העתיד: דיסקים, Storage ו-NVME-OF

כשזה מגיע לעולם הטכנולוגיות של דיסקים קשיחים, אפשר לאמר שהטכנולוגיה קפצה אחורה ואז זינקה קדימה. תשאלו כל מנהל IT לגבי רכישות דיסקים – כשזה היה קשור לדיסקים מכניים, ברוב מוחלט של המקרים התנאי הראשון לדיסקים היה שהם יעבדו ב-SAS. מה לגבי דיסקים SATA? זה רק למקרים שאין צורך במהירות, שמדובר על שרתים קטנים, אולי NAS קטן לאיזה פרויקט או מחלקה, דברים כאלו.

ואז הגיעו דיסקים SSD ובהתחלה יצאו SSD עם חיבור SAS אך במקביל יצאו דיסקים SSD בחיבור SATA, וכאן החל הבלבול: הרבה אנשים מכירים את המפרט הזה של SAS מול SATA ו-SATA הרי תמיד יתן ביצועים יותר נמוכים מול SAS, לא?

התשובה: במקרים של דיסקים מכניים – בהחלט. במקרים של SSD – זה יוצא ההיפך. קחו דיסק SSD בחיבור SATA ותקבלו לדוגמא מהירות קריאה של 550 מגהבייט לשניה. לזה, שום SAS לא הגיע עם דיסקים מכניים (אלא אם מכניסים את ה-Cache של הבקר אבל זה יפה במבחנים, לא לעבודה במציאות) וכך עולם הדיסקים חזר "אחורה" ל-SATA ופורמט ה-SAS די "מת" למרות מאמצים מצד יצרני בקרים ושרתים להוציא (מאוחר מדי, LSI היו הראשונים להוציא מוצרים ב-2013) את SAS-12G, וכך המצב בשנתיים האחרונות בשוק הוא שדיסקים SSD קיימים בגירסאות SATA בלבד – אבל הדיסקים עצמם מכילים את כל תכונות ה-Enterprise כמו תיקון תקלות אוטומטי, שמירת מידע עצמאית בעת הפסקת חשמל, שרידות גבוהה בעבודות כבדות ועוד.

דיסקים SSD מבוססים SATA מאפשרים לחברות להמשיך לעבוד כאילו הם עובדים עם דיסקים מכניים או דיסקים SSD ישנים, ורבים נוטים עדיין לעשות את הטעות לעבוד כ-RAID-5,50,60 כשהם שוכחים 2 דברים מאוד חשובים:

ה-RAID-5 וה"אחים" שלו 50,60 ביצעו 2 דברים חשובים: נתנו ביצועים גבוהים הנובעים מעבודה עם ריבוי דיסקים וחלוקת העבודה בין הדיסקים, ושרידות יותר גבוהה מכיוון שאם הולך דיסק אחד או 2 (בהתאם לשלב ה-RAID) – המערכת היתה ניתנת לשיקום לאחר החלפת הדיסקים. עם SSD לעומת זאת (גירסת Enterprise!) הביצועים שהדיסקים האלו מוציאים די "חונקים" כל כרטיס רשת. תחשבו על כך: 2 דיסקים SSD ב-RAID-0 מוציאים מהירות תיאורתית של 1100 מגהבייט לשניה (בקריאה). נתרגם זאת לג'יגהביט ונקבל .. 8 ג'יגהביט, כלומר כרטיס רשת של 10 ג'יגהביט יהיה תפוס ב-80% בזמן שהוא משדר את ה-DATA מצמד הדיסקים, ושוב – אני מדבר על 2 דיסקים בלבד. אז מה בעצם נותן בקר דיסקים? ביצועים? יש כבר לדיסקים, לא צריך גם Cache. שרידות? ב-SSD ל-Enterprise יש יכולות הרבה יותר מרשימות של שרידות פנימית מאשר כמעט כל בקר RAID בשוק. ובכל זאת, חברות ממשיכות לעבוד כך. מדוע? אני חושב שזה עניין של הרגל.

