در طراحی زیرساخت‌های ذخیره‌سازی با قابلیت High Availability، انتخاب روش مناسب برای پیاده‌سازی Redundancy نقش مهمی در پایداری و عملکرد سیستم دارد. به‌ویژه در معماری‌های Non-shared Storage، چالش‌هایی مطرح می‌شود که استفاده از روش‌هایی مانند RAID را با محدودیت مواجه می‌کند. این مطلب، به بررسی دلایل فنی و عملی استفاده از Mirroring به‌عنوان راهکار اصلی در HA Cluster مبتنی بر Open-E JovianDSS می‌پردازد.
راهنمای مطالعه
جهت دریافت مشاوره خرید استوریج با قیمت مناسب و متناسب با نیاز سازمانتان، می‌توانید با کارشناسان شرکت رایانش ابری پردیس تماس بگیرید.
رایانش ابری پردیس با بیش از 10 سال سابقه در ارائه خدمات و راهکارهای ذخیره سازی اطلاعات و مشاوره خرید استوریج آماده همکاری با شماست.
چالش در طراحی Cluster Non-shared Storage با High Availability
در پروژه‌ای که هدف آن پیاده‌سازی یک Cluster ذخیره‌سازی با High Availability و ساختار Non-shared بود، مسئله انتخاب روش مناسب Redundancy به چالش اصلی تبدیل شد. در این طراحی، دو نود در دو موقعیت جغرافیایی مجزا قرار داشتند که هرکدام از منابع ذخیره‌سازی مستقل بهره می‌بردند. هدف اصلی مشتری، پیاده‌سازی Cluster با قابلیت دسترسی‌پذیری بالا (HA) بود که بتواند نیازهای کاربران نهایی را برآورده کند بدون اینکه از محدودیت‌های بودجه عبور کند.
هرچند RAID-Z به‌عنوان راهکار Redundancy در نظر گرفته شده بود، اما در عمل ناکارآمد و پیچیده بود. از این رو استفاده از پیکربندی‌های Mirroring پیشنهاد داده شد، زیرا این روش برای زیرساخت‌های HA مناسب‌تر است.
سؤال اصلی مشتری این بود:
«چرا در Cluster ذخیره‌سازی HA در Open-E فقط از Mirroring استفاده می‌شود حتی اگر این کار به کاهش بهره‌وری فضا منجر شود؟»
هزینه فضا در HA Cluster
پاسخ این سؤال به نحوه عملکرد RAID در توزیع داده و checksum در میان دیسک‌ها برمی‌گردد. اگر RAID به‌صورت توزیعی بر روی هر دو نود Non-Shared اعمال شود، در صورت بروز خرابی در یک نود، دسترسی به داده‌ها ممکن است از بین برود. این موضوع با هدف اصلی HA، که حفظ مداوم دسترسی به داده‌ها و کاهش Downtime است، در تضاد است.
در معماری HA Cluster Open-E، روش‌های Redundancy باید اولویت را به تحمل خطا بین نودها بدهند، نه صرفاً درون یک نود. RAID برای ذخیره‌سازی محلی مناسب است، اما در Stretched Cluster ناکارآمد است، زیرا خرابی یک نود می‌تواند کل پیکربندی را با ریسک از دست رفتن داده مواجه کند.
پیشنهاد مطالعه:
سادگی در طراحی، برابر با اطمینان بالا
تلاش برای یافتن راهکارهایی مبتنی بر RAID فقط منجر به پیچیدگی زیرساخت می‌شود، بدون اینکه امنیت واقعی داده‌ها تضمین شود. در مقابل، Cluster ذخیره‌سازی HA که با روش Mirroring پیاده‌سازی می‌شوند، اگرچه از نظر بهره‌وری فضا ضعیف‌ترند، اما در عوض پایداری، کارایی و مهم‌تر از همه، ایمنی داده‌ها را تضمین می‌کنند. در محیط‌های Mission-Critical، این اولویت‌ها از اهمیت بالاتری برخوردارند.
مهارت تصمیم‌گیری در پیاده‌سازی HA
در مثالی واقعی با استفاده از Open-E JovianDSS، پس از اینکه مشتری به استفاده از Mirroring قانع شد، تصمیم بعدی مربوط به انتخاب بین Mirroring دوطرفه (2-Way) و چهارطرفه (4-Way) بود. با توجه به هدف اصلی که کاهش هزینه بدون از دست دادن قابلیت‌هایی همچون Performance ،Scalability و Data Protection بود، مزایا و معایب هر روش بررسی شد.
