Лавинообразный рост объема данных давно грозит превратиться в информационное цунами. При этом увеличение производительности систем хранения в течение последнего десятилетия заметно отстает от развития производительности центрального процессора, оперативной памяти, внутренней шины, а также пропускной способности сетей. Недостаточная производительность традиционных жестких дисков приводит к увеличению времени отклика приложений и увеличению процессорного времени. А ведь скорость — один из важнейших приоритетов современного бизнеса. Когда время отклика HDD стало «бутылочным горлышком» инфраструктуры и серьезной проблемой для организаций, нуждающихся в высокой производительности систем хранения данных, на помощь пришли флэш-технологии — на порядок более быстрые и успевшие неплохо зарекомендовать себя на потребительском рынке.

Твердотельные диски на базе флеш-памяти, которые можно установить в системы, предназначенные для жестких дисков, практически сразу давали выигрыш по производительности от 2,5 до 10 раз в зависимости от типа задач. В серверах твердотельные диски (Solid State Drive, SSD) обеспечивают более высокую скорость доступа к данным и иногда применяются в качестве кэш-памяти или для хранения промежуточных данных, чтобы ускорить их обработку на сервере. Компания Facebook, например, заменила оперативную память в своем сервере McDipper флеш-памятью и использует SSD для долговременного хранения данных. В суперкомпьютерах применение SSD в качестве альтернативы оперативной памяти и жестким дискам позволяет ускорить внутреннюю передачу данных.

Помимо их главных преимуществ — быстрого доступа, высокой скорости передачи данных и операций ввода-вывода, к достоинствам флеш-накопителей относятся также механическая надежность, низкое энергопотребление, компактность и бесшумная работа.

Неудивительно, что флэш-накопители уверенно завоевывают рынок, в том числе его корпоративный сегмент. По данным компании IHS, в 2013 году поставки твердотельных накопителей увеличились на 82% по сравнению с предыдущим периодом, и аналитики прочат им дальнейший бурный рост. К 2017 году поставки SSD в натуральном выражении достигнут половины объема поставок жестких дисков, считают в IHS. Столь впечатляющие темпы роста обусловлены главным образом широким использованием SSD в тонких ноутбуках и ультрабуках, которое началось в немалой степени благодаря постепенному снижению цен на флэш-память. Проникновение в тяжелые корпоративные решения происходит не столь стремительно, тем не менее многие предприятия интегрируют SSD в свои системы хранения. А тем временем на арену вышел следующий класс систем хранения — флеш-массивы.

Ожидается, что через пять-шесть лет на флеш перенесут все ключевые приложения, а традиционные дисковые системы отойдут на второй план и будут служить для резервирования данных и хранения архивов.

В настоящее время производители систем хранения применяют два основных подхода к использованию флэш-технологий. Первый подход заключается в применении флэш-чипов в SSD: большая часть поставщиков систем хранения покупают готовые носители и встраивают их в свои решения, часто используя многоуровневое хранение (tiering). Второй подход — разработка принципиально новой архитектуры системы хранения данных с учетом особенностей флеш-чипов, включая специализированные контроллеры массивов и модули для установки чипов. Компании, которые пошли по этому пути, начинают отвоевывать позиции у производителей традиционных систем хранения благодаря технологическим преимуществам специализированной архитектуры.