בשנתיים האחרונות נכנסנו לעידן חדש של דיסקים SSD, מה שבהתחלה נקרא PCI SSD והיום פשוט נקרא NVME SSD. לדיסקים הללו לא תמצאו שום RAID כי הדיסק מחובר ישירות לתושבת PCIE X4 (בחיבור שנקרא כיום U.2, חלק מהיצרנים לצערי עדיין משתמשים בחיבור קנייני משלהם, לרווחתם של יצרני הדיסקים והשרתים, לצערם של הלקוחות ש"ננעלים" בכך שלא ניתן להכניס דיסקים יותר טובים מצד ג'). הדיסקים הללו כיחידות עצמאיות נותנות יותר ביצועים מכל מה שתשיג עם SSD ו-RAID, מהירויות של 2-4 ג'יגהבייט לשניה בקריאה ועד 2 ג'יגהבייט בכתיבה עם עשרות עד מאות אלפי IOPS (וכמובן את המילה האחרונה בשרידות, ושוב – שרידות הרבה יותר גבוהה מכל דיסק מכני שאתם מכירים) ושם כבר אין RAID (ואם רוצים RAID 0,1,10 – עושים זאת בתוכנה. הביצועים לא יהיו נמוכים יותר בהשוואה לבקר יעודי, האמינו לי, גם אם תנסו את זה על מעבד i5 פשוט [ניסיתי בעצמי מול בקר יוקרתי של LSI ]).

מי שבתחום כבר בוודאי מכיר את כל מה שכתבתי, אבל מה בעצם הלאה?

אם נסתכל מבחינת דיסקים, בשנה הנוכחית השוק מנסה להסתגל למצב חדש שבו יש הרבה יותר ביקוש מהיצע. דיסקים NVME SSD של 3-4 טרהבייט, גם אם תנפנף מול היצרן בכרטיס אשראי פלטיניום, תשלום מיידי או ערימת מזומנים – תיאלץ במקרים רבים לחכות וזה כרגע עדיין "מכה" ב-HP, DELL וגם ב-Lenovo. היצרנים נתפסו "במערומיהם" עם דרישות היסטריות לשבבי Flash מצד כל יצרני המחשבים והטלפונים. כולם רוצים שבבי NAND ועכשיו. יצרני השבבים גדלים (חברת TSMC לדוגמא, אחת החברות הגדולות ליצור שבבים – מתכננת בניה של FAB נוסף בסין בדיוק בשביל זה) ושבבי ה-3D NAND החדשים מאפשרים ליצור שבבים עם כמות אחסון יותר גדלה בליטוגרפיה בשיטות יותר "ישנות" כך שניתן פר Waffer ליצור יותר שבבים. שלבים אלו ואחרים יתורגמו לשחרור לחץ בשוק במהלך השנה שנתיים הקרובות.

אבל גם אם הבעיה תיפתר, נמצא את עצמנו בבעיה אחרת: בשביל ביצועים רציניים צריך NVME SSD וגם אם יש לך דיסקים חדשים וגדולים כאלו, איך בדיוק תשתמש בהם? זה לא שיש לך בקר RAID להגדיר Virtual Disk שעל זה אתה מתקין Windows, Linux, vSphere וכו'.. אפשר כמובן להוסיף דיסק קשיח כלשהו (ולהשתמש בבקר הפנימי כדי לבנות RAID-1 מדיסקים פשוטים) כדי להתקין את מערכת ההפעלה וכו', אבל הדבר הבא שהיצרנים ידחפו נקרא NVME-OF (זהירות, לינק לקובץ PDF). זהו הסטנדרט חדש שנבנה ע"י החברות שבנו את סטנדרט NVME, ועם הסטנדרט הזה אנחנו משתמשים בכמה מושגים שבוודאי שמעתם עליהם:

  • ה-AFA (כלומר All Flash Array) – מערכת סטורג' (או שרת) שבנוי כולו מדיסקים NVME SSD.
  • על מה נעביר את הנתונים? זוכרים ROCE? אז הוא חוזר לסיבוב נוסף, ולאלו שאוהבים לשפוך כסף כאילו אין מחר (בנקים, מכוני מחקר יוקרתיים וכו') – Infiniband.
  • ובאיזו שיטה? זוכרים iSCSI? אז נגזור משם את ה-Target ו-Initiator, שיהיה לכם חיים יותר קלים.
  • אבל מה עם כתובות IP וכו'? זה ישאר, רק שהפעם זה "נעקר" מה-OS ומועבר לביצוע ע"י כרטיס הרשת (כלומר TCP Offload).

עכשיו נשלב את הכל ביחד: נבנה שרת מבוסס Dual Xeon עם 128 ג'יגה (עדיף יותר, תלוי בכמות ה-Clients וכו') מבוסס לינוקס עם קרנל 4.8.7 ומעלה, עליו נרים מערכת שתהווה בעצם Target ובה ישבו לא רק הדיסקים אלא גם מספר כרטיסי רשת עם פס רחב (25 ג'יגה ומעלה או Infiniband). הכרטיסים יחוברו למתג תואם ומשם יחוברו לשאר השרתים שאנו מעוניינים. את חלוקת ה-Volumes וכו' נעשה על ה-Linux והמערכת בלינוקס תשדר זאת דרך ה-ROCE כבלוקים (אפשר עם שילוב TCP/IP, אפשר גם בלי אבל אז יתחילו הצרחות ממחלקת ה-IT) וה-Initiator בשרתים יתחבר ל-Target (יהיו גם אפשרויות אותנטיקציה, הצפנה וכו'). שרתים ישנים יוכלו להעלות את ה-Initiator לדוגמא דרך IPXE (או PXE לחובבי טכנולוגיה קלאסית) ומשם ה-OS יעלה ויקבל תמיכה מלאה כאילו מדובר בדיסקים מקומיים.

והביצועים? אם נשווה זאת לדיסקים NVME מקומיים, ההבדל יהיה באחוזים בודדים. מכיוון שכל השיטה מעיפה כל דבר שמוסיף Latency, הביצועים נראים כאילו מדובר בדיסקים מקומיים, רק שאין צורך לבצע תחזוקת דיסקים פר שרת והכל מבוצע ממקום אחד (ומנסיון, התחזוקה לא כזו מורכבת). סתם דוגמא: גם אם שפכתם כסף והפכתם את המערכת תקשורת שלכם ל-100 ג'יגהביט, תקבלו (במספר חיבורים במקביל) קצב של 93 ג'יגהביט בקריאה, ו-40 ג'יגהביט בכתיבה. עכשיו תנסו לדמיין מערכת VDI לאלפי משתמשים ואיך זה יעבוד, וכן – יש Initiators ללינוקס, Windows ול-VMWare כבר כיום.

כמובן שחובבי מיקרוסופט לא ישארו בצד ואם הם רוצים להקים לעצמם Target מבוסס Windows Storage Server אז הם יצטרכו להמתין קצת לגירסה הבאה.

לסיכום: דיברתי כאן על דיסקים SSD, על תקשורת שגבוהה בהרבה מ-10 ג'יגהביט, על NVME-OF (ממש על קצה המזלג). הטכנולוגיה קיימת כבר כיום (חברת Mellanox  כבר דוחפת ומדגימה אותה), אבל שום חברה לא עוברת מהיום למחר לטכנולוגיה חדשה שמצריכה החלפת מתגים וכרטיסי רשת ורכישה רצינית של NVME SSD ושרתים לכך. אלו דברים שלוקחים זמן, לפעמים שנים – אבל זהו הכיוון שהשוק ל-Data Center עובר אליו. חברות סטורג' רבות ישמחו למכור לכם את הפתרון לאחסון מחר בבוקר, אבל לפחות מבחינת TCO ו-ROI (ואם החברה מוכנה לאמץ מעט ראש פתוח) אני ממליץ לחשוב על פתרון בניה עצמית. הוא הרבה יותר קל ממה שרבים נוטים לחשוב (סתם דוגמא: הוא הרבה יותר קל מאשר הקמה וניהול של שרת ZFS) והוא פתרון שיכול להיות Scale Out די בקלות וזול בהרבה אם חושבים להרחיב – מאשר פתרון קנייני.

מוגש כחומר למחשבה 🙂

על דיסקים SSD בתצורת NVMe/PCIe

בשנתיים האחרונות נכנסה טכנולוגיית דיסקים (SSD) חדשה לשוק – טכנולוגיית ה-NVMe SSD (או PCI SSD – זה אותו דבר). רבים לקחו את עניין ה-SSD הנ"ל כמשהו שהוא יותר אבולוציה מאשר רבולוציה. עד היום היה לנו דיסקים SATA, NL-SAS, SAS ועכשיו יש לנו PCI/NVMe. לא?

זהו, שלא כל כך.

טכנולוגיית ה-NVMe משנה את כל עניין התקשורת של הדיסק SSD עם המחשב. בעבר בכל שרת שמכבד את עצמו היה בקר RAID שאליו היו מחוברים דיסקים. בחלק מהמקרים הדיסקים היו מחוברים ל-2 בקרי RAID, בחלק מהמקרים חצי מהדיסקים בשרת היו מחוברים לבקר אחד והחצי השני לבקר אחר, כל יצרן והשטיקים שלו.

ואז הגיע ה-NVMe SSD עם "הפתעה": אין בקר RAID. תכניסו דיסק NVMe/PCIe לתוך השרת שלכם (אם הוא תומך בטכנולוגיה), כנסו להגדרות ה-RAID חומרה שלכם והופס .. הדיסקים החדשים לא מופיעים. לא, לא מדובר בתקלה. מדובר במשהו שתוכנן כך מראש.

בקרי RAID נועדו בראש ובראשונה ליצור לנו "אשכולות" של דיסקים שיחדיו יוכרו כ-RAID Volume. קח לדוגמא אנו יכולים לקחת מספר דיסקים ולבנות RAID 5, או 2 דיסקים ולבנות מהם RAID-1 או RAID-0 אם אנחנו רוצים לאכסן דברים שלא אכפת לנו שימחקו אם דיסק נפל (לדוגמא: Cache לאפליקציות). בקר ה-RAID גם "לקח אחריות" על כל מה שקורה מבחינת חיי ותקינות הדיסקים: בעיות כתיבה/קריאה? הוא יקרא מדיסק אחר. צריך לשמור נתונים בעת הפסקת חשמל? יש זכרון וסוללה על בקר ה-RAID וכך הנתונים ישמרו עד שיחזור החשמל וכשהוא יחזור הבקר יכתוב את הנתונים בצורה נכונה לדיסקים. זה הרעיון המרכזי של בקר RAID.

ב-NVMe לעומת זאת, הדיסק לא מדבר לשום בקר. הדיסק, כמו כל כרטיס PCIe, מדבר ישירות למערכת דרך ה-DMI, כלומר הנתונים עוברים ישירות אל הזכרון (RAM) בשרת וכך נחסך כל ה"תיווך" של הבקר.

אבל עדיין – כמו שכולנו יודעים – צריך בקר לאמצעי אחסון. יש תקלות קריאה/כתיבה, צריך לשמור נתונים בעת הפסקת חשמל, וכאן בדיוק הסיבה מדוע דיסק NVMe הוא דיסק שהוא יקר מדיסק SATA SSD או SAS SSD. בתוך הדיסק עצמו יש בקר (בחלק מהמקרים עם מעבד ARM בעל 2 או 3 ליבות) שכבר מטפל בכל עניין תעבורה ותחזוקת הנתונים. הדיסק עצמו מחולק פנימית ל-RAID-0 (רק בניגוד ל-RAID-0 רגיל, במקרה ויש תקלה בנתונים, הבקר יודע לטפל בה מבלי שהנתונים ינזקו), יש "סופר כבלים" (Super Capacitors) שיודעים לשמור נתונים במקרה של הפסקת חשמל, ומבחינת ביצועים – ה-NVMe ל-Enterprise נע בסביבות ה-2.4 ג'יגהבייט כתיבה לשניה ו-3 ג'יגהבייט קריאה לשניה. יותר זריז מכל SSD RAID שתכינו!

