PowerFlex: DNA của Cơ sở hạ tầng được xác định bằng phần mềm tối ưu

Giới thiệu

Blog này là bài đầu tiên trong loạt bài thảo luận về cơ sở hạ tầng được xác định bằng phần mềm PowerFlex.

PowerFlex là cơ sở hạ tầng được xác định bằng phần mềm linh hoạt, phục hồi và có khả năng mở rộng cao của Dell Technologies, cung cấp cả dịch vụ lưu trữ khối và tệp. DNA ưu tiên phần mềm của nó có thể bắt nguồn từ các sản phẩm được xác định bằng phần mềm có ảnh hưởng của Dell như ScaleIO và VxFlex.

Phần mềm PowerFlex chạy trên nút x86 phổ biến với mạng TCP/IP, tận dụng máy chủ PowerEdge hàng đầu thị trường trong các cấu hình đã được thử nghiệm và đủ điều kiện để chạy PowerFlex.

Tùy chọn tiêu dùng linh hoạt

PowerFlex có bốn tùy chọn tiêu thụ: giá đỡ PowerFlex, thiết bị PowerFlex, nút tùy chỉnh PowerFlex và Lưu trữ khối APEX cho Đám mây công cộng.

• Giá đỡ PowerFlex là hệ thống rack-scale được thiết kế hoàn chỉnh với mạng lưới tích hợp, các nút quản lý và tủ thông minh. Một giải pháp chìa khóa trao tay với thời gian tăng giá trị, giá trị của giá đỡ PowerFlex khó có thể bị đánh bại.
• Thiết bị PowerFlex cung cấp cùng mức hiệu suất như giá đỡ PowerFlex nhưng có điểm khởi đầu nhỏ hơn và có nhiều tùy chọn mạng hơn để phù hợp với nhiều yêu cầu khác nhau.
• Nút tùy chỉnh PowerFlex  là trải nghiệm tự làm so với giá đỡ PowerFlex hoặc thiết bị PowerFlex, mang lại tính linh hoạt cấu hình lớn nhất. Triển khai nút tùy chỉnh—như tên gọi của nó—là dịch vụ ở cấp độ nút và không bao gồm mạng tích hợp.
• APEX Block Storage for Public Cloud  là một triển khai lưu trữ khối được xác định bằng phần mềm của Dell trong đám mây công cộng. Nó cung cấp hiệu suất và khả năng phục hồi cao hơn so với những gì có sẵn với các nhà cung cấp đám mây công cộng gốc.

Hình 1. Các tùy chọn tiêu thụ PowerFlex

Kiến trúc linh hoạt

Có ba khối xây dựng tạo nên sức mạnh của PowerFlex.

Đầu tiên là trình quản lý cụm lưu trữ được gọi là Meta Data Manager (MDM), nằm bên ngoài đường dẫn dữ liệu. MDM là cụm phần mềm có tính khả dụng cao, được kết nối chặt chẽ gồm ba hoặc năm nút, có vai trò giám sát theo dõi tình trạng hệ thống, quản lý cấu hình và điều phối việc xây dựng lại và bảo vệ dữ liệu.

Thành phần phần mềm thứ hai là trình tạo lưu trữ còn được gọi là Máy chủ dữ liệu lưu trữ (SDS). SDS tóm tắt lưu trữ cục bộ trong mỗi nút thành một hoặc nhiều nhóm lưu trữ và trình bày các khối lượng đã được cung cấp từ lưu trữ cục bộ của nó cho người dùng lưu trữ.

Thành phần thứ ba là người tiêu dùng lưu trữ được gọi là Storage Data Client (SDC). SDC được cài đặt trên nút ứng dụng và trình bày khối lượng PowerFlex như một thiết bị khối cho hệ điều hành.

Hình 2. Các khối xây dựng PowerFlex

Những phần mềm này có thể được cài đặt trên các nút theo hầu hết mọi sự kết hợp. Cách chúng được cài đặt sẽ xác định vai trò của nút trong hệ thống PowerFlex cũng như loại triển khai. Hình sau đây cho thấy một hệ thống hai lớp với một bộ bốn nút lưu trữ (SDS) và hai nút tính toán (SDC).

Hình 3. Cấu hình hai lớp

Một lợi thế của việc triển khai hai lớp là chúng ta có thể mở rộng quy mô lưu trữ và tính toán độc lập. Ngoài ra, nó làm giảm chi phí cấp phép cho các môi trường ứng dụng và tính toán cấp phép theo số lượng lõi CPU. SDC và SDS cũng có thể được cài đặt trên cùng một nút để tạo triển khai HCI như thể hiện trong Hình 4, giúp giảm độ phức tạp và tăng hiệu quả hoạt động.

