HPのオールフラッシュアレイと3PARストレージシステムの10の大きな変更（パート1）

今日、HPのストレージ部門で大きな発表がありました。この情報を共有したいと思います。 フラッシュメディアの操作に最適化されたミッドレンジストレージシステムのモデルが発表されました-HP 3PAR StoreServ 7450、および現在の7000/10000システムの機能が拡張されました。



HP 3PAR StoreServ 7450





現在市販されているほとんどすべてのストレージシステムがSSDをサポートしています。

従来、ディスクサブシステムの高性能要件は、通常はボリュームの使用率を最小限に抑えながら、多数の回転スピンドルを追加することで達成されていました（図1）。

SSDドライブの使用により、回転スピンドルの数が減り、データアレイのパフォーマンスが向上しました。





図1従来のアレイと最新のアレイで高性能を達成







市場が20年近くのアーキテクチャを持つ従来のアレイ、または超高価なオールフラッシュスタートアップに支配されている時代に、HPは、異なるタイプのデータを同時に処理するために特別に設計された、まったく異なるアーキテクチャのアレイを提供しています。 新しい3PAR 7450アレイの主な機能は、コントローラーがパフォーマンスのボトルネックにならないことです。 これにより、新しいドライブが追加されても、パフォーマンスはほぼ直線的に向上します。



技術的には、これらのアレイは現在の3PAR 7400と類似しており、コントローラー間のキャッシュと相互接続の特性が改善されています。 HP 3PAR 7400モデルと同様に、新しい7450は、書き込みキャッシュミラーを備えた4つの完全に接続されたコントローラーのアレイに拡張できます。アレイの一意性は、各アレイコントローラーがすべてのボリュームに対してアクティブであることです。これにより、すべてのノードとアレイディスク。 この独自のテクノロジーにより、1つのコントローラーが故障しても高いパフォーマンスを維持できます。

7450アレイには大きなキャッシュボリュームがあります-デュアルコントローラーシステムで64 GB、4コントローラーで128 GB、書き込みキャッシュには独自のチャネルがあるため、アレイオペレーティングシステムはニーズに合わせて書き込みキャッシュを「食べ尽くす」ことができず、入力操作で完全にアクセス可能です/出力。

このような大きなキャッシュレベル、ASICチップおよび8コアIntel E5-2470 2.3GHzプロセッサの使用により、アレイはSSDディスク（4kランダム読み取り）のみを使用して520,000 IOPにオーバークロックできます。これは、遅延が1ms未満の場合に重要です。 そして、そのような大きな数を得るには、SSDキャリアを備えた数個の棚で十分です。 IOPSが大きいと、アレイのスループットが大きくなります。 ASICチップの使用により、各コントローラーの中央処理装置は非常にアンロードされ、これにより、最大5.2 GB / sの非常に高いスループットレートを得ることができます。 したがって、各コントローラーの「生の」計算能力は55％以上増加しました。

このような重い負荷に対処し、クラスタリングをサポートするために、コントローラー間のバス帯域幅が増加しました。

なぜなら 従来のほとんどのディスクアレイは20年前のアーキテクチャに基づいて構築されているため、SSDディスクを使用してもパフォーマンスはそれほど向上せず、読み取りパフォーマンスが短期的に向上するだけです。 このようなアレイのコントローラーには、サポートされるSSDドライブの数に大きな制限があります。

3PARアレイのアーキテクチャー機能は、多数のSSD（3PAR 7200モデルの場合は120 SSD、3PAR 7400/7450モデルの場合は240 SSD）を追加する場合でも高いパフォーマンスを提供するようなものです。

SSDドライブの摩耗を評価するために、高度なFlash Wear Gaugeメカニズムが使用されます。これにより、メディアで発生する可能性のある問題について時間内に通知されます。



