CentricStor: консолидация и виртуализация ленточных накопителей

Олег Спиряев

По мнению ряда экспертов, в ближайшее время основным фактором при оценке вычислительных центров станет возможность защиты данных с использованием резервного копирования данных и их восстановлением после аварий. С учетом постоянного роста объемов хранимых данных компании не могут сохранить свои позиции на рынке без гарантии быстрого восстановления пользовательских данных после сбоев. Так, эксперты Gartner Group полагают, что 40% всех компаний, в ИТ-системе которых не предусмотрено восстановление после аварий, через пять лет после аварии вынуждены будут уйти с рынка.

Аналитики также прогнозируют, что почти половина транснациональных компаний к 2005 г. будут постоянно использовать два физически разнесенных вычислительных центра – это потребуется для непрерывного доступа к критически важным данным и в то же время позволит получать "мощность по требованию" (capacity-on-demand) при необходимости восстановления менее важных данных.

Для решения проблемы эффективного резервирования данных корпорация Fujitsu
Siemens Computers (http://www.fujitsu-siemens.com)
предложила ленточную систему CentricStor. Эксперты полагают, что этот продукт
нового поколения способен опровергнуть широко распространенное мнение о резервном
копировании и восстановлении как об очень сложных, дорогих и медленных операциях.

Внешний вид системы CentricStor.

Предпосылки создания CentricStor

Человеческая ошибка, сбой в системе, саботаж, природная катастрофа, компьютерный вирус и т. п. – любой из подобных факторов может за несколько секунд привести к потере жизненно необходимой информации и поставить под угрозу бизнес компании. В то же время тщательное планирование действий на случай аварийной ситуации и возможность быстрого восстановления данных с резервной копии обеспечивают непрерывность бизнес-процессов и уменьшают потери.

После 11 сентября 2001 г. руководители многих компаний стали реально оценивать стоимость одного часа перерыва в работе основного приложения и эффективность мер защиты от сбоев с относительно небольшими затратами. По мнению большинства экспертов, наиболее эффективное, экономичное и безопасное решение в этой сфере – применение консолидированной ленточной системы хранения. Как и при консолидации онлайнового (дискового) хранения, компании в данном случае существенно выигрывают: упрощается управление и масштабируемость, повышается доступность и обеспечивается оптимальная обслуживаемость лент.

Обычное резервное копирование по схеме клиент-сервер с несколькими одиночными ленточными приводами и разнородным ПО считается трудным в управлении. При его использовании в гетерогенной среде не обеспечивается оптимальная защита от отказов, к тому же такая технология относительно дорога. В таких средах, а также в сетях хранения SAN масштабирование по мере роста требований превращается для системного администратора в сложную задачу. Приходится держать в резерве дорогостоящие ресурсы процессорной мощности и емкости для обработки пиковых нагрузок, а поскольку такое резервирование очень трудно спланировать, то это приводит к крайне неэффективному использованию ресурсов.

Кроме того, стоимость лицензий на программные средства резервного копирования быстро увеличивается при постоянном наращивании клиент-серверной инфраструктуры. Администраторы систем хранения ограничены в средствах, а емкость, необходимая для распределенных баз, постоянно увеличивается. Корпоративные соглашения об уровне обслуживания (SLA) требуют точного и экономичного биллинга, без которых современный серверный центр не сможет конкурировать с внешними поставщиками услуг.

В силу этого традиционные инфраструктуры резервного копирования и восстановления сейчас скорее вносят в бизнес-процессы дополнительные ограничения, не обеспечивая оптимальную поддержку. В долговременной перспективе проблему можно решить только с помощью стратегии консолидации хранения для резервного копирования данных.

С самого начала CentricStor разрабатывалась как интеллектуальная и открытая ленточная платформа для гетерогенной корпоративной среды, призванная решать задачи защиты данных (резервное копирование/восстановление и архивирование данных системы и приложений) на всех платформах.

Пожалуй, CentricStor – единственная доступная сегодня на рынке ленточная система, способная консолидировать системы Unix, Windows NT/2000 и мэйнфреймы в корпоративной сети хранения, используя эффективную и экономичную схему виртуализации хранения.

CentricStor делает работу вычислительного центра независимой от пропускной способности сети, гарантируя при этом постоянную доступность хранимых данных. Система автоматически выполняет создание и передачу резервных копий (в том числе на удаленные площадки) параллельно с постоянным упорядочением носителей данных.

