אחסון אובייקטים (Object storage) ו-Ceph

בעולם הלינוקס, יש לא מעט פתרונות כשרוצים להקים שרת קבצים. אפשר להתחיל מ-ZFS כאשר רוצים שרת, אפשר להשתמש ב-GlusterFS כאשר מעוניינים במספר שרתים ברפליקציה עם תעבורת נתונים מהירה, אבל כשרוצים לאחסן כמויות עצומות וצריכים את המידע זמין במהירות לעשרות, מאות ואלפי מכונות – Ceph הוא פתרון מצוין.

באופן עקרוני, בניגוד ל-GlusterFS ו-ZFS, ה-Ceph היא מערכת מבוססים אחסון קבצים (Object Storage). היתרון במערכת כזו היא שהיא “מפשיטה” את כל המורכבות של File System רגיל (כמו XFS, EXT4 וכו’) ל”קוביות” קטנות אחידות בגודל 64 קילובייט ואת אותן “קוביות” (שהם בעצם Objects) המערכת משכפלת לשרתים אחרים על מנת ליצור שרידות גבוהה מצד אחד, והם נגישים ל-Clients השונים מכל שכפול, כך קורה מצב שאם לדוגמא מספר מכונות דורשות את אותו קובץ, הוא נקרא משרתים שונים. בנוסף, מאותו Object Storage המערכת בונה גם שרותים אחרים שהיא מציעה, בין אם מדובר באחסון דומה ל-S3, אחסון File System, או NFS (ש”רוכב” על ה-File System”) או אחסון “בלוקים” עבור iSCSI.

עם Ceph ניתן לאחסן מיליוני קבצים (ומעלה) עם גישה מאוד מהירה כאשר מגדירים את האחסון וקריאה כמו שקוראים לקבצים ב-S3. היכן זה יכול לעזור לדוגמא? כאשר רוצים לשדר וידאו. בדרך כלל לא מומלץ לחבר שרתי שידור (כמו WOWZA) לאחסון כמו Ceph, אלא מחברים זאת למערכת CDN טובה שהיא מפיצה את התוכן לנקודות EDGE/POP במקומות שונים בארץ/בעולם ומאותן נקודות השידור עצמו מתבצע. באותה שיטה (רק ללא צורך ב-CDN ברוב המקרים) ניתן לדוגמא להקים ארכיב ענק של קבצי מסמכים (גם בגודל של פטהבייטים רבים) ולאפשר גישה מאובטחת למסמכים דרך REST API שניגש ל-RADOS ב-Ceph שמחבר את אותן “קוביות” לאובייקטים ומשם האפליקציה יכולה לקרוא את המסמך ולהנגיש אותו עבור הלקוח. יתרון נוסף הוא באבטחה: אם מישהו מחר גונב שרת ומצפה למצוא את הקבצים שהוא מעניין בהם, הוא יתאכזב לראות שאין ממש קבצי DOC/PDF, יש “קוביות” וצריך את כל המערכת בכדי לקבל את הקבצים הרצויים.

טכנולוגיה חדשה שנכנסת לשוק בשנים האחרונות הם אמצעי אחסון מוכוונים KV (כלומר Key Value) והם מיועדים בראש ובראשונה לאחסן אובייקטים. חברת Seagate לדוגמא הדגימה דיסקים מסוג SMR (שהם דיסקים המיועדים לארכיב – Shingled Magnetic Recorder) בצירוב SSD מאיץ מסוג Nytro נותן ביצועים גבוהים פי 11 בהשוואה לדיסקים מכניים רגילים עם Ceph (ניתן לקרוא על כך ולראות וידאו בנושא כאן).

במסגרת תערוכת CES האחרונה, סמסונג הציגה SSD בפורמט חדש (NGSFF) לשרתים, זהו ה-PM983 וניתן לרכוש אותו בגודל של 8 טרהבייט ובמחצית השניה של השנה, הדגם הזה ימכר בגודל מדהים של 16 טרהבייט למקל. חברת Supermicro הכריזה על שרת פיצה (דגם:SSG-1029P-NMR36L – שם ממש קליט…) בגודל 1U שיכול לאחסן 36 מקלות כאלו, כך שניתן לאחסן 288 טרהבייט על שרת כזה. זה נראה כך:

היתרון בשרת כזו הוא שהוא בנוי כולו לאחסון של Ceph. מקלות זכרון האחסון של סמסונג מובנים מראש לאחסון KV וסמסונג מדגימה זאת בתמונה הבאה:

כפי שאתם יכולים לראות, מצד שמאל זה המצב הרגיל שקיים כיום כשמקימים אחסון מבוסס Ceph: מכניסים דיסקים רגילים או SSD, יוצרים פרטישנים, File System ואז משם מקימים את ה-KV Store שעליו מאוחסנים האובייקטים. מצד ימין רואים פתרון של סמסונג שכל מה שצריך הוא דרייבר והשאר נעשה בצורה טבעית על קושחת ה-SSD, אין צורך בשכבת “המרה” בחזרה ל-File System. במילים אחרות: אם תרכשו לקראת הרבעון השלישי את המכונה הזו ומקלות של 16 טרהבייט, תוכלו לקבל עם 10 מכונות כאלו 5 פטהבייט לאחסון אובייקטים. פעם זה היה לוקח ארון שלם..

לסיכום: כשצריכים לאחסן המון קבצים (כשמדובר במיליונים ומעלה) אחסון מבוסס Object Storage הוא הפתרון, ואמזון הדגימה זאת לעולם במסגרת שרותי ה-S3 שלה, ו-Ceph נותן בדיוק את אותו פתרון, ועתה גם חברות חומרה נכנסות ומציעות אחסון בצורה טבעית שמורידה את כל שלב התרגום מ-Object ל-File system ובחזרה. זהו אינו פתרון זול (ובוודאי לא פתרון להחליף File Server רגיל) – אך פתרונות כאלו מציעים שרידות וביצועים למי שצריך זאת ומוכן לשלם על כך. למעוניינים בפתרונות Ceph בארץ אני ממליץ לפנות ל-SuSE ישראל.

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 🙂

Exit mobile version