Будущее за Flash: перспективы использования Flash-систем в информационной инфраструктуре
Высокопроизводительные системы хранения не новость для современной IT-индустрии. Впервые появившись в 1990-х годах, они использовали модули оперативной памяти DRAM в качестве носителя данных и были ориентированы прежде всего на обслуживание транзакционных баз данных (преимущественно для OLTP-систем). Высокая стоимость этих хранилищ существенно ограничивала область их применения. Сегодня же, когда в результате экспансии крупных азиатских производителей на мировом рынке стоимость флэш-памяти в пересчете на гигабайт продолжает устойчиво снижаться, есть смысл еще раз пересмотреть сценарии внедрения твердотельных накопителей и систем на их основе в современную IT-инфраструктуру.
Повышение производительности SSD-систем
Большая часть узких мест современных систем на SSD-дисках скорее относится к механизмам реализации доступа к физическому носителю, чем к существующим ограничениям производительности самого носителя.
Обработка данных с твердотельных накопителей потребовала нового подхода к разработке механизма реализации обмена данными, и итогом стало появление семейства протоколов NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification), предназначенных специально для работы с флэш-накопителями, тогда как механизм AHCI (от англ. Advanced Host Controller Interface), на смену которому он пришел, разрабатывался для традиционных дисковых накопителей. Основными целями разработки стали получение низких задержек и эффективное использование высокого параллелизма твердотельных накопителей за счет применения нового набора команд и механизма обработки очередей, оптимизированного для работы с современными многоядерными процессорами.
Еще одной областью, в которой идет борьба за уменьшение задержек, является транспорт между системой хранения и конечным потребителем. В традиционных сетях хранения данных, реализованных на технологиях Fibre Channel (FC) и Ethernet (iSCSI), по факту используется всё тот же механизм SCSI. Это означает, что вне зависимости от скорости передачи данных между устройствами основным тормозом становится устаревшая однопоточная реализация SCSI.
Реализация NVMe для сетей хранения данных (англ. NVM Express over Fabrics) позволит увеличить количество очередей и команд, давая этим сетям новые возможности в борьбе за снижение задержек и увеличение скорости передачи в существующих средах FC, FCoE и Infiniband.
Flash вместо DRAM
Современные приложения, занимающиеся обработкой баз данных, анализом «больших данных», да и просто узлы, на которых размещается большое количество виртуальных машин и контейнеров, нуждаются в доступной оперативной памяти более, чем в процессорных ресурсах. Проблема в том, что модули оперативной памяти DRAM дороги, и большинство серверов имеет существенные ограничения по количеству таких модулей, устанавливаемых на материнскую плату. Объективной реальностью стало приобретение дополнительных серверов не из-за нехватки вычислительных мощностей, а в силу того, что нужно больше памяти.
Используемые модули памяти по существу являются флэш-памятью, выполненной в модулях формата DIMM, устанавливаемых непосредственно в соответствующие разъемы материнской платы сервера. Поскольку плотность хранения флэш-памяти выше, чем у модулей DRAM, объем памяти, предоставляемый таким образом операционной системе или гипервизору, становится значительно больше. А поскольку модуль флэш-памяти устанавливается в разъем DIMM, он имеет непосредственный доступ к процессорам серверной платформы. Специальный драйвер автоматически занимается перемещением данных из модулей DIMM флэш-памяти в модули DRAM DIMM, что по сути своей является реализацией многоуровневого хранения в оперативной памяти.
Следует отметить, что, поскольку для работы драйвера требуется поддержка возможности использования флэш-памяти в качестве оперативной на уровне BIOS материнской платы сервера, IT-руководителям необходимо учитывать наличие таких возможностей при выборе вычислительной платформы и заказе нового серверного оборудования.
SSD для второго уровня хранения
Еще три-четыре года назад идея использовать системы хранения на твердотельных дисках в качестве вспомогательного хранилища казалась безумной ввиду огромной стоимости накопителей. Сегодня же производители систем хранения предлагают решения емкостью 300–500 Тб, занимающие в стойке всего 2 RU (Rack Unit). И, поскольку стоимость места в уже заселенных ЦОДах только растет, а доступные электрические мощности, как правило, не увеличиваются, уплотнение ресурсов становится актуальной задачей если и не в ближайшем будущем, то по крайней мере в обозримой перспективе.
В то же время на рынке ЦОД формируется потребность в конкурентных преимуществах для конкретной площадки, и в этой связи возможность полностью разместить базу для анализа «больших данных» на быстрых твердотельных дисках, что поможет генерировать результаты быстрее и, следовательно, охватить существенно больший объем исходных данных, а также архивная система, которая, несмотря на большие объемы хранимых данных, позволяет выдать поисковый результат в течение нескольких секунд, могут стать серьезным рыночным дифференциатором для требовательного клиента, выбирающего ЦОД для размещения своих бизнес-сервисов.
Кроме того, возможности флэш-хранилищ практически мгновенно предоставлять хранимый контент в произвольном порядке становятся актуальными для растущего сегмента онлайн-развлечений. Интерактивное телевидение, онлайн-кинотеатры, музыкальные сервисы – все эти ресурсы нуждаются в максимально быстром предоставлении контента по запросу конкретного пользователя.
Еще одна перспективная ниша для систем на твердотельных накопителях – резервное копирование и защита данных. Постоянно сжимающееся окно резервного копирования и растущие потребности в скорейшем восстановлении виртуальных машин из резервных копий устанавливают новые правила игры. Технологии мгновенного восстановления (Instant recovery), позволяющие начать работу резервной копии прямо с архивного носителя, требуют для своей работы быстрого отклика на запрос к архивной системе хранения. При этом традиционные дисковые системы, используемые для хранения резервных копий, как правило, используют технологии дедупликации и онлайн-сжатия, что, несомненно, отрицательно сказывается на скорости предоставления необходимых данных и, как следствие, увеличивает время восстановления работоспособности виртуальной машины.
Бизнес требует, чтобы данные обрабатывались быстрее и простой систем минимизировался. Чтобы соответствовать этим требованиям, информационной инфраструктуре необходимо адаптироваться к ужесточающимся условиям, опираясь на внедрение новых технологий, таких как флэш-DIMM и NVMe, и расширять области использования флеш-систем.
Автор: Дмитрий Плешаков, заместитель технического директора ИЦ ТЕЛЕКОМ-СЕРВИС
Опубликовано 05.03.2019