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纯粹从组织来看,很难找到将数据限制到特定位置的理由。
假设具备适当的安全性和可靠性,个人和应用程序应该能够从任何地理位置轻松访问文件和文件夹,就像数据在本地一样。
随着数据集的增长,用户需求也随之增长。
管理员没有更多的时间在容器之间移动数据、重新组织工作流和共享,以及处理传统存储的技术限制所导致的越来越多复杂性。
SAN或NAS存储环境中的另一个重要难题是浪费;
许多存储供应商判定其存储多达50%未得到利用。
虽然这有利于存储供应商的收益,但它导致电力、冷却和管理方面的浪费。
当卷由于可靠性问题、技术限制或性能特性而受到大小限制时,它们最终会导致出现效率低下的情况。
这些固定的资源集要充分发挥全部潜力,必须进行持续的调整、监管和工作流更改,占用了员工处理数据中心更具战略性和更关键任务的时间。
镜像和RAID等数据保护技术旨在减少存储介质的复杂性并通过冗余提供可靠性。
传统存储的这一关键组件现在面临巨大的可扩展性障碍,因为介质和基于文件的数据量的扩展速度远快于能够访问它们的速度。
仅当能够在发生另一起故障前重新构建数据时,RAID才有效,而且当今的技术在最好的情况下也只能容忍同时发生两起故障。
随着修复这些故障所需的时间增加,发生另一起故障的概率也会增加。
3TB驱动器已然上市,4TB驱动器即将推出,6TB驱动器也在紧锣密鼓的开发中,使用RAID进行数据保护是不可持续的,新的方法势在必行。
在大多数企业存储环境中,系统内、数据中心内或远程位置的镜像技术可以作为RAID的补充。
这种简单粗暴的数据复制技术解决了单一的可用性难题,但其设计是不可扩展的。
就使用的额外容量、处理开销、网络带宽和运营成本而言,在系统内或单个数据中心内复制数据的方法耗费的成本很快就会变得不可接受。
此外,放在存储系统中的数据本质上是动态的,今天还有价值或很关键的数据,明天就会成为昨日黄花。
各组织必须能够让保护机制与数据的价值保持一致,并能够根据优先级和需求方便地对保护机制进行调整。
根据摩尔法则,在传统存储系统中实现高性能也是一个重大挑战。
通过更换整个系统来提高性能,成本会极其昂贵,并且会造成中断。
仅仅为了避免今后进行重大升级而购买不必要的设备、消耗不需要的电力并占用宝贵的数据中心场所,这不是一种可持续的模式。
创建特定的卷并持续地调整这些卷,这种微观管理模式在数量较小时也许还可以管理,但面对大规模的卷时将成为不可能实现的任务。
面对这些存储难题,再加上现代工作负载的动态性,管理员根本无法满足所需的服务级别。
SAN和NAS存储系统所依赖的技术和设计决策已有20年之久,无法扩展以应对当今企业面对的难题。
需要有一个新的存储平台,一种专门设计用来根据需要而扩展的平台。
存储平台的扩展必须以经济高效、无中断、可预测的方式进行,并且在容量和性能提高时必须仍然易于管理和维护。
这种可扩展性设计称为“横向扩展”。
它提供无限地无缝增长环境而不增加复杂性的能力—这是横向扩展时代的必备要求。
1、IsilonOneFS操作系统
2000年,面对传统存储体系结构存在的难题和基于文件的数据的增长速度,Isilon的创始人开始着手设计一种革命性的新存储体系结构,即OneFS®
操作系统。
EMC®
Isilon®
存储的最重要设计选择和根本差异在于,使用OneFS,存储系统不再依赖硬件作为存储体系结构的关键组成部分。
相反,OneFS(请参见图1)将三个传统的存储体系结构层(文件系统、卷管理器和RAID)组合为一个统一的软件层,从而创建一个跨越存储系统中所有节点的单一智能文件系统。
Isilon横向扩展存储提供了应用装置硬件基础,OneFS就在这些硬件上执行。
虽然硬件是Intel、Hitachi和SuperMicro等制造商生产的商用企业级组件,但存储系统的几乎所有方面均由OneFS在软件中提供。
硬件包含高速的电池备份NVRAM日志和20Gb/s的点对点微秒级延迟互连组件Infiniband。
在此商用硬件的基础上,OneFS操作系统支持数据保护和自动数据平衡及迁移,并且无需系统停机即可无缝地添加存储和性能特性。
图1.OneFS操作系统:
为Isilon横向扩展存储平台提供支持
OneFS专用于Isilon横向扩展存储系统(称为“群集”)。
