Auszug aus dem IBM Storage System Kompendium 2006 bis 2010 – die Epoche der Server-basierenden Speichersysteme und der Speichervirtualisierung, Teil 1

Autor / Redakteur: Kurt Gerecke und Klemens Poschke / Nico Litzel

Was wird uns die neue Epoche der Server-basierenden Speicherarchitekturen und der Speichervirtualisierung bringen? Was erwartet uns technologisch in den nächsten Jahren? Die Autoren erlauben sich, eine persönliche und durchaus realistische Abschätzung der nahen Zukunft in dieses Storage-Kompendium einzuarbeiten.

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Das 2-Wege-System IBM DS8100 und das 4-Wege-System IBM DS8300
Das 2-Wege-System IBM DS8100 und das 4-Wege-System IBM DS8300
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Ansätze von Server-basierenden Speicherarchitekturen sieht man bereits in der Vorgänger-Epoche in den Produkten DR550 (pSeries-Server) für die Langzeitarchivierung und TS7500-Familie (xSeries-Server mit Linux Kernel) für die Bandvirtualisierung im Open-Systems-Bereich. Auch die SAN-Virtualisierung mit dem SAN Volume Controller muss dazugezählt werden.

Allerdings bedeuten Server-basierende Speicherarchitekturen weit mehr. Systeme auf dieser Basis sind nicht nur Maschinen, auf denen Daten gespeichert werden, sondern auch gleichzeitig Server, die Applikationen durchführen können. Konsolidiert man heute Server auf der Serverebene und Speichereinheiten auf der Speicherebene, lassen Server-basierende Speicherarchitekturen eine Vertikalkonsolidierung von Servern und Storage zu. Applikationen können von der Serverebene auf die Storage-Ebene verlagert werden.

Bildergalerie

Dies ist vor allem für Applikationen von wesentlichem Vorteil, die viele I/Os zwischen einer Servereinheit und einer Storage-Einheit produzieren. Diese I/Os können alle eingespart werden, wenn die Applikation von einer Speichereinheit durchgeführt wird (‘No I/O-is the best I/O’).

DS8000

Das erste Produkt in dieser Server-basierenden Speicherarchitektur ist das Plattensystem DS8000, das am 12. Oktober 2004 von IBM angekündigt wurde. Die Ankündigung erfolgte zweifelsfrei viel zu früh und es dauerte fast noch ein ganzes Jahr, bis die Maschine den Stabilitätsgrad hatte, um produktiv eingesetzt zu werden. Heute hat die Maschine eine noch nie dagewesene Stabilität und eine Leistungsfähigkeit, die kein anderes vergleichbares System auf dem Markt ausliefert. Mit der DS8000 wurde am 12. Oktober auch der kleine Bruder, die DS6000, angekündigt.

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3,4 Millionen I/Os pro Sekunde

Die DS8000 ist das derzeit leistungsfähigste Plattensystem auf dem Markt. Mit 3,4 Millionen I/Os pro Sekunde ist sie unschlagbar im Vergleich zu anderen Plattensystemen. IBM trat mit dem Speichersystem DS8000 aber nicht an, um irgendwelche Spitzenpositionen auf irgenwelchen Ranglisten zu erzielen, sondern um mit weniger, leistungsfähiger Hardware die Datenspeicherung günstiger zu gestalten. Es geht um die Wirtschaftlichkeit und Spitzentechnologie hilft dabei, die Total Cost of Ownership (TCO) günstiger zu gestalten.

TCO setzen sich aus Hardware-Anschaffungskosten und Betriebskosten zusammen. Mit dem Einsatz von DS8000 wird beides reduziert. DS8000 führt zu geringeren Anschaffungskosten und wesentlich günstigeren SAN-Infrastrukturkosten, weil weniger Komponenten benötigt werden.

Gleichzeitig reduziert sich der Management- und Tuning-Aufwand, weil die Hardware leistungsfähiger ist und weniger überwacht und optimiert werden muss. Durch Architekturprinzipien wie ein Stripe-all-Design und selbstlernende und sich an veränderte Workloads automatisch anpassende Caching-Algorithmen erreicht die DS8000, dass die Hardware optimal genutzt wird.

Nahezu lineare Skalierbarkeit

Die Tabelle in der Bildergalerie gibt einen Überblick über die Skalierbarkeit des Speichersystems DS8000. Die Systeme wurden im Hinblick auf nahezu lineare Skalierbarkeit konzipiert. Den Einstieg in die DS8000-Welt bietet das Zwei-Wege-System DS8100, das bis 116 Terabyte auf Basis von 300-Gigabyte-Laufwerken skaliert. Steigen die Kapazitätsanforderungen, erhöhen sich bei dem System alle zur Leistungssteigerung erforderlichen Komponenten wie Anzahl der Prozessoren, Cache, FC/FICON-Adapter und Disk-Adapter.

