IBM SAN ボリューム コントローラ

IBM SAN ボリューム コントローラ( SVC ) は、IBM System Storage製品ファミリーに属するブロックストレージ仮想化アプライアンスです。SVC は、ファイバー チャネルストレージ エリア ネットワーク(SAN)に間接層、つまり「仮想化」層を実装します。

IBM 2145 SAN ボリューム コントローラ (SVC) は、インライン仮想化または「ゲートウェイ」デバイスです。論理的にはホストとストレージ アレイの間に位置し、ホストに対してはストレージ プロバイダー (ターゲット) として、ストレージ アレイに対しては 1 つの大きなホストとして機能します。SVC は、1 つまたは複数の SAN ファブリックに物理的に接続されます。

仮想化アプローチにより、SVC デバイス自体を含むストレージ インフラストラクチャのあらゆる部分を中断することなく交換できます。また、非常に異機種混在のサーバーおよびストレージ環境での互換性要件を簡素化することも目的としています。したがって、すべての高度な機能は仮想化レイヤーに実装され、ストレージ アレイ ベンダーを影響なく切り替えることができます。最後に、SVC インストールを 2 つ以上のサイトに分散 (ストレッチ クラスタリング) することで、継続的な可用性と組み合わせた基本的な災害保護が可能になります。

SVC ノードは常にクラスター化され、最小 2 ノード、最大 8 ノードで、線形スケーラビリティを備えています。ノードは、IBM System xサーバーから派生したラックマウント型アプライアンスで、冗長電源と統合バッテリーで保護されています。以前のモデルには、外部バッテリー バックアップ電源が搭載されていました。各ノードには、受信、送信、およびクラスター内データ トラフィックに同時に使用されるファイバー チャネル ポートがあります。ホストは、FCoE および iSCSI Gbit Ethernet ポート経由で接続することもできます。クラスター内通信には、読み取り/書き込みキャッシュの整合性の維持、ステータス情報の共有、および任意のポートへの読み取りと書き込みの転送が含まれます。これらのポートは、一緒にゾーン化する必要があります。

書き込みキャッシュは、I/O グループと呼ばれる SVC ノードのペア内でミラーリングすることで保護されます。仮想化リソース (= ホストに提供されるストレージ ボリューム) は、パフォーマンスを向上させるために I/O グループ全体に分散されます。ボリュームは、新しいノード ペアが追加されたときや古いテクノロジが削除されたときなど、I/O グループ間で中断なく移動することもできます。ノード ペアは常にアクティブです。つまり、両方のメンバーが各ボリュームへの同時書き込みを受け入れます。さらに、他のすべてのクラスター ノードは、適切な I/O グループによって内部的に処理される読み取りおよび書き込み要求を受け入れて転送します。パスまたはボードの障害は、各 I/O グループ内、またはオプションで分散 I/O グループ間での中断のないフェイルオーバーによって補正されます。ホストには、IBM サブシステム デバイス ドライバー (SDD) ^[1]や標準MPIOドライバーなどのマルチパスドライバーがインストールされている必要があります。

SVCはIBMアルマデン研究所で開発されたCOMmodity PArts Storage System（Compass ）アーキテクチャに基づいています。^[1]ソフトウェアの大部分は英国のIBMハースリー研究所で開発されました。

