Wyobra?my sobie, ?e mamy szybki, sportowy samochód. Wyruszamy w tras? z Wroc?awia do Krakowa autostrad? A4 i planujemy dotrze? do celu w jak najkrótszym czasie. Przy wje?dzie na autostrad? pod Wroc?awiem popisowo wyprzedzamy Fiata Multipl?, utwierdzaj?c si? w przekonaniu, ?e jest to jedno z najbrzydszych aut na ?wiecie. Podczas podró?y udaje nam si? jecha? szybko na krótkich odcinkach, ale po drodze stoimy 4 razy na bramkach, kilkana?cie razy jedziemy za wyprzedzaj?cymi si? ci??arówkami i docieramy na miejsce po 3 godzinach i 30 minutach. Wyje?d?aj?c z ostatnich bramek przed Krakowem mijamy tego samego Fiata Multipl?, którego tak dynamicznie wyprzedzili?my na pocz?tku trasy. Wskazania statystyk pokonanej trasy nie k?ami? – ?rednia pr?dko?? 77km/h. Co? tu nie gra.
NVMe jak rozwi?zanie problemu z autostradami
Gdyby?my mogli zapyta? o samopoczucie modu?y NAND montowane w tradycyjnych macierzach SCSI, to ich wra?enia mog?yby by? podobne do wra?e? kierowcy tego sportowego samochodu. I cho? w historii by?o wiele nie do ko?ca udanych porówna? IT z motoryzacj?, to w?a?nie takie porównanie pozwala dok?adnie zobrazowa?, co zyskujemy wkraczaj?c w now? er? macierzy opartych o NVMe (Non-Volatile Memory Express). Wyobra?my sobie t? sam? tras? z Wroc?awia do Krakowa, ale do?ó?my po cztery pasy ruchu w ka?d? stron?, usu?my bramki z op?atami, zlikwidujmy ograniczenia pr?dko?ci. Nasz kierowca w sportowym samochodzie móg?by pokona? t? tras? w jedn? godzin? jad?c ze ?redni? pr?dko?ci? 272km/h.
Protokó? SCSI jest z nami 30 lat i powsta? w czasach dysków obrotowych, które rz?dzi?y si? zupe?nie innymi prawami ni? modu?y pó?przewodnikowe. Aby wykorzysta? potencja? modu?ów flash potrzebna by?a nowa technologia komunikacji, zoptymalizowana do specyfiki pracy dysków SSD, w których nie musimy czeka? na obrót talerza i pozycjonowanie g?owicy, bo ka?dy obszar pami?ci flash mo?e by? dost?pny niemal natychmiast. Interfejs SAS oferuje jedn? kolejk? z 256 komendami, natomiast NVMe to 64 tysi?ce kolejek i 64 tysi?ce komend w ka?dej kolejce. To tak, jakby?my zbudowali dodatkowe pasy ruchu na naszych autostradach, a same autostrady wielokrotnie wyd?u?yli.
Co nam da zrównoleglenie operacji I/O w macierzach NVMe? Najwa?niejszy aspekt to niski czas odpowiedzi niemal w ka?dych warunkach. Dzisiaj uzyskanie satysfakcjonuj?cych parametrów w tym zakresie jest niemo?liwe do osi?gni?cia dla dysków SAS SSD, bo gdy w naszej kolejce jest du?y t?ok, mamy wiele operacji odczytu i zapisu, to czas odpowiedzi znacznie spada. To przypadek naszego sportowego samochodu, który utkn?? za wyprzedzaj?cymi si? ci??arówkami na w?skiej autostradzie.
