Fachbeitrag von IBM Systems Storage für das Storage Consortium zum Thema: Scale-Out Network Attached Storage Die neue Dimension des Speicherns?

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1 Starnberg, 23. August 2010 Fachbeitrag von IBM Systems Storage für das Storage Consortium zum Thema: Scale-Out Network Attached Storage Die neue Dimension des Speicherns? Autor*: Sabine Schloesser, IBM Deutschland Strukturierte Daten haben wir mittlerweile im Griff. Alles, was sich in Zeilen und Spalten aufteilen lässt, in Datenbanken gespeichert und von dort aus verarbeitet wird, ist gut organisiert und abgelegt. Jeder Storage-Administrator kann genau sagen, in welcher Struktur die Daten vorliegen und in welchem Maße sie wachsen. Dabei ist ein Wachstum im einstelligen Prozentbereich die Regel, höhere Wachstumsraten eher die Ausnahme. Anders sieht es mit unstrukturierten Daten aus. Hierunter fallen zum Beispiel Dokumente, Präsentationen, Videos oder auch Podcasts. Beispiele für das immense Wachstum in diesem Bereich fangen schon im Privaten an. Seitdem Home- Entertainment-Systeme (ehemals TV/Hifi) direkt mit privaten Rechnern und deren Speicher kommunizieren können, sammeln auch Privatleute mit großer Freude alle möglichen Bild- und Tondokumente, um sie jederzeit zur Verfügung zu haben, sprich anzusehen oder anzuhören. Ein kleines NAS (Network Attached Storage) wird für viele zur echten Alternative, der Datenflut Herr zu werden. In diesem Fall werden sie wie viele kleine und größere Unternehmen zu den Benutzern eines klassischen NAS-Filers.

2 A) Klassischer NAS Filer: Ein klassischer NAS-Filer ist sozusagen der universelle Gebrauchs-Filer für moderates Wachstum mit festgelegter Maximalgröße. Meistens handelt es sich um ein oder zwei Controller-Modelle, die sich gegenseitig absichern und innerhalb ihrer Boxgrenzen wachsen können. Stößt ein Filer an seine Grenzen, ist eventuell eine Modell-Aufrüstung möglich, meistens wird ein weiterer NAS-Filer hinzugestellt. Jeder Filer ist ein in sich geschlossenes System mit eigenen Mangement-Werkzeugen und eigener Administration. Je größer die Zahl der Systeme, desto höher der Aufwand. Werden Filer unterschiedlicher Hersteller verwendet, erhöht sich der Administrationsaufwand solcher Informations-Inseln zusätzlich, so dass der beliebte Spruch Meinen ersten Filer habe ich geliebt, meinen zwanzigsten gehasst! durchaus seine Berechtigung hat Abb. 1 - Klassischer NAS-Ansatz Bildquelle: IBM Was das Wachstum der unstrukturierten Daten angeht, nehmen wir rasant an Tempo auf. Das Prinzip, den Verbrauch durch Reglementierung der Endbenutzer einzudämmen, kann getrost als gescheitert erklärt werden. Selbst wenn vordergründig

3 die Mailboxen dieser Welt auf 500MB begrenzt bleiben im Hintergrund wird gespeichert wie noch nie. Team-Räume, Projekt-Ordner, gemeinsame Web-Wikis der Platzbedarf wächst ins Unermessliche. Um die harten Box-Grenzen einzelner Filer und die damit einhergehenden Restriktionen, z.b. die begrenzte Sicht auf die Daten (Namespace) oder unterschiedliche Kopier- und Verfügbarkeitswerkzeuge in den Griff zu bekommen, wurden Weiterentwicklungen betrieben, die sich unter dem Begriff Skalierbarer NAS zusammenfassen lassen. B) Skalierbarer NAS - Ansatz: Um den Problemen der Informations-Inseln, allen voran die gemeinsame Sicht auf die Daten, zu begegnen, wird eine Virtualisierungsebene über die klassischen Filer gelegt. Hier werden die Namespaces der einzelnen Filer konsolidiert und für den Endanwender die globale Sicht auf die Daten (Global Namespace) hergestellt. Einige der administrativen Herausforderungen lassen sich in die Virtualisierungsebene verlegen und damit vereinfachen. Die betriebliche Effizienz steigt. Allerdings wird die IT- Komplexität nicht unbedingt reduziert, da die darunterliegenden einzelnen NAS- Systeme betreut werden müssen. Abb. 2 - Skalierbares NAS System Bildquelle: IBM

