תגית: Scale-up

הסברים והבהרות לגבי Scale Out בתחום אחסון

אחת למספר שנים מתרחשים שינויים מהותיים בתחום הסטורג'. לפני מס' שנים נכנס דבר שנקרא Object Storage – זו צורה שונה לאחסון קבצים ונתונים שבמקרים רבים אינה משתמשת ב-File system רגיל. חברות כמו Seagate לדוגמא הוציאו מספר דיסקים קשיחים ובנו חיבור חדש לדיסקים – חיבור Ethernet ישירות לדיסק, מה שמחייב כמובן מערכת אחסון אחרת. (נכון להרגע, הפתרון הזה יותר מתאים לחברות כמו אמזון, גוגל ומיקרוסופט, או לחברות שבונות את ה-Object Storage שלהם, גם מבחינת חומרה).

אחד השינויים הגדולים שנכנסו היה עניין ה-Scale Out וכיום כל יצרן סטורג' שמכבד את עצמו מציע דגם זה או אחר (או משפחה) של פתרונות אחסון Scale Out.

אך מהו בעצם פתרון Scale Out?

חברות אחסון רבות לקחו את המושג "Scale Out" לכיוון שהם רוצים. יש חברות שמייצרות HCI (כלומר Hyper Converged) שלקחו את המושג Scale Out לכיוון הוספת שרתים שיתנו לך יותר משאבי מחשוב/רשת/אחסון. חברות אחרות לוקחות את זה לכיוון שאם אתה מרים ערימת שרתים, אתה מתקין VM בכל אחד מהם שמחובר לדיסקים המקומיים בכל שרת וישנה תוכנה שמתחברת לכולם ובכך נוצר Storage (אין Networking גודל בכל מכונה והמכונה לאו דווקא מריצה מכונות VM אחרות) ויש כמובן את ה-Scale Out שעליו דיברתי בפוסט הקודם – ערימת שרתים מלאים דיסקים שלא מריצים מכונות VM או Payload משלך אלא תוכנה יעודית של יצרן הפתרון בלבד.

לעומת פתרון Scale Out – יש פתרון ותיק שנקרא Scale Up, שבו יש פתרון שמורכב ממערכת אחת (או 2 לשרידות) ודרך הגדלת האחסון היא הוספת דיסקים מכניים (או SSD אם רוצים יותר IOPS), אך כמות הברזלים נשארת זהה.

המכנה המשותף לכולם הוא פשוט: צריך עוד מקום אחסון? אתה מוסיף עוד שרתים, או שאם אתה רוצה – אתה מוסיף דיסקים, אבל לכל השרתים שיש בהם דיסקים (למעט HCI, בפתרונות אחרים, במיוחד בתחום HPC – מוסיפים שרתים כי Resizing לכל מכונה יקח זמן רב מדי).

לא כל פתרון Scale Out מתאים לכל הסיטואציות. בתחום HCI לדוגמא, אתה יכול להוסיף עוד כמה טרהבייט בחישוב הכולל בכך שתוסיף עוד כמה דיסקים (מכניים/SSD) פר מכונה ובכך תקבל יותר אחסון ויותר IOPS, אבל פתרון כזה אינו מתאים אם לדוגמא אתה צריך מאות טרהבייטים עד פטהבייטים (ומעלה) של אחסון ואין לך צורך בהרבה מקום נוסף למכונות VM. בסיטואציה כזו אתה חייב פתרון אחסון Scale Out שידע לעמוד בשרידות של שרת אחד או 2 שנופלים ולא פתרון Scale Up (למרות שרוב פתרונות ה-Scale Up מתהדרים בכך שהם יכולים לגדול לפטהבייטים).

