Отказоустойчивый кластер приложений, критичных к производительности

Предприятия ищут конкурентные преимущества в ускорении работы с транзакционными приложениями реального времени – такими как SQL-ориентированные СУБД. Непрерывность работы важна, но никто не хочет переплачивать за избыточную инфраструктуру и сопровождение. Хотят производительности, простого администрирования, быстрой окупаемости вложений.

Доступное отказоустойчивое решение для дата-центров, кластер серверов приложений, можно построить на разделяемом хранилище данных SAS. Протокол 6Gb SAS минимизирует задержки обращения серверов к данным, обеспечивает широкую полосу пропускания и служит основой для кластеризации в стандартной среде Microsoft Server 2012. Каждый из двух серверных узлов подключается двумя соединениями SAS к общему массиву JBOD, в котором дублированы экспандеры, источники питания, модули охлаждения, а диски SAS SSD/HDD собраны в RAID. Дополнительного сетевого оборудования для развертывания кластера не требуется.

В каждом из серверов стоят RAID-контроллеры LSI MegaRAID 9286e со специализированными прошивками, составляющие пару LSI Syncro CS. Они управляют разделяемым массивом, общими для двух серверов логическими устройствами и синхронизируют состояние своей динамической памяти через то же внешнее соединение SAS и бэкплейн хранилища. В сочетании с возможностями кластеризации Microsoft Server 2012 контроллеры LSI Syncro CS обеспечивают максимальную производительность дискового ввода/вывода – за счет прямого подключения по SAS, выбора типа и набора накопителей. Сохраняется непрерывная доступность и состоятельность данных. Все это – при сравнительно небольших стартовых вложениях и низких эксплуатационных затратах.

Отказоустойчивое хранилище данных под управлением Windows Storage Server 2012

Отказоустойчивый кластер для надежного хранения почтовых баз данных, образов виртуальных машин,  папок пользователей строится средствами Microsoft Windows Server 2012 или ее embedded-версии для систем хранения данных, Windows Storage Server 2012 (WSS 2012). В минимальном исполнении кластер состоит из двух серверов WSS 2012, двухпортовые SAS HBA которых подключены к массиву разделяемого доступа SAS JBOD. У массива  - два независимых экспандера, с двумя портами подключения на каждом. Он заполняется SAS дисками (HDD 15K rpm, HDD 7.2K rpm или SSD) с двухпортовым подключением к бэкплейну. Устойчивость к отказам дисков обеспечивает Windows Storage Spaces (фактически,  это программный RAID). Дублирование путей и компонентов, сдвоенные источники питания, избыточная вентиляция и отсутствие активной электроники минимизируют риски потери информации на дисках.

Отказы узлов отрабатывает операционная система. Ее протокол общего доступа к файлам SMB 3.0 позволяет располагать в общих папках на файловом сервере данные серверных приложений, например, базы данных или контейнеры виртуальных машин. Технология SMB Transparent Failover отвечает за прозрачное переключение SMB-приложений на другой узел отказоустойчивого кластера в случае аппаратного или программного сбоя текущего узла. С помощью компонента Scale-Out File Server создается файловый кластер в режиме Active-Active. Комбинируя возможности SMB 3.0, строят горизонтально масштабируемые, отказоустойчивые файловые хранилища для различных серверных приложений. 

Основные преимущества решения:
 - высокая степень масштабируемости по устройствам;
 - производительная SAS SAN с очень низкой латентностью;
 - отказоустойчивость в целом;
 - производительность при работе с образами виртуальных машин;
 - оптимальное использование хранилищ (thin provisioning, дедупликация);
 - настройка репликации (посредством сетей TCP/IP).

Отказоустойчивые хранилища на WSS 2012 сравнимы по производительности и функциональным возможностям с дорогими выделенными СХД A-brand. При этом они выполнены на стандартных индустриальных компонентах, их пользователя сами управляют производительностью и расширением хранилищ с ростом запросов. Небольшие и средние предприятия могут использовать их для построения частных облаков, надежной, гибкой и быстро окупаемой инфраструктуры.

Встречаем Intel SSD серии 3500

Серия SSD Intel 3500 уже доступна. Про нее, предшественников и других кандидатов в серверы можно сказать следующее:

• контроллер у 3500 - интеловский, тот же, что и у серии 3700, но при этом другие: прошивки, внутренний дизайн, ограничения по каналам, размер зарезервированой служебной области (OP)
• конденсаторная защита кэша от аварий по питанию есть
• фактически, 3500 наследует линейку 320 – которая, в свою очередь, была ослабленным вариантом 710-й (320--->3500, 710--->3700)
• область применения 520-й серии в серверах какой была, такой и осталась – для отвода потокового по своей природе трафика временных копий баз данных и журналов транзакций – то есть, восстановимых данных, потеря которых некритична. 

Области применения:

• серии 3700 - в серверах и системах хранения данных с высокой рандомной нагрузкой в массивах SSD, а также в качестве SSD-кэша RAID-массивов HDD 
• серии 3500 - в серверах с умеренной рандомной нагрузкой 
• серия 520 еще какое-то время поживет в некритичных приложениях с потоковыми операциями, но лучше в принципе отказаться от ее применения в серверах - с учетом сопоставимой цены 3500-й.