单个Isilon群集由多个存储“节点”组成,这些节点采用可安装在机架上的企业级应用装置的构造形式,其中包含内存、CPU、网络、NVRAM、Infiniband和存储介质。
Isilon群集开始只有三个节点,可以横向扩展到多达144个节点。
目前,Isilon横向扩展存储系统的单文件系统总容量从最低6TB到最高15PB不等。
添加到群集的每个节点可以增加总的磁盘、缓存、CPU和网络容量。
由于总容量增加,144个节点的群集可以访问高达13.8TB的全局一致共享缓存。
由于容量和性能均在单一存储系统、单一文件系统和单一卷中提供,系统的复杂性和存储管理员的管理时间不会随着系统的扩展而增加。
OneFS跨群集中的所有存储节点对数据划分条带。
数据从客户机发送到群集时(使用行业标准协议,如NFS和CIFS),OneFS会自动划分内容并将其并行分配到不同的存储节点。
此工作在专用Infiniband网络上进行,避免了不必要的网络流量。
Isilon群集作为单一文件系统来进行管理,并且协调和数据分布对最终用户客户端是完全透明的。
客户端要读取文件时,OneFS会并行地从多个存储节点检索相应的数据块,自动重新组合文件,请求读取文件的客户端看到的文件将与最初写入的文件完全一样。
这种以透明方式自动跨多个节点分布数据的能力,对OneFS实现增长、新一代数据保护和极高性能的能力非常重要。
OneFS将元数据也分布在所有每个节点上。
这些元数据提供整个文件系统布局方面的知识,以及每个文件和文件不同部分的驻留位置。
访问任何独立节点都可以让用户获取统一命名空间中的所有文件内容。
这种分布式元数据组织方式克服了传统并行文件系统的MDS所带来的瓶颈问题。
MDS,即元数据服务器,是传统并行文件系统集中式管理元数据的服务器。
OneFS将元数据和数据一起统一进行保护。
OneFS文件系统将屏蔽了存储架构中RAID、卷和文件系统等复杂性,这意味着在isilon系统中只有单一卷,单一文件系统。
没有卷大小和文件系统的硬性的限制,用户无需管理多个网络驱动器,用户只要开子目录,然后共享或export即可。
重新配置或扩展存储时,不需要停机。
OneFS为用户提供了管理单一NAS存储的便利性和简单性,而且其可扩展性、性能和灵活性都要胜过SAN系统。
OneFS使用分布式锁定管理器、连贯缓存和远程数据块管理器使节点保持同步,其中远程数据块管理器可在整个集群中保持全局连贯性。
正是各节点的这种全局连贯性消除了访问文件系统时会遇到的任何单点故障。
集群中的任何节点都可以接受读/写请求,而每个节点都将呈现整个文件系统的相同统一视图。
集群中的所有节点均为“对等体”,因此系统完全对称,消除了层次结构和内在瓶颈。
2、可扩展性
传统存储系统在需要额外性能或容量时必须“纵向扩展”,与此相反,OneFS使Isilon存储系统能够“横向扩展”,从而无缝地将现有文件系统或卷的容量提高到PB级别。
此外,借助OneFS的灵活性,单个群集或“池”中可以通过增加SmartPools™应用程序软件混合使用不同的节点类型,从而提供投资保护并避免在需要不同的容量或性能级别时进行“推倒重来”式升级。
SmartPools(请参见图2)使企业和存储管理员能够轻松部署单一文件系统以满足多层性能和容量要求。
此单一文件系统可随时间推移而自动适应业务数据和应用程序工作流。
图2.SmartPools通过自动、透明的数据移动将单个文件系统用于多个层
除了自动跨不同节点对数据分层外,SmartPools还可以使用固态硬盘(SSD)层,用于元数据和基于文件的存储工作流。
可以在池中使用SSD作为层来提高元数据或数据访问性能,或者可以利用一个层中的SSD来存储其他层上的文件的元数据,从而实现即使没有SSD的节点也能提高性能。
与使用其他存储系统相比,向Isilon群集添加容量和性能特性变得大为简化,存储管理员只需执行三个简单步骤即可:
在机架中添加另一个节点、将该节点连接到Infiniband网络,然后指示群集添加该附加节点。
新节点可以提供额外的容量和性能,因为每个节点都包含CPU、内存和网络。
OneFS的Autobalance™功能会一致地自动通过Infiniband网络移动数据,以便驻留在群集中的现有数据会移动到该新存储节点上。
这种自动重新平衡可以确保新节点不会成为新数据的热点,并且现有数据能够获得功能更强的存储系统的好处。