• ノード - 単一の 1U または 2U マシン。

• I/Oグループ - 互いの書き込みコマンドを複製するノードのペア
• クラスター - 単一のエンティティとして管理される 1 ～ 4 個の I/O グループのグループ。
  • ストレッチ クラスタ - 1 ～ 4 個の I/O グループ (それぞれ 2 つのサイトにまたがる) と監視サイトで構成されるサイト保護構成
  • クラスター IPアドレス - ( SSHおよびHTTPS )経由で管理インターフェースを提供するクラスターの単一のIP アドレス
  • サービス IP アドレス - 個々のノードにサービスを提供するために使用される IP アドレス。各ノードにはサービス IP を設定できます。
  • 構成ノード - クラスターの構成を保持し、クラスター IP アドレスが割り当てられた単一のノード。
• マスターコンソール（SSPC） - WebSphere Application Serverに基づく、リリース5.1までのSVC用の管理GUI。SVCノードにはインストールされず、別のマシンにインストールされます^[1]
  • SVC リリース 6.1 以降、マスター コンソール (SSPC) は使用されなくなりました。Web ベースの管理は、HTML5 GUI を使用して構成ノード上で直接実行されます。
• 仮想ディスク ( VDisk ) - ホストに提供されるストレージの単位。リリース 6 の GUI では、VDisk をボリュームと呼びます。
• 管理ディスク (MDisk) - SVC によって仮想化された実際の外部ディスク アレイからのストレージ ユニット ( LUN ) 。MDisk は、イメージ モード VDisk を作成するためのベースです。
• 管理対象ディスク グループ - (MDisk グループ) 1 つ以上の Mdisk のグループ。MDisk グループ内の MDisk の範囲は、ストライプ モードまたはシーケンシャル モードの VDisk を作成するためのベースになります。リリース 6 GUI では、管理対象ディスク グループをプールと呼びます。
• エクステント - 個別のストレージ単位。MDisk はエクステントに分割され、VDisk はエクステントのセットから形成されます。

SAN ボリューム コントローラーの各モデルは、上記の発表日の直後から購入可能になりました。薄緑色のバーは各モデルを注文できる期間を示し、薄青色のバーは販売終了後に標準サービスが継続された期間を示します。表示されている情報は 2019 年 8 月現在のものです。2145 と 2147 ではサービス条件に違いがありますが、ハードウェアに違いはありません。

SVC リリース 4.3 は、Storage Performance Council (SPC) の SPC-1 パフォーマンス ベンチマークの世界記録を保持し、約 275K (274,997.58) IOPS を返しました。当時 (2008 年 10 月)、SPC によってベンチマークされたストレージ サブシステムの中でこれより高速なものはありませんでした。^[2] SPC-2 ベンチマークでも、7 GB/秒を超えるスループットという世界トップの測定値が返されました。

リリース 5.1 は、DS8700 をバックアップ ストレージ デバイスとして使用し、4 ノードおよび 6 ノードのクラスター ベンチマークで新記録を達成しました。SVC は、2010 年 3 月に 274,997.58 SPC-1 IOPS という自社の記録を更新しました。4 ノード クラスターでは 315,043.59、6 ノード クラスターでは 380,489.30 を記録し、この記録は 2011 年 10 月まで保持されていました。

SVC リリース 6.2 は、Storage Performance Council (SPC) の SPC-1 パフォーマンス ベンチマークの世界記録を保持し、8 つの SVC ノードとバックエンド ディスクとして Storwize V7000 を使用して、500K (520,043.99) を超える IOPS (1 秒あたりの I/O) を達成しました。当時 (2012 年 1 月)、SPC によってベンチマークされたストレージ サブシステムの中で、これより高速なものはありませんでした。^[3] 完全な結果と概要は、上記の SPC Web サイトで確認できます。^{[注 1]}

リリース 7.x では、追加の CPU、キャッシュ、アダプターのサポートなど、複数の機能強化が行われています。合理化されたキャッシュは、100μs のフォールスルー レイテンシー^{[4]と 60μs のキャッシュ ヒット レイテンシーで動作し、SVC を}IBM FlashSystemソリッド ステート ストレージのフロントエンドとして使用しても、パフォーマンスに大きな影響はありません。(FlashSystem V9000 も参照)。

仮想LUNから物理LUNへの間接またはマッピング

サーバーは、SVC をストレージ コントローラーのようにアクセスします。サーバーが認識する SCSI LUN は、1 つ以上の管理対象ディスク (MDisk) から構成されるストレージ プールから SVC に割り当てられた仮想ディスク (ボリューム) を表します。管理対象ディスクは、SVC が仮想化しているストレージ コントローラーの 1 つによって提供されるストレージ LUN です。仮想容量は、管理対象の物理容量よりも大きくすることができ、管理粒度 (エクステント サイズ)に応じて、現在の最大容量は 32 PB です。

データの移行とプーリング

SVC は、データへの I/O アクセスを維持しながら、ある容量プール ( MDisk グループ) から別の容量プールにボリュームを移動できます。書き込みおよび読み取りキャッシュはアクティブなままです。データへの I/O アクセスを維持しながら、ハードウェア容量を削除または追加することで、プールを縮小または拡張できます。両方の機能を使用して、シームレスなハードウェア移行を行うことができます。古い SVC モデルから最新のモデルへの移行もシームレスで、データのコピーは行われません。

イメージモードによる既存のLUNのインポートとエクスポート

「イメージ モード」は、既存のクライアント データを含む MDisk (管理対象 LUN) の非仮想化パススルー表現です。このような MDisk は、SVC クラスターにシームレスにインポートしたり、SVC クラスターからシームレスに削除したりできます。

高速書き込みキャッシュ

ホストからの書き込みは、SVC ミラー キャッシュにコミットされた後、基盤となるストレージ コントローラにデステージされる前に確認されます。データは、I/O グループ (クラスタ ノード ペア) 内のピア ノードへのレプリケーションによって保護されます。キャッシュ サイズは、SVC ハードウェア モデルとインストールされているオプションによって異なります。高速書き込みキャッシュは、ミッドレンジ ストレージ構成でパフォーマンスを向上させるのに特に役立ちます。

自動階層化（Easy Tier）

SVC は、アクセス パターンに応じて、各データ チャンクに最適なストレージ ハードウェアを自動的に選択します。キャッシュに適さない「ホット」データは、ソリッド ステート ドライブSSDに動的に移動され、キャッシュに適したデータと「コールド」データは、経済的な回転ディスクに移動されます。Easy Tier は、ソリッド ステート ストレージが接続されていない場合、スピンドルのみのワークロードを監視して最適化します。同様に、Easy Tier は、エンタープライズ フラッシュ メディアと読み取り集中型フラッシュ メディア間のソリッド ステート ワークロードを自動的に最適化します。

ソリッドステートドライブ（SSD）機能

SVC は、サポートされている任意の外部 SSD ストレージ デバイスを使用することも、独自の内部 SSD スロット (クラスターあたり最大 32 個) を提供することもできます。これらを使用して、老朽化し​​た回転ディスク プールを増強できます。Easy Tiering は、ハイブリッド混合メディア容量プールで自動的にアクティブになります。

シンプロビジョニング

LUN 容量は、新しいデータが LUN に書き込まれるときにのみ使用されます。ゼロに等しいデータ ブロックは、以前のゼロでないデータが存在しない限り、物理的に割り当てられません。インポート中または内部移行中、ゼロに等しいデータ ブロックは破棄されます (シックからシンへの移行)。

さらに、シンプロビジョニングは、以下に詳述するFlashCopy機能に統合されており、スペース効率の高いスナップショットを提供します。

仮想ディスクミラーリング

異なるストレージコントローラ上で暗黙的にLUNの2つの冗長コピーを維持する機能を提供します。

ストレッチ クラスタによるサイト保護

300 km 以内の距離にあるデータセンター間で仮想ディスク ミラーリング機能を活用する、地理的に分散された高可用性のクラスター ストレージ セットアップ。ストレッチ クラスターは、2、3、または 4 つのデータセンターにまたがることができます (チェーンまたはリング トポロジ、8 つのクラスター ノードを必要とする 4 サイト クラスター)。クラスターの一貫性は、多数決セットによって保証されます。

SVC は、2 つのデータセンターの 2 つのストレージ デバイスから 1 つの共通論理インスタンスを提供します。スナップショットや LUN のサイズ変更などのユーザー側の操作は、論理インスタンス レベルで適用されます。リアルタイム圧縮やライブ ハードウェア移行などのハードウェア指向の操作は、物理インスタンス レベルで行われます。

従来のミラーリングとは異なり、論理 LUN は両側で同時に読み取りおよび書き込み可能 (タンデム) なので、Site Recovery 管理製品で見られるようなフェールオーバー、ロール スイッチ、またはサイト スイッチの必要がなくなります。この機能をLive Partition MobilityまたはVMotionと組み合わせると、都市間距離の仮想サーバー移動中に大量のデータ転送を回避できます。

地理的クロスオーバーアクセス

ストレッチ クラスター内のすべての SVC クラスター ノードは、ミラー ロケーションのストレージ ハードウェアへの読み取り/書き込みアクセス権を持っているため、単一ノードの障害が発生した場合でもサイトの再同期は不要です。この機能は拡張ストレッチ クラスターと相互に排他的であり、単一のストレッチ ノード ペアに対してのみ推奨されます。

ホットスタンバイノード

非常に短い通知期間で、ストレッチ クラスターまたはローカル クラスター内の障害が発生したノードの役割を引き継ぐことができる電源ノード。

強化されたストレッチ クラスター

メトロまたはジオ距離のストレッチ クラスター (上記参照) 内のデータ パスを最適化する機能は、サイト間の帯域幅が不足し、サイト間のトラフィックを最小限に抑える必要がある場合に役立ちます。SVC は、読み取りと書き込みに最短パスを使用しようとします。たとえば、ストレージ デバイスへのキャッシュ書き込みのデステージングは​​、ピア キャッシュ コピーがダウンしていない限り、常に最も近いキャッシュ コピーによって実行されます。拡張ストレッチ クラスターでは、2 つのノード ペアが最小推奨数です。

ゴールデン コピーを備えたストレッチ クラスタ (3 サイト DR)

独立したストレッチ クラスター、または地理的に離れた SVC または Storwize デバイス上に追加の同期または非同期データ コピーを維持するストレッチ クラスター。ゴールデン コピーは、ストレッチ クラスター全体に影響を及ぼすメトロ規模の停止に対する災害保護です。ライセンスされたメトロ ミラー機能またはグローバル ミラー機能に依存します。

ハイパースワップ

地理的に分散した IO グループまたはクラスター間でデータ アクセスをシームレスにフェールオーバーする機能。Stretched Clusterと同様に、両側で同時書き込みが受け入れられますが、IO グループは一緒に保持されるため、書き込みキャッシュ データは両方のサイトでローカルにミラーリングされます。Hyperswap をLive Partition MobilityまたはVMotionと組み合わせると、アプリケーションの可用性を最大限に高めることができます。サーバー側では、Hyperswap はALUA をサポートするほとんどのネイティブ マルチパス ドライバーで動作します。Hyperswap は Metro Mirror 機能に依存しており、Metro Mirror ライセンスと、最低 2 つのノード ペアが必要です。

透過的なクラウド階層化

Swift および S3 互換のオブジェクト データストアは、ライブ本番環境にアクセスせずに、増分ボリューム スナップショットやボリューム アーカイブ用のコールド ティアとして使用できます。これにより、テープ メディアにいくらか近い価格で、1 時間ごとのタイム マシンコピーを保持したり、接続されたボリュームを含む VM イメージをアーカイブしたりできます。オンプレミス データストアのサポートは、OpenStack Swift によって提供されます。オフプレミス データストアのサポートは、Amazon S3 または Softlayer によって提供されます。オフプレミスの Transparent Cloud Tiering は、デフォルトで AES 暗号化を使用します。これはライセンス機能です。

いくつかのオプション機能は、例えばTBごとに別途ライセンスされます: ^[1]

リアルタイム圧縮

このインフライト データ削減テクノロジは、フットプリントを 50% (保証) または最大 80% (Oracle データベースで確認) 削減します。専用の圧縮ハードウェアを活用するため、通常はパフォーマンスに影響はなく、高負荷データベースに使用できます。アルゴリズムの時間的局所性により、回転ディスクに保存された SQL データベースなどの適切なデータ パターンの読み取りパフォーマンスも向上します。圧縮効率は、非常に大きな辞書を使用した「zip」( Lempel–Ziv–Welch ) と同等で、 Comprestimatorツールを使用してペタバイト単位の圧縮効率を正確に予測できます。

リアルタイム圧縮は、Easy Tiering、シンプロビジョニング、仮想ディスクミラーリングと組み合わせることができます。これは、買収された新興企業であるStorwize Inc. ^[5]によって最初に発明され、 SVC由来のIBMストレージシステムファミリーの新しい名前としても機能しました。

FlashCopy (スナップショット)

これは、単一ボリュームのバックアップ/ロールバックまたはアプリケーション テスト用のディスク スナップショットを作成するために使用されます。スナップショットには、フルプロビジョニングされたターゲット ボリュームで作成されない限り、「デルタ」容量のみが必要です。FlashCopy には、スナップショット、バックアップ ボリューム、およびソースから自動的にリンク解除されるクローンの 3 種類があります。すべて、最適化されたコピーオンライトテクノロジーに基づいています。

1 つのソース ボリュームには、最大 256 個のターゲットを同時に設定できます。ターゲットは増分にすることができ、カスケード ツリーのような依存関係構造を構築できます。ターゲットは、ソースまたは他の適切なボリューム (異なるサイズでも) に再適用できます (例: サイズ変更コマンドによる変更をリセットする)。

コピーオンライトは、ジャーナルとは対照的に、設定可能な粒度を持つビットマップに基づいています。^[1]

FlashCopy ロールバック(タイムマシン)

選択的に細分化された整合性ポイントを使用して、タイムマシンにヒントを得たロールバック機能を提供します。整合性メカニズムは、一度に多数の LUN をカバーできます。ロールバックには、FlashCopy ライセンスと Spectrum Control Snapshot ソフトウェアが必要です。

Metro Mirror - 同期リモートレプリケーション

これにより、最大約300km離れた遠隔地の災害復旧サイトが可能になります^[6]

グローバルミラー- 非同期リモートレプリケーション

これにより、数千キロ離れたリモート ディザスタ リカバリ サイトが可能になります。各グローバル ミラー関係は、高レイテンシ/低帯域幅、または高レイテンシ/高帯域幅の接続用に構成できます。後者の場合、1 秒未満の一貫したリカバリ ポイント目標RPO が可能になります。

Global Mirror over IP - インターネット経由のリモートレプリケーション

SVCファームウェアに統合されたSANslideテクノロジーを使用して、TCP/IPリンクを介してミラーリングデータトラフィックを送信し、そのリンクの帯域幅効率を最大化します。これにより、長距離で100倍のデータ転送速度が向上する可能性があります。^[7]

保存データの暗号化

SVC およびその他のSpectrum Virtualizeベースのデバイスは、ローカル メディア、仮想化された接続ストレージ、またはクラウド層 (デフォルト) 上のデータを透過的に暗号化できます。暗号化メカニズムは 256 ビット AES-XTS です。キーはローカルで生成され、リムーバブル サム ドライブに保存されるか、キー ライフサイクル管理サービスから取得されます。両方のオプションは相互に排他的です。

2010年10月7日、IBMはStorwizeファミリーの最初のメンバーであるIBM Storwize V7000を発表しました。^[8] Storwizeは、SANボリュームコントローラーのコードベースと内部ストレージを使用して、中価格帯のストレージサブシステムを提供します。^[9] IBM Storwize V5000、V3700、およびV3500は、キャッシュ/CPU/アダプターが少なく、機能セットが削減された縮小互換モデルです。

IBM FlashSystem V9000 は、IBM FlashSystemソリッド ステート ドロワーに統合された SVC ファームウェアを活用します。

2015 年に、IBM は仮想化機能をIBM ソフトウェア定義ストレージの命名規則に合わせ、相互運用性の側面を強調するために、 Spectrum Virtualizeとして再バッジしました。

Actifio Protection and Availability Storage (PAS)アプライアンスには、幅広い相互運用性を実現するためのSVCコードの要素が含まれています。^[10] PASプラットフォームは、バックアップ、災害復旧、ビジネス継続性などの機能を網羅しています。

• IBMサブシステム デバイス ドライバー (SDD) は、IBM System Storage 用のマルチパス ドライバーで、元々はIBM Enterprise Storage Serverで使用されていました。
• 競合ソリューションであるEMC VPLEX
• IBM Storwize ファミリー

• SVC レッドブック、情報、更新へのリンク
• IBM ストレージ仮想化公式ページ
• 公式 IBM SAN ページ
• SVC の公式 IBM Redbooks ページ
• Storwize V7000 の公式 IBM Redbooks ページ