Panasas Scale-out NAS, Teil 2

Die Hardware-Komponenten des Panasas NAS-Clusters

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Rainer Graefen

(Bild: Panasas)

Auch Scale-out NAS-Lösungen bestehen wie andere NAS-Lösungen grob gesagt aus den beiden Komponenten Compute und Store. Während herkömmliche NAS-Systeme nur eine eingeschränkte Skalierfähigkeit haben, erhöht sich bei einem Scale-out System mit jedem weiteren Gehäuse-Einschub die Systemleistung und der Datenschutz.

Die klassische NAS-Architektur besteht aus einem mehr oder weniger leistungsfähgem Filer, der als Controller den Zugriff auf die Daten steuert. Ist die Leistungsgrenze des Filers erreicht, kann dieser ausgetauscht werden und durch einen leistungsfähigeren ersetzt werden. Damit steigt die CPU-Performance, die Netzwerkbandbreite, die Installation weiterer Netzwerkschnittstellen / -Protokolle und die Möglichkeit den Speicherpool zu skalieren. Der Anwender hat so die Chance in seiner Preisklasse ein NAS-System zu finden, das über eine gewisse Flexibilität und Skalierbarkeit verfügt.

Unterschied Filer zu Scale-out NAS

Scale-out NAS geht andere Wege. Das Panasas-System besteht aus der ActiveStor-Lösung und dem herstellerspezifischem Dateisystem. Der Active-Stor Gehäuseeinschub enthält in 4 Höheneinheiten (HE) acht bis 11 Speicherknoten und 3 bis keine Director-Knoten.

Alternativ kann der Anwender diese beiden zentralen Komponenten auch trennen. Dazu bietet Hersteller Panasas einen 2-HE-Einschub mit maximal vier leistungskräftigen Director-Knoten der ASD- oder der schwächeren DB-Klasse an. Die zwei Arten der Director-Knoten, DB-Klasse und ASD-Klasse, funktionieren auf die gleiche Art und Weise, d. h. sie übernehmen die gleichen Rollen und Verantwortlichkeiten im dezentralisierten geclusterten Dateisystem PanFS des Herstellers.

Der Anwender kann das Verhältnis zwischen Director- und Speicherknoten konfigurieren, sowie die Klasse der Director-Knoten, um den Anforderungen spezieller Anwendungsauslastungen und Dateiprotokollen gerecht zu werden.

Die Skalierbarkeit wird dadurch erreicht, dass die Anzahl der ActiveStor-Gehäuse im einzelnen Namespace erhöht wird. Jeder weitere Gehäuseeinschub erhöht die Kapazität, Leistung und Netzwerkbandbreite der Lösung.

Der Director-Knoten

Director-Knoten stellen die „Steuerebene” des Datenzugriffs und der Datensicherheit dar. Directoren verwalten "nur" die Metadaten, wie Indexe, Speicherorte und auch den Verfügbarkeitslevel des Datenblock. Jeder Director-Knoten verfügt über einen Prozessor, DRAM und mehrere Ethernet-Ports mit derzeit bis zu 40 GBit Bandbreite. Auf dem Director läuft ein von Panasas entwickeltes Softwareimage, das Steuerungs- und Schnittstellenprozesse für viele unterschiedliche Aspekte des gesamten Speichersystems enthält: Folgende wichtige Aufgabe werden von den Director-Knoten übernommen:

  • Sie überwachen den Zustand und die „Quorum-Zugehörigkeit” aller Knoten (ob sie aktiv und Bestandteil des Clusters sind oder nicht);
  • Directoren verwalten den Namespace (Dateinamen und die Verzeichnishierarchie), die Verteilung und Konsistenz von Nutzerdaten auf Speicherknoten, weiterhin Fehlerbeseitigungsmaßnahmen, wie etwa Datenbereinigungen und Rebuilds, und stellen eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) bereit, die den gesamten Speichercluster als eine Einheit behandelt.
  • Director-Knoten bieten eine „Gateway”-Funktion, über die die Umwandlung zwischen dem nativen Panasas DirectFlow-Protokoll der Panasas-Architektur und den Netzwerkprotokollen NFS und SMB stattfindet.
  • Director-Knoten führen alle diese Aktivitäten aus, ohne dass sie sich im Datenpfad befinden.
  • Nutzerdaten in Dateien durchlaufen keinen Director-Knoten, es sei denn, sie werden in/von NFS oder SMB umgewandelt.

Die neuen leistungsfähigeren Director-Knoten der ASD-Klasse bieten grob gerechnet das Doppelte an Metadaten-Operationen pro Datenträger als die Director-Knoten der DB-Klasse.

Die Speicherknoten

Speicherknoten enthalten alle Anwendungs- und Nutzerdaten, die vom Panasas-System gespeichert worden sind und stellen die „Datenebene” der Architektur dar.

Jeder Speicherknoten ist ein Hybrid-Speicher mit einem Solid-State-Laufwerk (SSD), zwei Serial-ATA-Festplattenlaufwerken (SATA-HDDs), einem Prozessor und einem Paar redundanter Ethernet-Ports, um ihn mit den Client-Systemen und den Director-Knoten zu verbinden.

Jedes ActiveStor-Gehäuse (4HE) umfasst redundante Lüfter und Stromversorgungen, zusätzlich zu einer speziell dafür vorgesehenen internen Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV), die es der Software des Speicherknotens möglich macht, alle DRAM als spannungsgeschützten Cache neu geschriebener Daten zu behandeln.

Die SSD unterstützt den schnellen Zugriff auf kleine Nutzerdaten-Dateien und PanFS-Dateisystem-Metadaten. Die beiden hochkapazitiven SATA-Laufwerke sind gekoppelt und nehmen große unstrukturierte sequenzielle Nutzerdaten auf.

Auf dem Speicherknoten läuft ein von Panasas entwickeltes Softwareimage mit der Bezeichnung Object Storage Device File System (OSDFS), das Schnittstellen zum Rest der Panasas-Architektur inklusive der Clientsysteme besitzt und das die Speicherung von Daten und Metadaten auf dem SSD und den HDDs im Namen dieser Systeme verwaltet.

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