此外,OneFS的Autobalance功能对最终用户是完全透明的,并且可以调整以最大限度减小对高性能工作负载的影响。
单凭此功能即可使OneFS能够透明地从18TB动态扩展到高达10PB,同时不会增加管理员的管理时间,也不会增加存储系统的复杂性。
在单个文件系统中利用单个可扩展存储池来分配数据所带来的好处和效率往往被低估。
强制管理员限制用户选择具有所需可用空间量的卷或手动移动数据的做法非常耗时而且低效。
如果用户选择不正确,特定的卷将无法满足特定工作流的性能要求。
此外,如果组织无法对某个特定卷寻址,或者存储管理员无法透明和快速地移动数据,则无法实现最佳的存储效率。
对存储部署进行的行业分析表明,由于这些低效的做法,存储容量平均浪费了43%。
Isilon横向扩展存储系统没有此类限制,其运行时的存储效率通常超过80%。
3、性能
大规模存储系统必须提供各种工作流所要求的性能,无论这些工作流是顺序、并发还是随机的。
应用程序之间和单个应用程序之内存在不同的工作流。
OneFS利用智能软件同时满足了所有这些需求。
更重要的是,利用OneFS(请参见图3),吞吐量和IOPS可随单个系统中存在的节点数量线性扩展。
由于平衡的数据分布、自动重新平衡和分布式处理,OneFS能够在系统扩展时利用额外的CPU、网络端口和内存。
图3.OneFS线性可扩展性
为了充分利用局部性并满足各种工作流的需求,OneFS跨所有节点提供了全局可访问的一致缓存。
每个存储节点都包含标准DRAM(介于6GB至96GB之间),此内存主要用于已放在该特定存储节点上并经常被访问的缓存数据。
此缓存随着群集中添加更多节点而增长,从而使得不断增加的工作集可持续保留在缓存中,并且在单个系统中可缓存高达13.8TB的数据。
此外,OneFS让存储系统管理员能够按文件或按目录指定工作负载的类型,从而指示对特定文件/目录的访问模式是随机、并发还是顺序的。
这种独特功能使OneFS能够定制磁盘上的布局决策、缓存保留策略和数据预取策略,以便最大限度提高各个工作流的性能。
4、管理
随着组织面临更多的数据和更多的管理复杂性,他们也面对更广泛的潜在解决方案。
新一代数据中心的重点是以可持续、可扩展和高效的方式满足客户需求,成功的关键是减少管理复杂性。
传统上通过“运营费用”(或“运营开销”)来衡量的人力资本必须进行调整,以集中于使企业能够更多地提高工作效率、资源利用率并最终提高收益的活动。
传统的存储系统需要耗时的规划、升级和维护活动。
增加容量、扩展性能和添加更多用户等繁琐任务往往要求横向扩展和重新配置应用程序,从而导致中断用户活动,并最终损失工作效率和收入。
OneFS旨在简化管理活动,并在总体系统扩展时保持这种简单性,如图4所示。
利用Isilon节点在60秒内添加性能和/或容量,借助SmartConnect™和Autobalance避免手动数据及连接重新平衡,以及减轻硬件和软件升级的影响,这一切唯有OneFS能够做到。
在系统管理员添加新的存储资源后,下一个步骤通常是将现有存储设备中的内容手动迁移到新设备中,以便均衡资源之间的容量。
IsilonIQ在扩展时自动迁移内容,彻底消除了中断企业应用程序的必要性。
使用其AutoBalance功能,可在60秒内将新的存储节点添加到IsilonIQ集群。
节点打开、网络电缆连接后,AutoBalance通过集群的互连后端交换机,立即着手将现有存储节点中的内容移至新添加的节点,在集群的所有节点中重新平衡全部内容并实现最大的利用率。
图4.OneFS的简单性与传统NAS的复杂性
IsilonIQ的“即插即用”的设计,使很多工作可以自动完成,再也不用与其他高端系统那样进行手工操作了。
只要花费几分钟时间就能够完成IsilonIQ集群的初始安装和配置,而以前安装和设置一个SAN系统要花费好几周的时间。
使用IsilonIQ,不再需要采购光纤通道交换机、主机总线适配器以及其他硬件和软件,减少了需要安装、设置和管理的设备。
对容量进行扩容就更为简单了,正如一个客户所说:
“使用Isilon存储系统,能容易地添加新的节点。
而原来在SAN上扩容则是另外一回事—不仅复杂,且特别耗时。
”
IsilonIQ能够自动扩容、平衡负载、改变文件保护级别或RAID级别以及重新安装应用服务器,而以前这些工作都需要手工完成。