Hình 4. Cấu hình HCI

Chúng ta cũng có thể kết hợp hai lớp và HCI, tất cả trong một hệ thống PowerFlex duy nhất, như thể hiện trong Hình 5.

Hình 5. Hỗn hợp – Hai lớp và HCI

Như bạn có thể thấy từ các tùy chọn triển khai và tiêu thụ có sẵn, PowerFlex cung cấp tính linh hoạt cực cao, nhưng không dừng lại ở đó. PowerFlex tự hào hỗ trợ rộng rãi cho các môi trường và ứng dụng hoạt động tính toán, bao gồm Windows và nhiều bản phân phối Linux, và nhiều môi trường siêu giám sát. PowerFlex cũng là một nền tảng tuyệt vời cho các ứng dụng gốc đám mây được chứa trong container.

Sự linh hoạt đã phát triển

PowerFlex là một giải pháp liên tục phát triển. Các bước tiến hóa gần đây nhất là dịch vụ tệp, như minh họa trong Hình 6, và hỗ trợ NVMe/TCP cho kết nối front-end (ứng dụng).

Dịch vụ tệp PowerFlex sử dụng các nút vật lý cho bộ điều khiển NAS và tương tự như các nút tính toán. Khi dịch vụ tệp được triển khai, một vùng chứa NAS và một SDC được cài đặt trên mỗi nút tệp chuyên dụng. Một cụm NAS duy nhất được hỗ trợ cho mỗi hệ thống PowerFlex (cụm MDM). Cụm NAS hỗ trợ bất kỳ thứ gì từ hai đến mười sáu nút bộ điều khiển NAS vật lý.

Bộ lưu trữ khối phụ trợ hỗ trợ hệ thống tệp NAS là bộ lưu trữ khối PowerFlex được cung cấp từ một nhóm lưu trữ. Các khối được tạo trong nhóm lưu trữ đã chọn cho siêu dữ liệu NAS và cho hệ thống tệp người dùng. Bộ lưu trữ tệp PowerFlex hỗ trợ NFSv3/v4, SMBv2/v3, FTP và SFTP.

Hình 6. Dịch vụ tập tin

Tiêu chuẩn NVMe được thiết lập vào năm 2013 để giải quyết vấn đề sử dụng phương tiện lưu trữ không bay hơi, trực tiếp, nhanh với các giao diện chậm hơn như SAS. Vào năm 2016, tiêu chuẩn đã được mở rộng để bao gồm các thiết bị NVMe được sử dụng trên fabric (NVMe-oF). SDC không tương thích với giao thức NVMe/TCP, tuy nhiên hầu hết các nhà cung cấp hệ điều hành đã bắt đầu áp dụng NVMe/TCP gốc. Do đó, cần phải thay đổi kết nối máy chủ để hỗ trợ kết nối NVMe/TCP, như minh họa trong Hình 7.

Tôi đã đề cập trước đó rằng SDC lưu trữ bản đồ bố trí ổ đĩa trên các nút lưu trữ. Bản đồ bố trí ổ đĩa phải được biết để các lệnh đọc và ghi được chuyển đến SDS và thiết bị phù hợp. Nếu không có SDC, logic ánh xạ phải được chuyển từ nút tính toán sang hệ thống lưu trữ PowerFlex. Tương tự như vậy, việc dịch giao thức NVMe được máy chủ sử dụng sang giao thức PowerFlex độc quyền ở phía sau là một khoảng cách kỹ thuật khác cần được lấp đầy.

Nhập một mô-đun phần mềm PowerFlex mới có tên là Storage Data Target (SDT). SDT được cài đặt trên các nút lưu trữ cùng với SDS và chịu trách nhiệm dịch chuyển IO tính toán bằng giao thức NVMe sang giao thức PowerFlex. Bản đồ bố trí khối lượng do SDC nắm giữ đã được chuyển đến SDT.

Hình 7. Kết nối máy chủ NVMe/TCP

LƯU Ý: Dell PowerFlex và hầu hết các bản phân phối Linux chỉ hỗ trợ NVMe/TCP trong bản xem trước công nghệ . Tham khảo tài liệu của nhà cung cấp hệ điều hành và tài liệu PowerFlex mới nhất để biết thông tin cập nhật về hỗ trợ NVMe/TCP. Kết nối NVMe/TCP giữa VMware ESXi và Dell PowerFlex được hỗ trợ.

Khả năng mở rộng chưa từng có

PowerFlex có tiềm năng tăng trưởng cao và có thể mở rộng lên hàng nghìn nút. Bạn có thể bắt đầu từ một hệ thống nhỏ với bốn nút và thêm các nút theo nhu cầu kinh doanh. Hơn nữa, việc thêm các nút là một hoạt động không gây gián đoạn. Bạn có thể tìm thấy các thông số kỹ thuật chi tiết hơn trong bảng thông số kỹ thuật PowerFlex .

Cơ sở hạ tầng được xác định bằng phần mềm

SDS trên mỗi nút lưu trữ tóm tắt các đĩa cục bộ và liên kết tất cả chúng thành các nhóm lưu trữ. Ngoài việc tổng hợp dung lượng lưu trữ, phần mềm PowerFlex còn tổng hợp khả năng hiệu suất của từng nút. Ví dụ, nếu một nút có 20 TB dung lượng lưu trữ và có thể thực hiện 100k IOP, thì hai nút cung cấp 40 TB dung lượng lưu trữ và 200k IOP.

Hình 8. Cơ sở hạ tầng được xác định bằng phần mềm

Các cuộc thử nghiệm nội bộ tại Dell đã cho thấy sự cải thiện hiệu suất gần như tuyến tính khi thêm các nút, như được hiển thị trong Hình 9, mang lại mức tăng có thể dự đoán được khi thêm các nút vào hệ thống PowerFlex.

Hình 9. Cải thiện tuyến tính với IOP

Sự cải thiện tuyến tính tương tự được quan sát thấy với IOP trong PowerFlex cũng được thấy ở thông lượng trong Hình 10, trong khi vẫn duy trì thời gian phản hồi dưới một phần nghìn giây.

Hình 10. Cải thiện tuyến tính với thông lượng 

Cân bằng hoàn hảo

MDM xác định cách bố trí không gian địa chỉ ổ đĩa trong nhóm lưu trữ khi nó được tạo, như minh họa trong Hình 11. MDM gửi bản đồ dữ liệu đến các SDS đang đóng góp lưu trữ và đến SDC đang sử dụng ổ đĩa. Đáng chú ý, MDM phân phối không gian địa chỉ ổ đĩa đồng đều trên mọi SDS và mọi ổ cứng đang đóng góp lưu trữ vào nhóm lưu trữ.

Hình 11. Địa chỉ khối lượng

MDM liên tục giám sát tài nguyên và đảm bảo không có điểm nóng nào trong hệ thống. Các SDS giao tiếp với nhau qua lưới backend khi phát hiện mất cân bằng và bắt đầu quá trình tái cân bằng. Hoạt động cân bằng này đảm bảo dung lượng được phân bổ đều trên các thiết bị backend và hiệu suất được phân bổ trên lưới backend, kết quả được hiển thị trong Hình 12. Lưu ý rằng quá trình tái cân bằng là một quá trình nền và không ảnh hưởng đến IO sản xuất.

Hình 12. Thiết bị cân bằng

PowerFlex cũng đảm bảo rằng các thao tác đọc và ghi vào ổ đĩa được cân bằng trên các SDS trong nhóm lưu trữ.

Hình 13. SDS cân bằng

Một SDC sẽ sử dụng mọi SDS trên một lưới máy khách/máy chủ, được minh họa trong Hình 14. SDC có đa đường dẫn tự động đến từng SDS, đảm bảo IOP được cân bằng trên đầu cuối. Kiến trúc song song lớn này đảm bảo thông lượng tối đa trong khi giảm thiểu độ trễ.

Hình 14. Lưới máy khách-máy chủ

Khả năng phục hồi thông minh

Công nghệ lưới trong PowerFlex mang lại hiệu suất đáng kinh ngạc cũng là nền tảng cho khả năng phục hồi vượt trội của nó. Nếu ổ đĩa hoặc nút bị lỗi, SDS sẽ sử dụng cùng một cơ chế được mô tả trong phần trước để cân bằng lại và xây dựng lại dữ liệu, đảm bảo tính khả dụng 6 9 [1] . PowerFlex có thể bảo vệ lại dữ liệu trong vài giây sau khi ổ đĩa bị lỗi và trong vài phút sau khi nút bị lỗi. Hình sau đây giải thích cách thời gian xây dựng lại được cải thiện theo quy mô.

Hình 15. Thời gian xây dựng lại

PowerFlex không sử dụng bất kỳ loại bảo vệ RAID cấp đĩa phần cứng nào. Thay vào đó, khi thực hiện thao tác ghi, SDC sẽ gửi một khối dữ liệu đến SDS (chính). Sau đó, SDS sẽ ghi dữ liệu vào ổ cứng trên nút cục bộ. SDS cũng sẽ chuyển khối dữ liệu đến nút SDS thứ hai (phụ), sau đó ghi dữ liệu vào đĩa trên nút đó.