Nadszed? czas na macierze w pe?ni oparte o NVMe, bo ju? dzisiaj wymagaj? tego nasze aplikacje i bazy danych, a modu?y flash nale?y projektowa? w sposób zoptymalizowany dla NVMe. Konstrukcja macierzy NVMe jest te? zupe?nie inna ni? dotychczasowe konstrukcje SAS, do których zd??yli?my si? przyzwyczai?. Zapomnijmy o instalowaniu 20 spó?ek i 500 dysków w jednej macierzy. Pojemno?? i wydajno?? modu?ów NVMe jest na tyle wysoka, ?e obecne konstrukcje to cz?sto jeden modu? wysoko?ci 2U bez mo?liwo?ci dok?adania pó?ek, gdy? w?skim gard?em i tak s? kontrolery, zatem dok?adanie dysków nie przynios?oby przyrostu wydajno?ci.
Optymalizacja parametrów wed?ug potrzeb
Przyjrzyjmy si? nowej generacji macierzy Hitachi E590, E790 i E990. Pierwsze dwa modele oferuj? mo?liwo?? instalacji maksymalnie 24 dysków bez mo?liwo?ci dok?adania pó?ek. Dyski NVMe s? na tyle wydajne, ?e ju? nawet 15-20 dysków potrafi przewy?szy? wydajno?ci? kontrolery, zatem montowanie wi?cej ni? 24 dysków pod jedn? par? kontrolerów nie ma uzasadnienia ekonomicznego i technologicznego. Czy to jest jednak dla nas problem? W macierzach Hitachi mo?emy instalowa? modu?y NVMe o pojemno?ci nawet 30TB, zatem w jednym urz?dzeniu o wysoko?ci 2U mamy 720TB surowej pojemno?ci. Do?ó?my do tego mechanizm Adaptive Data Reduction (ADR) i mo?emy zyska? 4-krotnie wi?cej dzi?ki deduplikacji (poziom 4:1 gwarantowany przez Hitachi), osi?gaj?c nawet 2PB efektywnej pojemno?ci z jednego urz?dzenia wysoko?ci 2U. Imponuj?ce! Kiedy? do uzyskania takiej pojemno?ci musieli?my wype?ni? dyskami kilka szaf 42U.
Hitachi gwarantuje zwrot z inwestycji 7:1 oraz dost?pno?? 100%. Jest si? to mo?liwe dzi?ki nowym narz?dziom do zarz?dzania i monitorowania oraz mechanizmom zaszytym w modu?ach flash. Do zarz?dzania pojedyncz? macierz? s?u?y wbudowana w kontrolery konsola VSP Embedded Management, natomiast do zarz?dzania wi?ksz? ilo?ci? macierzy s?u?y aplikacja Hitachi Ops Center, w której zawarte s? narz?dzia analityczne zapobiegaj?ce pojawieniu si? potencjalnych problemów. Hitachi jest w?a?cicielem ponad 400 patentów w obszarze flash, które pozwalaj? m.in. przewidywa? czas ?ycia modu?ów SSD, co w d?ugim okresie zapobiega przestojom i gwarantuje najwy?sz? niezawodno??.
Czym zatem ró?ni? si? te trzy modele macierzy? Model E590 zosta? zoptymalizowany kosztowo dla klientów wymagaj?cych niskich czasów odpowiedzi dysków NVMe, ale którzy nie wymagaj? maksymalnej mo?liwej wydajno?ci operacji I/O. Macierz oferuje 384GB cache i 24 rdzenie CPU. Wracaj?c do analogii motoryzacyjnej mo?e to by? nowoczesny samochód kompaktowy. Macierz Hitachi E790 oferuje z kolei maksymaln? mo?liw? wydajno??, bo tutaj znajdziemy 64 rdzenie CPU i 768GB pami?ci cache. Ten model jest jak nasz sportowy samochód. Model E990 zoptymalizowano pod maksymaln? pojemno??, bo tylko w tej macierzy mo?emy zainstalowa? dodatkowo 3 pó?ki z dyskami NVMe, osi?gaj?c maksymalnie 96 dysków NVMe w jednej macierzy. Jest to cecha unikalna w?ród macierzy klasy midrange, bo zwykle, nawet je?eli macierz NVMe pozwala na instalacj? pó?ek, to s? to pó?ki SAS, a nie NVMe. Aby zoptymalizowa? wydajno?? tak du?ej ilo?ci dysków, macierz wyposa?ono w 1024GB pami?ci cache oraz 56 rdzeni CPU. Model E990 mo?emy porówna? do du?ego vana lub ci??arówki z mocnym silnikiem i du?? skrzyni? ?adunkow?.