سؤال مشتری این بود:
«آیا لازم است هزینه بیشتری برای 4-Way Mirroring پرداخت شود یا 2-Way Mirroring برای HA کافی و مؤثر است؟»
این تصمیم‌گیری بر معماری نهایی و هزینه‌های نگهداری تأثیرگذار خواهد بود.
پیشنهاد مطالعه:
انتخاب بهترین روش برای پیاده‌سازی HA Cluster
به‌طور کلی، 2-Way Mirroring بهره‌وری فضایی بهتری نسبت به 4-Way Mirroring دارد اما در برابر خرابی دیسک‌ها مقاومت کمتری دارد. به‌طور کلی، 4-Way Mirroring به دلیل محدودیت‌های تکنولوژی HDD ترجیح داده می‌شد،اما امروزه با مقرون‌به‌صرفه‌تر شدن و افزایش قابلیت اطمینان درایوهای SSD و NVMe ،Way Mirroring-2 به گزینه‌ای عملی و کارآمد حتی در یک HA Cluster تبدیل شده است.
معماری All-Flash که با SAS SSD یا NVMe SSD ساخته شده، به‌طور روزافزون به راهکاری قابل‌اعتماد و مقرون‌به‌صرفه برای زیرساخت‌های HA Cluster تبدیل شده است. این پیشرفت به مدیران ذخیره‌سازی امکان انتخاب‌هایی را می‌دهد که در دوران انحصاری HDDها ممکن نبود. هنگام طراحی یک Cluster، درک تفاوت‌های میان SAS SSD و NVMe SSD حیاتی است:
- HDDها هنوز برای ذخیره‌سازی انبوه به دلیل هزینه پایین هر گیگابایت، پایداری در بارهای متوالی و سادگی جایگزینی، به‌طور گسترده استفاده می‌شوند. با این حال، این ویژگی‌ها با هزینه‌هایی همچون سرعت پایین‌تر دسترسی به داده، Latency بالا و محدودیت IOPS در مقایسه با گزینه‌های مبتنی بر فلش همراه هستند. به همین دلیل، زمان بازسازی (Rebuild) در پیکربندی‌های Mirroring به‌شدت طولانی‌تر است که در زمان خرابی درایو، پنجره آسیب‌پذیری (Window Of Vulnerability) را افزایش می‌دهد. آن‌ها بهترین عملکرد را در 4-Way Mirroring دارند که سه برابر تحمل خرابی را ارائه می‌دهد؛ به این معنا که تا سه دیسک می‌توانند در یک گروه Mirror از کار بیفتند بدون از دست رفتن داده‌ها، ویژگی بسیار مفیدی زمانی‌که فرایند بازسازی کند است.
- SAS SSDها قابلیت اطمینان، دوام و سازگاری بالایی دارند. این درایوها عملکرد بالا با Throughput پایدار و قابل پیش‌بینی ارائه می‌دهند، که آن‌ها را به انتخابی قابل‌اطمینان برای پیاده‌سازی HA Cluster تبدیل می‌کند. نسبت هزینه به ظرفیت آن‌ها در محیط‌هایی که سرعت یکنواخت و صرفه‌جویی هزینه در اولویت است، مناسب است.
- NVMe SSDها عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند، به‌ویژه در کاربردهای حساس به Latency یا بارهای کاری با I/O بالا. اتصال مستقیم آن‌ها به CPU از طریق PCIe، گلوگاه‌هایی را که معمولاً در رابط‌های SAS وجود دارد حذف می‌کند و در نتیجه، پهنای باند را افزایش و Latency را کاهش می‌دهد. این موضوع می‌تواند به‌طور چشمگیری پاسخ‌دهی HA Cluster Mirrored را بهبود بخشد. با این حال، درایوهای NVMe با هزینه بالاتری به ازای هر گیگابایت همراه هستند و به زیرساخت به‌روزشده‌ای همچون مادربردها و HBAهایی که از NVMe پشتیبانی می‌کنند نیاز دارند.
