Kiedy warto rozważyć SAN?

Wszyscy zdają się chcieć kupić SAN, niekiedy z dużym entuzjazmem. SAN-y są, trzeba przyznać, całkiem fajne. Należą do bardziej ekscytujących i interesujących elementów sprzętu na dużą skalę, które większość specjalistów IT ma szansę mieć we własnym biurze. Często chęć posiadania własnego SAN-u wynika z zasady “nadążania za sąsiadami” — używanie SAN-u stało się pewnego rodzaju symbolem statusu – jedną z ostatnich bastionów korporacyjnego IT, które widuje się wyłącznie w dedykowanej serwerowni, a nigdy w czyimś domu (no, prawie nigdy). SAN-y są intensywnie promowane, reklamowane i sprzedawane jako niesamowite urządzenia z wewnętrzną redundancją czyniącą je niezawodnymi, prędkością, która przeczy logice, i funkcjami, o których istnieniu nie wiedziałeś, że potrzebujesz. Rozmawiając ze specjalistami IT projektującymi nowe systemy, jednym z najczęstszych założeń projektowych, które słyszę, jest: “nie wiemy jeszcze zbyt wiele o ostatecznym projekcie, ale wiemy, że potrzebujemy SAN-u”.

W kontekście tego artykułu używam pojęcia SAN w jego najpowszechniejszym znaczeniu, czyli jako "urządzenie blokowej pamięci masowej", a nie w odniesieniu do całej sieci pamięci masowej. Sieć pamięci masowej może istnieć dla NAS, nie używając w ogóle urządzenia SAN do pamięci blokowej. Dlatego w tym artykule SAN odnosi się wyłącznie do SAN jako urządzenia, a nie SAN jako sieci. SAN to pojęcie nieformalne, używane w różnych znaczeniach w różnych kontekstach, co może być dość mylące. SAN skonfigurowany bez sieci staje się DAS. DAS połączony w sieć staje się SAN-em.

Zatrzymajmy się na chwilę. SAN to Twoja zapleczowa pamięć masowa. Potrzeba jego stosowania byłaby we wszystkich przypadkach określona przez inne elementy architektury. Jeśli nie podjąłeś jeszcze decyzji co do wielu innych komponentów, po prostu nie możesz wiedzieć, czy SAN będzie potrzebny lub nawet przydatny w finalnym projekcie. Czerwone flagi. Czerwone flagi wszędzie. Wyobraź sobie wyścig rydwanów w starożytnym Rzymie, gdzie konie pchają rydwany (jeśli rozumiesz, co mam na myśli).

Jasne jest, że chęć wdrożenia SAN-u jest tak silna, że często całe projekty są tworzone z niemal jedynym celem, jakim jest uzasadnienie zakupu SAN-u. Jak w przypadku każdego projektu, pierwszym pytaniem, jakie należy zadać, jest: “Jaką potrzebę biznesową próbujemy zaspokoić?” I od tego punktu wychodzić, a nie od: “Chcemy kupić SAN — gdzie możemy go wykorzystać?” SAN-y są złożone, a ze złożonością przychodzi kruchość. Bardzo często SAN-y wiążą się z wysokimi kosztami. Jednak najbardziej niepokojącym aspektem SAN-u jest powszechny brak głębokiej wiedzy branżowej na ich temat. SAN-y stanowią ogromne ryzyko techniczne i biznesowe, które należy pokonać, aby uzasadnić ich zastosowanie. SAN-y są, bez wątpienia, bardzo ekscytujące i całkiem użyteczne, ale rzadko jest to wystarczający powód, by ich pożądać.

Określamy SAN-y mianem “pamięci masowej ostatniej szansy”. Oznacza to, że przy wyborze rodzaju pamięci masowej masz nadzieję, że możesz skorzystać z którejś z pozostałych alternatyw, takich jak dyski lokalne, DAS (pamięć masowa z bezpośrednim podłączeniem) lub NAS (sieciowa pamięć masowa), a nie SAN. W większości przypadków inne opcje sprawdzają się doskonale. Zdarzają się jednak sytuacje, gdy potrzeby biznesowe stawiają wymagania, które można racjonalnie zaspokoić wyłącznie za pomocą SAN-u. Gdy takie sytuacje się pojawiają, nie mamy wyboru i musimy go zastosować. Zazwyczaj jednak można go uniknąć na rzecz prostszych, a zwykle mniej kosztownych lub ryzykownych rozwiązań.

Stwierdzam, że większość osób chcących wdrożyć SAN działa pod wpływem szeregu błędnych przekonań.

