Информационные системы в экономике В 2-х ч. Ч. 1. Методология - Карминский A.M., Черников Б.В

Для связи хоста с внешней памятью в типовой конфигурации DAS применяется формат SCSI, команды которого позволяют выде­ лить определенный блок данных на специфицированном диске или смонтировать определенный картридж в ленточной библиотеке. В качестве среды передачи по протоколу SCSF используются наиболее современные версии технологии Parallel SCSI или высокоскоростная технология Fibre Channel.

Конфигурация DAS приемлема для применений, нетребователь­ ных к объемам, производительности и надежности систем хранения. DAS не обеспечивает возможности совместного использования емко­ сти хранения разными хостами и тем более возможности разделения данных. Установка изолированных устройств хранения - более де­ шевый вариант по сравнению с сетевыми конфигурациями, однако, если иметь в виду большие организации, этот тип инфраструктуры хранения нельзя считать оптимальным. Много DAS-подключений означает разрозненные и разбросанные по всей компании островки внешней памяти, избытки которой не могут использоваться другими хост-компьютерами, что приводит к неэффективной трате емкости хранения в целом. Кроме того, при такой организации хранения нет никакой возможности создать единую точку управления внешней памятью, что неизбежно усложняет процессы резервирования и вос­ становления данных, а также создает серьезную проблему зашиты информации. В итоге общая стоимость владения подобной системой хранения может оказаться значительно выше, чем более сложная на первый взгляд и изначально более дорогая сетевая конфигурация.

3.3.2. Концепция SAN

SAN {Storage Area Network) - высокопроизводительная информа­ ционная сеть, которая логически соединяет системы хранения и серве­ ры. Топология SAN (оптическая коммутация и кольцо с арбитражной логикой) расширяет концепцию традиционных соединений сер­ вер/система хранения и обеспечивает большую гибкость, производи­ тельность и надежность. SAN - первое решение, предоставляющее уве­ ренность, что все системы могут иметь доступ ко всей информации кор­ порации в любое время. Идея SAN основана на формировании общего массива данных, подключенного непосредственно к серверам. Техноло­ гия SAN предполагает создание специализированной оптоволоконной сети, настраиваемой под нужды и бюджет конкретного заказчика.

Говоря о системе хранения корпоративного уровня, мы имеем в виду сетевое хранение, например SAN (рис. 3.18), которая представ­ ляет собой выделенную сеть устройств хранения, позволяющую множеству серверов использовать совокупный ресурс внешней памя­ ти без нагрузки на локальную сеть LAN.

Дисковые

накопители

Рис. 3.18. Структура SAN

Сеть SAN не зависит от среды передачи, но на данный момент фактическим стандартом является технология Fibre Channel (FC), обеспечивающая скорость передачи данных 1-2 Гбит/с. В отличие от традиционных сред передачи на базе SCSI, обеспечивающих под­ ключение на расстояние не более чем 25 м. Fibre Channel позволяет работать на удалении до 100 км. Средой передачи в сети Fibre Channel могут служить как медный кабель, так и оптоволокно.

При построении сети хранения могут использоваться все допус­ тимые топологии Fibre Channel: "точка-точка" - прямое подключение

сервера к дисковОхМу массиву, арбитражная петля (Arbitrated Loop, FC-AL), коммутируемое подключение (switched, FC-SW).

Технология Fibre Channel поддерживает блочный ввод-вывод по протоколу SCSI, при котором операции чтения-записи идентифици­ руют определенное устройство хранения (диск или ленту) и опреде­ ленный блок на диске. Доступ к данным на уровне блоков, обеспечи­ вающий возможность получать по запросу отдельные записи, а не целые файлы, а также оптимизация технологии Fibre Channel для вы­ сокопроизводительной и надежной передачи больших блоков с ми­ нимальными затратами делают сети хранения на базе Fibre Channel эффективной платформой для ответственных транзакционных при­ ложений: серверов баз данных, хранилищ, ERP. Несомненно, выиг­ рывают такие многопользовательские системы и от консолидации всех корпоративных ресурсов памяти в одном месте.

