Die Nachfrage nach Speicher wächst stetig. Von daher ist es nicht verwunderlich, wenn sich große Unternehmen, wie Hewlett Packard, ein Stück vom Kuchen abschneiden möchten. So offeriert HP sowohl NAS- als auch SAN-Speicherlösungen über die gesamte Bandbreite. Möglich wurde das breite Angebot auch durch die Übernahme von 3PAR im September 2010 für 2,4 Milliarden US-Dollar. 3PAR ging im Jahr 2002 mit den Storage-Systemen InServ T400 und T800 an den Start. Das Unternehmen gilt als Pionier von Thin Provisioning sowie Technologien aus dem Bereich der Storage-Virtualisierung. 3PAR bietet unter anderem eine geclusterte Multi-Tenant-Storage-Architektur an, die sich besonders gut für Cloud Computing (Private und Public) eignen soll. Unter anderem aus diesem Grund kaufte HP 3PAR auch auf.
Das Portfolio der blockbasierten 3PAR-Geräte besteht aus Systemen der F-Class, T-Class und der P10000/V-Serie, die alle sowohl über Fibre- (SAN), als auch über IP (iSCSI) Speicherplatz präsentieren. Die Produkte der S- und E-Klasse (E200) werden inzwischen nicht mehr produziert. Als Beinamen findet man auch oft noch InServ für die Systeme und InForm für das Betriebssystem und die Software. Die Architektur trägt die Bezeichnung InSpire Architecture.
In einem Rack finden alle Komponenten der 3PAR-Modelle Platz: redundante Stromversorgung für die Disks und die Controller, redundante Datenpfade zu und von den Disks und die geschaltete Verbindung aller Controller untereinander über die Backplane. Im Vergleich zu modular aufgebauten Speichersystemen hat die Gitterstruktur nicht mit deren Einschränkungen zu Kämpfen.
Als Betriebssystem läuft auf allen 3PAR-Systemen das InForm OS (Version 3.1.1) mit der Management Konsole und einer Kommandozeile - Mitbewerber NetApp setzt hier auf ONTAP OS. Unterstützt werden so genannte Benutzerrollen für einen kontrollierten Zugang zu den Management-Funktionen. Mittels Rapid Provisioning können vordefinierte Einstellungen schnell und einfach mehreren Systemen und/ oder Virtual Disks zugewiesen werden.
HP nutzt Controller-Redundanz und Cache zur Beschleunigung
Bei Hewlett Packards kompletten SAN-Produktportfolio kommen vom Modular-Smart-Array MSA für den SMB-Markt bis hin zum Enterprise-Virtual-Array EVA meist zwei gleichartige Speicher-Controller zum Einsatz, die sich gegenseitig stützen und die I/O-Last teilen. Durch die mindestens doppelte Auslegung der Komponenten wird für Redundanz und somit eine erhöhe Ausfallsicherheit gesorgt.
Schnelle Cache-Bausteine für Lese- und Schreiboperationen helfen, Zugriffe auf die Festplatten der Storage-Systeme zu minimieren. Damit im Störungsfall keine Daten verloren gehen und der zweite Controller für den ersten einspringen kann, ist es notwendig, dass der Schreib-Cache auf beiden Controllern stets den gleichen Inhalt aufweist (Cache-Kohärenz) und keine inkonsistenten Daten geliefert werden.
Bei vielen Herstellern wird bei Problemen mit dem Cache der Puffer deaktiviert, was wiederum einen spürbaren Einfluss auf die Performance vom und zum Benutzer - respektive Server - hat. Mit Cache spricht man vom Write-Back-, ohne Cache von Write-Through-Modus, den die Schreibdaten zur Disk nehmen. Ein Controller ist in diesem Kontext der intelligente Teil des Speichersystems mit Cache, I/O-Anbindung und der Firmware, der die Daten auf die Disks verteilt und diese in Form einer virtuellen Disk (Logical Unit Number LUN) dem Server-System verfügbar macht.