Благодаря технологии, предложенной Fujitsu Siemens, проблемы с нехваткой ленточных приводов и сокращением "окон" резервного копирования остаются в прошлом. Кроме того, устраняется неопределенность при восстановлении данных, отпадает необходимость в сложных "ручных" операциях, связанных с резервным копированием на совместно используемый ленточный привод. Консолидация хранения и автоматизация всех основных операций обеспечивают высокую производительность и удобство эксплуатации.

CentricStor использует четко определенные интерфейсы для поддержки стандартов Fibre Channel, SCSI и ESCON, повышая надежность и удобство с помощью интегрированной архитектуры ПО и оборудования.

Структура и функциональность

Система CentricStor основана на защищенной патентами технологии, которая сочетает быстродействующую дисковую кэш-память с "виртуальными" ленточными приводами, – получаемое в результате модульное оборудование хранения данных обладает практически неограниченной масштабируемостью. Схематично компоненты системы и взаимодействия в ней показаны на рисунке. Для передачи данных внутри системы используются стандартные продукты ведущих производителей FC-коммутаторов, для хранения – ленточные накопители стандартов LTO, а также IBM-Magstar и STK-Eagle. В качестве роботизированных ленточных библиотек применены продукты ADIC и StorageTek.

Блок-схема системы CentricStor.

Принцип работы CentricStor С точки зрения серверов логические приводы и тома работают как физические устройства хранения. Независимо от того, выступает ли в роли клиента приложение, сервер с открытой операционной системой или мэйнфрейм, запрошенный логический том располагается в кэш-памяти томов. Если требуется создать том, то он сразу же предоставляется как зарезервированная область памяти. Когда приложение пишет данные в логический привод, то входящие потоки данных записываются на логический том. Логические форматы CentricStor не ограничиваются только возможностями ленточной библиотеки и ее приводов. Программа Library Manager в виртуальном архиве инициирует операции монтирования тома в реальном архиве асинхронно и прозрачно для сервера, затем данные читаются непосредственно из кэш-памяти томов и записываются на физическую кассету с лентой. На основе технологии volume stacking данные непрерывно записываются на физический том – обеспечивается оптимальное использование ресурсов. Еще одно достоинство логических томов заключается в том, что после считывания данных из кэш-памяти они сохраняются там еще некоторое время. В соответствии с принципом наименьшего использования (Least Recently Used, LRU) данные стираются только в том случае, если для монтирования нового тома в кэше не хватает свободной емкости. При каждом запросе на монтирование тома программа Library Manager проверяет, нет ли нужного тома в кэш-памяти. Если том имеется, то он сразу же становится доступен приложениям, в противном случае CentricStor сразу инициирует установку в приводе соответствующей кассеты и считывает логический том в кэш. При этом CentricStor работает как мощный интеллектуальный буфер данных большой емкости между слоем приложений и реальной роботизированной ленточной библиотекой. Это позволяет строить современные системы управления большими объемами данных.

Консолидация решений резервного копирования

Объединение разных ленточных систем или построение цифрового архива превращается в очень сложную проблему для многих вычислительных центров с серверами Unix и Windows. Можно приобрести ленточные библиотеки, но поддержка новейших ленточных технологий в различных приложениях ограничена, поэтому эксплуатация таких решений оказывается сложной и неэффективной. К примеру, часто возникают проблемы при реализации защиты от отказов, совместного использования устройств, поддержки гетерогенных систем, масштабирования и т. п.

Высокая цена делает дисковые подсистемы высшего класса доступными не для всех, и пользователи часто вынуждены применять более дешевые "почти онлайновые" системы хранения. Существующие дисковые приводы имеют недостаточную емкость, а их интегрированные интерфейсы требуют, чтобы привод размещался на небольшом расстоянии от сервера. Дополнительные преобразователи SCSI/Fibre Channel также бывают достаточно дороги и могут вызвать ошибки из-за несовместимости с ПО, поэтому их нельзя рассматривать как оптимальное решение для консолидации и повышения гибкости инфраструктуры хранения.

Ведущие разработчики ПО для хранения по схеме клиент-сервер предлагают такие функции, как объединение в пул и совместное использование лент, но внедрение этих решений требует тщательного планирования защиты данных и распределения нагрузки во избежание длительных простоев приложений. Однако во избежание конфликтов в системе привод при обращении к нему приложения обычно становится недоступен для всех остальных пользователей.