אחד הדברים הראשונים שקורים כשחברות מתחילות להתעניין בפתרון אחסון Scale Out ורואים את מחירי יצרני הפתרונות הקנייניים – זו התעניינות אוטומטית מה יש לקוד הפתוח להציע. אחד הדברים שאני לא ממליץ לעשות, זה להוריד גירסת קוד פתוח חופשי ולהטמיע בשרתים, מכיוון שהגרסאות האלו משתנות תדיר וקהילת המפתחים לא כל כך עוזרת עם בעיות/באגים – במיוחד אם אתה צריך את הפתרון פה ועכשיו, ולכן אם הולכים על פתרון מבוסס קוד פתוח, אני ממליץ את הדברים הבאים:

  • אם מדובר במערכת HCI שתהווה אלטרנטיבה ל-VSAN/Simplivity/Nutanix – אז יש את GlusterFS והוא מגיע יחד עם RHV.
  • אם מדובר במערכת Scale Out שלא הולכת לגדול מעבר למספר קטן של שרתים (כמה עשרות) – ניתן לרכוש את GlusterFS בנפרד.
  • אם צריכים מערכת אחסון שתורכב מעשרות שרתים ואחסון בגדלים של מאות טרהבייט ומעלה, או שתריץ מערכת ענן פרטי כמו OpenStack בחברה – מערכת SES של SuSE או Red Hat Ceph Storage יתנו לכם מערכת מבוססת CEPH שבנויה לדברים הללו (הפתרון של SuSE בארץ זול משמעותית בהשוואה למחיר שרד-האט מבקשים, ויש את אותה פונקציונאליות בשתיהן).
  • גם Ceph וגם GlusterFS מתאימות אם אתם הולכים להריץ קונטיינרים/Kubernetes/OpenShift על הברזלים.

לסיכום: פתרון Scale Out טוב (שאינו מבוסס HCI) הוא פתרון שנותן:

  • להגדיל את כמות האחסון למימדים גדולים (מאות טרהבייט ומעלה)
  • שרידות הרבה יותר גבוהה מפתרון Scale Up (מערכת ששורדת גם כששרת אחד או יותר המאחסנים את הפתרון נופלים)
  • תמיכה בסטנדרטים אחרונים (Object Storage, Persistent Volume, ,Cinder וכו')

פתרון Scale Up אינו דבר רע, אבל חשוב לדעת מהן המגבלות שלו (למרות שהיצרן מציין אחרת). אני לא ממליץ לאף אחד לזרוק מערכת כזו (אלא אם זו מערכת ישנה מאוד) ולרוץ ל-Scale Out, אבל אם מצד שני צריכים להרים מערכת אחסון גדולה מאוד, כדאי להסתכל ולבקש הצעות לפתרונות Scale Out.

להטמיע סטורג' בקוד פתוח או לא? מה השיקולים?

שוק הסטורג' בישראל נשלט חזק ע"י יצרניות הסטורג' הקנייניות כמו Netapp או Dell/EMC. לכו לכל חברה גדולה וחוץ מערימות השרתים, אתם תראו איזה פתרון סטורג' קנייני אחד או יותר (כולל את אותו אחד לרוצים להפריש לגמלאות אבל עדיין יש איזו מחלקה עקשנית שמעדיפה להשתמש בו). אם תשאלו את המנמ"ר לגבי סטורג' מבוסס קוד פתוח – סביר להניח שתקבלו תשובות של "אולי בעתיד", "זה לא בשל מספיק" וכו'.

ישנן לא מעט מערכות סטורג' בקוד פתוח שהן בהחלט יציבות אבל חברות מהססות או מסרבות להכניס כי "מי יתן לי תמיכת חרום ב-2 בלילה אם זה קרס?". כשזה קורה במערכות קנייניות אז התשובה די פשוטה: חברת האינטגרציה שהקימה לך את המערכת נותנת לך שרות על כך תמורת כך וכך אלפי (או עשרות אלפי, תלוי בסטורג' וכו')  שקלים לשנה, כך שאם חיים האינטגרטור האהוב עליכם נמצא אי שם בטיפוס בהרי ההימליה, מישהו אחר יבצע את העבודה במקומו ואתם תקבלו שרות מאותה חברת אינטגרציה.

מכאן נעבור לצד הטכני: האם מערכות סטורג' בקוד פתוח יכולות להוות תחרות מול סטורג' קנייני מבחינה טכנולוגית? התשובה: כן. האם הן יכולות לתת את 3 השרותים העיקריים שחברות מחפשות (CIFS/SMB, NFS, iSCSI)? בחלק המקרים. האם הן יכולות לגדול (Scale Out)? גם – בחלק מהמקרים. על מנת לפשט דברים, יצרתי טבלה פשוטה עם 3 המתמודדים הידועים בקוד פתוח, מה הם מסוגלים לתת ומה לא.