3PAR-Modellserien
Die F-Linie differenziert nach F200 und F400 - erlaubt beim F200 Modell eine Speicherkapazität von 128 TByte über 192 Laufwerke und das größere F400 Modell 384 TByte verteilt auf 384 Disks. Das kleinere Modell bietet für die Verbindung zur Außenwelt zwölf 4-Gbit/s-Fibre-Channel-Interfaces und acht 1-GBit/s-Ethernet-Schnittstellen für das iSCSI-Protokoll. Beim F400 ist jeweils die doppelte Anzahl vorhanden.
Auch die T-Serie ist in zwei Modellreihen unterteilt, nämlich T400 und T800. Erstere bietet mit 640 Laufwerken maximal 400 TByte und das T800-System mit der doppelten Anzahl an Laufwerken maximal 800 TByte Platz für Daten - hier korreliert die Bezeichnung mit der maximalen Speicherkapazität.
Foto: Hewlett Packard
Die minimale Basiskonfiguration besteht bei einer T400 oder T800 aus einem Service-Prozessor, zwei Controllern und einem zwei Meter hohen Rack. Auf jedem Controller-Board sitzen zwei Dualcore Xeon-Prozessoren von Intel, der ASIC, der Cache, je ein Gigabit-Ethernet Port für Management-Aufgaben sowie Remote-Copy über IP und ein Multifunktions-Controller, der drei PCI-X-Busse mit insgesamt sechs PCI-X-Slots bietet. Ein T800-System mit acht Controllern bietet somit acht ASICs mit 44,8 GByte/s Bandbreite als Spitzenwert über den Interconnect. Mit 24 I/O-Bussen wird eine maximale I/O-Bandbreite von 19,2 GByte/s erreicht. 24 DDR-SDRAM-Kanäle für den Daten-Cache und 16 FB-DIMM-Busse für den Control-Cache bringen eine Speicherbandbreite von 123 GByte/s.
Die erst kürzlich vorgestellte P10000-Serie ist mit zwei ASIC Gen4 pro Controller ausgestattet und verwendet PCIe anstelle PCI-X. Die Chunk-Größe wurde auf 1 GByte angehoben und die Fibre-Channel-Bandbreite auf 8 GBit/s verdoppelt. Anstelle 1-GBit/s-Ethernet kommt nun 10 GE für iSCSI oder FCoE zur Anwendung. Das V400 bietet maximal 800 TByte und das größere Modell V800 1600 TByte Platz für Daten. Gegenüber den T-Modellen wurde die Leistung um den Faktor 2,5 und die Kapazität um den Faktor 1,5 gesteigert.
Pluspunkte von 3PAR
Die 3PAR-Modelle bieten mit ihrer Architektur im Vergleich zu anderen Speichersystemen einige Vorteile. Zu den Schlüsselfaktoren der Storagesysteme zählen:
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ASIC (Gen3 und Gen4)
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Mesh-/Gitter-Aufbau
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Fragmentierung der Disks in gleich große Chunks
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Gleiches Betriebssystem InForm für alle 3PAR-Modelle
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Persistent Cache (ab vier Controller)
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Skalierung mit jedem neuen Controller
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Ausfallsicherheit für Hard- und Software
3PAR ist von Haus aus eine Speicherlösung basierend auf Festplatten und Solid State Disks, die durch den Einsatz eines optimierten integrierten Schaltkreises (Application Specific Integrated Circuit ASIC) sehr gut skaliert. Außerdem werden das Thin Provisioning (Zero Stream Detect) und die RAID-Funktionen in Hardware abgebildet. Viele andere Controller von Storage-Systemen bearbeiten diese Aufgaben meistens mit Standard-Prozessoren.
