קצת על עולם ה-NVMEoF וסטורג' חזקים

Print Friendly, PDF & Email

אם נסתכל היום בכל חברה בינונית וגדולה שיש לה כמה עשרות שרתים פיזיים ומעלה – בד"כ נמצא סטורג' קנייני כלשהו, בין אם זה NetApp, HPE, Dell/EMC, IBM. Hitachi ואחרים. הסיבה לכך היא די פשוטה: הפתרונות הללו נותנים ביצועים גבוהים וגם נותנים פתרונות לצרכים השונים, החל ב-LUN ש"מפורמט" ל-iSCSI (כשצריך),iSCSI, NFS, CIFS, Snapshots ועוד ועוד. הפתרונות הללו במקרים רבים היו יותר טובים מפתרונות Software defined storage בעבר בגלל מה שהיה מבחינת חומרה בתוך הסטורג' הקנייני, בין אם זה שימוש ב-NVRAM, בכרטיסי האצה, ב-SSD (שלא חושבו כחלק מכמות המקום הפנויה בסטורג', מה שנקרא גם Vault) – ובקיצור, שורת טכנולוגיות שמובנים בתוך הסטורג' שנותנים ביצועים נאותים שמתאימים לאותן חברות.

בשנים האחרונות ישנם פתרונות אחרים המבוססים על Software Defined Storage (בקיצור: SDS) המוטמעים כחלק מפתרון וירטואליזציה, פתרונות כמו VSAN של VMware, או Nutanix או Simplivity ואחרים. בפתרונות כאלו בכל שרת יש דיסקים שמשמשים לאותן מכונות VM שרצים בשרת והדיסקים גם משמשים לאחסון ושרידות של VM אחרים, כך שאם שרת פיזי נופל, ה-VM יופעל מחדש במכונה פיזית אחרת (מה שנקרא: HA) או שה-VM ממשיך לפעול מהעתק רצוף שרץ על מכונה אחרת (מה שנקרא Fault Tolerance או FT בקיצור). במקרים כמו של VSAN ניתן כמובן להגדיל את האחסון בכך שמוסיפים עוד שלישיית דיסקים (2 איטיים ואחד SSD מהיר) בכל פעם שמגדילים את האחסון, אם כי ההמלצה "בין השורות" היא שעדיף להוסיף שרת פיזי נוסף ולפזר את המכונות VM ביניהם כדי לקבל יותר IOPS. השיטה הזו טובה (וב-VMware ישראל נותנים לדוגמא את ערוץ 10 שעבר לעבוד כך), אך החסרון המשמעותי של השיטה הזו היא שזה לא תמיד עובד טוב. כך לדוגמא, אם מכונות VM צריכים SSD שהוא Mixed Intense, ה-VSAN לא תמיד ידע להעביר אותו למכונה אחרת שגם שם יש SSD שהוא Mixed Intense ובכך אנחנו עלולים לקבל ביצועים מופחתים, רק בגלל שה-DRS החליט להעביר את ה-VM בגלל עומסים (אני מכיר את זה אישית מה-LAB שלי).

כיום פתרונות ה-SDS תופסים יותר ויותר מקום של כבוד (לפחות בחו"ל), כאשר הלקוח בעצם צריך לרכוש את התוכנת SDS והוא מריץ את התוכנה על הברזלים שיש לו, כאשר אותם ברזלים הם שרתים מהיצרנים המובילים (Dell, Lenovo, HPE, SuperMicro, Cisco) ואותו הלקוח מקבל בעצם בחבילה את כל הפונקציות שהוא רגיל לקבל מיצרן סטורג' קנייני, כולל כל החיבורים שהוא צריך (FC, FCOE, Ethernet, Infiniband) ויש ל-SDS תמיכה והתממשקות לכל הפלטפורמות המובילות וגם לתוכנות גיבוי המובילות.

גם בפתרונות SDS וגם בפתרונות קנייניים, בד"כ הפתרונות מבוססים על דיסקים SSD בחיבורי SAS/SAS2/SATA או על דיסקים מכניים או שילוב שלהם (כאשר פתרון האחסון יודע להעביר נתונים שאינם נקראים תדיר לדיסקים המכניים ונתונים שנקראים/נכתבים תדיר ל-SSD, או במקרים אחרים שהמערכת מאפשרת ללקוח לבנות LUN או Share מ-SSD או מכני לפי צרכי הלקוח). אלו פתרונות טובים כאשר יש לנו עשרות שרתים עד מאות בודדות של שרתים פיזיים, כשהדרישה מבחינת ביצועי דיסק/סטורג' אינה כה גבוהה (כלומר שאפשר להסתדר עם IOPS של 5 ספרות נניח).

אבל מה קורה אם יש לנו מאות (ואולי יותר) של שרתים ואנחנו רוצים ביצועי דיסק מאוד גבוהים, בדיוק כמו ביצועים של דיסקים מקומיים? נסו לחשוב על בנקים ומוסדות פיננסיים גדולים שבשבילם כל מילישניה זה רווח או הפסד כספי? כאן נצטרך דברים הרבה יותר חזקים. יש כמובן פתרונות AFA (שזה All Flash Array) אבל הפתרונות האלו ו-Scale Out הם לצערי .. לא משהו.

בואו ננסה לדמיין משהו. דמיינו שצריך להקים פתרון מבוסס Flash בגודל 1 פטהבייט. סביר להניח שאתם מדמיינים ארון מלא בדיסקים, עם סוויצ' רציני מלמעלה (TOR או Top Of Rack).

מהדמיון נעבור למציאות, הביטו בתמונה הבאה (לחצו להגדלה):

תכירו, זהו שרת של SuperMicro שיצא בשנה הבאה (לא לדאוג, שאר היצרנים יוציאו שרתים זהים גם בשנה הבאה, פשוט היצרנים כמו אינטל וסמסונג מעדיפים לעבוד במצבי פיתוח וטסטים עם SuperMicro). רואים את המלבן על השרת? כל מלבן נחמד כזה יכול להכיל מקל בפורמט M.3 בגודל 8 או 16 טרהביייט. המקל עצמו מבפנים נראה כך:

בשרת ה-1U יש 36 מקומות למלבנים הללו, כך שבשרת 1U צנוע ניתן להכניס 576 טרהבייט, ובשרת 2U – כ-1152 טרהבייט, כלומר יותר מפטהבייט על שרת פיזי אחד!. הפתרון הזה שאתם רואים לעיל הוא הפתרון של סמסונג, לאינטל יש פתרון דומה (אם כי הקוביות קצת יותר מוארכות והם נקראים "סרגלים" – בתמונה משמאל ואינטל קוראת להם NGSFF). בפתרונות הללו אין שום בקרי RAID כלשהם (הכל מחובר דרך PCIe ומתגי PLX ישירות למעבד, כך שהביצועים מאוד גבוהים, בסביבות ה-3-4 ג'יגהבייט קריאה וכמעט 2 ג'יגהבייט כתיבה לשניה פר מקל).

וכאן אנחנו מתחילים להכיר את פתרון עם השם המפוצץ NVMEoF (ר"ת של NVME over Fiber, אם כי לא מדובר על Fiber Channel רגיל).

בוא נחשוב על חיבורים לשרת כזה. חיבור של 1 ג'יגהביט לא בא בחשבון וחיבור 10 ג'יגהביט "יחנק" עוד בפעילות של מקל יחיד! אנחנו צריכים פעילות של מס' מקלות NVME כדי לתת ביצועים סופר חזקים וסופר מהירים כדי שהמכונות שיחוברו לשרת כזה ירגישו כאילו הדיסק שהם מקבלים – הוא ממש מקומי, כלומר אנחנו צריכים חיבורים של 25,50,56 או 100 ג'יגהביט, כלומר או Ethernet או Infiniband.

מבחינת תעבורה מהירה, אנחנו צריכים לוותר על TCP/IP במהלך העברה של הנתונים (אך לא בזמן ה-Handshake הראשוני, בשביל זה עדיין אנחנו צריכים IPv4 או IPv6 ב-TCP/IP) ואז אנחנו עוברים לשימוש בטכנולוגיה שרבים מאיתנו מכירים… RDMA, זוכרים? היתרון הגדול עם RDMA הוא שהמעבד באותו שרת "מקור" לא צריך כמעט לעשות כלום, ומכיוון שאנחנו מעבירים בעצם "בלוקים", אז אנחנו מוותרים בדרך גם על שכבת ה-File System. מישהו שהסברתי לו על הנושא אמר לי "אה, זה בעצם מעין iSCSI על סטרואידים".. אפשר לאמר 🙂

ל-NVMEoF יש מספר יתרונות גדולים:

  • אפשר להכניס איזה גדלים שרוצים וכמה שרוצים. אפשר להתחיל ב-2 מלבנים של 8 טרה ואחר כך להוסיף עוד 4 של 16 ואחר כך עוד 4 של 8 טרהבייט. למערכת זה לא ישנה כלום. מבחינתה – יש עוד מקום לאחסן.
  • אין צורך לבנות מערכי RAID (כי .. אין RAID). במערכת שתרוץ על השרת נוכל לקבוע איך הנתונים ישמרו, מה הדחיסה שתהיה והיכן ישמר עותק נוסף של הנתונים.
  • ההשקעה למוסדות גדולים אינה כה גבוהה (לא ניכנס לחישובי ה-ROI, אפשר לכתוב ספר שלם על זה!). כן, יהיה צורך בהחלפת מתגים וכרטיסים בשרתים, והמוסדות יצטרכו להחליט עם מה הם עובדים – Infiniband או Ethernet (כבלי CAT 7 עם תיוג Class F יכולים להעביר 100 ג'יגה עד 15 מטר אורך, CAT 8 יתן עד 100 מטר 100 ג'יגהביט אך הוא עדיין לא אושר רשמית. כאן יש עוד פרטים לגבי 100 ג'יגה)
  • ישנן תוכנות שונות שנותנות את שרות ה-NVMEoF, חלקן כחול לבן כמו Kaminario, E8, Pure וכו'. כמו שכתבתי לעיל, אני ממליץ לרכוש תוכנה ולא פתרון חומרתי סגור מכיוון שעם תוכנה אפשר לעבור לפתרונות מתקדמים יותר בעתיד תוך שימור ההשקעה בברזלים, לא צריך לרכוש פתרון חומרתי סגור אחר ולהיפתר מהקודם.
  • מבחינת תמיכת חומרה – גם כאן, החבר'ה מיוקנעם ישמחו לסייע לכם (Mellanox), סמסונג, אינטל, Chelsio, Qlogic ואחרים, וכל יצרני המתגים המוכרים כבר תומכים בפתרונות NVMEoF.
  • מה עם פתרונות קוד פתוח? גירסת RHEL 8 שתצא (כנראה, כנראה..) עד סוף השנה תתן פתרון NVMEoF עד סוף השנה, וכל מערכות ההפעלה והוירטואליזציה יתמכו בפתרון.
  • כל הפתרונות (שאני מכיר) תומכים ב-Scale Out.

לסיכום: NVMEoF הוא בהחלט פתרון מעולה לעתיד. לפני שבועיים הרצתי אותו בבית (כפתרון וירטואלי, אין לי ממש כספים לדיסקים NVME ל-Enterprise) על Fedora 27. ובהחלט ה-Latency נמוך מאוד והביצועים מרשימים. אני תיארתי את הפתרון לעסקים גדולים כמו בנקים וכו' אולם כל חברה בינונית ומעלה יכולה להתחיל ב-PoC על מנת לבדוק בהמשך מימוש פרודקשן של פתרון כזה. לא צריך השקעה של מאות אלפי שקלים – מספיק 2-4 דיסקים NVME, כמה כרטיסי רשת במהירות של 25 ג'יגה ומעלה (ללא סוויצ') ושרת שיכול לקבל דיסקים כאלו, מערכת לינוקס עדכנית ואפשר לנסות ולשחק עם זה.
אפשר לאמר שאנחנו "חוזרים לאחור" הן מבחינת שיטת העברת הנתונים (RDMA) והן מבחינת מקום אחסון הנתונים (מחוץ לשרתי הוירטואליזציה/קונטיינרים) ובכך יש מעין "מלחמה" בין השיטות, רק שהפעם השיטה ה"ישנה" קיבלה זריקת חיזוק רצינית בכך ש-NVMEoF נותנת לנו ביצועים הרבה יותר גבוהים מבחינת דיסק בהשוואה לכל פתרון Hyper Converge.

למעוניינים, להלן וידאו של רד-האט יחד עם סמסונג ומלאנוקס שמסביר יותר על הדברים:

Comments

comments

2 תגובות בנושא “קצת על עולם ה-NVMEoF וסטורג' חזקים”

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.