Обзор новой линейки систем хранения MSA Gen 6 от HPE

8 сентября 2020 года компания НРЕ представила систему хранения данных серии MSA 6-го поколения (MSA Gen6). В конце сентября или в октябре 2020 года будет объявлено о прекращении производства MSA Gen5 (MSA 1050, MSA 2050 и MSA 2052).

Серия Gen6 так же, как и Gen5, обеспечивает интерфейсы SAS, iSCSI и Fiber Channel. Однако, если у Gen5 iSCSI только на 1 GbE, то у Gen6 – на 10 GbE и 10Gbase-T. Кроме того, у Gen5 FC на 8 Gbs, а у Gen6 – на 16 Gbs.

Серия MSA Gen6 состоит из трех моделей:

• Система хранения HPE MSA 1060: недорогая SAN начального уровня в ценовом диапазоне от 5 до 10 тыс. долл., предназначенная для небольших инсталляций с более-менее постоянной ёмкостью и производительностью, особенно в случаях ограниченного бюджета.

• Система хранения HPE MSA 2060: гибкий в конфигурации вариант SAN для более крупных развёртываний с бюджетом от 10 до 15 тыс. долл., который хорошо подходит для динамически изменяющейся нагрузки, для хранения данных с шифрованием и для масштабируемых решений, например, для хранения данных видеонаблюдения.

• Система хранения HPE MSA 2062: недорогая гибридная СХД, походящая для предприятий малого и среднего бизнеса, которым нужна одна СХД «для всего», для разных типов нагрузок, как с последовательным, так и с произвольным доступом и высокой ёмкостью хранения.

Модели и архитектура MSA Gen6

СХД MSA Gen6 конструктивно выполнена в форм-факторе 2U, с двумя вариантами накопителей. Конструктив MSA Gen6 отличается от того, что было в Gen1 – Gen5

Переход с Gen5 на Gen6

Шасси MSA Gen6 несовместимо с компонентами предыдущих поколений, включая:

• Контроллеры массивов;
• Оптические разъёмы SFP;
• Модули питания и охлаждения;
• Модули накопителей;
• Лицевые решетки;
• Корзины для дисков расширения.

Апгрейд с предыдущих поколений MSA на Gen6 должен производиться через резервное копирование и восстановление данных, с помощью утилиты RSR (Remote Snap Replication), либо с использованием таких средств как Storage vMotion от VMWare, чтобы перенести данные с бывшего массива на новый массив Gen6. 

Модели и архитектура MSA 1060

В линейку продуктов MSA 1060 входят три модели:

• 12Gb SAS – поддерживает разветвитель (fan-out cable Y), который удваивает число портов хоста до восьми (только для MSA 1060);
• 1/10Gb iSCSI – Только медный кабель 10 Gbase-T;
• 16Gb FC – Опциональный оптический интерфейс SFP, с 8 или 16 Gbs.

Все три модели имеют два порта на контроллер (четыре на весь массив) и поддерживают до 4-х корзин накопителей в форм-факторах SFF/LFF.

Поддерживаемые типы накопителей:

• SSD RI (Read Intensive) с повышенной способностью считывания/записи, могут использоваться для уровня с высокой производительностью и кэша чтения (Performance Tier/Read cache);
• SAS HDD 15/10K корпоративного класса для стандартного уровня (Standard tier);
• SAS HDD 7.2K среднего класса (Midline) для архивного уровня (Archive tier);
• SED: Накопители с автоматическим шифрованием данных (Self Encrypting Drives).

Корзины внешних накопителей MSA 1060

Корзины массива MSA 1060 поставляются только для SFF-накопителей, однако, могут использоваться корзины для MSA 2060 (до трёх штук). В такой конфигурации накопители SFF и LFF могут использоваться вместе.

Таблица  1. Варианты конфигурации внешних корзин для MSA 1060.  

SFF	Смешанные форм-факторы
Только SSD 368.64 TB (96 x 3.84TB RI SSD)	Гибридная СХД (HDD + SSD) объёмом 668.16 TB ·         36 x LFF = 576 TB             ·         24 x SFF = 92.16 TB         ·         (16 TB 7.2K HDD) + (3.84 TB RI SSD)
Или
Только HDD 230.40 TB (96x 2.4TB 10K ENT-SAS HDD)	СХД только HDD объёмом 633.60 TB ·         36x LFF = 576 TB              ·         24x SFF = 57.60 TB          ·         (16TB 7.2K HDD) + (2.4TB 10K ENT SAS HDD)

Таблица  2. Параметры производительности MSA 1060. 