4 Wie weit lassen sich solche skalierbaren NAS erweitern? In die Dutzende Petabytes bzw. Milliarden Files? Wann wird das Management der Virtualisierungsschicht sowie der Einzel-Filer zur nicht mehr tragbaren und praktikablen Herausforderung? Hier beginnt parallel zum skalierbaren NAS - die Welt des Scale-Out-NAS, die im Wachstum weitere Vorteile bietet: Abb. 3: Scale-Out-NAS Bildquelle: IBM Scale-Out-NAS (SONAS): Scal-Out-NAS-Systeme bedienen sich einer Grid-Architektur, das heißt Logik- und Speicherbausteine sind miteinander vernetzt und stellen die gemeinsamen NAS- Funktionalitäten zur Verfügung. Der darstellbare Global Namespace skaliert in die Dutzende Petabyte. Der Aufbau in einzelnen Modulen ermöglicht eine granulare Erweiterung je nach Kundenanforderung an Durchsatz, Kapazität oder Performance. Damit lassen sich die Anforderungen individuell bedienen, ohne die Komplexität zu erhöhen. Innerhalb der Grid-Architektur wird Management aus einem Guss geboten, über Backup

5 und (Hoch)-Verfügbarkeitsmechanismen bis hin zu hierarchischen Speicherkonzepten, z.b. im Sinne eines ILM (Information Lifecycle Management). Die Anwendungsumgebungen, in denen Scale-Out-NAS -Lösungen zum Einsatz kommen, sind längst aus der Spezialitätenecke der Hochleistungsrechenzentren herausgetreten. Abb. 4: Scale-Out-NAS - Design Bildquelle IBM Anwendungsbeispiel 1: Unspezifischer genereller Filer-Bedarf Für jede Art von (Social) Networking (z.b. als Universitäts-Campus-Filer oder firmeninternes Repository für Projektdaten, Marketing, Sales oder Technik) werden die Speicheranforderungen rasant wachsen. Die gemeinsame Sicht auf die Daten stößt z.b. im Gesundheitswesen auf großes Interesse, seit sich sogenannte Gesundheitsnetzwerke (Krankenhäuser, Ärztenetzwerke, Krankenkassen) entwickeln, die nur durch eine einfache gemeinsame Datenhaltung wertschöpfend funktionieren können. Im Web2.0-Umfeld, in firmeninternen Private-Storage-Clouds bzw. globalen Storage-as-a- Service-Angeboten gibt es Bedarf an hyper-skalierbaren Speicherlösungen.

6 Anwendungsbeispiel 2: Digitale Medien Gerade Firmen die als Anbieter in der Medienbranche tätig sind, sei es im Rahmen von Video on Demand oder als Nachrichtenverarbeiter, haben einen dramatisch steigenden Speicherbedarf. Die Technologieentwicklung hin zu HD (High Definition) tut ihr übriges. Neben dem Bedarf an großen Kapazitäten ist die Streaming-Performance, d.h. die Möglichkeit, Daten schnell an den Endanwender zu verteilen, die große Herausforderung, bei der SONAS seine Vorteile ausspielen kann. Anwendungsbeispiel 3: Technik, Wissenschaft Nicht nur in der reinen Forschung haben wir es mit einer Vielzahl an Mess- und Analyseeinheiten zu tun, die sekündlich Gigabyte an Daten liefern. In Hochtechnologie- Umgebungen, z.b. Kraftwerken, Windkraftanlagen, intelligenten Stromnetzen oder in der Automobilentwicklung werden permanent große Mengen an Daten kreiert und gespeichert. Eines haben diese Daten gemeinsam. Sie werden über lange Zeiträume gelagert - teilweise aus rechtlichen Gründen, teilweise aber auch mit dem Ziel, diese Daten zu einem späteren Zeitpunkt mit dann vorhandenen Techniken erneut auszuwerten. Hier werden also neben der reinen Kapazität intelligente ILM-Konzepte benötigt. Innerhalb dieser verschiedenen Anwendungsbeispiele werden nun einige Problemstellungen sichtbar, in denen Scale-Out-NAS-Technologien Vorteile bieten können. Herausforderung 1: Eine Sicht auf die Daten, jederzeit und überall: Die Benutzer möchten einen globalen Namespace, über den sie von überall her eine einheitliche Sicht auf die Daten bereitgestellt bekommen. Für die jederzeitige Verfügbarkeit muss ein solches System fehlertolerant aufgebaut sein. Das heißt, der Ausfall einer Komponente darf nicht zum Stillstand der Produktion führen. Die Grid- Architektur von Scale-Out-NAS-Lösungen hilft hier, die Systeme im Falle eines Komponentenausfalls nahtlos weiterarbeiten zu lassen. Daneben bedienen sich solche Lösungen der herkömmlichen Hochverfügbarkeitstechnologien im Sinne von Spiegelmechanismen. Herausforderung 2: Granulares Wachstum ohne Grenzen, je nach Anforderung an Durchsatz, Performance und Kapazität: Scale-Out-NAS-Lösungen können in flexiblen Schritten wachsen. Eine modulare Aufbauweise, die Komponenten für die Performancesteigerung von der reinen kapazitativen Erweiterung trennt, bietet höchstmögliche Flexibilität gegenüber herkömmlicher monolithischer Bauweise. Das für SONAS von IBM verwendete Filesystem GPFS (General Parallel File System) bietet z.b. die Ausbaufähigkeit in Yottabyte-Dimensionen, d.h Byte (zum Vergleich, Petabyte = 1015 Byte).

