Погружение в системную архитектуру хранилищ данных

Термин «гиперконвергенция» (hyper convergence) появился - примерно 10 лет назад, и быстро стал очень популярен в среде системных архитекторов всего мира. Инфраструктурные решения, построенные по этому принципу, стали альтернативой традиционной трехуровневой архитектуре ЦОД (серверы, СХД, сеть), которая требует весьма существенных средств на разработку, постройку и эксплуатацию, не говоря уже о масштабировании.

Что такое гиперконвергентность

Гиперконвергентная программно-определяемая архитектура (HCI) объединяет в рамках единых узлов функциональность предоставления вычислительных ресурсов, а также ресурсов хранения (а в последнее время включают еще и сетевые сервисы начиная от программных распределенных коммутаторов до балансировщиков нагрузки и так далее) для нагрузок, которые размещаются на кластере. В гиперконвергентной инфраструктуре применен модульный принцип: по мере необходимости в нее добавляются необходимые ресурсы, а это, в свою очередь, дает широкие возможности масштабирования.

Конечно, чтобы построить такую систему, нужны два основных компонента: платформа виртуализации и программно-определяемая система хранения (SDS). В среде коммерческих заказчиков наиболее популярна (по разным оценкам, 70-80% рынка корпоративных заказчиков) платформа виртуализации vSphere от компании VMware. Но поговорим мы сегодня не о её функциональности в области виртуализации вычислительных ресурсов, а компонентах, обеспечивающих хранение и обработку данных  — VMware vSAN. Это решение используется для того, чтобы обеспечить работу важнейшего элемента гиперконвергентной инфраструктуры — распределенного программно-определяемого хранилища данных.

VMware vSAN часто используется и в составе взаимосвязанных решений корпоративного класса, таких как Horizon 7 и Workspace ONE. О них вы можете узнать на нашем тематическом сайте.

Почему популярна vSAN

Согласно данным IDC за четвертый квартал 2019 года, гиперконвергентная платформа VMware  является лидиром на рынке программного обеспечения для HCI с долей более 41%, а его востребованность выросла на 26 % в годовом исчислении. При этом весь рынок HCI за тот же период времени вырос лишь на 17 %.

Высокая востребованность VMware HCI объясняется тремя причинами. 

Во-первых, VMware vSAN предоставляет максимальную интеграцию решения SDS с наиболее часто используемым гипервизором vSphere. Это обеспечивает значительное упрощение развертывания и сопровождения, а также высокую производительность и функциональность платформы.

Во-вторых, это решение позволяет заказчикам пользоваться всеми преимуществами частных и гибридных корпоративных облаков. При этом инфраструктура может быстро масштабироваться: без рефакторинга приложений или дополнительных внедрений можно подключить мощности практически всех ведущих облачных платформ: AWS, Azure, Google Cloud Platform, IBM Cloud, Oracle Cloud и Ali Cloud. Это достигается за счет того, что все крупнейшие гиперскейлеры используют на части своей инфраструктуры тот же стек продуктов, что и заказчики: VMware vSphere, vSAN, NSX. Такая унификация позволяет применять единые средства управления и мониторинга, ”на лету” мигрировать нагрузки из частного облака в публичное без простоя сервисов. Становится возможной и совместимость со сторонними продуктами, которые уже используются в компании   

В-третьих,, решения построенные на базе VMware HCI предоставляют максимальную гибкость и адаптивность к текущей инфраструктуре заказчика: 

-имеется возможность использовать серверное оборудование более чем 20 основных производителей, а в списке совместимости находится более 7000 аппаратных компонентов от всех ведущих оригинальных производителей и OEM партнеров;

- заказчик может выбирать, какой подход ему более удобен - начиная от готовых интегрированных программно-аппаратных комплексов с vSAN до подхода DYI (“собери сами”)

Инфраструктура, построенная на базе VMware HCI не требует избавляться от уже приобретенных классических систем хранения данных, которые могут продолжить использоваться параллельно (хотя и независимо) с SDS на базе vSAN в рамках одного и того же кластера.