Das gilt auch für die zukünftig geplanten Erweiterungen. Steigen die Kapazitätsanforderungen über 192 Gigabyte hinaus, sind zukünftig 8-Wege- und 12-Wege-Systeme bis hin zum 32-Wege-System ohne Architekturänderung machbar. Bei einer nahezu verdreifachten Kapazität von über 500 Terabyte skaliert das System nahezu linear mit, da dann auch alle wesentlichen Komponenten zur Leistungserbringung wie Cache, Prozessoren, FC/FICON-Adapter und Disk-Adapter beim Upgrade vom 4-Wege- auf das 12-Wege-System verdreifacht werden. Die zukünftigen Systeme sind Bestandteil einer lang angelegten Roadmap. Die 8-Wege- und 12-Wege-Systeme werden realisiert werden, sobald sich der Bedarf nach dieser extrem hohen Leistungsfähigkeit auf dem Markt abzeichnet.

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Erweiterungseinheiten

Die DS8100 besteht aus einer Basiseinheit und maximal einer Erweiterungseinheit. An die DS8300 können bis zu zwei Erweiterungseinheiten angeschlossen werden. Seit Oktober 2006 können bei den DS8000-Turbo-Modellen bis zu vier Erweiterungseinheiten angeschlossen werden. Damit bietet die DS8000 Turbo die Möglichkeit, über 300 Terabyte FC-Platten und über 500 Teraqbyte FATA-Platten zu betreiben (maximal 1.024 Plattenlaufwerke).

Die Speichersysteme DS8000 sind die ersten Speichersysteme im Markt mit echten Storage-LPARs. Wie bei einem Server können auf einer physischen Einheit logische LPARs (logische Partitionen) mit eigenem Prozessor, eigener Bandbreite, eigenen HBAs, eigenem Disk-Adapter, eigenen Laufwerken und eigenem Mikrocode gebildet werden. Die LPARs sind robust voneinander isoliert. Selbst ein Crash in einer LPAR beeinflusst eine zweite nicht. Das LPAR-Konzept eignet sich daher besonders gut für die Sicherstellung eines bestimmten Service-Levels für bestimmte Anwendungsbereiche. Produktion und Test können auf einer Maschine gefahren werden, ohne dass die Testaktivitäten die Produktion beeinflussen. zSeries und Open Systems Workload können ebenfalls ohne Bedenken auf der gleichen Maschine betrieben werden, da jede LPAR mit ihren eigenen Ressourcen ausgestattet ist.

Zum heutigen Stand bietet die DS8300 zwei LPARs, die jeweils 50 Prozent der Ressourcen erhalten. In Kürze wird die Aufteilung flexibler werden und Sub-Prozessor-Allokationen werden möglich sein.

Logische Partitionen für Anwendungen

In der Zukunft wird es neben den Storage-LPARs auch Anwendungs-LPARs geben. Da die DS8000 eine pSeries integriert hat, können alle Möglichkeiten eines Servers für die Datenspeicherung genutzt werden. Es ist insbesondere daran gedacht, Anwendungen mit einer hohen Affinität zu Storage (viele I/Os) direkt auf dem Speichersystem laufen zu lassen und die internen Bandbreiten der DS8000 für optimale Performance zu nutzen.

Ein wesentliches Merkmal der DS8000 sind die überlegenen Copy-Services, die einen unterbrechungsfreien RZ-Betrieb ermöglichen. Dazu gehören die Funktionen synchrones und asynchrones Kopieren (Metro Mirror/Copy, Global Mirror/Copy) sowie Point-in-Time Copy (FlashCopy).

Die Spiegelfunktionen der DS8000 sind heute wegen ihrer Leistungsfähigkeit (Entfernung, Anzahl I/Os über eine Leitung, Anzahl gleichzeitiger Spiegel) und ihrer Funktionalität (Konsistenzgruppen, Suspend-/Resume-Möglichkeit, Umdrehen der Spiegelungsrichtung, drei Spiegel gleichzeitig etc.) einzigartig im Markt. Derzeit gibt es keine leistungsfähigere Remote-Copy-Implementierung auf dem Markt.