بنابراین، اگر HA Cluster شما بیشینه Throughput و کمترین Latency را در اولویت قرار می‌دهد و آماده سرمایه‌گذاری مربوطه هستید، NVMe SSDها بهترین گزینه هستند. اما اگر صرفه‌جویی بلندمدت در هزینه، قابلیت اطمینان و سرعت پایدار اهمیت بیشتری دارد، SAS SSDها انتخاب مناسب‌تری هستند، به‌ویژه در ترکیب با 2-Way Mirroring، جایی که توازن هزینه‌ها حیاتی است.
یک تفاوت کلیدی باقی می‌ماند: 2-Way Mirroring ظرفیت قابل استفاده (Usable Capacity) معادل 50٪ فراهم می‌کند، در حالی‌که 4-Way Mirroring این عدد را به 25٪ کاهش می‌دهد، ولی تحمل خرابی بالاتری ارائه می‌دهد. انتخاب صحیح به توازن مورد نیاز شما بین بهره‌وری ذخیره‌سازی و قابلیت اطمینان سیستم بستگی دارد، که هر دو از ارکان اصلی طراحی هر HA Cluster محسوب می‌شوند.
ملاحظات مهم در انتخاب روش Mirroring
2-Way Mirroring تنها 50٪ ظرفیت Usable ارائه می‌دهد، درحالی‌که 4-Way Mirroring این عدد را به 25٪ کاهش می‌دهد ولی تحمل خطای بسیار بیشتری ایجاد می‌کند. انتخاب بین این دو باید بر اساس توازن بین کارایی فضا و پایداری سیستم انجام شود.
ابزار محاسبه و طراحی Open-E JovianDSS
ابزار Open-E Storage and RAID Calculator بهترین ابزار برای تحلیل و مقایسه این دو روش است. این ابزار موارد زیر را ارائه می‌دهد:
- ظرفیت Usable و تک‌دیسک
- سطح Redundancy
- تعداد گروه‌های دیسک و تعداد دیسک در هر گروه
- ارزیابی Performance و Annual reliability
- بهره‌وری فضا و مقایسه نتایج (Pool Comparison)
این اطلاعات کمک می‌کند تا تصمیم‌گیرندگان بتوانند بودجه خود را به‌صورت هوشمندانه تخصیص دهند.
آخرین نکته‌ی برجسته، خلاصه سیستم است که به‌صورت فشرده ارائه می‌شود. این خلاصه، تمامی موارد ذکرشده در بالا را به‌شکل جامع اما فشرده در اختیار شما قرار می‌دهد، و امکان مقایسه‌ی ساده نتایج (مقایسه‌ی Poolها) و نتیجه‌گیری را فراهم می‌سازد. این مقادیر به شما اجازه می‌دهند تا مشخص کنید کدام نوع Mirroring در هر دسته‌بندی بهترین یا بدترین امتیاز را دارد. هنگامی که کاربران مشخص کنند کدام عامل برایشان اهمیت بیشتری دارد، می‌توانند برنامه‌ریزی کنند که چگونه به‌صورت هوشمندانه سرمایه‌گذاری کنند و تصمیم بگیرند که آیا می‌توانند در بخش‌های دیگر منابع را صرفه‌جویی نمایند یا خیر.
تمام این موارد به متخصصان IT این امکان را می‌دهد که معماری‌های ذخیره‌سازی را با یکدیگر مقایسه کرده و طراحی Cluster High Availability خود را مطابق با نیازهای کسب‌وکارشان بهینه‌سازی کنند.
بهینه‌سازی: گام نهایی در طراحی HA Cluster
در انتخاب بین روش‌های مختلف Redundancy، مدیران IT باید اولویت‌های سازمان را بررسی کنند: آیا ذخیره‌سازی بهینه مهم‌تر است یا پایداری حداکثری سیستم؟
هر دو روش 2-Way و 4-Way در معماری‌های مدرن HA قابل پیاده‌سازی هستند؛ ولی انتخاب نهایی باید بر اساس نیازهای تجاری، منابع سخت‌افزاری موجود و سطح ریسک‌پذیری تعیین شود.
پیاده‌سازی موفق یک HA Cluster تنها به مهارت فنی وابسته نیست، بلکه نیازمند برنامه‌ریزی استراتژیک و درک مالی است. مدیران IT باید بتوانند نیازهای سرمایه‌گذاری در زیرساخت ذخیره‌سازی را به‌صورت شفاف برای تیم مدیریتی شرح دهند تا از تداوم عملیات و حفاظت از داده‌ها اطمینان حاصل شود.