Foto: Hewlett Packard
Neben dem ASIC sind bei den 3PAR-Controllern zusätzlich noch zwei Dual- oder Quad-Core-Xeons auf dem Board integriert. Der ASIC ist für die Verarbeitung des Hauptdatenstroms verantwortlich und die Intel-Prozessoren kümmern sich um die Metadaten. Damit ist eine parallele, performante Bearbeitung des I/O-Datenstroms mit geringer Latenz möglich - ohne dass sich I/O-Aufträge gegenseitig behindern. Der ASIC berechnet darüber hinaus die für RAID-5 benötigten Parity-Daten direkt im Cache.
Über die Option "Thin Built In" ist der ASIC in der Lage, aus einem klassischen Fat- ein Thin-Volume ohne Unterbrechung zu generieren. Dazu wird der unbenutzte Datenbereich des Volumes vom Client mit Nullen überschrieben, der ASIC erkennt den Null-Datenstrom und generiert dann das Thin-Volume daraus.
Foto: Hewlett Packard
Alle Controller sind untereinander in einem so genannten Mesh/Gitter vernetzt. Jeder Controller hat somit auch Zugriff auf den Cache jedes anderen Controllers. Eine lokale Disk speichert das InForm-Betriebssystem. Jeder Controller wird von zwei Netzteilen (redundant) gespeist und durch je zwei Batterien gestützt. Eine Batterie für sich hat genügend Kapazität, damit der Controller notwendige Daten auf der lokalen Disk speichern kann.
Jeder der Controller ist mit einem 1,6-GByte/s-Link (800 MByte/s pro Richtung) im Gitter mit einem anderen Controller verbunden. Dieser Link ist somit viermal schneller als 4-GBit/s-Fibre-Channel. Im T800-Modell besteht das Gitter aus 28 dieser Links. Je nach T-Modell unterscheiden sich die Backplanes in der Anzahl der möglichen Controller.
Chunklets
Das InForm-Betriebssystem von 3PAR verwendet ein dreistufiges Mapping, bis ein Volume präsentiert wird. In Stufe eins wird jede Disk (PD) in Fragmente - so genannte Chunklets - der Größe 256 MByte für die F- und T-Klasse und 1 GByte für die P10000-Klasse aufgeteilt. Die Fragmente eines jeden Disktyps können dann in der zweiten Mapping-Stufe zu einer logischen Disk des gleichen Disk-Typs oder variablen Disktypen integriert werden. Eine logische Disk (LD) kann so beispielsweise auch aus Chunks von Solid State Disks, FC- und Nearline-Disks gleichzeitig bestehen - dem sogenannten "Tiered Storage", also Layer-basierten Speicher. Je nach gewünschtem RAID-Level und Lage der Chunklets werden die LDs gebildet. Damit können unterschiedliche Anforderungen im Bereich Quality of Service erfüllt werden.
Unterstützte RAID-Modi sind hier 0, 1, 5 und 6. Die Verteilung über alle Disks und der Einsatz aller Systemkomponenten (Mesh) ist der Grund, warum diese Speichersysteme sehr performant sind und mit niedriger Latenz aufwarten. Als magische Grenze wird oft eine Antwortzeit von unter 10 ms gewünscht.
Foto: Hewlett Packard
Im dritten und letzten Mapping werden alle oder Teile einer oder beziehungsweise mehrerer LD einem virtuellen Volume (VV) zugewiesen. Dieses wird dem Hostsystem mit einer Logical Unit Number (LUN) als virtuelles Volume LUN (VLUN) präsentiert. Letztere kann je nach Bedarf dank einer tabellenbasierten Zuordnung mit einer Auflösung von 32 MByte an einer Anzahl von Ports exportiert werden. Mit diesem Ansatz ist es unterbrechungsfrei möglich, einen kleinen Teil eines virtuellen Volumes einer zugewiesenen logischen Disk aus Performance oder anderen Regel-basierten Gründen einer anderen logischen Disk zuzuweisen.