ומה לגבי עמידות/שרידות? הרי לא תסכימו לזרוק את כל הנתונים על דיסק אחד מבלי שיהיה לכך איזה סוג של בטחון, והתשובה לכך נקראת DWPD או Endurance (תלוי ביצרן דיסקים). ה-DWPD מציין כמה פעמים אתה יכול לכתוב על כל הדיסק נתונים ביום והדיסק עדיין יהיה תקין. קחו לדוגמא את ה-DC P3600 של אינטל, שמתאים ל-Enterprise: אם נניח מדובר בגירסת 2 טרהבייט, אז אתה יכול לכתוב עליו עד 6 טרהבייט ליום (מחיקה וכתיבה) והדיסק יעבוד טוב ויעמוד באחריות יצרן.

אז כפי שניתן להבין – אין כיום שום בקר RAID לדיסקים PCI SSD ושיטת העבודה צריכה להיות שונה. חושבים לדוגמא להרים ESXI על מערכת עם 2+ דיסקים כאלו? בהצלחה, תצטרכו לפרמט כל דיסק כ-Datastore בפני עצמו. לעומת זאת, אם אתם מרימים מערכת הפעלה Windows, ודאו שמדובר ב-Windows 2012 ואם זה לינוקס אז Ubuntu LTD האחרון או RedHat/CentOS 7 ומעלה. בתוך מערכת ההפעלה תוכלו לבחור את הדיסקים ולהקים את ה-RAID שרציתם (ותרו על RAID-0 – לא תקבלו ביצועים יותר גבוהים בגלל הארכיטקטורה של NVMe ו-RAID-5 יהווה בזבוז ושחיקת דיסקים לשווא). כמובן שלשם כך יהיה כדאי לצרף לשרת דיסק SSD שאינו NVMe/PCIe כדי להתקין עליו את מערכת ההפעלה.

באם אתם חושבים להרים שרת קבצים (לא חשוב איזו מערכת הפעלה) שתהיה מאוד מהירה וניתנת לגידול בהוספת דיסקים או JBOF – אז מערכת מבוססת דיסקים כאלו (ועדיף שתהיה מחוברת לכרטיסי רשת 10 ג'יגהביט ומעלה בלבד!) תהיה פתרון מעולה. אם אתם רוצים פונקציות כמו הסטורג'ים הגדולים (טוב, לפחות חלק מהפונקציות) כמו DeDup, Compression וכו' – כדאי לחשוב על ZFS.

לסיכום: דיסקים PCIe SSD הם ההווה והעתיד בכל מה שקשור לביצועים. זה לא אומר שצריך לזרוק את כל הדיסקים SAS לפח (מגנטי או SSD) אבל אם משלבים את ה-NVMe SSD כדאי לקחת בחשבון את היתרונות שלו ולהיערך בהתאם ואם אתם קונים שרתים חדשים, אני ממליץ לוודא כי ניתן להכניס אליהם דיסקים של יצרנים אחרים (במיוחד סמסונג, סאנדיסק ואינטל – כולם מאוד אמינים, מנסיון) ואתם לא "נעולים" רק על הדיסקים שמשווק יצרן השרתים שלכם (כמו HPE דור 9) מכיוון שהתחרות בשוק כיום מאוד אגרסיבית והמחירים צונחים משנה לשנה בעשרות אחוזים. דיסקים כאלו גם יכולים להוות בסיס טוב אם אתם רוצים להרים אשכולות (Clusters) מכיוון שכל דיסק נחשב כמספר דיסקים+בקר RAID. השמיים הם הגבול.

אהההמ.. ואם אתם רוצים להקים "חייה" של דיסקים NVMe, תכירו את המכונות האלו של SuperMicro 🙂