Александр Казаков, начальник управления технологической инфраструктуры «Для централизации ИТ-мощностей и снижения затрат на их обслуживание нужно было перейти к виртуальной инфраструктуре рабочих мест и серьезно модернизировать хранилище данных», Александр Казаков, начальник управления технологической инфраструктуры «Райффайзенбанка»
Кирилл Богданов, заместитель гендиректора по ИТ компании «Аэрофлот — Российские авиалинии «С учетом технологических характеристик и стоимости каждой технологии в настоящее время лучше использовать гибридные решения», Кирилл Богданов, заместитель гендиректора по ИТ компании «Аэрофлот — Российские авиалинии
Алексей Евтушенко, директор по ИТ банка Home Credit «Технологически целесообразно использовать твердотельные диски для устранения узких мест производительности СУБД с дисковой подсистемой в части последовательных транзакций», Алексей Евтушенко, директор по ИТ банка Home Credit
Сергей Гроссет, директор департамента ИТ группы компаний «Ренова» «Наиболее оправданно использование твердотельных дисков в системах хранения таких систем, как ERP, для обеспечения работы баз данных SQL, поскольку SSD — быстрые», Сергей Гроссет, директор департамента ИТ группы компаний «Ренова»
Виктор Кузьменко, начальник отдела системного администрирования компании «Ингосстрах» «Внедрение SSA позволило снизить операционные риски при размещении данных приложений благодаря относительной простоте внедрения и эксплуатации системы», Виктор Кузьменко, начальник отдела системного администрирования компании «Ингосстрах»

Исходя из целесообразности

В существующих подсистемах хранения данных часто соседствуют созданные на разных платформах и в разное время дисковые массивы и ленточные библиотеки. Каждый носитель обладает своими достоинствами и недостатками: одному не хватает свободной емкости, другому — производительности, третьему — необходимого функционала, четвертому — требуемого уровня надежности. С появлением технологии виртуализации эффективность использования ресурсов удалось повысить, однако на практике выделение и перераспределение ресурсов из общего пула часто осуществляется вручную. Виртуализация систем хранения данных пока не столь совершенна, как повсеместно распространенная виртуализация вычислительных ресурсов

В числе заказчиков, весьма заинтересованных в использовании флэш-памяти в корпоративных системах, немало финансовых и инвестиционных институтов, которым остро необходим быстрый отклик систем хранения на запросы бизнес-приложений. Для каких задач, по мнению этих заказчиков, использование SSD в системах хранения данных наиболее оправданно?

«Думаю, эта область применения SSD уже стала своего рода стандартом — СУБД и виртуализация», — рассказывает Владимир Мишугин, вице-президент, директор департамента ИТ Банка Москвы. Твердотельные диски в этом банке планируется использовать в многоуровневых системах хранения масштаба предприятия и старших моделях корпоративных систем хранения, поддерживающих флеш-диски и разделение данных на уровни. В первую очередь это АБС, хранилище данных, системы процессингового центра и биллинга.

«Наиболее оправданно использование твердотельных дисков в системах хранения таких систем, как ERP, для обеспечения работы баз данных SQL, поскольку SSD — быстрые», — отметил Сергей Гроссет, директор департамента ИТ группы компаний «Ренова».

«Технологически целесообразно использовать твердотельные диски для устранения узких мест производительности СУБД с дисковой подсистемой в части последовательных транзакций, которые требовательны к минимальному времени отклика дисковой подсистемы, — полагает Алексей Евтушенко, директор по ИТ банка Home Credit. — Что касается экономической целесообразности, то она зависит от конкретных вариантов применения данного решения».

Основная область использования SSD в банке Home Credit — работа СУБД Oracle в таких критичных бизнес-системах, как кредитный фронт, автоматизированная банковская система и карточная система. Нареканий к надежности SSD у Евтушенко нет, и к виртуализации в банке только присматриваются. «На текущий момент мы считаем, что осуществлять виртуализацию системы хранения неэффективно, — сообщил он. — В среднесрочной (двухлетней) перспективе применение этой технологии рассматривается как потенциально возможное — с использованием флеш-массивов или устройств виртуализации».

Ограничения SSD: не только цена

HDD все еще составляют примерно половину всего рынка компьютерных накопителей, так как они по-прежнему являются самой дешевой средой хранения информации. Тем не менее есть все основания полагать, что использование систем хранения на основе флеш-технологий будет расти, поскольку высокопроизводительные ИТ-системы требуются все большему числу предприятий. Массовый переход на флеш-память в настоящее время сдерживают два фактора: сравнительно высокая стоимость и опасения, связанные с ограниченной надежностью SSD.