Система CentricStor работает иначе. Она всегда обеспечивает достаточное число виртуальных приводов – пользователям предоставляется динамически управляемый пул, прозрачный и доступный для всей компании в режиме, близком к онлайновому. В отличие от традиционных решений CentricStor обеспечивает практически неограниченно расширяемую емкость сетевых ленточных систем. Интегрированное ПО виртуализации отделяет сервер приложений от реального ленточного привода и предлагает уровню приложений различные виртуальные приводы, которые пользователь "видит" как полноценные локально подключенные устройства. Благодаря очень быстрой кэш-памяти томов на базе RAID-массива виртуальный архив CentricStor сохраняет высокую производительность, даже когда к нему обращается много серверов. Общая производительность динамически распределяется между реальными логическими приводами, и в результате пользователю не приходится ждать, когда он сможет обратиться к ленте.

Операционные преимущества

Попробуем разобраться, в чем выгода CentricStor, в условиях, когда обычные программные средства резервного копирования для Windows и Unix с привлекательной начальной ценой уже реализованы в высокопроизводительной конфигурации SAN.

Отметим, что CentricStor прекрасно дополняет такие концепции резервирования, как LAN-free backup (копирование без загрузки локальной сети, или внесетевое копирование) и Server-free backup (копирование без участия сервера, или внесерверное копирование). Во многих компаниях ИТ-инфраструктура настолько сложна и запутанна, что ею трудно управлять – в распределенных открытых системах приходится выполнять резервное копирование для разных устройств со своими микрокодами, драйверами и интерфейсами. По мнению разработчиков, CentricStor кладет конец неразберихе в оборудовании и ПО. Данная технология предлагает вместо обманчиво дешевых низкокачественных накопителей использовать по мере необходимости ограниченное число самых совершенных ленточных приводов. Эти приводы можно расширять с помощью интегрированного дискового кэша – без прерывания активных операций. Высокая степень интеграции CentricStor избавляет от необходимости вносить изменения в хост-адаптеры (HBA), драйверы устройств, микрокоды и ПО. Стабильные интерфейсы обеспечивают легкое выполнение операций, сокращают риск и необходимость во вмешательстве оператора и в результате сокращают расходы на эксплуатацию.

Как известно, в мэйнфреймах виртуальные ленточные системы используются достаточно давно. Но для Unix – в отличие от BS2000 и OS/390 – оптимальное использование емкости лент не относится к вопросам первостепенной важности. Разработчики CentricStor подчеркивают, что помимо емкости основные параметры резервного копирования и восстановления данных – это скорость и надежность. Такие современные ленточные форматы, как SDLT или LTO, способны обеспечить номинальную скорость передачи данных, только когда привод работает с данными в потоковом режиме. Однако потоковый режим невозможно обеспечить при работе со многими приложениями СУБД из-за так называемого произвольного ввода-вывода. В результате скорость сокращается из-за постоянных запусков и остановок лентопротяжного механизма, что также приводит к преждевременному изнашиванию самого механизма и чувствительной к нагрузкам магнитной ленты. В результате снижается средняя наработка устройства на отказ (MTBF), что также негативно влияет на операции резервного копирования и восстановления.

CentricStor обеспечивает максимальную пропускную способность и высокий параллелизм операций за счет технологии виртуальных томов и быстродействующей кэш-памяти на дисковом RAID-массиве. Резервное копирование всех данных здесь можно выполнить в течение заданного временного "окна", причем современная архитектура системы реализует оптимальную мощность, готовность и целостность данных.

Как утверждается, решение CentricStor эффективно и для решения задачи восстановления после аварий. Здесь, в отличие от традиционных решений, наличие прозрачного слоя виртуализации стабильно обеспечивает высокое качество обслуживания (QoS) независимо от используемого ленточного оборудования и ПО резервного копирования. Автоматическое перемещение лент в удаленное хранилище (функция remote dual save) позволяет даже при большой территориальной разнесенности получить максимальную гибкость при доступной цене.

Если при расчете затрат на хранение учитывать расходы на эксплуатацию, персонал, ПО, аппаратные средства, сети и монтажные работы, то резервное копирование оказывается на третьем месте. Считается, что консолидация ленточных накопителей в SAN с помощью CentricStor способна сократить число необходимых приводов на 50-75%. Применение этой архитектуры централизует управление (затраты на оплату работы системных администраторов сокращаются до 80%) и уменьшает число используемых разных распределенных технологий (например, число приводов сокращает до 75%).

Особо следует остановиться на разработанной Fujitsu Siemens уникальной опции совместного использования ресурсов, которая реализует параллельный доступ для серверов Unix, Windows/NT/2000, мэйнфреймов BS2000 и MVS. Единый графический интерфейс администрирования обеспечивает управление в гетерогенной среде. Параллельное выполнение операций в консолидированной среде Unix и мэйнфреймов с помощью CentricStor эффективно защищает сделанные ранее инвестиции.