Pierwsze z nich polega na tym, że SAN-y z natury są wysoce niezawodne. Choć istnieje oczywiście wielu dostawców i produktów SAN, które są niesamowicie niezawodne, to samo można powiedzieć o każdym produkcie IT. Wysokiej klasy serwery w przedziale cenowym wysokiej klasy SAN-ów są równie niezawodne jak SAN-y. Ponieważ SAN-y są zbudowane z tych samych komponentów sprzętowych co zwykłe serwery, nie ma żadnej magii sprawiającej, że są bardziej niezawodne. Wszystko, co można zastosować, aby SAN był niezawodny, jest pochodną technologii RAS (Niezawodność, Dostępność i Serwisowość) serwerów. Podobnie jak SAN, NAS i DAS, a także lokalne dyski, mogą być niezwykle niezawodne. SAN odnosi się jedynie do urządzenia służącego do dostarczania pamięci blokowej, a nie do wykonywania innych zadań. SAN to po prostu bardzo prosty serwer. SAN-y obejmują cały zakres niezawodności — od niezawodności klasy mainframe na najwyższym poziomie, po urządzenia będące niczym więcej niż zewnętrznymi dyskami twardymi — najmniej niezawodnymi urządzeniami sieciowymi w sieci — na dolnym końcu skali. Zatem zamiast być synonimem niezawodności, SAN w szczególnych przypadkach może oznaczać najniższą niezawodność, jaką sobie można wyobrazić. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie serwery mają zbliżone obawy dotyczące niezawodności. SAN-y zyskują reputację niezawodnych, ponieważ firmy często przeznaczają na nie znacznie większe budżety niż na serwery, przez co porównanie dotyczy relatywnie wysokiej klasy SAN-u z relatywnie budżetowym serwerem.

Drugie błędne przekonanie polega na tym, że SAN oznacza “duży”, a NAS oznacza “mały”. Nie ma takiego powiązania. Zarówno SAN-y, jak i NAS-y mogą być niemal w dowolnej skali i jakości. Oba rozwiązania obejmują cały spektrum i wybór technologii w żaden sposób nie sugeruje, czy urządzenie jest duże, czy nie. Co więcej, jak wspomniano powyżej, SAN może technicznie być “mniejszy” niż rozwiązanie NAS ze względu na swoją prostotę, ale jest to przypadek szczególny i w dużej mierze tylko teoretyczny, choć na rynku istnieją produkty SAN w tej kategorii — po prostu bardzo rzadko spotykane w praktyce.

Trzecie błędne przekonanie dotyczy dramatycznych różnic między SAN a NAS wewnątrz obudowy. Zdecydowanie tak nie jest — większość dzisiejszych urządzeń SAN i NAS to tak zwana “zunifikowana pamięć masowa”, czyli urządzenie pamięci masowej działające jednocześnie jako SAN i NAS. Podkreśla to, że kluczową różnicą między nimi nie jest technologia zaplecza, sprzęt, rozmiar ani niezawodność, lecz protokoły używane do transferu danych. SAN-y to pamięć blokowa udostępniająca surowe urządzenia blokowe w sieci przy użyciu protokołów takich jak Fibre Channel, iSCSI, SAS, ZSAN, ATA over Ethernet (AoE) lub Fibre Channel over Ethernet (FCoE). NAS natomiast używa sieciowego systemu plików i udostępnia pliki w sieci za pomocą protokołów warstwy aplikacji, takich jak NFS, SMB, AFP, HTTP i FTP, które z kolei działają na TCP/IP.

Czwarte błędne przekonanie polega na tym, że SAN jest z natury technologią udostępniania plików. To jest NAS. SAN to po prostu przeniesienie pamięci blokowej (podsystemu dyskowego) do zdalnego dostępu przez sieć. Natura sieci sugeruje, że możemy podłączyć tę pamięć do wielu urządzeń jednocześnie i faktycznie, fizycznie, możemy. Podobnie jak niegdyś można było fizycznie podłączyć wiele kontrolerów do obu końców kabla wstążkowego SCSI z dyskami twardymi pośrodku. W normalnych warunkach spowoduje to zniszczenie wszystkich danych na dyskach, ponieważ kontrolery, które nic o sobie nie wiedzą, nadpisują nawzajem swoje dane, powodując niemal natychmiastową korupcję. Istnieją mechanizmy dostępne w specjalnych klastrowych systemach plików i ich sterownikach, które to umożliwiają, ale wymagają specjalistycznej wiedzy i zrozumienia, o wiele głębszego niż świadomość wielu osób nabywających SAN-y — a jest to niemal cotygodniowy temat rozmów. To, że SAN naraża na ryzyko właśnie ten przypadek użycia, do którego większość ludzi uważa go za przeznaczonego, i nie tylko nie zapewnia niemal magicznej ochrony, której szukają, ale wręcz przeciwnie — sam jest przyczyną utraty danych, ujawnia poziom ryzyka związanego z wdrażaniem niezrozumiałych technologii pamięci masowej.