运用IsilonIQ存储系统,60秒内即可完成新容量的添加,无需重新对应用服务器进行设置,并且用户对内容的访问也不会中断。
IsilonIQ特有的预先捆绑的AutoBalance软件能在扩容后,自动在后台迁移内容和平衡负载。
这项独特的优势消除了停机时间,用户也不会中断同内容的连接,管理员可以省出好几天时间来完成其他的工作。
OneFS的另外一个自动功能是SmartConnect。
SmartConnect功能支持存储节点间的客户端连接负载均衡、动态NFS故障转移和客户端连接故障恢复,以最佳地利用集群资源。
由于无需安装客户端驱动器,管理员能够轻松管理庞大而且数量不断增加的客户端,即使遇到系统故障也可以放心,读写操作将会成功完成,且不会失败。
通过提供单一虚拟主机名,SmartConnect使IT管理员能够轻松管理客户端连接。
SmartConnect采用智能策略(即CPU使用率、连接数、吞吐率)来简化连接管理任务,方法是根据已定义的策略在集群内自动分布客户端连接,从而实现性能的最大化。
根据存储撰稿人、资深顾问和权威评论家JonToigo的观点,“存储的真实成本不在于购买了多少硬件,而在于需要雇用多少人来维护这些硬件的运行”。
而IsilonIQ存储系统构建了单一存储池,消除管理多个“存储孤岛”(服务于不同的用户群和应用程序)所产生的成本。
因为传统存储系统在文件系统或卷容量方面的局限,系统管理员不得不花费大量时间来管理整个存储系统的容量利用率和性能平衡需求。
IsilonIQ先进的软件使得系统具备自支持能力,使得管理员能够腾出更多的时间投入到其他项目中。
IsilonIQ可以与标准以太网连接,因此可以在现有的存储系统架构上直接安装IsilonIQ,用现有的网络管理工具就能够轻松进行管理。
IsilonIQ存储系统使用简便,这要就不需要专门选派管理员去进行系统管理的培训了。
一位IsilonIQ客户曾经表示:
“以前我们采用其他供应商的产品时,如果我们系统管理员不守在办公室时,那么我们的系统就可能整个面临瘫痪。
现在采用IsilonIQ存储方案后,从未接触存储系统的人也可以轻松的来管理这个系统。
5、数据保护
传统存储系统扩展时,在规模尚小时适用的技术在规模较大时变得不再适用,RAID就是最好的例子。
仅当能够在发生另一起故障前重新构建数据时,RAID才有效。
但是,由于数据量增加时,访问该数据的速度并未提高,发生其他故障的可能性会不断增加。
OneFS不依赖基于硬件的RAID技术来提供数据保护。
相反,OneFS包含核心技术FlexProtect™,此技术基于可靠的数学构造,并利用Reed-Solomon编码来提供冗余和可用性。
FlexProtect可以提供针对最多四个同时发生的全节点或单个驱动器的故障的保护,并且在群集规模扩展时,FlexProtect可以满足确保将单个故障的重新构建时间缩至最短这一要求。
FlexProtect是OneFS中的一项重要创新技术,它采用特定于文件的方法来实现数据保护,为每个文件单独存储保护信息。
这种独立保护允许将保护数据连同文件数据一起散布在整个群集中(请参见图5),从而在需要时大幅提高数据访问和重建的潜在并行度。
在Isilon存储系统中存在节点或驱动器故障时,FlexProtect能够确定文件的哪些部分受故障的影响,并让多个节点仅参与受影响的文件的重新构建。
由于OneFS中的Autobalance功能将文件散布在整个群集中,可用来重新构建文件的磁盘轴和CPU数量远超过典型硬件RAID实施中可用的数量。
此外,FlexProtect不需要在单个备用驱动器上重新构建数据(RAID采用此方法造成不可避免的瓶颈);
相反,文件数据是在可用空间中重新构建的,从而提供了虚拟“热备盘”。
举例来说,Isilon的“n+2”双ECC纠错在单一集群和文件系统内最多允许磁盘或整个节点同时出现两个故障。
每个文件皆在集群内的多个节点中进行块级拆分,其中每个数据块有两个奇偶校验块级拆分。
与“n+1”单奇偶校验不同,如果此次重建过程中出现了第二个故障,所有数据仍全部可用,因为最初已通过双重ECC保护对数据进行了块级拆分。
相反,如果同样的情形发生在使用RAID5的传统系统中,则将造成数据丢失,而且无法恢复。
Isilon工程师估计,n+2RAID的平均故障间隔时间(MTBF)比单奇偶校验RAID的长100倍。