סוג מערכת NFS iSCSI CIFS/SMB Scale Out Scale Up
ZFS 2✔ 1✔ ✔ 3✔
GlusterFS ✔ ✔ 4✔
Ceph ✔ ✔ ✔ ✔

1 תמיכת iSCSI ב-ZFS על לינוקס עבור VMWare כולל תמיכת VAAI מחייבת Kernel 4.4 ומעלה.
2 תמיכת NFS ב-ZFS על לינוקס תלויה בגירסת הפצת הלינוקס
3 ניתן לעבוד עם ZFS בלינוקס כ-Cluster בשימוש כלים כמו Sanoid או PaceMaker.
4 למרות שניתן לעבוד עם GlusterFS ב-2 שרתים – הדבר אינו מומלץ מעבר לרמת POC.

אלו המערכות העיקריות. לכל מערכת יש מספר גרסאות מסחריות (למעט GlusterFS). מערכת כמו ZFS ניתן לרכוש מערכת עם "ברזלים" ישירות מ-Oracle או ניתן להתקין FreeNAS, או להקים על שרת לינוקס עם הפצת Debian לדוגמא. תוכנת Ceph ניתנת לרכישה מ-רד-האט או מ-SuSE.

כשזה מגיע לתמיכה/תחזוקה – הדברים שונים בהתאם לגודל העסק/חברה:

  • לעסק קטן שמחפש סטורג' ואולי סטורג' עם שרת ב-Standby (כלומר Active/Passive – כ-Scale Up) הייתי ממליץ לבחור פתרון מבוסס ZFS. אם הלקוח מחפש פתרון Scale Out של כמה טרהבייט, אז אמליץ על GlusterFS וחוזה תמיכה עם אינטגרטור.
  • לעסקים בינוניים וגדולים, אם העסק מחפש פתרון מבוסס קוד פתוח ב-Scale Up, הייתי ממליץ על ZFS ופתרון Scale Out מבוסס Gluster. אם החברה מחפשת פתרון Scale Out בגדלים של Petabyte, אני ממליץ על Ceph. במקרים של GlusterFS ו-Ceph אני ממליץ לחברה לרכוש את התוכנה מהיצרן כולל תמיכה, כך שהאינטגרטור יתן תמיכה ואם יש עדיין בעיה – ניתן לפנות ליצרן התוכנה כך שבכל מקרה החברה מכוסה מבחינת תקלות תוכנה.
  • לחברות גדולות המחפשות פתרון סטורג' גדול מבחינת כמות DATA (שוב, פטהבייטים ומעלה) – אני ממליץ על ישיבה ויעוץ לגבי הפתרון מכיוון שבכל מקרה הפתרון הוא יקר ויש צורך לשמוע את 2 הצדדים (פתרון קנייני ופתרון מבוסס קוד פתוח).

בכל אחד מהסוגי לקוחות, הפתרונות המוצעים כוללים פתרון שרידות כך שלמעט תקלות חומרה או הפסקת חשמל, המערכת אמורה לשרוד נפילה אם יש תקלת תוכנה בסטורג' עצמו. אגב, בהזדמנות זו אני רוצה להדגיש: כאשר אתם קונים פתרון סטורג' שהוא Scale Up מ-NetApp או Dell/EMC, פתרון השרידות שלו הוא חלקי: זה שיש בקר RAID כפול, 2 מעבדים – תקלות כמו בעיית זכרון (ECC יכול לתקן תקלות עד גבול מסויים), או בעיה בלוח האם ב"ראש" – הסטורג' יפול, וכדאי לקחת זאת בחשבון כשרוכשים פתרון.