Piąte błędne przekonanie polega na tym, że SAN-y są szybkie. SAN-y mogą być szybkie; mogą też być przerażająco wolne. Sama w sobie technologia SAN nie zapewnia żadnego wzrostu wydajności. W rzeczywistości SAN-om dość trudno jest przezwyciężyć inherentne wąskie gardła wprowadzane przez sieć, na której działają. Jako że niektóre inne opcje pamięci masowej, takie jak DAS, używają tych samych technologii co SAN, ale pozbawione są wąskiego gardła i opóźnień wynikających z sieci, równoważny DAS będzie nieco szybszy niż odpowiadający mu SAN. SAN-y są generalnie nieco szybsze od sprzętowo identycznych odpowiedników NAS, ale nawet to nie jest gwarantowane. SAN i NAS zachowują się inaczej i w różnych przypadkach użycia każdy z nich może być wydajniejszy. SAN rzadko byłby wybierany jako rozwiązanie oparte na potrzebach wydajnościowych.

Szóste błędne przekonanie polega na tym, że używając SAN-u, inherentne problemy związane z wyborami dotyczącymi pamięci masowej przestają mieć zastosowanie. Dobrym przykładem jest stosowanie RAID 5. Byłoby to uważane za złą praktykę w serwerze, ale przy pracy z SAN-em (który teoretycznie jest o wiele bardziej krytyczny niż samodzielny serwer) staranne planowanie podsystemu pamięci masowej jest często pomijane w oparciu o przekonanie, że SAN jakoś rozwiązał te kwestie lub że nie mają już zastosowania. Prawda jest taka, że niektóre wysokiej klasy SAN-y posiadają pewne funkcje ograniczania ryzyka, które trudno znaleźć gdzie indziej, ale są one rzadkie i zarezerwowane wyłącznie dla bardzo wysokiej klasy urządzeń, gdzie stosowanie kruchych projektów byłoby już rzadkością. Jest to niebezpieczna, ale bardzo powszechna praktyka — poświęcanie dużej uwagi i staranności planowaniu pamięci masowej dla fizycznego serwera, a gdy używa się SAN-u, to samo planowanie jest często pomijane w założeniu, że SAN radzi sobie z tym wewnętrznie lub że po prostu nie jest to już potrzebne.

Po obaleniu wielu błędnych przekonań na temat SAN, można się zastanawiać, czy SAN-y są w ogóle właściwym wyborem. Oczywiście mają ogromne znaczenie i są niezwykle wartościowe, gdy są używane prawidłowo. Największe atuty SAN-ów wynikają z konsolidacji i specjalnych typów współdzielonej pamięci masowej.

Konsolidacja była historycznym motywem skłaniającym klientów do sięgania po rozwiązania SAN. SAN pozwala nam połączyć wiele systemów plików w jedną macierz dyskową, co umożliwia znacznie efektywniejsze wykorzystanie zasobów pamięci masowej. Ponieważ SAN działa na poziomie blokowym, może to robić za każdym razem, gdy można by użyć tradycyjnego, lokalnego podsystemu dyskowego. W wielu serwerach, a nawet na wielu komputerach stacjonarnych, przestrzeń dyskowa jest marnowana ze względu na konieczność uwzględnienia wzrostu, planowania i ziarnistości pojemności dysków. Jeśli mamy dwadzieścia serwerów, każdy z macierzą dysków 300 GB, ale każdy używa tylko 80 GB tej pojemności, mamy do czynienia z dużym marnotrawstwem. Dzięki SAN-owi moglibyśmy skonsolidować zasoby do zaledwie 1,6 TB plus niewielka ilość niezbędna na narzut i wydać znacznie mniej na fizyczne dyski, niż gdyby każdy serwer utrzymywał własną pamięć masową.

Gdy zaczniemy konsolidować pamięć masową, zaczniemy szukać zaawansowanych możliwości konsolidacji. Po skonsolidowaniu wielu systemów plików serwerów na jednym SAN-ie mamy szansę — jeśli nasza implementacja SAN to obsługuje — na deduplikację i kompresję tych danych, co w wielu przypadkach, takich jak systemy plików serwerów, może potencjalnie skutkować znacznym zmniejszeniem zajętości. Tak więc nasze 1,6 TB w powyższym przykładzie może faktycznie skończyć się jako tylko 800 GB lub mniej. Nagle nasze liczby konsolidacyjne stają się coraz lepsze.

Aby efektywnie wykorzystać konsolidację, konieczna jest skala — i tutaj SAN-y naprawdę błyszczą — gdy skala zarówno pojemności, jak i, co ważniejsze, liczby podłączonych węzłów staje się bardzo duża. SAN-y najlepiej nadają się do konsolidacji pamięci masowej na dużą skalę. To jest ich mocna strona i to sprawia, że są niemal wszechobecne w dużych przedsiębiorstwach, a bardzo rzadkie w małych.