Как работает vSAN

VMware vSAN, по сути — программная СХД, которая  создает общее отказоустойчивое и высокопроизводительное хранилище данных из локальных дисков (SSD и HDD), установленные в хосты виртуализации.

Каждый сервер, входящий в гиперконвергентное решение, оснащен одной или несколькими группами накопителей.  VMware vSAN может быть построен в виде гибридного хранилища (SSD + HDD) или в виде All Flash (только на базе SSD дисков). При этом, несмотря на то, что гибридный вариант может быть крайне быстрым при корректном дизайне, вариант на All Flash обеспечивает более стабильные и низкие задержки ввода/вывода, связанные с отсутствием механических устройств в кластере.

С помощью VMware vSAN можно создавать одни из лучших в индустрии «растянутых» кластеров, которые используются даже на военных кораблях. Растянутые кластеры обеспечивают нулевую потерю данных (RPO) и минимальное время простоя сервисов в сценариях сбоя площадки, ЦОД и серверной комнаты за счет автоматического перезапуска виртуальных машин на “уцелевшей” площадке  

Еще одним важным свойством гиперконвергентных решений на базе VMware vSAN является возможность управления всей инфраструктурой из единого интерфейса, что в большинстве случаев позволяет упростить эксплуатацию и высвободить время администрирование ИТ-инфраструктуры на решение наиболее важных для бизнеса задач, вместо того, чтобы заниматься рутинными операциями. В принципе, любой администратор платформы виртуализации VMware vSphere сможет легко управлять и мониторить всю инфраструктуру из привычных ему и уже используемых инструментов   Подводя итог можно сказать, что основными преимуществами VMware vSAN являются:

• Радикальное упрощение и экономия на развитие и расширения мощностей в ЦОД. За счет возможности горизонтального и вертикального масштабирования становится возможным подход, когда инфраструктура приобретается не сразу на 3-5 лет вперед (как обычно происходит с классическими системами хранения), а на ближайшее время (1-2 года), а затем расширяется при необходимости тогда, когда это требуется;

• Отсутствие необходимости организации внешнего хранилища и выделенной сети хранения;

• Значительное повышение производительности дисковой подсистемы хранения, за счет распределенной архитектуры, что приводит к ускорению ряда бизнес-операций (создание отчетов, подготовка аналитических данных), улучшению времени отклика систем для потребителей ИТ-сервисов, а также повышение эффективности использования вычислительных ресурсов, так как приложения меньше ждут данных со стороны системы хранения;

• Значительное упрощение эксплуатации - теперь управление инфраструктурой происходит из единой уже знакомой администратором консоли, не требуется обязательное обучение сотрудников новым системам, а обращения в техническую поддержку становится также значительно проще и быстрее.

Что нужно знать перед покупкой

При проектировании решений на базе VMware vSAN следует учитывать, что лицензирование на него предоставляется по принципу: «одна лицензия на один физический процессор или рабочий стол в составе виртуальной инфраструктуры».

Заказчикам доступно три версии VMware vSAN. Все они отличаются своей функциональностью. Базовый «стандартный» вариант носит название VMware vSAN 7 Standard и предоставляет следующие возможности:

• Управление системой хранения данных на основе политик;

• Кэширование на твердотельных накопителях при чтении и буфер для записи;

• Возможность построения All Flash конфигураций;

• Отказоустойчивость на базе зеркалирования; 

• Моментальные копии и клоны vSAN;

• Возможность подключения физических (не виртуализированных серверов по iSCSI);

• Возможность выдерживать отказ целых стоек оборудования;

• Репликация (целевая точка восстановления — 5 мин.);

• QoS.

«Продвинутая» версия VMware vSAN 7 Advanced позволяет повысить эффективность использования оборудования в All Flash конфигурациях:

• Проводить дедупликацию и сжатие;

• Реализовать отказоустойчивость на базе кодов избыточности (Erasure Coding), которые несколько похожи на классические RAID5/6.

Есть и третья версия. Ее название VMware vSAN 7 Enterprise говорит само за себя: она предназначена для масштабных систем. Отличается решение тем, что умеет работать в составе «растянутого» кластера, а также предоставляет файловый доступ к данным при помощи распределенного файлового сервиса.