לסיכום: לכל מטבע יש 2 צדדים וכך גם לפתרונות סטורג'. היתרון בסטורג' פתוח הוא זה שאתה יכול לבחור לך את החומרה משלך ואפשר לקבל ביצועים יותר טובים מסטורג' קנייני. החסרון הוא שיש צורך בידע טכני רב כדי לנהל זאת. היתרון בסטורג' סגור הוא שמה שקנית ניתן לך עם שרות ואחריות של היצרן (אם כי במחיר תחזוקה שנתית גבוה). כשזה מגיע לעומת זאת לסטורג' Scale Out לאחסון פטהבייטים ומעלה , לסטורג' מבוסס קוד פתוח יש יתרונות בכך שיש גופים רבים המעורבים בכתיבת הקוד ונסיונו (כולל יצרני דיסקים וכו') ומדובר על פתרון חזק ויציב עם גב יצרן התוכנה ושיהיה הרבה יותר זול מכל פתרון Scale Out סגור. זו הסיבה לדוגמא שגופים מדעיים רבים בחו"ל משתמשים בפתרונות אלו.

על אחסון וגדילה

כשמדברים על אחסון (כ-Storage), רובנו נתייחס למכונה הגדולה שנמצאת בחברה, ה-Storage הזה שברוב מוחלט של המקרים הוא קופסא של יצרן כלשהו. זה יכול להיות של NetApp, של EMC, של IBM, של HP ושלל חברות גדולות וקטנות, כל חברה בד"כ תקנה לפני הצרכים או לפי ההמלצות, ואצל רובן תהיה "קופסא" אחת כזו שאליה משורשרים "מגשים" של דיסקים. זה יכול להיות דיסקים מכניים מבוססי SAS, דיסקים שהם SSD, דיסקים שהם NL-SAS או אפילו במקרים מסויימים – SATA.

זו (בהפשטה גמורה) מערכת אחסון שקיימת אצל רוב החברות. אצל חלק מהחברות יש מספר אחסונים שונים שמופרדים אחד מהשני ולכל אחד מהם מטלות שונות ואצל חלק מהחברות מעדיפים ללכת בגישה של אחסון אחד שיתן את הפתרון להכל, החל ממתן שרותי NFS או iSCSI למכונות הוירטואליות ועד לשרותי אחסון/גישה לקבצים (בד"כ CIFS/SMB) עבור העובדים (דברים שלא נשמרים בדיסק המקומי בד"כ).

מה קורה כשכמות המקום הפנוי היא קטנה? בד"כ מוסיפים עוד "מגש" (במקרים מסויימים זה נקרא גם JBOD) והדיסקים שיהיו בפנים יכולים להיות מסוגים שונים, בהתאם לתקציב ולביצועים שמעוניינים לקבל. הגישה הזו נקראת Scale Up.

הבעיה המהותית בגישה הזו היא המרחב שאליו ניתן לגדול. ככל שאתה מוסיף דיסקים, יוצר LUNs נוספים וכו' אתה מעמיס יותר על המעבדים שנמצאים בתוך פתרון האחסון. ספק האחסון ישמח במקרים כאלו למכור לך כל מיני שדרוגים (תוספת זכרון, מעבד נוסף בחלק מהדגמים) שיקלו על העומס, אך ככל שהעומס שלך מבחינת כמות VM, כמות קבצים וכו' גודלים – אתה שוב תגיע למצב שמערכת האחסון שלך תיחנק.

בנוסף – ישנם 2 בעיות רציניות:

הבעיה הראשונה נקראת SPOF (או Single Point Of Failure): הגדרות שגויות, מעבד שמתקלגל, זכרון שנדפק, בקר שהפסיק לעבוד בצורה תקינה – והפתרון אחסון שלך יתן ביצועים גרועים או שבמקרה הגרוע – יפסיק לעבוד. נכון, יש SLA שסביר להניח שרכשתם ובו טכנאי של החברה המייצרת/יבואן הפתרון יתחבר אליכם מרחוק או יגיע אליכם תוך זמן קצר, אך עדיין, גם אם הוא יתקן את התקלה, תצטרך ברוב המקרים להפעיל את כל המכונות הוירטואליות מחדש, לוודא שכל השרותים למעלה, לוודא שהגדרות שביצעו אנשי ה-IT באמת נשמרו ולא צריכים להגדיר מחדש כדי ששרותים יעלו ובקיצור – כמעט שום תקלה שקשורה לתיקון האחסון אינה מסתיימת בדקות ספורות אלא יותר בשעות.