Вероятно, cерия 3500 даст импульс массовому переходу на SSD в серверах начального уровня. Организация зеркалированных томов из двух SSD под «горячие» данные (базы данных, индексные файлы) с размещением «холодных» данных (ОС, приложений, журналов транзакций, папок пользователей) на двух HDD не требует больших вложений, но дает резкий скачок производительности. В рамках скромного бюджета можно обойтись без двухпроцессорных конфигураций, дисков SAS 15K rpm и дорогих RAID-контроллеров с кэшированием.

Сравнение серий:

	200GB серии 3700	240GB cерии 3500	240GB серии 520
Sequential Read	500  MB/s	500  MB/s	550  MB/s
Sequential Write	365  MB/s	260  MB/s	520  MB/s
Random Read	75000  IOPS  (100% Span)	75000  IOPS  (100% Span)	50000  IOPS (8GB Span)
Random Write	32000  IOPS  (100% Span)	7500  IOPS  (100% Span)	60000  IOPS  (8GB Span)
Latency - Read	50  µs	50  µs	80  µs
Latency - Write	65  µs	65  µs	85  µs
Endurance Rating (Lifetime Writes)	10 drive writes per day for 5 years	140 TBW	-
Mean Time Between Failures (MTBF)	2,000,000 hours	2,000,000 hours	1,200,000 Hours
Enhanced Power Loss Data Protection	Yes	Yes	No
Hardware Encryption	AES 256bit	AES 256bit	Yes
High Endurance Technology (HET)	Yes	No	No

Место и роли SSD в серверах

Какие SSD ставят в серверы, в какой роли, каких приложениях? Проще сказать, какие не ставят: с низкой производительностью, малым MTBF, плохой износоустойчивостью. Задачей маркетинговых служб всегда была выгодная избирательная подача показателей. Задача потребителя - оценить в комплексе их уместность в серверных приложениях. На примере линеек одного производителя (Intel'2013) удобно сравнивать слабые и сильные стороны SSD:

	Intel 530 Series 180GB	Intel S3500 Series 120GB	Intel S3700 Series 100GB
Производительность
Последовательное чтение	540 MB/s	445 MB/s	500 MB/s
Последовательная запись	490 MB/s	135 MB/s	200 MB/s
Случайное чтение	41000 IOPS (участок 8 ГБ)	75000 IOPS (участок 100%)	75000 IOPS (участок 100%)
Случайная запись	49000 IOPS (участок 8 ГБ)	4600 IOPS (участок 100%)	19000 IOPS (участок 100%)
Задержка - чтение	80 µs	50 µs	50 µs
Задержка - запись	85 µs	65 µs	65 µs
Надежность
Среднее время наработки на отказ	1,200,000 hours	2,000,000 hours	2 million hours
Рейтинг износоустойчивости (операции записи за все время эксплуатации)	-	70 TBW	10 drive writes per day for 5 years
Технологии
Аппаратное шифрование	AES 256bit	AES 256bit	AES 256bit
Защита от потери данных при отключении питания	Нет	Да	Да
High Endurance Technology (HET)	Нет	Нет	Да
Мониторинг и журналирование температуры	Нет	Да	Да

SSD на контроллерах SandForce (как в Intel 530 series) годны под работу с хорошо сжимаемыми данными, но показывают посредственные показатели в операциях случайного доступа короткими блоками. Лукавство таких характеристик как 49000 IOPS (участок 8 ГБ) состоит в том, что они достижимы на практически пустом диске (при 3-5%-м заполнении данными). А дальше показатели стремительно деградируют, на порядок-два. Большие задержки (latency) при переключении страниц впрямую влияют на скорость работы с базами данных. Если в графе износоустойчивости стоит прочерк, лучше на такие SSD данные ответственного хранения не выкладывать. При отсутствии конденсаторной защиты и включенном кэшировании записи есть риск потерять данные при отключении питания диска.

Серии Intel 3500 и 3700 сделаны на одном контроллере, их стихия - рандомная нагрузка. Разница между ними в производительности и стойкости к износу - из-за отличий в прошивках и объеме зарезервированных ячеек служебной области.

Серию 530 можно использовать под вспомогательный трафик баз данных: для записи временных копий и журналов транзакций - их ценность относительно невелика.

Серия 3500 оптимальна под размещение основных баз данных и индексных файлов в серверах с умеренной нагрузкой. Мониторинг дискового ввода/вывода на работающей системе помогает оценить размах пиковых нагрузок и длину очередей запросов, а значит - определиться с видом SSD, их количеством и уровнем RAID.

SSD cерии 3700 ставят в качестве основного носителя под нагруженные базы данных или в кэширующие пулы массивов HDD. Управляют кэшированием RAID-контроллеры (Adaptec 7Q, LSI 92xx CC) или файловая система (Open Solaris ZFS). Несмотря на то, что при многоуровневом хранении на SSD размещаются только копии горячих данных массива HDD, агрессивная нагрузка записи в кэш требует высокой производительности и износоустойчивости SSD-слоя. Часть емкости SSD можно выделить под постоянные данные: загрузочную область  ОС и небольшие файлы, скорость доступа к которым критична.