適応キャッシュ



3PAR 7450アレイでは、コントローラーキャッシュを操作するためのマイクロコードが再設計されました。

ほとんどのストレージシステムのキャッシュに保存される最小ページサイズは16KBです。 3PARアレイには「スマート」キャッシュがあります。ディスクのタイプごとに、サイズと量に応じて、書き込みキャッシュの特定の領域が割り当てられます。 さらに-シーケンシャルおよびランダムアクセスがこのタイプのディスクに並行して行われる場合、キャッシュのこの部分のページはリクエストタイプに適合します。 たとえば、いくつかの順次読み取り操作では、キャッシュはそれぞれ16Kのブロックをすぐに読み取るため、メディアの負荷が軽減され、応答時間が短縮されます。 連続した呼び出しが終了するとすぐに、現在のページのみがキャッシュに残ります。





図 2 3PAR 7450ストレージシステムの適応キャッシュ



ホストが4KBの読み取りを要求する例を考えてみましょう。 従来のキャッシュからディスクへのアレイは、16KBブロックアクセスによって特徴付けられます。 これは、ディスクの回転に遅延があるため、隣接ブロックへのさらなるアクセスを予測するために、より大きなブロックがすぐにキャッシュに配置されるためです。 このアプローチにより、アレイへのアクセス速度は向上しますが、データキャッシュに大きな負荷がかかります。 SSDディスクの応答時間は10分の1に短縮されているため、3PAR 7450アレイは適応型の作業方法を使用しています。アレイキャッシュは、ホストから要求されたI / Oブロックとほぼ同じサイズのブロックをSSDキャリアに要求し、キャッシュとSSDディスクの負荷を減らします。





図 3PAR 7450アレイの3つの適応読み取りキャッシュ



リクエストの記録は状況を複雑にします。 SSDメディアはホストからの4/8 KBブロックで記録を処理することが知られていますが、SSDドライブの初期モデルでは512 KB（SSDの書き換えサイクルは常に制限されています）、メディアのSSDセルの上書きは64 KBのブロックで行われます。 従来のアレイのアプローチは、サーバーが4 / 8KBでブロックを送信した場合でも、16KBページがキャッシュに保存され、同じサイズのブロックがSSDメディアに書き込まれることです。 不完全なページは、いっぱいになるまでキャッシュに保存され、その後はSSDメディアに書き込まれます。 ただし、多くの場合、不完全なページはSSDメディアでリセットされます。 アレイでは、データを保存するために一定のタイムアウトに達した後、キャッシュを強制的にディスクにフラッシュするポリシーが適用されます（コントローラーのキャッシュに4 KBのみが書き込まれても、16 KBブロックはリセットされ、そのうち12 KBはゼロで埋められます）。 このアプローチでは、SSDメディアの使用効率とサービス寿命が大幅に低下します。 この動作は、従来のタイプのほとんどのアレイで一般的です。

3PARストレージシステムで使用されるアプローチ-より小さなブロック（最大4KB）がキャッシュからディスクにフラッシュされるため、このアプローチにはいくつかの利点があります。

1. SSDメディアの摩耗が減少する理由は 小さいデータブロックのみが書き込まれます
2. SSD上の空き領域を見つけるメカニズムは、メディアを満たした後に改善されます。アレイは、16KBのブロックよりも4KBの空きブロックを見つける方が簡単です。
3. p。2に基づいて、SSDメディアの使用率が向上しました-データのあるブロックのみが保存され、ゼロで埋められたブロックは除外されます
4. RAID1ボリュームでは、読み取り-変更-書き込み要求のシーケンスに関連する遅延とペナルティが削減されます

図 4 3PAR 7450書き込みキャッシュの仕組み



ホストが大きなブロック（128KBなど）で書き込み要求を受信すると、3PARアレイキャッシュはそれらを小さなブロックに分割し、メディア間で負荷を共有します。 このアプローチでは、各SSDキャリアの摩耗がはるかに少なくなります。 さらに、コントローラーは異なるタイプの要求（順次およびランダム）を同時に処理できます。 各タイプの要求はASICチップによって同時に処理されるため、キューが削減され、混合負荷でのアレイの速度が向上します。 負荷が混在する従来型の配列は、リクエストの大きなキューによって特徴付けられます。