אם תשאל את יבואן האחסון לפתרון, הוא ישמח להציע לך פתרון של "אשכול" (Cluster): בפתרון כזה אתם רוכשים עוד פתרון אחסון זהה (אם כי אפשר בחלק מהמקרים להסתפק בדיסקים יותר איטיים ו-SSD שישמש כמטמון, תלוי ביצרן, תלוי בדגם) ואז מבחינה תיאורתית אם האחסון הראשי נופל – האחסון השני נכנס לפעולה (מה שנקרא Active/Passive Cluster) ואפשר "לטפל" לדגמים יותר גבוהים שמאפשרים לך בעצם לפצל את העומס בערך למחצית, כאשר 2 האחסונים עובדים ביחד וכל ביט שנכתב – נכתב ב-2 האחסונים. פתרון זה נקרא Active/Active Cluster ובמקרה כזה אם אחד האחסונים נופל, השני ימשיך לעבוד כרגיל וברגע שהאחסון התקול יטופל ויעלה, יהיה סינכרון בין האחסונים. הבעיה הכי גדולה בפתרון כזה – הוא המחיר, והוא מאוד גבוה.

הבעיה השניה שהיא יותר מהותית באותם אחסונים כמו NetApp ואחרים – היא "קניינות" של הפתרון, כלומר שהכל סגור מבחינת ה"ברזל", הדיסקים והמערכות שעובדות בתוכו. אם מחר יפנה אליך לדוגמא יבואן דיסקים ויציע לך מבצע-משוגע של דיסקים מבוססי SAS גדולים במחיר של 3 ותקבל 4 (לדוגמא) – לא תוכל להכניס את הדיסקים הללו לאחסונים הנ"ל. ישנו קוד מיוחד שבודק את הדיסק שהכנסת ל"מגש" וברגע שהוא מוצא שהדיסק אינו מאותו יצרן/סוג מסויים שיצרן האחסון עובד איתו – המערכת פשוט לא תהיה מוכנה להכניס את הדיסקים החדשים שקנית לשימוש. אתה גם לא יכול להכניס JBOD שאינם של אותו יצרן אחסון לשימוש עם פתרון האחסון. בקיצור – הכל צריך לעבור דרך השיווק של יצרן פתרון האחסון שיש לך, והוא כמובן נוקב במחירים הרבה יותר גבוהים ממה שאתה יכול לקנות בשוק החופשי. (אם כי אסייג שבחלק מהפתרון לקצה היותר נמוך, במיוחד פתרונות NAS – אין בעיה להכניס דיסק של כל יצרן, אבל הבעיות של פתרונות כאלו הם עדיין ה-Scaling).

כל מה שתיארתי לעיל אינם חדשות לאף איש IT שמכיר Storage שנים רבות. תמיד זה היה כך וזה מגיע עוד מהימים שאם היית רוצה להריץ גירסת יוניקס כלשהי (נניח Solaris) – היית חייב לרכוש את ה"ברזלים", כרטיסים ושאר ציודים שקשורים לאותו יוניקס – רק מיצרן אחד, עד שנכנס לינוקס לתמונה שאיפשר להריץ דברים על כל שרת מכל יצרן.

מ-Scale Up נעבור למושג שמוכר יותר בתחום ה-High Performance Computing ותחום הענן – זהו תחום ה-Scale Out בפתרונות אחסון.

סביר להניח שלקוראי פוסט זה יש חשבון אחד או יותר אצל אחד מספקי פתרון ענן כלשהו, בין אם זה אמזון , או Google Compute Platform או Azure של מיקרוסופט – ונגזרותיהם: לאמזון יש את S3, לגוגל יש את ה-Google Drive, למיקרוסופט יש את OneDrive ויש גם פתרונות אחרים כמו DropBox ואחרים.