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Riesiges Marktpotenzial mit geringeren Anforderungen

Während DS8000 auf Basis der POWER5-Architektur ganz klar den Highend-Speichermarkt adressiert, gibt es noch ein riesiges Marktpotenzial mit geringeren Anforderungen an Leistung und Skalierbarkeit. Dieses Marktpotenzial adressiert IBM mit einem modularen Speichersystem auf Basis der PowerPC-Prozessortechnologie. Wichtig für dieses Marktsegment ist ein kompaktes, modulares Design, das eine hohe Leistung auf kleinstem Raum ermöglicht, keine besonderen Anforderungen an die RZ-Infrastruktur stellt und sich perfekt in die vorhandene IT-Landschaft mit Servern in 19-Zoll-Racks integrieren lässt.

Diesen Designanforderungen entspricht das Speichersystem DS6000. Das System ist voll und ganz für den Massenmarkt und seine spezifischen Anforderungen konzipiert. Das System basiert auf modularen Einschüben mit 3U-Bauhöhe, die sich in vorhandene 19-Zoll-Racks einbauen lassen, ohne dabei Kompromisse in der Leistungsfähigkeit einzugehen. Das Speichersystem skaliert von 288 Gigabyte bis auf 38,4 TB.

DS6000 stellt für IBM bei Plattensystemen einen Durchbruch im Platzbedarf dar. Während der bisherige Einstieg in die Enterprise-Welt mit der ESS 750 nicht ohne mindestens einen Quadratmeter Stellfläche plus zusätzliche Servicefläche sowie einen stabilen Doppelboden, der eine Tragfähigkeit von über einer Tonne gestatten musste, zu ermöglichen war, erreicht die DS6000 völlig neue Dimensionen. Der maßstabsgerechte Vergleich in der Bildgalerie zeigt den großen technologischen Fortschritt. Der Einstieg in die Enterprise-Welt ist jetzt mit weniger als fünf Prozent des Volumens bisheriger Speichersysteme möglich. Damit gehen verringerte Anforderungen bezüglich der Servicefläche, der RZ-Infrastruktur und des Strombedarfs einher.

Unterschied in der Plattform

Die DS6000 entspricht im logischen Aufbau der DS8000. Der Unterschied besteht in der Plattform, auf der das System betrieben wird. HA- und DA-Code sind im Wesentlichen identisch, da es sich um autarke Einheiten handelt. Die Funktionalität des Speichersystems ist ebenfalls identisch. Der große Unterschied ist die Prozessor-Plattform. Da der PowerPC-Prozessor über keine Partitionierungsmöglichkeiten verfügt, entfällt diese Komponente. Zudem wird der Prozessor nicht durch AIX, sondern durch Linux gesteuert.

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Wesentliche Änderungen betreffen den Abstraction Layer

Wesentliche Änderungen betreffen auch den Abstraction Layer, der alle HW-Spezifikationen von der Funktionsebene isoliert. DS6000 ist also ein reines Speichersystem, das nicht für Applikationszwecke in der Zukunft eingesetzt werden kann.

Die Maschine besteht im Prinzip aus 5 Komponenten, sogenannten Customer Replaceable Units (CRUs). Das sind Laufwerke, Stromversorgung, Controller, Batterie und ein Light-Path-Diagnose-Modul. Wann immer eines dieser Teile defekt ist, erhält der Kunde ein Ersatzteil zugeschickt, das er in Minuten mit wenigen Handgriffen selbst einsetzen kann.

Mikrocode unterbrechungsfrei einspielen

Das Gleiche gilt für den Mikrocode. Wann immer eine neue Version verfügbar ist, wird der Kunde davon informiert und kann sich aus dem Internet den neuesten Mikrocode herunterladen und unterbrechungsfrei einspielen.

Unterstützt wird man bei der Fehleranalyse durch Light Path Diagnostics, SNMP-Meldungen und ein GUI. Die Fehleranalyse ist voll vom System gestützt. Interaktive Hilfefunktionen vereinfachen die Reparatur. Zur einfachen Administration und schnellen Implementierung verfügt das Speichersystem über einen Express Configuration Wizzard, der das erstmalige Konfigurieren oder Umkonfigurieren stark vereinfacht.

Die DS6000 und DS8000 sind die ersten Plattensysteme von IBM, die mit vier Jahren Gewährleistung angekündigt wurden. Aufgrund dieser langen Gewährleistung erkennt man bereits, dass diese neue Architektur sehr lange Bestand haben wird.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus dem IBM-System-Storage-Kompendium. Hier finden Sie das vollständige Kompendium in Form eines Whitepapers.

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