図 5混合負荷での3PARアレイキャッシュの動作原理



このようなストレージシステムの利点と、近い将来登場するフラッシュアレイの多くのプロジェクトの利点は何ですか？

• まず、3PAR 7450アレイは、フラッシュアレイに匹敵する高いパフォーマンスを提供します。 フラッシュモジュールよりもはるかに安価なSSDドライブを使用します。 従来のストレージシステムは、時代遅れのアーキテクチャのため、高いパフォーマンスを達成できません。
• 第二に、3PARアレイは、フラッシュアレイのメーカーがまだ提供できない災害復旧をサポートしています。
• 第三に、従来のアーキテクチャのアレイと同様に、フラッシュアレイは、自動ロードバランシングを使用して4つのコントローラーに拡張することはできません。
• 第4に、フラッシュアレイ自体は通常、他のストレージシステムと弱く接続されているため、使用する領域が減少しますが、3PARでは、1つの管理インターフェイスとレベル間の動的なデータ移動により、1つのストレージシステムにすべてのタイプのデータを保存できます。
• 第5に、3PARアレイは、フラッシュソリューションと従来のアーキテクチャのアレイの両方でまだ利用できないアレイ間の負荷分散により、複数のシステムから統合できます。

災害復旧サポート



パフォーマンスの改善に加えて、3PARアレイではフォールトトレラントソリューションの可用性が向上しています。 特に、VMwareソリューションとのコラボレーションを目的としたPeer Persistenceテクノロジの作業が改善されました。 いくつかの改善点があります。

1. 2つのサイト間の負荷分散機能は、Storage vMotionとともに実装されました。 現在、VMwareの自動負荷分散は、すべてのコントローラー間のアレイ内だけでなく、複数のアレイ間でも可能です。
2. 高可用性機能は、複数のデータセンター間の仮想マシンに実装されました。
3. 同期レプリケーションは、「消えないLUNプレゼンテーション」テクノロジーをサポートするようになりました。

ボリュームはアレイ間で複製され、ホストに提示されるフォールトトレラントパスが作成されます。 異なるサイトにあるディスクアレイは、3PAR Remote Copyを使用して実装されたレプリケーションによって相互接続されます。 両方のサイトがアクティブであるという事実により、レプリケーションは双方向になります。 3PAR Peer Persistenceテクノロジーは、vMSCクラスターノードにデータセンターサイトの2つのストレージシステムへの均一なアクセスを提供し、各3Parストレージシステムの各論理ドライブ（LUN）は別のサイトに同期コピーを持っています（下図を参照）。 このコピーは、同じWWN識別子（SAN内のデバイスの一意の識別子）を持っているため、プライマリLUNへのパッシブパスとしてVMware仮想環境に提示されます。 プライマリLUNに障害が発生した場合、そのバックアップはホストに認識されるため、ハイパーバイザーは従来のvMotion、高可用性、またはフォールトトレランステクノロジーを使用して仮想マシンを移行できます。 サイト間の切り替えは、クォーラムによって実行されます。 これは完全に自動化された操作です。

ストレージシステムに障害が発生した場合、ほとんどの従来のテクノロジー（自動ソリューションVMware Site Recovery Managerなど）は、仮想環境全体をバックアップサイトに転送できますが、これには仮想マシンの再起動が必要です。 上記のPeer Persistenceテクノロジーのおかげで、仮想クラスターでは、いずれかのサイトのディスクアレイが故障している場合でもストレージシステムを使用できます。 同時に、サードパーティのメカニズムを使用せずにバックアップサイトへの切り替えが行われるため、仮想マシンを停止せずに別のサイトに転送でき、同時にインフラストラクチャ管理を複雑にすることもありません。





図 6 VMwareのディザスターリカバリーテクノロジー



アプリケーションクラスタリングソフトウェアは、3PARアレイ（ LinuxおよびWindows用のHP Cluster ExtensionおよびHP-UX用のMetroCluster） と連携して動作する物理マシンで引き続き利用できます。



