老牌的ONTAP儲存作業系統,是業界最具代表性的儲存軟體平臺之一,也是NetApp旗下主力儲存陣列產品的核心,適用於FAS系列混合儲存陣列、AFF A系列全快閃儲存陣列、ONTAP Select軟體定義儲存,同時也構成了Cloud Volumes Service與Cloud Volumes ONTAP兩種雲端儲存陣列服務的底層。

與時俱進的老牌儲存軟體平臺

ONTAP作業系統的誕生可追溯到1992年,是當前市場上歷史最悠久的儲存作業系統之一,儘管發展時間很早,但歷經多次改版,ONTAP這個儲存軟體平臺仍能與時俱進,持續跟進新的儲存技術潮流。

在7.0版以前,ONTAP原稱為Data ONTAP,當時又分為由原本基於BSD-based架構持續發展而來的7G(2005年推出),與2004年併購Spinnaker Networks後,基於該公司網格架構技術、於2006年推出的GX兩種版本。雖然GX版擁有全新的虛擬化架構,擁有更彈性的架構與更高的效率,發展潛力也更大,但早期的功能還不完整。

稍後到了2009年中時,NetApp將兩種版本統一更新到8.0版本編號,並分別改稱7-Mode與Cluster-Mode,持續維持兩種版本平行發展。

接下來NetApp雖然逐漸將重心放在擁有全新核心架構的Cluster-Mode版本上,8.2.5版是最後一個提供傳統7-Mode模式的版本,後續的版本都統一為只提供Cluster-Mode,不再有7-Mode與Cluster-Mode版本的區分。而從2016年9月正式發行的9.0版起,NetApp將Data ONTAP改稱為ONTAP,這個版本也就是目前通行的ONTAP版本。

所以嚴格說起來,NetApp目前使用的ONTAP作業系統,其實源自2006年的Data ONTAP GX,核心架構與1990年代早期開始發展的Data ONTAP老版本,已有本質上的不同,架構更新穎。

ONTAP平臺的最新更新

自2018年下半年起,NetApp接連發表了9.4與9.5版等兩個ONTAP作業系統接的重要更新。

其中於2018年6月底正式上線的ONTAP 9.4版,主要的功能更新包括;

● 擴展FabricPools功能,強化雲端分層儲存應用。

● 新增支援NVMe/FC傳輸架構。

● 新增非活躍資料報告(Inactive Data Reporting)功能。

● 為FlexGroup提供更完整的QoS管理選項。

● 支援多通道傳輸架構的SMB協定。

● 改進重複資料刪除功能。

● 提高儲存密度,支援30TB SSD。

至於剛在2018年10月Insight大會中宣布的ONTAP 9.5,則包含了下列這些更新項目:

● 擴展FlexCache功能,更完整的支援叢集架構。

● 透過支援非對稱命名空間存取架構(Asynchronous Namespace Access,ANA),讓NVMe/FC傳輸連接具備多路徑故障切換能力。

● 增強FlexGroup功能,提供更多管理與存取選項支援。

● 增強ONTAP Select,改善存取效能。

● 改善壓縮功能,提高空間使用效率。

● FabricPool功能增強,支援更多儲存選項。

● 新增支援NDAS資料保護服務(NetApp Data Availability Services),提供基於雲端的資料保護功能。

● 新增同步模式的SnapMirror遠端複製功能(SnapMirror Synchronous,SM-S)。

● 新增支援伺服器端Max Data記憶體加速機制。

我們可以把這些功能更新,概分為4個主要面向:強化雲端儲存整合、改善存取效能、提高儲存空間管理彈性與效益,以及提高系統與資料的可用性。

強化雲端儲存整合

主要是強化FabricPools雲端分層儲存功能。這是ONTAP 9.2引進的新功能,在9.4與9.5版兩次更新中都進一步增強。

改善存取效能

包括新增對NVMe/FC傳輸架構的支援,擴展FlexCache功能,改善ONTAP Select軟體定義儲存套件的效能,支援SMB多路徑傳輸,以及支援Max Data記憶體加速機制等。

特別值得一提的是,經由9.4與9.5版的更新後,大幅擴展了ONTAP的分層存取與I/O加速技術的涵蓋範圍,從ONTAP儲存裝置本身的加速(如FlexCache與NVMe/FC),擴展到前端的伺服器(如Max Data),以及公有雲服務上(如FabricPool),包含了用戶可能觸及的每一個存取環節。

提高儲存空間管理彈性與效益

包括FlexGroup功能的擴展,重複資料刪除與壓縮功能的擴展與改進等幾項。

提高系統與資料可用性

包括為NVMe/F支援失效切換架構、支援NDAS資料保護服務,以及新增同步模式的SnapMirror遠端複製功能等。

在這4個面向中,存取效能、儲存空間管理彈性與可用性這幾項,都是ONTAP作業系統歷來的改版中,經常會涵蓋的更新項目。至於強化雲端儲存的整合,則是近來標榜「Cloud First」的NetApp,當前的產品發展重點。

接下來我們便分別從這4個面向,逐一介紹ONTAP 9.4與9.5版的重要新功能。

ONTAP新特色1:傳輸架構與I/O效能改進

ONTAP的NVMe/FC支援功能,只適用於AFF系列全快閃儲存陣列,目前除了最低階的A200以外,其餘AFF系列產品只需搭配9.4版以上的ONTAP,就能啟用NVMe/FC。圖片來源/NetApp

新版ONTAP在提升效能方面的新功能,包括了導入NVMe-oF傳輸架構,擴展檔案傳輸快取功能,支援SMB協定的多通道傳輸,支援新的伺服器端加速機制,以及ONTAP Select軟體定義儲存套件的效能改進等幾項。

支援NVMe/FC傳輸架構

NVMe是當前固態儲存應用的焦點之一,除了作為SSD介面之外,也衍生出外接應用的NVMe over Fabrics(NVMe-oF)架構,可將NVMe的全新軟體堆疊,嫁接在既有的光纖通道(Fibre Channel,FC)、InfiniBand或RDMA乙太網路上運行,從而達到降低存取延遲的目的。

NetApp是在2018年中時,為ONTAP平臺產品線引進了NVMe與NVMe-oF的支援,也在新推出的AFF系列新機型A800上,同時支援NVMe SSD模組,以及基於FC介面的NVMe-oF架構(簡稱NVMe/FC),搭配同步推出的ONTAP 9.4便能運行NVMe/FC,在既有的FC SAN環境下,提供低於200μs等級的存取延遲。目前AFF系列中除了最低階的A200以外,其餘都能支援NVMe/FC傳輸架構。

擴展FlexCache功能

FlexCache是ONTAP 7.x便有的一項老功能,可作為指定的原始Volume,建立快取用的Volume,然後以區塊為單位快取資料,從而加速NFS、CIFS/NFS等NAS傳輸協定的存取,但只支援單一叢集內的快取,若要為叢集外Volume提供快取,便須在叢集前端,使用一套運行7-Mode的ONTAP系統來充當快取用裝置。

ONTAP 9.5的新版FlexCache則採用了稀疏架構(sparsely-populated),可使用FlexGroup架構下的分散式Volume來作為快取用Volume,並提供跨叢集(Inter-cluster)與叢集內(Intra-cluster)兩種模式,為單一叢集或多個叢集提供快取用Volume,但只支援NFS v3協定。

FlexexCache的基本概念

FlexCache是針對檔案存取協定的快取功能,可在叢集的不同節點內設定快取用Volume,來為指定的原始Volume提供快取加速。讀取資料時若快取命中,便直接從快取Volume讀取資料;寫入I/O也會經由快取Volume的中介,轉給原始Volume。圖片來源/NetApp

FlexexCache的兩種模式

ONTAP 9.5的FlexCache提供了針對單一叢集的「叢集內」模式,以及針對多叢集的「跨叢集」模式,可在包括遠端叢集在內的跨叢集環境,建立快取用Volume。圖片來源/NetApp

ONTAP Select軟體定義儲存效能改善

ONTAP Select是包裝為虛擬機器的ONTAP儲存裝置軟體定義版,針對VMware ESX部署環境,ONTAP 9.5版ONTAP Select的I/O效能有了顯著進步,原廠宣稱,無論是在硬體RAID還是軟體RAID組態下,比起9.4版的隨機與循序讀寫效能,均有12%到113%的提升。

支援SMB多通道傳輸

從ONTAP 9.4起,將能允許使用SMB3協定的用戶端主機,透過多個session、以多通道(Multichannel)方式來連結ONTAP儲存裝置,藉此可顯著提高使用SMB傳輸時的吞吐量。

支援Max Data記憶體加速機制

NetApp的Max Data是NetApp Memory Accelerated Data的簡稱,源自2017年Insight大會中宣布併購的Plexistor公司,是一種透過伺服器端的高速持續性記憶體(Persistent Memory)裝置,來提供快取加速,ONTAP從9.5開始支援這項技術,可讓ONTAP儲存裝置與安裝Optane 3D XPoint DIMM記憶體的伺服器之間,建立自動分層儲存架構,從而提高伺服器端的存取效能。

嫁接在FC上的NVMe/FC傳輸架構

ONTAP 9.4引進的NVMe/FC傳輸架構,是將NVMe指令包在FCP訊框中,從而能在FC傳輸通道上執行NVMe堆疊,以降低存取延遲。圖片來源/NetApp

ONTAP新特色2:雲端儲存整合

雲端儲存是NetApp近期的重點發展方向,落實到具體的產品層面,則包括Cloud Volumes Services、Cloud Volumes ONTAP等雲端儲存服務,以及FabricPool雲端分層儲存功能這兩個面向。

FabricPool是ONTAP 9.2引進的功能,適用於NetApp旗下的AFF全快閃儲存陣列、FAS混合儲存陣列,以及Cloud Volumes 與ONTAP Select等軟體定義形式儲存設備,可將公有雲的物件儲存空間,或NetApp自身StorageGRID物件儲存系統的物件儲存空間,連結本地端ONTAP儲存系統的Aggregate儲存群組,並在分層儲存政策管理下,作為冷資料儲存層,將快照或冷資料轉存到公有雲上,本地端只保留經常存取的熱資料。

FabricsPool 的基本概念

將公有雲服務商的物件儲存空間,與本地端ONTAP儲存系統的Aggregate儲存群組連結,將雲端儲存空間作為本地端的延伸空間,,然後在分層儲存政策管理下,扮演冷資料儲存層角色。圖片來源/NetApp

自ONTAP 9.2引進FabricPool後,接下來的9.4與9.5版,都分別擴展了可支援的產品、公有雲服務商與分層政策類型。

在ONTAP 9.2與稍後的9.3上,FabricPool只適用於AFF與FAS系列儲存陣列,公有雲服務商只支援AWS S3,分層政策則有Auto、Snapshot-Only、None等幾種;ONTAP 9.4的FabricPool則增加了適用於ONTAP Select、Cloud Volumes ONTAP等軟體定義儲存產品的能力,而且能同時用於SSD或硬碟Aggregate儲存群組,不像AFF與FAS儲存陣列的FabricPool只能用於全SSD 的Aggregate群組。

ONTAP 9.4在搭配的公有雲服務商方面,新增支援微軟的Azure Blob Storage,另外,NetApp StorageGRID物件儲存系統的支援,也是在這一版納入,在分層政策方面,則新增Backup模式。在最新的ONTAP 9.5上,FabricPool又增加了對IBM Cloud Object Storage、Amazon Commercial Cloud Services等兩種公雲服務的支援。

彈性的FabricPool 政策選擇

Aggregate群組下的Volume可以個別套用FabricPool的分層儲存政策,有4種政策模式可選:Auto模式可將冷資料與快照複本轉存到雲端:snapshot-only模式只將快照副本轉存到雲端;None代表該Volume不將任何資料轉到雲端;Backup模式可將指定Volume的所有寫入資料,都立即轉存到雲端。

ONTAP新特色3:儲存空間管理

FlexGroup功能增強

FlexGroup是2016年底,跟著ONTAP 9.1作業系統一同推出虛擬儲存功能,可以跨多臺叢集節點與多個Aggregate磁碟群組,建立容量達20PB、可容納4,000億個檔案的超大型單一命名空間,並能搭配分散式metadata與跨叢集節點的寫入快取,支援跨節點平行寫入,以及單一命名空間內的自動負載平衡,改善寫入效能瓶頸。

接下來ONTAP 9.2增加了為FlexGroup Volume啟用加密的功能,ONTAP 9.3與9.4,又分別提供了設定傳輸率上限與下限的QoS管理功能。而到了ONTAP 9.5,則是為FlexGroup增加了支援FabricPool的能力,可在雲端分層環境下,建立跨Aggregate磁碟群組的大型命名空間,9.5版的FlexGroup也能支援全SSD的Aggregate磁碟群組,還新增了建立qtree子目錄,以及容量配額功能。

新增非活躍資料報告功能

可以在OnCommand System Manager控制臺上,顯示Aggregate磁碟群組中很少存取的非活躍「冷」資料量,以作為設定FabricPool分層儲存政策的參考。

在FAS與AFF系列儲存陣列上,非活躍資料報告功能只適用於全SSD的Aggregate磁碟群組;在ONTAP Select、Cloud Volume ONTAP等軟體定義儲存陣列上,則能支援SSD或硬碟Aggregate群組。

重複資料刪除與壓縮功能改進

在Aggregate磁碟群組與其底下的Volume層級,各有一系列容量縮減技術。

在Volume層級,提供了離線的後處理式重複資料刪除(Dedupe)、inline的即時Dedupe、離線式資料壓縮與Inline資料壓縮。其中離線式壓縮又分為Adaptive與Secondary 兩種。硬碟或混合Volume可適用Inline或離線等兩種壓縮功能,SSD Volume則只能使用inline的即時壓縮。

Aggregate層級則有Data Compaction壓縮,以及Inline的IAD 與後處理式Aggregate Dedupe等兩種Dedupe。

Volume層級的資料縮減功能,只適用於個別Volume,Aggregate層級的資料縮減,則能在跨Aggregate磁碟群組下的多個Volume,統一進行資料縮減處理。

在ONTAP 9.4上,Aggregate層級的Dedupe增加了背景掃描功能,可支援後處理Dedupe。ONTAP 9.5則改進了Adaptive Compression,可提供更高的資料壓縮率。

透過控制臺檢視非活躍資料報告

自ONTAP 9.4以後,OnCommand SystemManager控制臺便預設啟用非活躍資料報告功能,可以檢視每個Aggregate磁碟群組中很少存取的冷資料容量比重。

著眼於提高儲存空間的管理彈性,以及儲存空的使用效率的一系列功能更新。

ONTAP新特色4:系統與資料可用性

包括為NVMe/FC引進失效切換架構、支援NDAS資料保護服務,以及新增同步模式的SnapMirror遠端複製功能。

引進NVMe/FC傳輸的高可用性架構

ONTAP 9.4雖然引進了NVMe/FC傳輸架構,但不支援傳輸路徑的失效切換功能,在主機端與ONTAP儲存裝置端之間,只有單路徑連接,還無法滿足對可用性要求較高的用戶需求。

這個問題到了ONTAP 9.5獲得了解決,新增了搭配非對稱命名空間存取(ANA)的NVMe/FC多路徑失效切換功能,可以在支援ANA架構的環境,提供主機端與ONTAP儲存裝置之間的NVMe/FC多路徑連接。雖然應用上目前還有許多限制,例如目前只有SuSE Enterprise Linux 15(SLES 15)支援ANA架構,但已較先前的單路徑NVMe/FC大幅提高了可用性。

多路徑的NVMe/FC 傳輸架構

ONTAP 9.4的NVMe/FC只能在主機端與儲存裝置之間,建立單路徑連接(如左圖),ONTAP 9.5則能透過ANA架構,在主機端與儲存裝置之間建立失效切換的多路徑連接。

支援NDAS資料保護服務

ONTAP 9.5導入的NDAS,是建立在公有雲上的資料備份與災難還原服務,目前只支援AWS,可利用一臺運行ONTAP 9.5的儲存裝置作為中介,利用ONTAP 9.5內含的proxy功能與Copy to Cloud API,將另一臺ONTAP儲存裝置的FlexVol Volume資料(目前NDAS只支援FlexVol),備份到AWS的S3 bucket空間內保存,還原時則可將該Flex Volume內的LUN或檔案,回復到原始或其他位置。

同步模式的SnapMirror遠端複製

在老的7-Mode模式時代,曾有過同步模式的SnapMirror遠端複製功能(SnapMirrorSync),不過當ONTAP轉移到新的Cluster-Mode架構後,就只剩非同步模式(Asynchronous)的SnapMirror遠端複製可用,只能提供以分鐘為間隔的RPO(還原點目標),還不能滿足無法忍受任何資料損失的用戶需求。

到了最新推出的ONTAP 9.5,終於把同步模式的SnapMirror(簡稱SM-S)帶回來,可在兩個站點之間,提供幾乎完全不損失資料、RPO=0的遠端同步能力。

要啟用SM-S,用戶必須為每一個節點購買SM-S授權,目前SM-S可支援FC、iSCSI與NFS v3等3種傳輸協定,並要求兩端點的網路延遲低於10ms。另外,SM-S可支援FabricPool Aggregate磁碟群組下的Volume,但目前還不支援FlexGroup下的Volume。

 

產品資訊

NetApp ONTAP 9.4與9.5

●原廠:NetApp(02)8729-5000

●建議售價:廠商未提供

●最新版本:9.5

●適用機型與產品:NetApp FAS系列混合儲存陣列, NetApp AFF A系列全快閃儲存陣列, NetApp ONTAP Select系列軟體定義儲存套件

●主要新功能:FlexCach功能擴展,增強FlexGroup選項, NVMe/FC新增支援施效切換, 新增NDAS資料保護服務, 新增同步模式SnapMirror ,支援MaxData加速

【註:資料時有異動,正確資訊請洽廠商】


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