המכנה המשותף לכל אותם פתרונות אחסון קבצים בענן – זה מערכות האחסון שלהם. אף אחד מספקי הענן לא משתמש ב-NetApp או EMC והם לא משתמשים בדיסקים SAS במהירות 15K RPM כדי לאחסן את הקבצים שאתה מעלה (אינני מדבר על אחסון של מכונות וירטואליות או EBS – לזה נגיע בהמשך). במה הם משתמשים? בדיסקים הכי פשוטים שיש (כן, גם דיסקים איטיים). מהי מערכת האחסון שלהם? לכל אחד מספקי הענן יש פתרון In House משלו שהמתכנתים שלו כתבו או השתמשו בפתרון קוד פתוח אחר (אף אחד מהספקים לא מפרט) וברוב המקרים זה רץ על לינוקס. הם כמובן משתמשים בדיסקים של SSD כחלק מהפתרון, ואת השרידות הם מבצעים בכך שהם כותבים את אותו הקובץ למספר מקומות אחרים באותו Data Center. מכיוון שמדובר בפתרון שמכיל מאות אלפי (ויותר) דיסקים קשיחים – הפתרון מבחינה טכנית אצלהם שונה לחלוטין ממה שיש ב-Corporate. אין RAID ברמה כלשהי, ואין מעבדים קניינים מיוחדים בתוך שרתי האחסון (שאליו מחוברים כמות רצינית של JBOD). כך מצד אחד הם חוסכים בהשקעה ומצד שני הם יכולים לתת רמת שרידות מעולה. אחרי הכל, במחיר של דיסק אחד ל-Enterprise אפשר לקנות 3 דיסקים הרבה יותר גדולים מבוססי SATA פשוטים.

כשזה מגיע לאחסון מכונות וירטואליות או אחסון שיותר מוכר כ-Raw Storage – לדוגמא EBS, PD, Drives – בהתאם לספק ענן, גם כאן ספקי הענן לא "רצים" לקנות את פתרונות ה-Enterprise והם מעדיפים פתרונות SSD שהם זולים, גם אם חיי המוצר יהיו קצרים, והספקים משתמשים בכל טריק אפשרי כדי לתת למכונות שלך בענן ביצועים גבוהים (יחסית), אבל שוב -אין שימוש בפתרונות אחסון קנייניים מבחוץ כמו של EMC ואחרים. זה פשוט לא שווה להם פיננסית, במיוחד בתחרות האכזרית כיום שכל ספק חותך בעשרות אחוזים את המחיר והשאר "נגררים" אחריו בחיתוכי מחיר לאחר מספר ימים.

הפתרונות שתיארתי מבחינת ספקי הענן – הם נכללים בקטגוריות ה-Scale Out, כלומר הפתרונות לא מבוססים על שרת אחסון יחיד ואולי עוד Mirror, אלא הם מתחילים ב-3 שרתים ומעלה כאשר העומס מחולק בין השרתים. במקרה של ספקי הענן מדובר כמובן בהרבה יותר מ-3, ומכיוון שהכל נכתב בכמה וכמה עותקים, גם אם יפלו שרתים שמחזיקים מאות דיסקים, אתה לא תרגיש בכלום, כי אתה תקבל את השרות משרתי אחסון שכנים שיושבים באותו Data Center.

פתרונות ה-Scale Out Storage החלו את דרכם בפרוייקטים שמבוססים HPC. בפרוייקטים כאלו יש צורך באחסון כמויות עצומות (פטהבייטים ומעלה) וכל פתרון כזה אם היה מבוסס על פתרון של NetApp או EMC היה גוזל הרבה יותר מדי משאבים כספיים לפרויקט ומכיוון שנוצר צורך בפתרון שהולך וגודל ומצריך המון דיסקים ושרידות מאוד גבוהה – נוצרו פתרונות אחסון מבוססי קוד פתוח שיכולים גם לתת פתרון לפרוייקטים מבוססי HPC וגם יכולים לגדול מיידית ולשרת אלפי ועשרות אלפי מכונות וירטואליות, אחסון קבצים ועוד.

בפוסט הבא אתאר כיצד פתרון Scale Out יכול להתאים ל-Enterprise/Corporate, מהם ה"מועמדים", יתרונות וחסרונות ובמיוחד – על Ceph.