Přední společnosti působící v oblasti datových center svým zákazníkům poskytují nejen vlastní hardwarové technologie a softwarové nástroje, ale i celou řadu osvědčených postupů pro provoz a další rozvoj. S tím jsou samozřejmě spojeny i služby, které jsou nezbytné pro implementace, migrace a trvalou podporu. Speciální oblastí je pak informační infrastruktura, kde je uplatnění nových technologií nejpatrnější i vzhledem k nevyhnutelnému nárůstu dat.

Efektivní využití zdrojů

Trendy v datových centrech se zaměřují několika směry. Prvním je důraz na efektivitu. Tzv. zelené technologie umožní navrhnout a provozovat informační infrastrukturu s optimálními nároky na napájení, větrání a chlazení vzhledem k požadovanému výkonu. Další výraznou oblastí je efektivní využití zdrojů. Z pohledu aplikačních požadavků jde především o maximální využití procesorového výkonu pomocí technik serverové virtualizace a dále virtualizace úložné infrastruktury. Důraz na efektivitu vyplývá ze všeobecného poznatku, že průměrné využití storage zdrojů primárními produkčními daty je zhruba dvacet až třicet procent. To znamená, že zbylých sedmdesát až osmdesát procent nakoupených kapacit bývá nevyužitých.

Tierovaná architektura

Z hlediska architektury řešení založených na centrálních diskových systémech se dnes uplatňují dva trendy. Jednak tierovaná storage architektura a dále grid storage architektura. Tierovaná architektura vychází z principu ohodnocení jednotlivých ukládacích vrstev neboli storage tiers dle kritérií ceny, výkonnosti a spolehlivosti uložení. V rámci jednoho diskového systému jde obvykle o rozdělení instalované kapacity dle typu disků na SSD jako Tier-0, FC nebo SAS jako Tier-1 a SATA jako Tier-2. Všechny tyto vrstvy se přidávají postupně za centrální storage controller. Rozšiřování kapacity a výkonnosti se děje na základě tzv. scale-up principu, kdy se posilují samostatně jednotlivé komponenty diskového systému včetně dalších disků.
V rámci virtualizovaného storage prostředí lze do různých tierů zařadit i celé diskové systémy, například low-end, midrange a enterprise. Tierovaná architektura vyžaduje efektivní softwarové nástroje na analýzu a klasifikaci dat na úrovni aplikací, kde je třeba rozhodnout, co a kam uložit, a dále efektivní a kontinuální migrační nástroje na úrovni virtualizovaného diskového prostředí. Hodnota dat v čase totiž není statická a je nutné zabezpečit aplikačně transparentní migrace mezi storage tiers pomocí vhodně definovaných politik. Cílem je tedy mít vždy nejcennější a nejnáročnější data uložena na vyšších dražších a výkonnějších tierech, a naopak málo používaná a archivní data na nižších levnějších a méně výkonných tierech. Nové nástroje zabezpečují rozložení dat v diskovém poli automaticky například na základě analýzy vyhodnocování četnosti přístupu. Další technika spočívá v kontinuálním monitorování systémové zátěže, identifikaci tzv. hotspots, tedy oblastí disků, které jsou přetížené, a pomocí interní migrace transparetní vůči aplikacím dochází k neustálému vyrovnávání a optimalizaci celkové zátěže diskového pole.

Grid storage architektura

Systémy založené na grid storage architektuře naopak používají koncept standardních stavebních buněk, které se skládají do grid sítě. Každá samostatná buňka obsahuje vlastní storage controller, cache paměť a zároveň i disky. Rozšiřování kapacity a výkonnosti je založeno na tzv. scale-out principu, kdy se jednotlivé buňky mezi sebou spojují do nerozlučného celku a vytvářejí jednotný virtualizovaný diskový prostor, tzv. storage pool. Díky automatické distribuci dat a paralelnímu přístupu má tento datový prostor uniformní vlastnosti. Všechny aplikace obsluhuje konzistentním způsobem a s definovanou výkonností. Jedná se o single tier systém, který je interně dokonale vybalancován, a odpadají tedy možné komplikace s definicí tierů, migračních politik, případně ladění systému spojené s identifikací a odstraňováním hotspots, úzkých míst, které mohou brzdit chod aplikací.

Thin provisioning a storage space reclamation

Moderní storage systémy obsahují funkcionalitu thin provisioning. Jedná se o efektivní způsob přidělování kapacit jednotlivým aplikacím. Thin provisioning umožní administrátorovi systému přidělit na začátku virtuální velkou kapacitu logických disků, která ve svém součtu může být vyšší než celková fyzická nainstalovaná kapacita diskového systému. Aplikace si postupně ukrajují z instalované kapacity dle potřeby a v okamžiku dosažení určitého procenta zaplnění fyzické kapacity systém vydá pokyn pro doplnění dalších disků. Tento způsob je výhodný především z hlediska řízení požadavků na budoucí rozšiřování aplikací. Klasické problémy spojené s přidáváním kapacit, jako je tvorba nových logických disků, jejich mapování v síti SAN, rekonfigurace serverů a diskového pole, odpadají. Zároveň je možné odložit nákupy fyzických kapacit na pozdější dobu, kdy budou obvykle levnější. S thin provisioningem bývá spojována i technika storage space reclamation. Systém identifikuje tzv. nulové stránky, to znamená oblasti bez uložených dat, a tyto pak vrací do celkového disponibilního poolu kapacit.

De-duplikace a komprese dat

S efektivitou uložení jsou spojeny stále více se uplatňující techniky de-duplikace a komprese dat. Tyto techniky byly primárně navrženy pro optimalizaci kapacit na zálohování, kde se často opakují stejná data, avšak postupně se budou dostávat i do oblasti primárních produkčních dat. Princip de-duplikace lze jednoduše popsat jako proces, kdy se průběžně analyzují ukládaná data a hledají se segmenty s duplicitním obsahem. Tyto segmenty jsou uloženy pouze jednou a ve všech souborech, které je obsahují, jsou nahrazeny odkazem na místo uložení segmentu na médiu. Tím se dá dosáhnout až několikanásobného zmenšení celkové požadované kapacity záloh.

Bezpečnost dat

Klíčová oblast bezpečnosti dat zahrnuje několik úrovní. První je zabezpečení zapsaných dat na úrovni vlastního hardwarového zařízení. S tím jsou spojeny prvky redundance jednotlivých komponent, RAID, zálohování cache pomocí baterií atd. Další úrovní je zabezpečení přístupu k datům na portech diskového systému. Každá aplikace musí vidět pouze své vlastní logické disky. Samostatnou kapitolou bývá šifrování dat. Některé typy systémů nabízejí interní zabudovanou enkrypci na úrovni fyzických disků.
S bezpečností jsou spojeny technologie replikací dat pro řešení disaster recovery, která jsou součástí širších business continuity plánů. Zahrnují synchronní replikace, které jsou vhodné na krátké a střední vzdálenosti do desítek kilometrů, a asynchronní replikace, které je možné použít na libovolnou vzdálenost. Pro extrémní požadavky na redundanci datového centra je možné vytvořit a replikovat mezi sebou až tři datová centra za pomoci kombinace jednotlivých technik. Pro určité případy je vhodné vytvářet i lokální kopie dat v rámci jednoho diskového systému, případně ve virtualizovaném prostředí několika diskových systémů. Tyto interní kopie aplikačních dat lze pak využít pro zálohování, testování, vývoj, plnění data warehouses atd. Existují dva přístupy k vytváření lokálních kopií, jednak plná kopie produkčních dat, kdy se jedná o samostatný klon, nebo prostorově efektivní interní kopie logických disků – snapshots. Důležitá je možnost sdružování do tzv. consistency groups, což jsou aplikačně konzistentní skupiny logických disků, se kterými se pracuje současně.