По мере того как технология SSD становится все более зрелой, ее недостатки постепенно устраняются. Благодаря усовершенствованию контроллеров, все более развитому коду коррекции ошибок и механизмам нивелирования износа, равномерно распределяющим операции перезаписи между ячейками, постепенно удлиняется срок службы твердотельных накопителей. Производители даже утверждают, что теперь SSD служат дольше, чем жесткие диски. И надежнее. По сведениям аналитиков IHS, доля SSD, дающих сбой в течение гарантийного срока, составляет 1,5%, в то время как соответствующая доля жестких дисков — около 5%.

О надежности и стоимости владения флеш-массивов российским CIO пока известно немного, более распространенный вариант использования флэш в системах хранения — гибридные решения, сочетающие HDD и SSD.

Переходные гибриды

Главные требования бизнеса к системам хранения сегодня — это динамичность и экономичность. Поскольку решения на базе флеш-памяти пока достаточно дороги, компаниям приходится искать компромисс между скоростью и стоимостью. Гибридные решения можно назвать одним из таких компромиссных вариантов, перекидывающих мостик от привычных и проверенных решений к технологиям следующего поколения.

«С учетом технологических характеристик и стоимости каждой технологии в настоящее время лучше использовать гибридные решения», — полагает Кирилл Богданов, заместитель генерального директора по ИТ компании «Аэрофлот — Российские авиалинии». Однако в дальнейшем, считает Богданов, SSD-решения, возможно, станут более востребованными по мере удешевления.

«Рыночные перспективы технологий хранения зависят от конкретных задач, — заметил Мишугин. — Для Enterprise-систем от EMC, HDS и HP в качестве центральных корпоративных, конечно, предпочтительнее гибридные решения. При использовании автоматического разделения на уровни или многоуровневых систем хранения один из слоев на подобных системах, скорее всего, будет представлять собой именно флеш-системы. Вопрос в том, как корректно назвать систему в такой схеме использования — гибридная или «чистая»? При использовании подобного подхода единая система управления достаточно сильно снижает накладные расходы на обслуживание и администрирование как всей системы хранения, так и ее виртуальных составляющих».

С точки зрения Евтушенко, системы хранения на базе SSD не имеют больших перспектив. Гибридные массивы постепенно сходят с дистанции (использования «smart tiering», то есть SSD для «горячих» данных) и переходят в сегмент среднего класса (MidRange). По-настоящему перспективной является технология флэш-массивов, уверен он.

Выигрывает архитектура

Позволяя получить большую, чем на HDD дисках, производительность, установка SSD в традиционные массивы не решает главной задачи — достижения минимального времени отклика. Поскольку архитектура традиционных массивов разрабатывалась задолго до появления флэш-технологий, добавление SSD в такую систему хранения часто выявляет внутренние ограничения, которые не позволяют раскрыть все возможности флэш-чипов. В 2007 году компания Violin Memory, совместно с инвестором и производителем чипов — Toshiba, выпустила первый массив, разработанный специально для флэш-чипов. Флеш-массивы (Solid State Array, SSA) отличаются от решений на базе SSD специализированной архитектурой комплекса, которая влияет и на стоимость, и на производительность системы.

В отличие от SSD, подключаемых через интерфейс и контроллер, в SSA память расположена непосредственно на шине ввода-вывода, тем самым обеспечивается выигрыш в скорости обработки данных и равномерная запись данных по всем ячейкам памяти, что увеличивает их рабочий ресурс. Производители утверждают, что полностью базирующиеся на флэш-памяти системы хранения адаптированы с точки зрения максимальной производительности и минимального времени отклика, а по функционалу и надежности вплотную приблизились к соответствующим показателям традиционных систем хранения, многократно превосходя их по производительности.