Число операций ввода-вывода в секунду IOPS1	Пропускная способность (Throughput)1
154 000 IOPS (8K 100% произвольное чтение на SSD) 60 000 IOPS (8K 100% произвольная запись на SSD)	6.6 GBs (256K 100% последовательное чтение, накопители 10K) 6.5 GBs (256K 100% последовательная запись 10K)

¹ Максимальные значения параметров в поддерживаемых условиях. 

Модели и архитектура MSA 2060

В линейку продуктов MSA 2060 входят три модели:

• 16Gb FC – Опциональный интерфейс SFP со скоростью передачи 16 или 8Gbs
• 10Gb iSCSI – Опциональный интерфейс SFP
• 12Gb SAS

Четыре хоста портов на контроллер (восемь на массив), с поддержкой до 9 корзин накопителей. Поддерживаемые типы накопителей, включая лицензию ADS (Advanced Data Services suite): 

• SSD RI (Read Intensive) с повышенной способностью считывания/записи, могут использоваться для уровня с высокой производительностью и кэша чтения (Performance Tier/Read cache, включая два накопителя 1.92TB RI SSD.
• SAS HDD 15/10K 15/10K корпоративного класса для стандартного уровня (Standard tier);
• SAS HDD 7.2K среднего класса (Midline) для архивного уровня (Archive tier);
• SED: Накопители с автоматическим шифрованием данных (Self Encrypting Drives).

Корзины внешних накопителей MSA 2060

• Корзины массивов 2060 и 2062 могут содержать накопители как SFF, так и LFF;
• Массив может расширяться до 9 корзин MSA 2060;
• Корзины для накопителей как SFF, так и LFF, могут использоваться вместе;
• MSA 2060 поддерживает до 240 накопителей SFF, либо до 120 LFF;
• Корзины накопителей предыдущих поколений MSA не поддерживаются. 

Таблица  3. Варианты конфигурации внешних корзин для MSA 1060. 

SFF	LFF
Только SSD 921.60 TB (240 x 3.84TB RI SSD)	Только SSD 460.8 TB (120x 3.84TB RI SSDs)
Или
Только HDD 576 TB  (240 x 2.4TB 10K ENT-SAS HDD)	Только HDD 1.92 PB (120x 16TB 7.2K MDL-SAS HDDs)

Таблица 4. Параметры производительности MSA 1060.

Число операций ввода-вывода в секунду IOPS1	Пропускная способность (Throughput)1
325 000 IOPS (8K 100% произвольное чтение на SSD) 175 000 IOPS (8K 100% произвольная запись на SSD)	13.1 GBs (256K 100% последовательное чтение, накопители 10K) 7.3 GBs (256K 100% последовательная запись 10K)

¹ Максимальные значения параметров в поддерживаемых условиях. 

Подключение корзин с накопителями MSA 2060

Прокладка кабелей SAS, устойчивых к отказам (‘fault-tolerant cabling’) больше не применяется, поскольку они не сильно увеличивали доступность, но зато несколько ухудшали производительность. Подключение при этом упростилось, поскольку 2-метровые кабели SAS больше не требуются для подключения самых нижних корзин (только если корзины не расположены рядом, они могут потребоваться). 

Лицензирование

Лицензия ADS Suite (Advanced Data Services) для MSA 1060 и 2060 является опциональной. Для MSA 2062 лицензия ADS Suite включается в цену и предустанавливается.

Лицензия ADS Suite обеспечивает следующие функции:

• Два уровня хранения (Performance Tiering);
• До 512 снапшотов на систему (без лицензии – 64 снапшота);
• Функция RSR (Remote Snap Replication). 

Таблица 5. Номера лицензий ADS Suite.

Описание	Part Number
HPE MSA Advanced Data Services LTU	R2C33A
HPE MSA Advanced Data Services E-LTU	R2C33AAE

Лицензия не требуется для конфигураций «только HDD» или «только SSD»[1]. Также лицензия не требуется для SSD в качестве кэша считывания.

Лицензия требуется, если требуется разделение на уровень производительности (performance tier) и нижние уровни (standard и archive) на HDD в том же пуле.