Немаловажный фактор – способность CentricStor работать с различными технологиями хранения. Напомним, что к CentricStor можно подключать даже разные библиотеки с разными типами приводов (IBM-Magstar, LTO-Ultrium или STK-9840/9940). Функция сжатия данных улучшает производительность кэш-памяти томов, повышая эффективность использования носителей. В отличие от традиционных ленточных систем, CentricStor позволяет легко перейти на новые типы приводов или роботов без внесения каких-либо изменений в конфигурацию библиотеки или схемы резервного копирования.

Вот лишь несколько достоинств CentricStor с точки зрения эксплуатации:

• даже при резком увеличении нагрузки и невозможности спрогнозировать потребность в серверах не возникает недостатка в ленточных приводах;
• автоматическое обновление данных обеспечивает надежное их восстановление по сделанным какое-то время назад резервным копиям без дополнительных действий администратора;
• обеспечивается легкая интеграция с системами сетевого хранения (ESCON, SAN/NAS);
• достигается прозрачность приложений и полная совместимость с серверами WindowsNT/2000 и Unix;
• предусматривается быстрый и легкий переход на новые технологии (iSCSI, LTO-2 Ultrium и т. д.) – слой приложений виртуально "отделен" от оборудования систем хранения.

Преимущества для бизнеса

Разработчики системы CentricStor полагают, что эффективное использование ленточных ресурсов позволяет оптимизировать развертывание и эксплуатацию систем хранения, сократить расходы, связанные с приобретением лишних дорогостоящих емкостей хранения. Консолидация ленточных ресурсов поможет улучшить финансовые показатели компании.

Использование CentricStor может помочь клиентам, испытывающим нехватку квалифицированного персонала для обслуживания систем хранения. Для решения этой проблемы прежде всего требуется автоматизировать операции с лентой, обычно выполняемые вручную. Ошибки оператора и неэффективная работа устаревших технологий резервного копирования могут привести к длительным простоям приложений Unix и Windows/NT/2000. А вот автоматизация с помощью CentricStor освобождает обслуживающий персонал от выполнения ручных операций с лентой, позволяя сотрудникам сосредоточиться на более важных задачах. Кстати, при разработке этого решения для виртуализации хранения одной из целей было устранить потери производительности и доходов компаний из-за недостаточной поддержки ИТ-инфраструктуры.

Доступность критически важных корпоративных данных приложений Windows 2000 также повышается благодаря консолидации хранения. Дело в том, что CentricStor предотвращает сбои в работе ПО и снижение производительности систем хранения, связанное с распределенностью серверов приложений и ограниченной пропускной способностью сети. Технологии SAN и NAS в комбинации с интеллектуальными средствами автоматического резервного копирования CentricStor помогают удовлетворить возрастающие потребности пользователей.

Как известно, миграция с x/OS на Unix и Windows 2000 стала одним из критериев успеха ИТ-подразделений многих крупных компаний. При решении этой проблемы применение CentricStor также оказывается эффективным. Поскольку инструменты виртуализации позволяют уменьшить стоимость хранения и восстановления данных, то на этапе миграции стоит сразу же задействовать платформно-независимые решения резервного копирования для обеспечения защиты данных. В сетевой среде объем хранимых данных, которые должен обслуживать администратор, может возрасти втрое, но зато при переходе к сетевому хранению улучшается защита данных. К тому же при использовании CentricStor никогда не возникнет недостатка в свободной емкости. Развитие бизнеса заставляет ИТ-подразделение ускорить процесс миграции для улучшения гибкости и более быстрого выхода на рынок. Благодаря модульной конструкции CentricStor обеспечивается гибкость, достаточная для поддержки инфраструктуры даже при маловероятных событиях. Широкие возможности восстановления после сбоев и обеспечения готовности делают CentricStor подходящей платформой и для самых требовательных приложений электронного бизнеса.

Корпоративная модель CentricStor 400 имеет пропускную способность выше 1 Гбайт/с за счет использования вместительной дисковой кэш-памяти и новой высокопроизводительной процессорной технологии. А выпустив версию CentricStor 100, корпорация Fujitsu Siemens тем самым распространила возможность применения технологии виртуальных ленточных накопителей на малые и средние предприятия. Система CentricStor 100, по своей архитектуре похожая на объявленную ранее CentricStor 400, поддерживает консолидированную обработку данных на ленточных накопителях в средах начального уровня технологически так же, как это делается в крупных центрах обработки данных. Благодаря последнему поколению оборудования, использующего современные технологии виртуализации, традиционные процедуры резервного копирования и восстановления изменились самым кардинальным образом.