В сеть хранения могут подключаться дисковые массивы RAID, простые массивы дисков (так называемые Just а Bunch Of Disks, JBOD), ленточные или магнитооптические библиотеки для резерви­ рования и архивирования данных. Основными компонентами для организации сети SAN помимо самих устройств хранения являются адаптеры для подключения серверов к сети Fibre Channel (Host Bus Adapter, HBA), сетевые устройства для поддержки той или иной то­ пологии FC-сети и специализированный программный инструмента­ рий для управления сетью хранения. Эти программные системы мо­ гут выполняться как на сервере общего назначения, так и на самих устройствах хранения, хотя иногда часть функций выносится на спе­ циализированный сервер для управления сетью хранения (SAN appliance).

Задача программного обеспечения для SAN ~ это прежде всего централизованное управление сетью хранения, включая конфигури­ рование, мониторинг, контроль и анализ компонентов сети. Одной из наиболее важных является функция управления доступом к диско­ вым массивам, если в SAN хранятся данные разнородных серверов. Сети хранения обеспечивают одновременный доступ множества сер­ веров к множеству дисковых подсистем, привязывая каждый хост к определенным дискам на определенном дисковом массиве. Для раз­ ных операционных систем необходимо расслоение дискового масси­ ва на "логические области" (Logical Unit, LUN), которыми они будут пользоваться без возникновения конфликтов. Выделение логических

областей может понадобиться и для организации доступа к одним и тем же данным для некоторого пула серверов, например серверов одной рабочей группы. За поддержку всех этих операций отвечают специальные программные модули.

Разработчики программного обеспечения для SAN предлагают также такие возможности, как удаленное зеркалирование данных в катастрофоустойчивых решениях, создание копий ("клонов") и мгно­ венных виртуальных образов логических томов (snapshot). Клониро­ вание позволяет независимо от основных использовать дополнитель­ ные копии логических томов, например, для резервного копирования. С этой же целью могут применяться создаваемые практически мгно­ венно и без физического копирования данных виртуальные образы логических томов, которые также удобны для распараллеливания работы нескольких серверов с одной и той же информацией.

Привлекательность сетей хранения объясняется теми преимуще­ ствами, которые они могут дать организациям, требовательным к эффективности работы с большими объемами данных. Выделенная сеть хранения разгружает основную (локальную или глобальную) сеть вычислительных серверов и клиентских рабочих станций, осво­ бождая ее от потоков ввода-вывода данных. Этот фактор, а также высокоскоростная среда передачи, используемая для SAN, обеспечи­ вают повышение производительности процессов обмена данными с внешними системами хранения. SAN означает консолидацию систем хранения, создание на разных носителях единого пула ресурсов, ко­ торый будет разделяться всеми вычислительными мощностями, и в результате необходимую емкость внешней памяти можно будет обеспечить меньшим числом подсистем.

В SAN резервирование данных с дисковых подсистем на ленты происходит вне локальной сети и потому становится более произво­ дительным - одна ленточная библиотека может служить для резерви­ рования данных с нескольких дисковых подсистем. Кроме того, при поддержке соответствующего ПО можно реализовать прямое резер­ вирование в SAN без участия сервера, тем самым разгружая процес­ сор. Возможность разнесения серверов и памяти на большие рас­ стояния отвечает потребностям повышения надежности корпоратив­ ных хранилищ данных. Консолидированное хранение данных в SAN лучше масштабируется, поскольку позволяет наращивать емкость хранения независимо от серверов и без прерывания их работы. Нако-

нец, SAN дает возможность централизованного управления единым пулом внешней памяти, что упрощает администрирование.