Лицензия требуется, если уровень производительности и нижние уровни существуют в одной системе, даже если пул не имеет уровневого конфигурирования (tiering).

[1] Только для стандартного, либо архивного уровня, если они находятся в одном пуле.

Группы дисков и пулы

Группы дисков образуют полезную ёмкость пула. Каждая группа дисков может состоять из одного типа дисков, который автоматически назначается уровню на основе шасси. 

• SSD -  Уровень производительности / Кэш чтения SSD 

• 15/10K Enterprise-SAS - Стандартный уровень

• 7.2K Midline-SAS - Архивный уровень

Каждый пул может содержать до 16 групп дисков. За исключением кэша чтения, группы дисков защищены механизмами отказоустойчивости:

• RAID (1, 10, 5 или 6)
• MSA-DP+

Группы RAID 10, 5 и 6 поддерживают до 16 накопителей, однако, следует рассмотреть наилучшие варианты для максимизации производительности. Дисковые группы RAID 1 могут содержать до 2 накопителей, а MSA-DP+ ― до 128. 

Что нового в MSA Gen6?

Шасси

• Новое шасси MSA с решеткой в стиле Gen 10;
• Корзины головного и расширительного модулей 2U;
• Корзины расширения для накопителей, на 12 LFF и 24 SFF;
• Серединная объединительная плата SAS (midplane);
• Модули накопителей следующего поколения;
• Комплект для запирания передней решетки (bezel kit).

Контроллеры

• Подключение контроллеров по схеме «активный-активный» (в случае только одного пула может быть применено подключение «активный-пассивный»);
• Микросхемы ASIC и CPU нового поколения для разгрузки RAID;
• Порты расширения 12G SAS;
• Системный кэш 24 GB;
• Поддержка протоколов Fibre Channel, iSCSI и SAS;
• Контроллер на каждый протокол (конвергентные контроллеры SAN не используются). 

Сервисы хранения

Виртуальное хранилище:

• До двух пулов хранения;
• Автоматическое разбиение на уровни (Automated tiering) v2.0;
• Расширение SSD-кэша;
• Выделение ёмкости по запросу (Thin provisioning);
• Копирование тома (Volume Copy).

Новый тип группы дисков (MSA-DP+), обеспечивающий:

• Интегрированное резервирование (Integrated sparing);
• Сверхбыстрое восстановление (Super-fast rebuilds);
• Улучшенная производительность при последовательной записи;
• Инкрементное расширение группы дисков.

Асинхронная репликация всего массива;

Возврат на активный элемент после резервного переключения и восстановления работы активного элемента (failback).

• Новый целевой веб-интерфейс (target-based web interface) версия 4;
  
• Поддержка средством HPE MSA Health Check;
• Новый REST-интерфейс по стандарту Redfish;
• Извещения о доступности нового встроенного ПО (firmware). 

• Повышение доступности и производительности;
  
• Интегрированное резервирование: нет неработающих дисков;
• Гибкое расширение от 12 до 128 дисков;
• Поддерживаются разные ёмкости дисков в одной группе;
• Сверхбыстрое восстановление. 

Stripe-зоны RAID (Stripe Zone):

• Страницы, записанные в группу дисков, хранятся в зонированных полосах RAID (stripe zones), каждая из stripe-зон состоит из 2048 полос RAID (Stripe);

• Каждая полоса внутри stripe-зоны равна 1 странице с объемом данных 4MiB, объём stripe-зоны всегда равен 8GiB;

• Stripe-зона всегда содержит 10 накопителей, но каждый накопитель в группе дисков может состоять в нескольких stripe-зонах;

• Каждый накопитель, участвующий в stripe-зоне, хранит 2048 блоков (chunk) данных, хранящихся на накопителях со смежными LBA (Logical Block Address), хотя при этом каждый накопитель может быть предписан разным областям;

• Никакой дисковый накопитель не может хранить больше одного сегмента в stripe-зоне;

• Stripe-зона – это технология адресации, сама она не занимает ёмкости. 

На рисунке ниже показан упрощенный пример концепции MSA-DP+, где представлены только пять stripe-зон, хотя в реальности их могут быть сотни и тысячи, чтобы заполнить группу дисков.

 

Защита Stripe-зон: Каждая stripe-зона защищена по неизменной схеме RAID 6 (8+2) независимо от числа накопителей; Данные пишутся блоками 512KiB на каждый накопитель, участвующий в stripe-зоне; Поскольку каждая stripe-зона фиксирована на 10 накопителях, не все накопители будут в ней состоять. В примере на рисунке ниже stripe-зона 1 не включает диски 1 и 11.