Hình 16. Phản chiếu dữ liệu

Còn các lần ngừng hoạt động theo kế hoạch để bảo trì thì sao? PowerFlex cung cấp cho người quản trị ba tùy chọn chế độ bảo trì, mỗi tùy chọn đều không gây gián đoạn.

Đầu tiên là loại bỏ Node , đây là loại bỏ một node đơn lẻ một cách nhẹ nhàng. PowerFlex thực hiện cân bằng lại dữ liệu nhiều-nhiều giữa các node còn lại trong quá trình loại bỏ node. Dữ liệu được bảo vệ hoàn toàn và hệ thống PowerFlex vẫn hoạt động. Khả năng hoạt động và hiệu suất tiềm năng của hệ thống sẽ giảm khi hoạt động được bắt đầu. Chế độ này thường được sử dụng để loại bỏ vĩnh viễn một node khỏi cụm.

Chế độ bảo trì tức thời (IMM) được thiết kế để vào và thoát nhanh khỏi hoạt động bảo trì. IMM lý tưởng cho các bản nâng cấp liên tục khi cửa sổ bảo trì ngắn. Dữ liệu trên nút không khả dụng và không được cân bằng lại với các nút khác trong cụm khi một nút được đặt trong IMM. Các ứng dụng truy cập dữ liệu trong IMM được chuyển hướng đến các nút khác chứa bản sao dữ liệu. Các lệnh ghi được theo dõi và khi nút thoát khỏi IMM, các thay đổi được ghi vào nút đang đề cập.

Chế độ cuối cùng được gọi là Chế độ bảo trì được bảo vệ (PMM) , cung cấp khả năng sử dụng dữ liệu tương tự như các chế độ bảo trì khác mà không có rủi ro phơi nhiễm bản sao đơn lẻ của IMM. Giống như thao tác xóa nút, khi một nút được đưa vào PMM, PowerFlex sẽ thực hiện cân bằng lại bản sao nhiều-nhiều cho các nút khác. Dữ liệu trên nút được đưa vào PMM không khả dụng khi vào và trong PMM. Công việc không thể bắt đầu trên nút cho đến khi quá trình sao chép hoàn tất. Việc vào PMM mất nhiều thời gian hơn để đảm bảo dữ liệu trên nút được sao chép sang các nút lưu trữ khác.

Giống như IMM ghi ảnh hưởng đến nút được theo dõi và khi nút thoát khỏi PMM, các bản cập nhật được ghi vào nút. Để biết thông tin chi tiết hơn về chế độ bảo trì PowerFlex, hãy xem sách trắng này .

Quản lý và điều phối

PowerFlex cung cấp hệ sinh thái quản lý và điều phối (M&O) mở rộng, bắt đầu với PowerFlex Manager. PowerFlex Manager là ứng dụng quản lý thống nhất cho tất cả các mô hình tiêu thụ PowerFlex, cung cấp quản lý vòng đời, tự động hóa và tuân thủ phần mềm và chương trình cơ sở cho giá đỡ và thiết bị PowerFlex. PowerFlex Manager cũng tự động hóa quản lý vòng đời của phần mềm PowerFlex cốt lõi cho tất cả các mô hình tiêu thụ.

Hình 17. PowerFlex Manager LCM

Ngoài việc quản lý vòng đời, PowerFlex Manager còn báo cáo về tình trạng, công suất và hiệu suất của các thành phần phần cứng và phần mềm PowerFlex và là điểm đầu vào cho PowerFlex REST API đầy đủ tính năng.

Dell Technologies cung cấp các công cụ tự động hóa cho PowerFlex như Python SDK, mô-đun Ansible và nhà cung cấp Terraform. Bạn muốn đặt khối lượng công việc được chứa trong container trên PowerFlex? Dell Technologies cung cấp trình điều khiển Container Storage Interface (CSI) và Container Storage Modules (CSM) để quản lý cơ sở hạ tầng Kubernetes trên PowerFlex. Bạn muốn biết thêm thông tin về chủ đề này? Hãy truy cập GitHub .

Phần kết luận

Tôi có thể tiếp tục nói về DNA PowerFlex, nhưng tôi nghĩ chúng ta có thể kết thúc ở đây. Hãy theo dõi để biết thêm thông tin trong blog trong tương lai. Nếu bạn đang tìm kiếm thêm thông tin trong thời gian chờ đợi, hãy truy cập Dell Technologies Info Hub , nơi bạn sẽ tìm thấy các nguồn tài nguyên kỹ thuật tuyệt vời như sách trắng, kiến ​​trúc tham khảo, tóm tắt giải pháp và video.