7 Herausforderung 3: Lagerung der Daten nach Wert schnell und transparent für den Endanwender: Manche Anwendungen, vor allem im wissenschaftlichen und analytischen Umfeld, leben davon, Daten über einen langen Zeitraum hinweg immer wieder zu verarbeiten, sei es, um neue Analysewerkzeuge anzuwenden oder historische Daten in Auswertungen mit einzubeziehen. Das heißt auch, daß eine Art Langzeitarchiv interessant ist, in dem die Daten zwar möglichst kostengünstig ausgelagert sind, aber jederzeit, für den Benutzer in seiner Datenstruktur sichtbar, zur Verfügung stehen. So bietet zum Beispiel IBM Scale-Out Network Attached Storage (IBM SONAS) die integrative Nutzung von Tape als hierarchische Speicherebene an, transparent für den Endanwender. Die Algorhithmen, über die solche hierarchischen Speicherkonzepte aufgebaut werden, müssen größte Datenmengen in küzester Zeit scannen und verschieben können. Herausforderung 4: Schnelles Backup der kritischen Daten: Für Datenmengen in die Petabyte bzw. Milliarden von Files ist nicht unbedingt die reine Sicherungszeit die Schwachstelle in der Backup-Strategie. Die meisten Backup- Werkzeuge scheitern an der benötigten Zeit, die zu sichernden Änderungen zu lokalisieren. Hier müssen also intelligente Mechanismen gefunden werden, z.b. über Meta-Daten-Scan, schnell die benötigten Informationen zu sammeln und an die im Hintergrund ablaufende Sicherungssoftware zu übergeben. Die Anforderungen im Umfeld der unstrukturierten Daten werden auch weiterhin in Richtung Scale-Out-NAS wachsen. Doch nicht nur die reine Bereitstellung von Kapazitäten im Global Namespace wird den Unterschied ausmachen. Technologien im Bereich des Daten-Scan sind für die Unterstützung von betriebsoptimierenden Backup- Strategien wie auch ILM-Konzepten lebenswichtig. Tape als kostengünstigste integrativ einsetzbare Speicherebene spielt hier ebenso eine Rolle wie Komprimierungsfunktionen innerhalb des Speichers. * Zum Autor: Frau Sabine Schloesser, Certified Infrastructure Architect IBM Germany. Frau Schloesser ist seit 26 Jahren für IBM tätig. Nach 20 Jahren Tätigkeit im Bereich Server und Server-Virtualisierung nun seit einigen Jahren im Bereich Speicher für strategische Lösungen rund um Speicherkonsolidierung und -virtualisierung zuständig. Eine Lösung in diesem Bereich umfasst das zu Beginn diesen Jahres angekündigte Produkt IBM SONAS - IBM Scale Out Network Attached Storage.