе.
Так как лишь чуть более 40 % всех аварий в IT-системах вызываются отказами СХД, InfoSight осуществляет мониторинг данных и от других компонентов IT-инфраструктуры: серверов, сетевого оборудования, виртуальных машин, инфраструктурного ПО, приложений и облачных хранилищ. В результате InfoSight всегда имеет глобальный обзор системы и состояния рабочих нагрузок.
Это преимущество InfoSight среди подобных систем. Даже у наиболее продвинутых конкурентов данные собираются либо только от систем хранения для анализа систем хранения, либо только от серверов для анализа серверов и т. д.
Более того, искусственный интеллект InfoSight, встроенный в СХД Primera, может предсказывать и оптимизировать производительность на основе запросов приложений. Данные постоянно собираются и анализируются в реальном времени от инфраструктуры СХД. Оптимизации системы на основе результатов анализа происходят автоматически, и они становятся все более «оптимальными» после анализа разного рода инцидентов, как-то: всплесков операций ввода-вывода, отказов компонентов, добавленных ресурсов, изменений в трафике нагрузки и пр.
Надежность класса Mission-Critical
В дополнение к InfoSight в Primera используются несколько других решений HPE для надежности класса Mission-Critical. Для обеспечения высокой доступности функция HPE Peer Persistence дает возможность перемещать виртуальные машины с одной площадки на другую без прерывания или отключения.
Кроме того, в системах Primera используется программная платформа RMC (Recovery Manager Central), которая интегрирует СХД Primera с системами резервирования HPE StoreOnce для защиты текущих данных в приложениях. RMC управляет мгновенными снимками на Primera, конвертируя их в полноценные консистентные бэкапы, отправляемые на StoreOnce. RMC поставляется бесплатно.
RMC также содержит средства простого и безопасного резервирования в облако при помощи решения HPE Cloud Bank Storage.
Простота
Решения для рынка СХД класса high-end от других производителей часто содержат достаточно сложные средства администрирования. Тем заказчикам, которым важны облачные возможности по простому выделению ресурсов, управлению через программируемые интерфейсы API и оплатой по мере использования, публичное облако представляется привлекательной альтернативой.
Однако во многих случаях предприятиям нужно хранить данные у себя. Именно для таких случаев Primera обладает простотой «как в облаке», но на своей площадке.
В ОС HPE Primera такие ключевые сервисы, как стек ввода-вывода, RAID, соединения кластера, драйверы главной шины, а также функции удаленного копирования (Remote Copy) и сокращения объемов данных (Data Reduction) полностью независимы друг от друга.
Поэтому, в отличие от традиционных монолитных платформ СХД, операционную систему HPE Primera можно обновлять и расширять, не перезагружая контроллеры. Обновления просто и быстро устанавливаются без прерывания работы и с меньшим риском, чем у традиционных «монолитных» СХД. При появлении новых функций и компонентов их можно добавить в систему и ввести в эксплуатацию легко и быстро – не дольше нескольких минут. Это гарантирует, что у клиента всегда будет самая последняя версия сервисов системы.
СХД по требованию, «как в облаке»
Целью компании HPE является предоставление заказчикам самоадминистрируемой и надежной интеллектуальной платформы для данных – портфеля продуктов и решений, которые предназначены для ускорения работы приложений, повышения эффективности управления данными и использования возможностей облачных технологий. СХД HPE Primera, Nimble, 3PAR, StoreOnce и SimpliVity, а также серверы HPE используют возможности облачной аналитической системы HPE InfoSight, которая собирает телеметрические данные со всех уровней инфраструктуры, анализирует их в реальном времени и на этой основе генерирует рекомендации по предотвращению простоев, вызванных проблемами в СХД, сетевом оборудовании, в серверах или в приложениях.
Также HPE InfoSight производит предварительное подтверждение необходимости обновления системы. Для этого IT-инфраструктура организации сравнивается с другими конфигурациями по всей базе установленных систем, с прогнозированием возможных проблем при установке новых версий. Таким образом, риски перехода на обновления минимизируются.
Кроме того, HPE Primera поддерживает функции автоматизации, заложенные в виртуальную среду VMware. В случае роста нагрузки приложений дополнительная емкость может быть предоставлена за секунды. СХД поставляются с предустановленной автоматизацией для VMware vCenter, Virtual Volumes и vRealize Suite.
Наконец, клиенты могут приобретать HPE Primera по модели «IT как услуга» с оплатой по мере использования (pay-per-use) через HPE GreenLake. В этом случае клиент платит только за реально использованную емкость и не несет капитальных затрат на приобретение собственной СХД.
Положение на рынке и конкуренты
СХД Primera позиционируется для корпоративных систем класса mission-critical, то есть выше, чем 3PAR. Поэтому эта СХД конкурирует с системами от ведущих игроков на рынке подобных систем: PowerMax компании Dell, Infinibox компании Infinidat, AFF компании NetApp и FlashArray//X компании Pure Storage.
По мнению аналитического агентства Moor Insights & Strategy, Primera является очень сильным конкурентом этим системам, особенно для Dell и Pure Storage.
В перспективе широкого использования технологий SCM и NVMe для любого конкурента будет сложно обеспечить какие-либо заметные преимущества именно его оборудования на рынке. Однако, несомненное преимущество HPE состоит в использовании ведущей в отрасли аналитической системы InfoSight на базе ИИ, а также гарантии 100% доступности.
Primera vs 3PAR и Nimble
HPE Primera класса Tier-0 обеспечивает самые высокие в линейке СХД HPE показатели SLA по устойчивости, производительности и продолжительности непрерывной работы, при очень простом администрировании.
HPE Nimble сейчас позиционируется как СХД класса Tier 1 для бизнес-критичных приложений (business-critical). Это тоже очень надежная система, которая может быстро восстанавливаться после аварий, и она так же легко администрируется.
Что касается 3PAR, то НРЕ призывает ее клиентов к миграции на Primera по мере их готовности. Все преимущества 3PAR при этом будут только улучшены. Дополнительными преимуществами является простота, более высокая производительность и возможность модернизации СХД в течение следующего десятилетия без значительных инвестиций со стороны заказчика.
HPE при этом заявляет, что у нее нет никаких планов по выводу 3PAR из эксплуатации. В мире было поставлено более 75 тыс. систем 3PAR и HPE будет соблюдать обязательства по их поддержке.
Заключение
HPE Primera представляет собой платформу, очень легкую в эксплуатации при высоких параметрах производительности и надежности. Она имеет много конкурентных преимуществ на рынке high-end. Она унаследовала все преимущества архитектуры 3PAR, а также использованы возможности InfoSight, как ведущей в отрасли аналитической системы.
В Primera использованы последние достижения технологии SSD, искусственный интеллект, который может работать в режиме онлайн и офлайн, а также контейнеризованная ОС и архитектура массового параллелизма.
В результате заказчик получает во многом самоуправляемую СХД, удовлетворяющую высоким SLA без необходимости обширных настроек и экспертизы в администрировании СХД.