3PAR StoreServ 7000/10000アレイ暗号化システム



6月以降、顧客は、データ暗号化を備えた標準の3PAR 7000/10000アレイアレイに加えて注文する機会があります。 これらのアレイの違いは、それぞれが暗号化チップを備えた特別なSED（自己暗号化ディスク）ディスクの可用性です。 暗号化プロトコルAES-128 / RSA-2048 / SHA-256 / RNG FIPS-186 / SP 800-90DRBGがサポートされています。 チップの待ち時間が短いため、SEDディスクの速度は通常のディスクの速度とほとんど変わりません。 初期化時に、暗号化キーはローカルキーマネージャーによって認識されます。ローカルキーマネージャーはアレイオペレーティングシステムの一部であり、各コントローラーで実行されます。 最初の初期化中に、配列はキーのコピーを保存するように求められます。 ディスクまたはアレイの電源障害が発生した場合、データはブロックされ、Local Key Managerコンソールで暗号化キーを再入力することでデータへのアクセスを復元できます。 ITスペシャリストが組織を離れた場合、キーを変更できます。 暗号化機能なしでアレイに移行する場合、データは復号化されますが、反対側に移行する場合は暗号化されます。 重要なニュアンスがあります：

• 暗号化はライセンスによってアクティブ化され、アレイごとに1つのライセンスが取得されます。
• 暗号化機能がアクティブになっているアレイでは、通常のディスクとSEDディスクを混在させることはできません。
• 暗号化機能がアクティブになっていない場合、アレイ内でディスクを混在させることができますが、SEDディスクのコストは約5％高くなります。
• 暗号化機能を有効にした後、すべてのSEDディスクを再初期化する必要があります。 ディスク上のデータは利用できません。

暗号化にはいくつかのタイプのSEDドライブが利用できます-400GB MLC SSD、450GB 10k、900GB 10k、1TB 7.2k 2.5インチ。





図 7 3PARアレイでのデータ暗号化のスキーム



暗号化機能の有効化は非常に高速です。たとえば、160台のディスクのシステムでは、複数の並列ストリームで、暗号化は30秒以内に適用されます。



HP 3PAR 7450アレイはどのような環境向けに設計されていますか？

第一に、これらはOLTP / WEB 2.0テクノロジーであり、応答時間とアレイ速度が重要であり、企業にとってこれは利益に直接影響します。

第二に、これらは広く要求されるようになったVDIテクノロジーであり、非常に短期間でのアレイへのアクセスにおける雪崩のような成長の存在を特徴としています（ブートストーム）。 3PAR 7450高速アレイを使用すると、SSDドライブの最大パフォーマンス（メディアから最大10,000 IOPS）を絞り出して、その数を減らすことができます。





図 9 VDIの典型的な配列呼び出しのパターン



第三に、これはビジネス分析です。 大量のデータの迅速な分析-変更への迅速な対応と高収益。



言及する価値のある発表：

1. MLC SSDディスク400GBを注文できます-大容量のSSDボリュームが必要な場合、NL SASディスク1TB 7.2k 2.5 "-フォームファクター2.5の大容量ストレージが必要な場合（3PAR 7000の場合）、SASディスク600GB 10k 2.5インチ。
2. ホストプライオリティメンテナンステクノロジー（QoS）。
3. OpenVMS、Ubuntuのサポートを発表しました。
4. OpenStackインターフェースとドライバーのサポートが発表されました。3PARアレイはオブジェクトデータウェアハウスになり、「クラウド」への統合がさらに容易になります。
5. FCoE接続は、複数の希望を持つデバイスでサポートされるようになりました。

UPD： 3PAR Peer Persistence機能をテストするためのプロトコルがVMware Webサイトに登場しました。 クラスタ内の仮想マシンテストスクリプトの表に特に注意してください。

参照：

1. HP 3PAR 7450 Quickspecs
2. HP 3PAR 7000 Quickspecs
3. HP 3PAR 10000 Quickspecs