SAN-y są również bardzo ważne dla określonych typów klastrowania i współdzielonej pamięci masowej wymagającej dostępu do jednego wspólnego systemu plików. Jest to w rzeczywistości dość rzadka potrzeba poza jedną szczególną okolicznością — bazami danych. Większość aplikacji jest zadowolona z korzystania z dowolnego rodzaju dostarczonej pamięci masowej, ale bazy danych często wymagają niskopoziomowego dostępu blokowego, aby móc jak najskuteczniej manipulować swoimi danymi. Z tego powodu rzadko można je używać, lub używać efektywnie, na NAS lub serwerach plików. Zapewnianie środowisk pamięci masowej o wysokiej dostępności dla klastrów baz danych od dawna jest kluczowym przypadkiem użycia pamięci masowej SAN.

Poza tymi dwoma głównymi przypadkami użycia, które uzasadniają ogromną większość instalacji SAN, SAN zapewnia również wysoki poziom elastyczności pamięci masowej, potencjalnie bardzo upraszczając przenoszenie, rozszerzanie i modyfikowanie pamięci masowej w dużym środowisku bez konieczności zajmowania się fizycznymi przenoszeniami ani skomplikowanym zaopatrzeniem i inicjowaniem. Podobnie jak w przypadku konsolidacji, jest to artefakt dużej skali.

W bardzo dużych środowiskach SAN może być również używany do wyznaczenia punktu demarkacyjnego między zespołami ds. pamięci masowej i systemów, umożliwiając przekazanie na warstwie sieciowej, zazwyczaj Fibre Channel lub iSCSI. To wyraźne rozdzielenie obowiązków może być kluczowe w umożliwieniu wysokiego stopnia segregacji zespołów w firmach, które chcą mieć wyraźnie wyodrębnione zespoły ds. pamięci masowej, sieci i systemów. Dzięki temu zespół ds. pamięci masowej może skupić się wyłącznie na pamięci masowej, a zespół ds. systemów — wyłącznie na systemach, bez konieczności znajomości implementacji drugiego zespołu.

Przez długi czas SAN-y były również wygodnym sposobem na poprawę wydajności pamięci masowej. Nie jest to inherentna cecha SAN, ale wynika z ich powszechnego użycia do konsolidacji. Podobnie jak wirtualizacja stosowana do konsolidacji, współdzielone SAN-y mają naturalną przewagę dzięki lepszemu wykorzystaniu dostępnych wrzecion, scentralizowanym pamięciom podręcznym i większemu sprzętowi niż równoważna pamięć masowa rozproszona wśród wielu indywidualnych serwerów. Podobnie jak współdzielone zasoby CPU, gdy SAN nie otrzymuje żądań od wielu klientów, ma możliwość poświęcenia całej swojej pojemności obsługiwaniu żądań jednego klienta, co zapewnia średnią wydajność potencjalnie znacznie wyższą niż to, co indywidualny serwer mógłby osiągnąć przystępnym kosztem.

Używanie SAN-u ze względu na wydajność szybko traci jednak na popularności ze względu na coraz powszechniejsze stosowanie dysków SSD. Wraz ze spadkiem cen dysków SSD o niezwykle niskich opóźnieniach i wysokiej wydajności IOPS do punktu, w którym są dodawane do samodzielnych serwerów jako lokalna pamięć podręczna lub potencjalnie nawet używane jako główna pamięć masowa, wąskie gardło sieci SAN staje się coraz większym czynnikiem, utrudniającym SAN-om korzystanie z zalet konsolidacji w celu zrównoważenia korzyści wydajnościowych lokalnych dysków SSD. Dyski SSD są potencjalnie bardzo disruptywne dla rynku współdzielonej pamięci masowej, ponieważ przywracają przewagę wydajnościową w stronę lokalnej pamięci masowej — to po prostu najnowsze przesunięcie w nieustannym przepływie projektowania architektury pamięci masowej.

Najważniejszą kwestią do zapamiętania dotyczącą używania SAN jest to, że SAN nie powinien być domyślnym punktem startowym w planowaniu pamięci masowej. Jest to jeden z wielu wyborów technologicznych — i taki, który często nie spełnia zamierzonych oczekiwań lub robi to, ale za niepotrzebnie wysoką cenę, zarówno pod względem finansowym, jak i złożoności. Zacznij od zdefiniowania celów i potrzeb biznesowych. Wybieraj SAN, gdy najskuteczniej zaspokaja te potrzeby, ale zachowaj otwarty umysł i weź pod uwagę ogólne potrzeby środowiska w zakresie pamięci masowej.