Резервная ёмкость:

• Резервная ёмкость выделяется на уровне группы дисков в виде нескольких из 2048 блоков данных по 512KiB, но она не является stripe-зоной; 
• Минимальная резервная ёмкость по умолчанию составляет удвоенную наибольшую ёмкость дискового накопителя, но может быть увеличена по усмотрению пользователя; 
• При замене накопителя в слоте, система автоматически добавляет его ёмкость в группу дисков MSA-DP+.

Восстановление после отказа

• Все группы дисков поддерживают быстрое восстановление (thin rebuild), когда восстанавливаются только записанные данные. При этом минимизируется влияние на производительность СХД;
• Восстановление группы дисков в MSA-DP+ работает так же, кроме того, что блоки отказавшей stripe-зоны восстанавливаются в свободную резервную ёмкость, а не на специальный накопитель. При этом устраняется задержки в работе такого накопителя, который концентрирует на себе все операции восстановления данных;
• Пустые stripe-зоны для перенаправления отсутствующих блоков данных на неиспользуемую ёмкость требуют только модификации таблиц, при этом не снижается производительность системы резервирования;
• При отказе диска, оставшиеся диски stripe-зоны используют RAID для восстановления потерянных блоков в доступное пустое пространство (см. рис. ниже).

Восстановление после отказа нескольких дисков

Когда отказывает один накопитель, вполне вероятно наличие незатронутых полос RAID (stripe), устойчивых к отказам (fault tolerant), некоторые из которых будут снижать производительность (деградация). При этом, как группа дисков, так и пул, перейдут в состояние деградированной производительности.

Когда отказывает второй накопитель, то так же вполне вероятно наличие незатронутых полос RAID (stripe), устойчивых к отказам (fault tolerant), однако, некоторые из них будут «критическими», что означает, что они уже не будут устойчивы к потере данных в полосе RAID.

При наличии критичных полос stripes, данные восстанавливаются в две стадии. Такой многоступенчатый подход помогает дисковой группе перейти в более безопасное состояние, чем при восстановлении в RAID 6.

• Стадия 1: восстановление недостающих блоков на одном накопителе, чтобы вернуть их в состояние деградации из полного отказа.
• Стадия 2: восстановление остальных деградировавших полос в полностью устойчивое к отказам состояние.

В таблице показано улучшение производительности IOPS и времени восстановления при использовании MSA-DP+ по сравнению с RAID 6.

Таблица 6. Улучшение параметров при использовании MSA-DP+.

Метрика	RAID 6 (16 дисков)	MSA-DP+ (16 дисков)	MSA-DP+ (53 диска)
Влияние на IOPS при произвольном чтении (без восстановления I/O)
1 отказавший накопитель	-44%	-30%	-12%
2 отказавших накопителя	-64%	-47%	-21%
Время восстановления данных с одного отказавшего накопителя 1
2 отказавших накопителя	55 час	21 час	2 час
Время полного восстановления до состояния отказоустойчивости (fault-tolerant)
1 отказавший накопитель	55 час	37 час	11 час
2 отказавших накопителя	55 час	71 час	20 час

¹ С накопителями 10TB и скорости восстановления 50MBs на накопитель.

Дисковые группы

REFT

REFT (Rebalance Fault Tolerant Stripes) – автоматический процесс восстановления группы дисков, не имеющей доступной резервной ёмкости из-за критического состояния (critical state), в состояние деградации (degraded). Это процесс использует полосы из отказоустойчивых stripe-зон.

Целостность групп дисков и пулов определяется самым слабым звеном. REFT – это эффективный механизм для возврату к частичной отказоустойчивости по мере того, как образуется свободная ёмкость.

При использовании мониторинга и соответствующих действиях во время отказа первого накопителя, REFT не будет задействоваться. 

Автоматическое разбиение на уровни хранения Automated tiering 2.0

Автоматическое разбиение Automated tiering работает на уровне пула, оно постоянно включено и вступает в действие при добавлении больше, чем одного типа накопителя к пулу, например, при добавлении SSD к Enterprise SAS. Страницы при этом мигрируют на более подходящий по частоте их использования уровень. «Горячие» страницы переводятся на уровень производительности, а «холодные» - на стандартный уровень, и по мере убывания частоты их использования – в архивный уровень. Перемещение страниц делается каждые 5 секунд. Одна и та же страница не может перемещаться чаще, чем один раз в 15 минут. На уровне производительности (performance tier) оставляется 5% пустой ёмкости для операций чтения-записи новых данных.