Безусловно, сети хранения - недешевое и непростое решение. Несмотря на то что все ведущие поставщики выпускают сегодня уст­ ройства для SAN на базе Fibre Channel, их совместимость не гаранти­ руется, и выбор подходящего оборудования создает проблему для пользователей. Понадобятся дополнительные расходы на организа­ цию выделенной сети и покупку управляющего программного обес­ печения, и начальная стоимость SAN окажется выше организации хранения с помощью DAS, однако совокупная стоимость владения при этом может оказаться ниже, чем при использовании традицион­ ных систем хранения.

3.3.3. Концепция NAS

Понятие NAS {Network Attached Storage) обозначает линейку сете­ вых серверов-хранилищ, подключаемую непосредственно к локаль­ ной или глобальной сети. Типичный NAS-сервер подключается непо­ средственно к пользовательской сети и делает доступным уже на­ строенное дисковое пространство, используя собственную интегри­ рованную файловую систему и программное обеспечение для управ­ ления данными. Таким образом, NAS можно считать законченным решением в области хранения данных. NAS делает дисковое про­ странство доступным для пользователей напрямую, через корпора­ тивную сеть.

В отличие от SAN, NAS - не сеть, а сетевое устройство хранения, точнее, выделенный файловый сервер с подсоединенной к нему дис­ ковой подсистемой (рис. 3.19).

Иногда в конфигурацию NAS может входить оптическая или лен­ точная библиотека. NAS-устройство (NAS appliance) напрямую под­ ключается в сеть и предоставляет хостам доступ к файлам на своей интегрированной подсистеме внешней памяти. Появление выделенных файловых серверов связано с разработкой в начале 1990-х гг. компани­ ей Sun Microsystems сетевой файловой системы NFS, которая позволя­ ла клиентским компьютерам в локальной сети использовать файлы на удаленном сервере. Затем у Microsoft появилась аналогичная система для среды Windows - Common Internet File System. Конфигурации NAS поддерживают обе эти системы, а также другие протоколы на базе IP, обеспечивая разделение файлов клиентскими приложениями.

Рис. 3.19. Схема хранения данных с использованием NAS

NAS-устройство напоминает конфигурацию DAS, но принципи­ ально отличается от нее тем, что обеспечивает доступ на уровне фай­ лов, а не блоков данных, и позволяет всем приложениям в сети со­ вместно использовать файлы на своих дисках. NAS специфицирует файл в файловой системе, сдвиг в этом файле (который представля­ ется как последовательность байтов) и число байтов, которое необ­ ходимо прочитать или записать. Запрос к NAS-устройству не опреде­ ляет том или сектор на диске, где находится файл. Задача операцион­ ной системы NAS-устройства - транслировать обращение к конкрет­ ному файлу в запрос на уровне блоков данных. Файловый доступ и возможность разделения информации удобны для приложений, кото­ рые должны обслуживать множество пользователей одновременно, но не требуют загрузки очень больших объемов данных по каждому запросу. В связи с этим обычной практикой становится использова­ ние NAS для интернет-приложений, Web-служб или систем автома­ тизированного проектирования, в которых над одним проектом рабо­ тают сотни специалистов.

Вариант NAS достаточно прост в установке и управлении. В от­ личие от сети хранения установка NAS-устройства не требует специ-

ального планирования и затрат на дополнительное управляющее про­ граммное обеспечение - достаточно просто подключить файловый сервер в локальную сеть. NAS освобождает серверы в сети от задач управления хранением, но не разгружает сетевой трафик, поскольку обмен данными между серверами общего назначения и NAS идет по той же локальной сети. NAS-устройство позволяет сконфигурировать одну файловую систему или несколько, каждой из которых отводится определенный набор томов на диске. Всем пользователям одной и той же файловой системы по требованию выделяется некоторое дис­ ковое пространство.

Таким образом, NAS обеспечивает более эффективные по срав­ нению с DAS организацию и использование ресурсов памяти, по­ скольку подключенная напрямую подсистема хранения обслуживает только один вычислительный ресурс, и может случиться так, что у одного сервера в локальной сети будет слишком много внешней па­ мяти, в то время как другой испытывает нехватку пространства на дисках.

