Статьи
Апрель 11, 2006

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧИВАЕТ НАДЕЖНЫЙ ДОСТУП К ДАННЫМ


  

Введение


Повышение доступности данных в системах хранения и улучшение характеристик этих систем является предметом особой заботы IT менеджеров. В этой статье обсуждаются преимущества многоканальных решений, а также способы, с помощью которых эта технология позволяет повысить избыточность системы «от точки к точке» и доступность данных при использовании raid массивов.

Защищая информацию от отказов дисковых накопителей, RAID технология обеспечивает доступность данных. Однако если имеется только один канал передачи данных от хоста к накопителям и один из компонентов этого канала отказывает, то данные становятся недоступными.

Многоканальность представляет собой отказоустойчивую технологию, при использовании которой имеется более одного физического пути передачи сигналов между CPU компьютерной системы и массивом накопителей. Эта физическая избыточность создается компонентами, из которых построен канал: шинами, контроллерами и коммутаторами, соединяющими их.

Простой пример – SCSI диск, подключенный к двум SCSI контроллерам одного и того же компьютера, или диск, подсоединенный к двум Fibre Channel портам. Если отказывает один из контроллеров, портов или свитчей, то операционная система может перенаправить I/O запросы через оставшийся контроллер, возможно, с некоторой задержкой.

В дополнение к повышению отказоустойчивости, в многоканальной реализации системы I/O запросы перераспределяются между физическими путями, связывающими хост и накопители. Это позволяет избежать «пробок» и обеспечивает баланс рабочих нагрузок.

Многоканальная технология


Два основных достоинства многоканальных решений – способность системы гибко реагировать на отказы, переключаясь на другой канал, и балансировка нагрузок. В системе, обладающей этими функциями, может быть достигнута высокая доступность данных и улучшенные характеристики.

Гибкая реакция на отказы


Простое одноканальное соединение между накопителями и хостом показано на рис. 1.

Система хранения данных, одноканальная связь между устройствами в raid массивах Infortrend
Рис.1. Одноканальная связь между устройствами

Каждое из подключенных устройств может быть отождествлено с одним хост-контроллером.

В системе может существовать несколько хост-контроллеров и каждый контроллер может управлять несколькими устройствами, однако данные пересылаются только по одному пути. Этот способ связи обычно применяется в IDE или параллельных SCSI системах.

Данные на накопителях могут быть защищены с помощью RAID технологии, однако это не увеличивает надежность передачи данных между накопителями и хостом. Если отказывает порт (Host Bus Access – HBA) или кабели/шины, то подключенные устройства становятся недоступными.

Многоканальный подход предохраняет от потенциальных сбоев, возникающих в результате отказа единственного канала связи. На рис.2 имеется более одной связи между хостом и накопителями. Если одно из соединений окажется разорванным, то хост может обеспечить доступ к любому из устройств по другому каналу и, тем самым, непрерывность функционирования системы.

Переключение на другой канал в многоканальной системе хранения данных компании Infortrend
Рис. 2. Переключение на другой канал в многоканальной системе

Балансировка нагрузки


В дополнение к защите каналов связи за счет функции переключения, многоканальность дает возможность сбалансировать нагрузку и улучшить I/O характеристики системы. Балансировка нагрузки – это перераспределение запросов ввода/вывода для того, чтобы максимально увеличить скорость обмена между хостом и накопителями. Если операционная система знает о существовании многих путей перемещения данных, то она может использовать их, чтобы увеличить скорость их передачи к накопителям или от них. Это особенно важно в приложениях с высоким уровнем рабочих нагрузок, близких к критическим.

Например, в системе, показанной слева на рис. 3, не используется балансировка нагрузок. Левый канал насыщен и представляет собой «бутылочное горлышко» для приложений, которые выполняются в данный момент на хосте.

Балансировка нагрузок в многоканальной системе хранения данных, в raid системах infortrend
Рис. 3. Балансировка нагрузок в многоканальной системе

Если же в операционной системе предусмотрена возможность балансировки нагрузок, то хост может перераспределять I/O трафик между разными каналами. Как видно из рис. 3, в системе, показанной справа, часть трафика с левого пути перенаправлена на правый с соответствующим расширением полосы пропускания. Бутылочное горлышко устранено, и общий трафик от сервера распределяется равномерно.

Многоканальные реализации ввода/вывода


В настоящее время существует три вида поставщиков многоканальных решений: поставщики подсистем хранения, поставщики программного обеспечения и поставщики OS платформ. Все они работают с одними и теми же устройствами хранения информации.

Обычно поставщики аппаратуры предлагают комплексные многоканальные решения управления памятью, реализованные на хостах с драйверами различных устройств, которые оптимизированы к их собственным подсистемам и не могут быть использованы с аппаратурой хранения данных других производителей.

С другой стороны, многоканальные решения, реализуемые производителями программного обеспечения или OS платформ, обычно имеют простые средства для переключения каналов или более сложные функции управления слоями данных на уровне тома, устройства, или и того, и другого. Потребители могут достигнуть лучшей совместной работы устройств от различных вендоров, используя интегрированные многоканальные решения в хостах, однако эти решения не обеспечивают надежного взаимодействия с накопителями, специфическими для различных производителей этих устройств.