"Dynamic Optimization" ersetzt beispielsweise LDs online nach Bedarf durch andere. Somit kann das virtuelle Volume den Anforderungen dynamisch angepasst werden. Es existieren zwei Arten von virtuellen Volumes, nämlich die Basis- und die Snapshot-Volumes. Über "Virtual Copy" können Snapshots generiert werden.
Dieser Cluster basierend aus den Controllern verhält sich wie ein Single-System, das heißt Server können die VV über jeden verbundenen Fibre-Channel-Port ansprechen, selbst wenn die physikalische Disk an einem anderen Controller angehängt ist.
Aufbau der Systeme
Jedes 3PAR-Speichersystem besteht aus vier Systemkomponenten:
1. Controllern:
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Bilden die Basis der Mesh-Active Architektur.
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Controller-unabhängige Instanz des InForm-Betriebssystems für Hardware- und Software-Fehlertoleranz.
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Online-konfigurierbare Adapterkarten.
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Integrierte Gigabit-Ethernet-Ports für Remote Copy.
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ASIC-unterstütztes RAID XOR.
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HP 3PAR ASICs mit integriertem Thin Built für unterbrechungsfreie Speicher-Optimierung.
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Optimiert für hohen Durchsatz und transaktionsintensiven I/O (OLTP).
2. Mesh-Backplane:
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Passive System-Backplane zur Aufnahme der Controller.
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Bildet einen Cache-kohärenten, Mesh-Active-Cluster.
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Interconnect mit niedriger Latenz.
3. Laufwerksgehäuse:
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Geschaltete Architektur zum Deaktivieren fehlerhafter Komponenten.
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Industrie-übliche Packungsdichte.
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Redundante, hot-pluggable Komponenten.
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Redundante Fibre-Channel-Pfade zu den Controllern.
4. Laufwerksmagazin:
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Hot-pluggable.
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3 Speicherlayer - Magazine für Fibre Channel, Nearline (Enterprise SATA) und Solid State Disks (SSD).
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Es können alle drei möglichen Laufwerkstypen eingesetzt werden. Pro Magazin ist aber nur der gleiche Typ möglich.
Benutzer-Software
Neben der Hardware - inklusive Firmware - trägt natürlich auch die Benutzer-Software einen großen Teil zur Bedienfreundlichkeit, Mandantenfähigkeit und Effektivität der 3PAR-Serie bei. Verfügbar für die Systeme sind beispielsweise folgende Software-Produkte von 3 PAR:
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Remote Copy
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Virtual Copy
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Virtual Domains
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Virtual Lock
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Thin Provisioning
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Thin Conversation
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Thin Persistence
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System Turner
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GeoCluster
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Adaptive Optimization
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Dynamic Optimization and Policy Advisor
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Plugin für VMware VAAI
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Management Software Plugin für VMware vCenter
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Management Console
Fazit
Mit den letzten Firmenaufkäufen hat Hewlett Packard einige interessante NAS- und SAN-Lösungen in das eigene Speicher-Portfolio integriert. Die 3PAR-Serie bietet dank der optimierten ASICs eine SAN-Lösung, die neben Thin Provisioning und Thin Preserving (ab Generation 4) auch mandantenfähig ist.
Dank der Gitter-Architektur, Arbeitsaufteilung auf ASICs und Intel-Prozessor und der Unterteilung in Chunks bekommt jede virtuelle Disks die gleiche maximale Performance zugeteilt. So zeichnen sich die 3PAR-Speichersystem auch durch hohe Leistungswerte aus, wie die gemeldeten SPC-1-Ergebnisse zeigen. Die belegten Top-Plätze zeigen, dass sich die 3PAR-Storage-Lösungen besonders gut für leistungshungrige Enterprise-Anwendungen mit hohen IOPS eignen, wie OLTP, Datenbanken oder Mailserver. (cvi)
Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag der CW-Schwesterpublikation TecChannel.