现在,设想一下,IsilonSystems的这种功能最高达到“n+4”,使得任何集群存储系统均可以承受驱动器或整个节点的四个同时故障,这是史无前例的,由此你就会明白IsilonSystems为何被视为市场上可用性最高的解决方案了。
图5.OneFSN+4数据保护
OneFS会持续地监视群集中所有文件和磁盘的运行状况,如果组件面临风险,文件系统会自动标记问题组件以便更换,并将相关文件透明地重新分配到状良好的组件上。
OneFS在每个驱动器上保存可用智能统计信息(例如可恢复的读错误)的记录,以预测该驱动器会在什么时候发生故障。
如果OneFS发现有风险的组件,它会抢先将数据迁出“有风险的”磁盘,并以自动且对客户透明的方式将数据移到集群中的可用自由空间。
数据重建后,在实际故障发生之前,通知用户维修可疑驱动器。
客户可以放心,使用此功能,写入的数据将百分百可靠地进行存储,每个位都是正确的,且在需要时随时可用。
目前,没有任何其他集群解决方案能够提供这种水平的数据保护可靠性。
OneFS还可以确保文件系统在写入操作期间发生意外故障时的数据完整性。
每个写入操作都作为事务提交到NVRAM日志,以提供针对节点或群集故障的保护。
在发生写入故障的情况下,日志使节点能够快速重新加入群集,无需进行文件系统一致性检查。
由于不存在单点故障,发生NVRAM故障时,文件系统在事务上也是安全的。
OneFS中的FlexProtect功能可以识别文件,因此它还提供了特定于文件的保护功能。
可以为单个文件(更常见的是某个目录)提供特定的保护级别,并按照与数据或工作流的重要性级别保护文件系统的不同部分。
关键数据可以获得更高的保护级别,而不太关键的数据可以获得较低的保护级别。
这为存储管理员提供了非常精确的保护/容量权衡,可在群集扩展和工作流过时的时候动态调整。
6、SyncIQ软件:
快速而可靠的基于文件的复制
所有企业都希望自我保护,以避免计划外停机和数据丢失。
这一领域的最佳做法通常是创建和保留重要数据的副本,以便随时进行恢复。
有许多方法来创建和维护数据副本。
正确的方法取决于数据对于企业的重要性及其适时性—企业在缺少该数据的情况下可以坚持多久。
随着纳入管理的数据量剧增,公司保护其数据的能力面临着相当大的压力。
备份窗口缩短,源和目标站点上的单一系统(磁头、控制器、磁带等)成为瓶颈,数据的逻辑和物理分段将数据保护过程分割得支离破碎。
结果导致数据风险增加,并提高了数据管理的复杂性。
IsilonSyncIQ为灾难恢复、业务连续性、磁盘到磁盘备份和远程磁盘归档提供强大、灵活和易于管理的数据复制。
SyncIQ具备独特的复制性能—Isilon群集上的每个节点都可以发送和接收数据,因此,它实际上会随着数据存储的增长而加快速度,并且可以对其进行配置以充分利用所有可用的网络带宽。
由于源和目标都可以扩展到数PB容量,而不需要划分为多个卷或文件系统,因此数据复制在开始时很简单,并且随着系统扩展将保持简单性,从而为灾难恢复提供坚实的基础。
简单而直观的Web界面使您可以轻松组织SyncIQ复制作业的频率和优先级,以符合您的业务连续性优先级。
通常,将建立SyncIQ重复性作业以保护公司灾难恢复计划中的各个主要恢复点目标需要的数据—每6小时同步一次客户数据,每2天同步一次HR数据等等。
根据业务重要程度,配置目录、文件系统
甚至特定文件以进行频率较高或较低的复制。
为需要保留的停用数据创建远程归档副本,以便回收生产系统中的宝贵容量。
复制不应引起中断,而SyncIQ具有无中断特性;
恰好占用您指定的或高或低的系统资源和网络带宽。
默认情况下,SyncIQ将占用所有空闲系统资源和网络资源。
为了获得更高的灵活性,您可以限制SyncIQ系统或网络资源利用率,并将同步作业安排在非高峰时段进行。
SyncIQ体系结构:
灵活的异步复制提供跨NL系列IsilonIQ存储群集的精细、异步数据复制。
WAN和LAN支持客户可以在LAN(数据中心内部)或WAN(外部数据中心)上执行复制作业。
多向复制SyncIQ复制支持一对一、一对多和多对多复制(单向和双向)。
SyncIQ管理功能:
复制策略控制可以为整个群集设置复制策略,或
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