Функция распознавания потоков (‘stream detection’) постоянно анализирует операции записи-считывания от приложений, и перенаправляет потоки записи-считывания на наиболее подходящий уровень:

• Произвольная запись = на самый быстрый уровень с доступной ёмкостью;
• Последовательная запись = наиболее быстрый уровень с HDD и доступной ёмкостью.

Для улучшения производительности архивный уровень не используется, если на уровнях выше остаётся доступная ёмкость, но будет использоваться и в этом случае, если параметр ‘Archive’ не установлен, по крайней мере, для одного тома.

Модули питания

Все модели СХД HPE могут оснащаться модулями питания от внешнего источника постоянного тока, при опциональном заказе. По умолчанию массивы MSA Gen6 оснащаются модулями питания от источника переменного тока. Слот для резервных батарей не используется (not orderable).

Удалённая репликация снапшотов (Remote snap replication)

Remote snap replication – это лицензируемая функция в составе пакета ADS (Advanced Data Services), которая может использоваться как решение DR (disaster recovery) для массивов. При этом для асинхронной репликации используются снапшоты.

Функция поддерживается только на сети FC или интерфейсах iSCSI. На массивах с непосредственных подключением эта функция использоваться не может и не поддерживается на массивах SAS.

Функция обратно совместима для MSA Gen5.

Шифрование всего диска FDE (Full Disk Encryption)

Функция шифрования поддерживается только на MSA 1060 и 2060. MSA 2062 поставляется с двумя SSD без шифрования. Если их убрать, то массив будет поддерживать шифрование, однако это не экономичный путь, и поэтому приводы с шифрованием не указаны в каталоге как опция. Для использования функции FDE, её должны поддерживать все накопители в массиве.

Производительность массива при наличии этой функции не ухудшается.

Поддерживается только управление внутренними ключами. При отмене функции шифрования, все данные удаляются.

Утилита управления массивом SMU (Storage management utility) v4

SMU – веб-интерфейс для управления семейством MSA. MSA Gen6 поставляются с версией SMU v4, которая имеет улучшения относительно SMU других поколений MSA:

• Улучшенный процесс установки нового массива «из коробки» OOBE (Out of box experience);
• Автоматические извещения о доступности новых версий firmware;
• Более простая панель управления;
• Динамическое обновление экрана;
• Группировка логической активности;
• Улучшенный внешний вид;
• Лёгкое включение новых версий firmware.

Управление пропорциями уровней

Пример Best Practice

В гибридных конфигурациях объём уровня производительности (Performance) на SSD устанавливается 10-20% по отношению к:

• От объёма пула при использовании двух уровней;
• От объёма стандартного уровня (Standard) при наличии трёх уровней;

Не рекомендуется превышать пропорции архивного (Archive) уровня:

• В конфигурациях из трёх уровней объём Archive не должен превышать 66%;
• При использовании двух уровней Standard + Archive, объём Archive не должен превышать 50%

Хотя такая конфигурация поддерживается, но не рекомендуется конфигурировать SSD и накопители 7.2K MDL-SAS без третьего уровня ENT-SAS.

Соображения по выбору пропорций в гибридной СХД

Ограничение производительности одного контроллера будет ограничивать работу всей системы хранения данных, что нежелательно.

Для надежной работы при смешанных нагрузках (с произвольным и последовательным вводом-выводом) соотношение SSD к HDD должно выбираться из следующих соображений:

• SSD <10% ведёт к ограничению производительности;
• SSD >20% ведёт к нерациональным затратам;
• Нагрузка произвольного ввода-вывода предпочтительно отправляется на SSD. При этом уменьшается общее число требуемых накопителей;
• Нагрузка последовательного ввода-вывода предпочтительно отправляется на HDD. При этом требуется больше накопителей.

На рисунке ниже показан пример оптимальных пропорций SSD и HDD.

Примеры сайзинга

Ниже показаны примеры сайзинга массивов MSA Gen6.

Оптимальная ёмкость – один пул.

Высокая производительность – два пула.

Максимальная емкость – два пула