Disková řešení pro file systémy a archivaci

Velice rychle se rozvíjející oblastí jsou disková řešení pro file systémy a archivaci. Nové generace NAS (network attached storage) systémů a speciálních systémů pro archivaci řeší oblasti ukládání petabytů a problémy spojené s dlouhodobou archivací. Technologie jsou založeny na specializovaných paralelních file systémech, které jsou nainstalovány na serverových clusterech, jež pomocí principu scale-out mohou obsahovat až desítky serverů v jednom clusteru a pokrývat jednotky až desítky petabytů v rámci jednotného ukládacího prostoru single name space. Velice často se využívá i HSM (hierarchical storage management), který umožňuje migrovat na levnější disková média a pásky a tím snížit celkové náklady na vlastnictví.
Velkokapacitní NAS systémy se využívají převážně pro aktivní produkční data. Pro potřeby archivace se nabízejí specializované archivní systémy, které představují inteligentní datová úložiště pro dlouhodobé důvěryhodné ukládání a archivaci digitálních a digitalizovaných dokumentů z různých zdrojů, aplikací a informačních systémů. Jde o hardwarové garantované úložiště typu WORM (write once, read many) a NENR (non-erasable, non-rewritable). To je speciální varianta archivu určená pro plnění zákonných a regulatorních předpisů na neměnnost a nesmazatelnost dat během retenčního období. Tato úložiště nativně ukládají objekty, to znamená nejen vlastní soubory (data), ale i příslušná metadata, která popisují pravidla a politiky, jak s daným souborem zacházet. Zároveň je možné do metadat vložit dodatečné uživatelské informace vztahující se k souboru, například popis.

Média

V oblasti ukládacích médií se v současné době využívají solid-state disky (SSD), pevné magnetické disky a pásky. V příštích několika letech se neočekává komerční uvedení jiných médií, ale spíše zvyšování kapacit současných typů. Maximální současné kapacity enterprise SSD disků jsou 400 GB. Pevné disky se pro oblast enterprise rozdělují na vysoce výkonné disky typu FC (Fibre Channel) případně SAS (Serial Attached SCSI) a velkokapacitní disky typu SATA nebo Nearline SAS. Maximální velikost FC/SAS disků je dnes 600 GB, disky SATA jsou nyní k dispozici v kapacitách 2 TB. Páskové technologie jsou na trhu mnoho desítek let a stále mají a budou mít své místo v datových centrech. Jejich vývoj pokračuje a zatím nejnovější LTO pátá generace má nativní kapacitu média 1,5 TB, s kompresí pak 3 TB. Pro zajímavost v laboratořích IBM se testují pásky s kapacitami až 35 TB.

Centrální dohled a management

Díky růstu počtu serverů, storages a síťových prvků je jedním z klíčových aspektů i centrální dohled a management jednotlivých zdrojů. Storage resource management systémy poskytnou centrální vizuální pohled na topologii datového centra, propojení jednotlivých elementů a stavy zdrojů. Se vzrůstající složitostí infrastruktury je důležitá možnost rychlé identifikace poruch a sledování jejich vlivu na jednotlivé prvky. Nástroj zároveň i odhadne trendy pro plánování kapacit a výkonu. Pokročilé systémy pak umožní centrální přidělování kapacit, provisioning i pro heterogenní storage prostředí.

Shrnutí

Uvedené technologie a trendy jsou již součástí moderních datových center, případně se budou postupně uplatňovat. Tvoří základ infrastruktury. Co může podstatně ovlivnit způsob fungování datových center, je způsob používání technologie a poskytování služeb, které datové centrum nabízí svým uživatelům. Velkou perspektivu má jistě soubor řešení zahrnovaných pod pojem cloud services. Ty mohou být poskytovány na několika úrovních, jako storage cloud, infrastructure cloud zahrnující storage a servery, případně application cloud. To je však téma na další samostatný článek.

Rudolf Hruška
Autor působí jako information infrastructure leader ve společnosti IBM.