NAS в общем случае - менее производительная конфигурация, чем SAN, так как сети хранения используют выделенные соединения Fibre Channel со скоростью до 2 Гбит/с, а типичная среда передачи данных для NAS базируется на Ethernet с присущими этой техноло­ гии ограничениями.

Надо отметить, что специализированные NAS-устройства появи­ лись позже, чем базовые для NAS протоколы NFS и CIFS, которые поддерживаются сегодня большинством клиентских и серверных систем. Поэтому теоретически NAS можно сделать "своими руками", подключив в сеть сервер с поддержкой NFS и подсоединив к нему дисковую подсистему.

NAS-устройства не являются полноценными серверами, они вы­ полняют одну специализированную задачу - диспетчеризацию фай­ лов - и ни для каких других целей не применимы. Несомненным плюсом NAS-устройств является то, что они обеспечивают доступ к файлам даже при отключенном основном сервере.

Один из самых частых вопросов, возникающих при обсуждении современных технологий хранения данных, - в чем отличие NAS от сетей хранения данных SAN. Сети хранилищ данных (SAN) и NAS, в сущности, решают одну и ту же задачу - организацию сетевого хра­ нилища данных, но в них применяются разные методы (табл. 3.2).

Сравнение этих концептуальных решений показывает, что каж­ дое из них имеет свои преимущества:

•решения NAS обеспечивают подключение к локальной сети в считанные минуты, образуя оптимизированное пространство для хранения данных, доступных напрямую через корпоративную сеть;

•решения SAN предоставляют практически неограниченный объем не оптимизированных ресурсов для хранения данных. Эти ре­ сурсы подключаются напрямую к серверам с применением специали­ зированной инфраструктуры, настраиваемой под нужды и бюджет конкретного заказчика.

Эти технологии дополняют друг друга, и довольно часто встре­ чаются ситуации, когда они применяются вместе. По данным Gartner Dataquest, решения SAN доминируют над решениями NAS (рис. 3.20)

сежегодной тенденцией роста объемов внедрения этих решений при­ мерно на 50%.

При учете затрат на системы хранения учитывались следующие компоненты: SAN (FC-switches и НВА-адаптеры), NAS (хранилища и NAS-контроллеры, без затрат на ТСР/1Р-инфраструктуру). Соотно­ шение приблизительно 80% (SAN) к 20% (NAS) держится уже около двух лет.

NAS и SAN часто уже сосуществуют или должны быть одновре­ менно реализованы в распределенной ИТ-инфраструктуре компании. Это неизбежно порождает проблемы управления и оптимального ис­ пользования ресурсов хранения.

40-rt

с;

I

2

с;

ф

ю

О

Рис, 3.20. Объем внедрения решений NAS и SAN

Сегодня производители ищут пути объединения обеих техноло­ гий в единую сетевую инфраструктуру хранения, которая обеспечит консолидацию данных, централизацию резервного копирования, уп­ ростит общее администрирование, масштабируемость и защиту дан­ ных. Конвергенция NAS и SAN - одна из самых важных тенденций последнего времени.

3.3.4. Ленточные хранилища данных

Некоторые эксперты в области памяти и производители, традицион­ но занимающиеся дисковыми технологиями хранения, уже много лет пророчат вымирание ленты, однако рынок упорно доказывает их непра­ воту. Покупательский спрос на ленточные решения велик, и едва ли в ближайшем будущем здесь возможны перемены.

Устройства хранения данных на магнитных лентах обеспечивают надежное хранение резервных копий и архивирования данных, повышая тем самым безопасность имеющейся информационной инфраструктуры. Инновации в данной области обеспечивают постоянное увеличение ем­ кости и производительности ее продуктов, а также сокращают стоимость хранения на лентах относительно других типов носителей.

В настоящее время спрос на стримерные решения несколько упал, что объясняется существенным снижением стоимости исполь­ зования компакт-дисков, работа с которыми, помимо прочего, проис­ ходит бблее оперативно, чем с магнитной лентой, требующей пере­ мотки при поиске нужного фрагмента. В то же время целесообразно