Другой подход – предложить общее решение для OS хоста и устройств хранения определенного вендора. Например, решение Microsoft работает совместно со специфическими модулями устройств (DSM), написанными производителями этих устройств. Это дает возможность вендорам разрабатывать аппаратные решения, которые тесно интегрированы с OS платформой, так что потребители могут достигнуть как наилучшей комплексной функциональности, так и наилучших из возможных характеристик многоканальных решений.

Резервирование (избыточность) устройств хранения данных


Доступность данных достигается за счет функций многоканальности со стороны хоста, в то время как дисковый RAID массив обеспечивает необходимую избыточность для отказоустойчивости со стороны устройства хранения. Известны два основных режима резервирования для дискового массива – актив/актив и актив/пассив.

Режим актив/актив


В этом режиме данные передаются по нескольким каналам одновременно, не вызывая ухудшения характеристик. Балансировка нагрузки позволяет полностью использовать полосу пропускания всех составных частей канала.

Режим актив/пассив


Это режим работы дискового массива, в котором контроллеры имеют свои собственные логические номера дисков (Logical Unit Numbers – LUN). Каждый контроллер генерирует команды ввода/вывода только для назначенных LUN. Один из контроллеров поддерживает «первичный» путь, в то время как другой – «вторичный» путь к LUN.

Дисковый массив не разрешает доступ к диску/LUN по всем имеющимся каналам, когда он работает в режиме «актив/пассив». Если необходим доступ к LUN по множественным каналам, то дисковый массив должен автоматически изменить принадлежность LUN контроллерам. Это может вызвать масштабную деградацию характеристик.

Так как программы, занимающиеся балансировкой нагрузки, и драйверы «знают» только статус текущих заданий со стороны хоста, то характеристики системы могут в некоторых случаях деградировать, если появляются прямые I/O запросы в несоответствующих каналах доступа. Для достижения оптимальных характеристик пользователи должны определять схему балансировки нагрузки для различных режимов, в зависимости от схемы резервирования, которую поддерживает дисковый массив.

Многоканальные решения компании INFORTREND


Infortrend предлагает более гибкое многоканальное решение, в котором объединены операции, выполняемые хостом и устройством хранения, а также использованы особенности RAID подсистем Infortrend.

Для обеспечения доступности данных Infortrend поддерживает избыточность переключения между хостом и EonStor подсистемой при появлении любого сбоя. Если конфигурирование выполнено правильно, доступ к диску не нарушается при любых отказах аппаратуры, включая отказы HBA и линий связи.

Если говорить о характеристиках, то Infortrend позволяет оптимизировать полосу пропускания трафика как в режиме «актив/актив», так и в режиме «актив/пассив». Запросы ввода/вывода перераспределяются между каналами в соответствии с выбранной схемой балансировки нагрузки. Например, специальный драйвер проверяет номер I/O запроса в каждом канале и направляет этот запрос в канал с наименьшей нагрузкой (с наименьшим числом запросов в очереди). Это уменьшает вероятность того, что какой-либо канал будет переполнен за счет перегрузки запросами.

В дополнение к традиционной встроенной функции балансировки на стороне хоста Infortrend предлагает также набор интегрированных функций, взаимодействующих с дисковым массивом EonStor. Как описано выше, характеристики системы будут, скорее всего, деградировать, если хост неправильно распределяет I/O запросы между каналами, связывающими его с raid массивом. Infortrend имеет адаптивное решение на этот случай. Если конфигурирование выполнено правильно, то программы Infortrend, работающие на стороне хоста, могут получить информацию о статусе LUN/дисков массива от контроллера, определить наилучший путь к конкретному LUN и направить I/O запрос по этому пути. Если имеется более, чем одна связь в этом наилучшем пути, то запросы будут распределены по этим связям в соответствии с принятой схемой балансировки.

Это взаимодействие между устройствами хранения Infortrend применимо также и к архитектуре Microsoft MPIO. Предложенный Infortrend DMS позволяет достигнуть наилучшей доступности данных и характеристик в дисковых архивах.

Заключение


Используя многоканальные решения с интегрированными функциональными возможностями по принципу «от точки к точке» дополнительно механизмам, предлагаемым производителями устройств хранения и хост-платформ, IT менеджеры могут обеспечить надежную непрерывную работу систем хранения данных, а также достигнуть максимальной эффективности вычислений и доступности данных.

Пользователи систем Infortrend получают непрерывный доступ к устройствам хранения с прозрачным механизмом резервированного и дополнительные преимущества за счет значительного увеличения имеющейся ширины полосы с автоматической адаптивной балансировкой нагрузки, максимально использующей пропускную способность и предотвращающей появление «бутылочных горлышек» в системе.

Это мощное многоканальное решение теперь доступно для различных платформ, включая Microsoft MPIO и Linux, и будет распространено на другие платформы в ближайшем будущем.

Источник: Infortrend Technology Inc.



все статьи

 
     Производство Данио-Пресс. © 2018 ИНФОСТОР. Все права защищены.