«Для массивов со специализированной архитектурой, разработанной с нуля с учетом особенностей флеш-чипов, время отклика начинается от 150 мкс, что позволяет существенно ускорить любое бизнес-приложение даже по сравнению с high-end-массивом традиционной архитектуры, укомплектованным дисками SSD», — отметил Алексей Аверин, технический директор «Violin Memory Россия и СНГ».

По соотношению цена/производительность, а также по плотности размещения информации флеш-массивы определенно выигрывают как у обычных дисковых, так и у гибридных систем хранения.

SSA: дешевле и компактнее

Так как cуществует устоявшееся мнение, что флеш — это очень дорого, производители традиционных систем хранения предлагают использовать гибридные массивы c SSD и многоуровневое хранение. Но при таком подходе заявленная экономия часто не достигается, заметил Аверин, так как tiering работает на основе исторических данных и система хранения не может оперативно реагировать на изменения нагрузки, при этом компании приходится платить за дополнительные лицензии, увеличивающие еще и стоимость поддержки. Cовместив преимущества флеш-памяти и современной архитектуры, cоздатели SSA обеспечили выигрыш не только по производительности, но и по цене.

«Если посчитать стоимость владения SSA, выясняется, что в некоторых случаях система хранения, построенная полностью на флеш-чипах, фактически является бесплатной, — заявил Аверин. — Например, известны случаи окупаемости инвестиций в SSA за один месяц». Существенное ускорение бизнес-приложений за счет значительного сокращения времени отклика открывает новые возможности для бизнеса. Также повышается утилизация серверов, что позволяет консолидировать нагрузку и экономить на лицензионных выплатах за ПО. Кроме того, современные SSA занимают гораздо меньше места по сравнению с традиционными системами хранения и предъявляют меньше требований к энергопотреблению и охлаждению.

Опыт компаний, заменивших гибридные массивы на SSA, подтверждает, что переход на принципиально новую флеш-архитектуру осуществляется просто и позволяет экономить на инфраструктуре, обеспечивая новый уровень производительности для бизнес-критичных приложений.

«Когда у каждого отделения своя серверная, а у сотрудников индивидуальные рабочие места с хранением данных на локальных дисках, централизованно контролировать доступность банковских сервисов и данных крайне сложно», — рассказывает Александр Казаков, начальник управления технологической инфраструктуры «Райффайзенбанка». Для централизации ИТ-мощностей и снижения затрат на их обслуживание банк планировал перейти к виртуальной инфраструктуре рабочих мест (VDI) и серьезно модернизировать хранилище данных либо дополнительно установив несколько классических систем хранения данных, либо перейдя на системы, построенные на флеш-памяти. «Последнее решение обошлось значительно дешевле и заняло почти в 20 раз меньше физического пространства. Теперь региональным отделениям банка не нужно локально обслуживать ИТ-мощности, и 9 тыс. наших сотрудников могут работать с системами банка удаленно без затруднений, — сообщил Казаков. — Кроме того, использование технологии VDI позволило существенно повысить скорость развертывания новых отделений и снизить затраты на их эксплуатацию».

В компании «Ингосстрах» внедрение массивов от Violin Memory, реализованное компанией «Крок», позволило обеспечить необходимый запас производительности и удешевить стоимость решения для основного бизнес-приложения. Как рассказал Виктор Кузьменко, начальник отдела системного администрирования компании «Ингосстрах», переход на массивы Violin Memory был обусловлен тремя основными факторами: загруженностью серверных помещений, значительной стоимостью поддержки используемых систем хранения high-end-класса (особенно с закончившимся гарантийным периодом), а также слабым запасом их производительности. Внедрение SSA Violin Memory не только помогло решить все эти проблемы, но и позволило снизить операционные риски при размещении данных приложений благодаря относительной простоте внедрения и эксплуатации системы.

В первую очередь массивы с новейшей архитектурой использовали для размещения высоконагруженных OLTP-систем, требующих высокой скорости доступа к данным. После перевода работы системы оперативной отчетности для анализа страховых рисков на флеш-систему хранения данных срок подготовки отчетов сократился как минимум в шесть раз.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF