Системы хранения данных. Часть 3. SAN

 АЛЕКСЕЙ БЕРЕЖНОЙ, независимый консультант, системный архитектор, специалист по системам виртуализации и резервного копирования, alexey.berezhnoy@tech-center.com

Системы хранения данных
Часть 3. SAN

В статье дается общее представление о работе сетей хранения данных и особенностях взаимодействия с серверным оборудованием и другими сетями

Вместо предисловия. Недостатки стандартных решений DAS и NAS

В предыдущих статьях [1] и [2] читатели познакомились с весьма популярными ранее решениями по созданию систем хранения данных – DAS и NAS.

Для лучшего понимания стоит напомнить, что DAS (Direct Access Storage), в дословном переводе означающее «хранилище с прямым доступом», является самым старым изаслуженным подвидом систем хранения данных. Любой сервер имеет в своем составе дисковую подсистему, доступ к которой осуществляется напрямую без посредников в виде какой-либо сети. Можно с уверенностью утверждать, что любой сервер содержит DAS.

В итоге получается, что DAS может служить своего рода кирпичиком для построения более сложных систем.

В последнее время ради удобства и большей масштабируемости стали разделять головной серверный модуль и подключаемое дисковое хранилище. Основным связующим звеном между этими компонентами является RAID-контроллер, или дисковый адаптер (HBA), позволяющий связать дисковую «полку» с сервером.

Однако системы Direct Access Storage не лишены ряда недостатков. Среди них:

• Плохая масштабируемость. Любая такая система даже с разделяемыми дисковыми полками при наращивании объема очень скоро упирается в некий предел, заложенный конструктивными особенностями. В первую очередь это ограничение на количество подключаемых дисков к одному контроллеру, неспособность HBA или RAID-контроллера работать с дисками большого объема, а также ограничение на количество подключаемых внешних хранилищ (дисковых «полок»).
• Немалую роль также играет быстродействие всей компьютерной системы – при нехватке мощности процессора или оперативной памяти работа всей системы может замедлиться до критического уровня.
• Недостаточная гибкость в распределении ресурсов. Какой бы объемной и мощной ни была дисковая подсистема, обычно она доступна для работы только одному выделенному серверу. Поэтому если на одном сервере ощущается дефицит дискового пространства, а на другом присутствует в избытке, то с этим в данном случае нельзя ничего поделать.

Примечание. Для агрегации дискового пространства на различных узлах сети можно использовать специальные распределенные файловые системы, например GPFS [3], но этимеханизмы, по сути, являются сложными сетевыми структурами, работающими на нескольких уровнях, в отличие от рассматриваемых здесь стандартных СХД.

Чтобы избежать подобных неудобств, были придуманы сетевые системы хранения данных – NAS (Network Attached Storage), которые позволяют работать с дисковыми хранилищами прямо из локальной сети. По сути, такая система упраздняет связку сервер + дисковая полка и позволяет получать доступ к данным по сетевым протоколам, при этом возможен доступ к одному и тому же дисковому тому со стороны нескольких клиентов (серверов и рабочих станций).

Однако устройства NAS имеют ряд серьезных недостатков.

• В первую очередь это относительно невысокая скорость при использовании стандартных сетевых протоколов и высокие накладные расходы. Для превращения блока данных, созданного прикладной программой, в набор Ethernet-кадров, пригодных к трансляции по локальной сети, приходится провести большое число преобразований. Эта процедура замедляет обмен информацией и требует достаточно большого количества системных ресурсов.
• Еще одним недостатком Network Attached Storage является тот факт, что это именно сетевое устройство, предоставляющее файловый доступ. И даже смонтировав такой ресурс, как сетевой диск или папка в файловой системе, вы все равно не можете отформатировать устройство, выполнить дефрагментацию файловой системы, записать ееобраз в виде файла и так далее.
• В свою очередь, работа с дисками и другими устройствами DAS ведется методом блочного доступа, когда операционная система получает полный доступ к файловой системе на уровне отдельных фрагментов. Такой подход позволяет работать с устройством напрямую. Помимо выполнения специфичных операций, таких как форматирование, некоторые программы отказываются работать с устройствами другого типа, например с сетевыми дисками. Некоторые прикладные программы, прекрасно работающие сустройствами блочного доступа, отказываются работать с сетевыми ресурсами, смонтированными на локальной системе.

Примечание. Прекрасным примером такого неприятного сюрприза со стороны производителей ПО может служить Microsoft Data Protector Manager [4], работающий только сустройствами блочного типа. Почему Microsoft в этот раз решилась предать забвению свое любимое детище – CIFS [5] протокол – и что побудило принять такое искусственное ограничение, пока остается неясным. Все это было бы смешно, если бы не было так грустно, ведь большинство систем резервного хранения использует либо файловый доступ (сетевые ресурсы), либо последовательный доступ (магнитные ленты). При этом стоит отметить, что программа ntbackup, используемая вплоть до Windows 2003 R2 SP2, прекрасно работает со всеми типами систем хранения. Решение отказаться от других методов доступа, кроме блочного, явилось очередной «головной болью» для сисадминов иадминистраторов резервного копирования, которые в итоге снова были вынуждены в срочном порядке искать замену продуктам Microsoft.

Чтобы преодолеть все вышеуказанные ограничения, возникла необходимость создать устройства, которые, с одной стороны, подключались бы к некой сети передачи данных ипозволяли более рачительно использовать дисковые ресурсы, с другой – дали возможность осуществить доступ блочным методом.

Таким образом, мы подошли к идее создания сети хранения данных – SAN.

Статью целиком читайте в журнале «Системный администратор», №06 за 2016 г. на страницах 09-13.

PDF-версию данного номера можно приобрести в нашем магазине.

1. Бережной А. Системы хранения данных. Часть 1. DAS. // «Системный администратор», №4, 2016 г. – С. 4-7 (http://samag.ru/archive/article/3163).
2. Бережной. А. Системы хранения данных. Часть 2. NAS. // «Системный администратор», №5, 2016 г. – С. 4-8 (http://samag.ru/archive/article/3185).
3. General Parallel File System. Раздел в IBM Knowledge Center – http://www.ibm.com/support/knowledgecenter/SSFKCN/gpfs_welcome.html.
4. Data Protection Manager (DPM). Статья на Microsoft Tech Net – https://technet.microsoft.com/ru-ru/library/hh758173%28v=sc.12%29.aspx.
5. Common Internet File System (CIFS). Статья на Microsoft Tech Net – https://technet.microsoft.com/ru-ru/library/cc939973.aspx.
6. Официальный сайт Fibre Channel Industry Accociation – http://fibrechannel.org.
7. Документ RFC 4172. iFCP – A Protocol for Internet Fibre Channel Storage Networking – https://tools.ietf.org/html/rfc4172.
8. Документ RFC 3821. Fibre Channel Over TCP/IP (FCIP) – https://tools.ietf.org/html/rfc3821.
9. Сайт, посвященный протоколу FCoE – http://www.fcoe.com.
10. Документ RFC 3720 Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI) – https://tools.ietf.org/html/rfc3720.
11. Сайт InfiniBand Trade Association – http://www.infinibandta.org.

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи