NetApp 技术报告NetApp 集群模式 Data ONTAP 8.2简介.docx
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1、NetApp技术报告NetApp集群模式DataONTAP8.2简介NetApp公司CharlotteBrooks2013年6月ITR-3982摘要本技术报告介绍了NetApp0集群模式DataONTAP8.2的架构以及给客户带来的主要优势C目录1 NetApp集群模式DataONTAP8.2:概述31.1 智能横向扩展存储与纵向扩展31.2 多协议统一架构41.3 无中断运行42 集群模式DataONTAP架构52.1 硬件支持和基本系统概述52.2 集群模式DataONTAP网络72.3 存储效率和数据保护83集群虚拟化和多租户概念83.1 物理集群组件83.2 逻辑集群组件94总结10表
2、格目录表1)无中断的硬件和软件维护操作。5表2)无中断生命周期操作。5插图目录图1)集群模式DataONTAP概述.6图2)集群模式DataONTAP大型集群。7图3)包含单个SVM的集群。9图4)包含多个SVM的集群。101 NetApp集群模式DataONTAP8.2:概述随着NetApp集群模式DataONTAP(集群模式ONTAP)的发布,NetApp率先推出了企业就绪型“统一横向扩展存储”,借此抢占了市场先机。集群模式ONTAP是在经验证的DataONTAP技术的坚实基础上经过创新开发而成的,它是虚拟化共享存储基础架构的基础,该基础架构可以在系统生命周期内实现“无中断运行本文概括介绍
3、了集群模式DataONTAP,包括其架构和核心功能,以及它在当今敏睿数据中心领域的牢固地位。相比之前发行的版本,集群模式DataONTAP8.2在可扩展性、协议支持和数据保护功能方面有所提升。此外,它还允许同时运行多个存储虚拟机(StOrageVirtUalMaChine,SVM),以满足各种使用情形的需要,其中包括大型NAS内容存储库、通用文件服务以及企业应用程序。1.1 智能横向扩展存储与纵向扩展面对当今环境中不可避免的数据增长趋势和数据管理难题,横向扩展存储是最为有力和灵活的应对方式。不难想象,所有存储控制器的可扩展性都会受物理条件的限制,例如CPU和内存插槽的数量,以及磁盘架的空间C这
4、些条件决定了控制器所能提供的最大容量和性能。如果需要更多的存储容量或更高性能,您或许能够升级或添加CPU和内存,或者安装更多磁盘架,但控制器最终都将被完全填满,无法再进行扩展。这时,唯一的选择就是再购置更多控制器。长久以来,这一目标是通过简单的“纵向扩展”实现的,通常有两种方式:一是用全套的升级换代技术产品取代旧控制器,二是将新控制器与原有控制器同时运行。这两种方式都有明显的缺点和不足。在技术升级换代期间,需要通过数据迁移将数据从旧控制器复制到新控制器,然后再重新配置环境。这种方式不仅耗时,需要周密规划,还会经常造成中断,并且通常需要更改所有已连接的主机系统的配置,以便能访问新的存储资源C数据
5、迁移对存储管理成本和管理复杂性有很大影响。如果新控制器要与原来的控制器同时运行,则需要单独管理两个存储控制器,并且没有内置工具来平衡或重新分配两者间的工作负载。采用这种方式时,仍需要进行数据迁移。随着控制器数量的增加,这种情况会变得更加糟糕。采用“纵向扩展”会使运行负担随环境的增长而增加,最终导致环境失去平衡并难以管理。技术升级换代周期需要提前进行周密计划,并且会遇到成本高昂的中断和配置更改,这些都会给系统带来风险。而采用“横向扩展时,随着存储环境的增长,会无缝地向共享存储基础架构上的资源池添加额外的控制器C横向扩展以及内置的存储虚拟化技术可以使主机和客户端连接以及数据存储库本身在资源池中无中
6、断地随意移动。利用这些功能,可以轻松部署新的工作负载,并轻松无中断地在可用资源之间均衡分布现有的工作负载。技术升级换代(更换磁盘架、添加或完全取代存储控制器)可以在环境保持联机状态并提供数据的同时来完成。横向扩展架构虽然已经问世一段时间,但它本身并不是能自动满足企业所有要求的灵丹妙药。目前,许多横向扩展产品都具有以下一项或多项缺点: 支持的协议有限,例如只支持NAS 支持的硬件有限:只支持特定类型的硬件或非常有限的一套存储控制器 升级时要求根据可用的控制器配置进行全方位扩展,因此容量、计算能力和I/O都需要提高,即使最终需要用到的只是其中一部分 极少或根本没有存储效率功能,如缺乏精简配置、重复
7、数据删除、数据压缩等功能 数据复制功能有限或没有数据复制功能 支持的闪存有限因此,虽然这些产品也许能对某些专门工作负载充分发挥作用,但其灵活性、功能和稳定性较差,无法在企业内广泛部署。NetApp集群模式DataONTAP是第一款可提供完整横向扩展解决方案的产品一可提供一个智能化、适应性强且始终可用的存储基础架构,充分利用当今高度虚拟化环境所具有的经验证的存储效率。1.2 多协议统一架构“多协议统一架构”能够使用一系列不同的控制器和磁盘存储类型在同一存储系统中同时支持多个数据访问协议。DataONTAP7G和7-模式很久以前就具有这种功能,而现在集群模式DataONTAP还可以支持更广泛的数据
8、访问协议。集群模式DataONTAP8.2支持的协议包括: NFSV3、NFSv4和NFSv4.1,包括pNFS SMB1、SMB2、SMB2.1和SMB3,包括可使用SMB3在MicrosoftHyper-V环境中进行无中断故障转移 iSCSI 光纤通道 FCoE集群模式DataONTAP中的所有协议均无缝支持数据复制和存储效率功能。SAN数据服务利用支持的SAN协议(光纤通道、FCoE和iSCSI),集群模式DataONTAP提供LUN服务,也就是说,能够创建LUN并将其映射到连接的主机。由于集群包含多个控制器,因此到任何一个LUN都会有多个逻辑路径,并且这些路径由多路径I/O(Multi
9、PathI/O,MPIO)进行管理。在主机上使用非对称逻辑单元访问(ASymmetriCLogiCalUnitACCeSS,ALUA),可以确保为LUN选择优化路径以及使数据传输处于活动状态。如果到任一LUN的优化路径发生变化(例如因为包含LUN的卷发生移动),集群模式ONTAP会自动进行识别和无中断调整。如果优化路径不可用,集群模式ONTAP可以无中断地切换到任何其他可用路径。NAS数据服务利用支持的NAS协议、SMB(CIFS)和NFS1集群模式DataONTAP可提供一个命名空间,用来提供通过单个NFS装载点或SMB共享访问庞大数据容器的权限。NAS客户端可通过其标准NFS或SMB客户端
10、代码装载单个NFS文件系统装载点,或访问单个SMB共享,从而无需安装额外的可执行文件即可访问命名空间。在集群模式DataONTAP内部,命名空间由集群管理员接合在一起的多个卷组成,这些卷有时可能达到数千个。对NAS客户端来说,每个卷都显示为一个文件夹、子目录或接合,附加在文件系统装载点或共享的层次结构中。卷可以随时添加并立即提供给客户端使用,而且无需重新安装即可显示给新存储.当客户端在文件系统中移动时,卷边界的底层结构对客户端而言基本上是透明的。刚刚说到,借助集群模式ONTAP,NAS客户端能够将整个命名空间作为单个NFS输出或共享装载在根目录上。但是,对许多应用程序和环境而言,在根目录下装载
11、或访问命名空间可能会更合适,这样就只有一部分视图可以访问。就本质而言,集群模式ONTAP支持这种做法;客户端可以在根目录或任何卷接合路径、子目录或qtree上装载命名空间。在每种情况下,客户端只会看到其访问点之下装载的卷。集群模式ONTAP还支持无限卷,这是一种经济高效的大型容器,可以扩展至数PB的存储和数十亿个文件。请参见第3.2节“逻辑集群组件”的“无限卷”部分。虽然集群模式ONTAP的架构可设计为提供单个命名空间,但也可以配置额外的命名空间,以满足多租户或隔离特定客户端或应用程序组的要求。因此,集群模式DataONTAP是一个适用于一个或多个存储虚拟机(StorageVirtUalMaC
12、hine,SVM)的平台。每个SVM可以支持任何或所有受支持的客户端和主机协议。有关详细信息,请参见第3节“集群虚拟化和多租户概念工1.3 无中断运行在当今的全天候环境中,共享存储基础架构要向数以千计的单个客户端或主机提供服务,还要为多个业务部门或租户的多种不同应用程序和工作负载提供支持。在这种环境下,不能出现停机;存储基础架构必须始终可用。“无中断运行”(NOndiSrUPtiVeOPeratiOnS,NDO)正是集群模式ONTAP创新的横向扩展架构所固有的特征。NDO指的是存储基础架构在执行硬件和软件维护操作期间,以及在其他IT生命周期运行期间,均能保持正常运行和提供数据。NDO的目标是消
13、除停机时间(不管是可避免的、计划内的还是计划外的停机时间),同时允许随时对系统进行更改。集群模式ONTAP的设计高度可用,并且能在整个存储集群中将数据和逻辑客户端连接透明地迁移到任何位置。NetAppDataMotionforVolumes是标准配置,并内置在集群模式C)NTAP中。借助这种无中断移动单个数据卷的能力,可以随时出于任何原因在集群内重新分配数据。DataMotionforVolumes对NAS和SAN主机来说是透明、无中断的,以便存储基础架构在进行这些更改时持续提供数据二执行维护或生命周期操作时,可能要执行数据迁移来重新平衡容量使用、针对不断变化的性能要求进行优化,或隔离一个或多
14、个控制器或存储组件。表1介绍了可在集群模式DataONTAP环境中无中断执行的硬件和软件维护操作。表1)无中断的硬件和软件维护操作。|操作详细信息扩展存储向集群添加存储(磁盘架或控制器)并为未来增长重新分配卷扩展硬件向控制器添加硬件,以提升可扩展性、性能或容量(HBA、NIC、NetAppFlashCache,NetAppFlashPool)升级换代技术升级存储架、存储控制器、集群互连交换机重新平衡控制器性能和存储利用率在控制器之间重新分布数据来提升性能表2介绍了可在集群模式DataONTAP亍/缪雌断生命周期操作,,从DataONTAP的一个版本升级到另一个版本升级固件系统、磁盘、交换机固件
15、升级更换控制器中出现故障的控制器或组件例如,NIC、HBAx电源等更换出现故障的存储组件例如,电缆、驱动器、I/O模块等NICsNetAppFlashCache,NetAppFlashPool)升级换代技术升级存储架、存储控制器、集群互连交换机重新平衡控制器性能和存储利用率在控制器之间重新分布数据来提升性能操作详细信息物面亩超期的始终。除此之外,在几乎所AWr纬人W、汰n干*三方+n田五/白帛薛峻楹盘添加翔崎敏候础架构组件都是不可避免由,而n+n-估田口经;叶缶rfar6jtT-IiuJrc,z立灰市HZlU丈,JztO乂Uri力、i)LH1艘翱嬲巢嬲弹鞭瞬免担借初投六仅用U短短步牛,田十飘嫡
16、刖休田时I可仕仕女比咬忏看筋炳Dol助能户阿解第中断或不影响应用程序或连接的客户,藏搬嬉含南蠹涉后这些更改,而常辔M罐饰输夬等2集群模式DataONTAP架构本节介绍集群模式DataONTAP的架构,其中重点说明了物理资源与虚拟化容器的隔离。存储和网络物理资源的虚拟化是横向扩展和无中断运行的基础。2.1 硬件支持和基本系统概述如图1所示,集群模式ONTAP系统由连接有磁盘的NetApp存储控制器(包括V系列控制器)构成。基本组件是高可用性(high-availability,HA)对,这个概念在DataONTAP7G或7-模式环境中是很常见的。一个HA对包含两个完全相同的“节点”,即集群模式O
17、NTAP实例。每个节点都会主动提供数据服务,并且具有通向另一个节点的磁盘存储的冗余连接路径。当其中一个节点因任何计划内或计划外原因发生中断时,其HA配对节点会接管其存储,并保持对数据的持续访问。中断的系统重新加入集群后,该配对节点会归还存储资源。最小的集群是在一个HA对中包含一对配对节点。运用无中断技术升级换代,一个双节点入门级集群可以扩展为最大型的集群,支持性能最强大的硬件。使用SAN协议的集群最多可支持8个包含中端和高端控制器的节点。由高端控制器组成的仅使用NAS的集群最多可扩展到24个节点和超过69PB的数据存储。注:集群模式DataONTAP8.2还提供另外一种“单节点集群”配置的方案
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