Jak najlepiej wykorzysta? mo?liwo?ci NVMe?
Przede wszystkim, z tego rozwi?zania skorzystaj? bazy relacyjne i noSQL, analityka, big data. Dyski NVMe dzia?aj? najwydajniej, gdy s? blisko aplikacji, zamontowane w serwerze jako DAS, obs?ugiwane przez kontroler PCIe procesora. Wtedy opó?nienia s? najni?sze, a wydajno?? najwy?sza. U?ycie konfiguracji DAS ma jednak swoje ograniczenia, w niewielu sytuacjach mo?emy jej u?y?, wi?c dla rozleg?ych wysokodost?pnych konfiguracji i klastrów potrzebujemy macierzy NVMe obs?uguj?cych NVMeoF (NVMe over Fabrics). Testy wydajno?ciowe pokazuj?, ?e wydajno?? konfiguracji NVMeoF z obs?ug? RDMA w standardzie RoCE jest niemal identyczna, jak dla dysków DAS i bywa prawie dwukrotnie wy?sza ni? dla po??czenia z u?yciem SCSI (FC/iSCSI). Je?eli do nowoczesnej macierzy NVMe pod??czymy hosta przy wykorzystaniu sieci SAN (FC lub iSCSI), ale z u?yciem protoko?u SCSI, to zaobserwujemy wysok? wydajno?? wynikaj?c? z technologii NVMe wewn?trz macierzy, ale nie b?dzie ona tak spektakularna, jak w przypadku, gdyby?my w pe?ni wykorzystali NVMe end-to-end. Aby to by?o mo?liwe, musimy przej?? na najnowszej generacji sieci FC o pr?dko?ci 32Gb/s, wymieniaj?c zarówno prze??czniki, jak i karty FC HBA. Alternatyw? jest u?ycie Ethernet i przej?cie na karty sieciowe CNA zgodne z RoCEv2. Do tego aplikacje i systemy operacyjne musz? zacz?? szeroko wspiera? NVMeoF oraz RDMA.
NVMeoF to jeszcze nie wszystko. Potrzebujemy tak?e szerokiego zastosowania PCIe 4.0, zarówno po stronie serwerów, kart HBA, jak i macierzy NVMe. Standard PCIe 4.0 w?a?nie wchodzi na rynek, a dzisiaj niemal wsz?dzie korzysta si? z PCIe 3.0, w którym port x4 oferuje maksymalnie 3,8GB/s. To i tak wi?cej ni? SAS 12Gb/s, w którym nie przekroczymy 1,5GB/s, jednak dla potencja?u NVMe i dzisiejszych modu?ów NAND to wci?? za ma?o. Nawet je?eli w?o?ymy do serwera kart? FC 32Gbps, to szyna PCIe 3.0 nie pozwoli na uzyskanie pe?ni wydajno?ci. Dopiero popularyzacja PCIe 4.0 uwolni wydajno?? drzemi?c? w protokole NVMe i nowoczesnych uk?adach NAND.
Nowa era
Widzimy zatem, ?e przygoda z NVMe dopiero si? zaczyna, a najwi?ksze korzy?ci dopiero przed nami. W ostatnich latach w Polsce obserwowali?my wiele du?ych inwestycji w sieci SAN najnowszej generacji wspieraj?cych NVMeoF. Mamy na rynku bardzo ciekawe macierze NVMe, jak wspomniane wcze?niej macierze Hitachi E590/790/990. Wszystko wskazuje na powolny zmierzch leciwego SCSI i pocz?tek ery NVMe oraz RDMA.
Wi?cej informacji o innowacyjnych rozwi?zaniach Hitachi Vantara: https://macierzehitachi.pl/szkolenia/on-demand-webinar
