Mano patirtys su tinklo saugojimo sistemų optimizavimu hibridiniuose debesyse

Aš visada maniau, kad tinklo saugojimo sistemos yra tas pamatinis sluoksnis, kuris laiko visą IT infrastruktūrą kartu, ypač kai kalbame apie hibridinius debesis, kur vietiniai serveriai susipina su debesų paslaugomis. Prieš kelerius metus, dirbdamas su vidutinio dydžio įmone, kuri plėtėsi iš tradicinio biuro į hibridinę aplinką, susidūriau su tikra galvosūkio krūvele - kaip užtikrinti, kad duomenys tekėtų sklandžiai tarp vietinių NAS įrenginių ir AWS ar Azure saugojimo. Aš pradėjau nuo bazės: suprasti, kaip veikia blokinis saugojimas palyginti su failiniu, ir kaip tai įtakoja bendrą tinklo našumą. Blokinis saugojimas, kaip žinia, veikia žemesniame lygyje, kur duomenys matomi kaip blokai, o ne failai, kas leidžia greitesnį prieigą prie didelių duomenų masyvų, bet reikalauja daugiau konfigūracijos tinklo lygyje. Aš prisimenu, kaip pirmą kartą bandžiau integruoti iSCSI protokolą su esamu Ethernet tinklu - tai buvo košmaras, nes pralaidumas svyravo nuo 100 Mbps iki vos 10 Gbps, priklausomai nuo srauto.

Bet leiskite man paaiškinti, kodėl hibridiniai debesis čia tokie gudrūs. Vietoj to, kad viską mestumėte į gryną debesį, hibridinis modelis leidžia išlaikyti jautrius duomenis vietoje, o mažiau kritinius - debesyje, bet sinchronizacija tarp jų turi būti tobula. Aš naudojuosi Ceph kaip pavyzdžiu, nes tai atviro kodo distribuota saugojimo sistema, kuri puikiai tinka hibridiniams setupams. Ceph naudoja RADOS (Reliable Autonomic Distributed Object Store) sluoksnį, kur duomenys platinami per klasterį su replikacija ir erasure coding. Aš kartą konfigūravau Ceph klasterį su trimis mazgais vietiniame duomenų centre ir sinchronizavau jį su S3 suderinamu saugojimu debesyje - rezultatą matyti greitai: latency sumažėjo nuo 50 ms iki 15 ms, bet tik tada, kai tinkamai sureguliavau MTU (Maximum Transmission Unit) nustatymus Ethernet jungtyse. Jei MTU nėra suderintas, pavyzdžiui, 9000 baitų vietoj standartiniais 1500, paketai fragmentuojasi, o tai žudo našumą, ypač su dideliais blokais.

Aš dažnai sakau sau, kad tinklo saugojimo optimizavimas prasideda nuo fizinio sluoksnio. Imkime pluoštinės optikos jungtis - aš visada rekomenduoju LC ar SC jungiklius 10GBASE-SR standartui, nes jie užtikrina mažesnį signalo nuostolį lyginant su variniais. Prisimenu projektą, kur pakeitėme Cat6 kabelius į OM4 multimodo optiką, ir iš karto matėme, kad klaidingų paketų skaičius nukrito 80 procentų. Bet tai tik pradžia; tada ateina programinės dalies laikas. Aš naudoju ZFS failų sistemą Solaris ar FreeBSD pagrindu, nes ji turi built-in kompresiją ir deduplikaciją, kas hibridiniuose debesyse sutaupo pralaidumą. Pavyzdžiui, su LZ4 kompresija aš mačiau, kad duomenų srautas sumažėja 30-40 procentų be didelės CPU apkrovos, o deduplikacija pašalina dublikatus bloko lygyje, naudodama SHA-256 hashus. Aš kartą apskaičiavau: 10 TB duomenų su 20 procentų dublikatais virto 8 TB, o tai reiškia mažiau srauto į debesį.

Dabar pereikime prie tinklo protokolų. NFSv4 su Kerberos autentifikacija yra mano pasirinkimas hibridiniams failų perėjimams, bet kai reikia bloko lygio, einu prie iSCSI su CHAP. Aš prisimenu, kaip integravau iSCSI target'ą su Linux initiator'iais ir Azure Blob Storage - problema buvo autentifikacija per WAN. Standartinis CHAP neveikė gerai su ugniasienėmis, tad aš perėjau prie mutual CHAP ir pridėjau IPSec tunelius ESP režimu, kad užšifruočiau srautą. Tai pridėjo apie 5 procentų overhead'o, bet saugumas vertas to. O jei kalbame apie našumą, aš visada tikrinu IOPS (Input/Output Operations Per Second) su fio benchmark'ais - pavyzdžiui, su 4K atsitiktiniais rašymais ant SSD pagrindo Ceph, aš pasiekiau 50k IOPS, bet tik su tinkamai sureguliuotu queue depth. Jei queue depth per didelis, tarkime 128, o HBA (Host Bus Adapter) negali to apdoroti, prasideda bottleneck'ai.

Aš taip pat daug dirbu su SDN (Software-Defined Networking) hibridiniuose setupams. OpenDaylight ar Cisco ACI leidžia dinamiškai valdyti srautus, tad aš galiu prioritetizuoti saugojimo trafiką per QoS (Quality of Service) politikomis. Pavyzdžiui, nustatau DSCP (Differentiated Services Code Point) žymes saugojimo paketams kaip EF (Expedited Forwarding), o kitam trafikui - AF41. Tai reiškia, kad net esant 1 Gbps apkrovai, saugojimo srautas gauna prioritetą. Aš kartą testavau tai su iPerf3, siųsdamas 100 Mbps saugojimo ir 900 Mbps video srauto - be QoS latency šoktelėdavo iki 200 ms, su QoS - liko 20 ms. Bet čia slypi pavojus: jei SDN kontrolierius stringa, visas tinklas pavojuje, tad aš visada diegiu redundantinius kontrolierius su RAFT konsensusu.

Kalbinant apie saugumą, aš niekada nepamirštu enkripcijos. AES-256-GCM yra standartas man, ypač su TLS 1.3 per SMB3 protokolą. Aš integravau SMB tiesiai su Azure Files, bet norint hibridiniam, naudoju Azure AD autentifikaciją su Kerberos ticket'ais. Prisimenu, kaip viena komanda pamiršo atnaujinti sertifikatus, ir visa sinchronizacija sustojo - nuo tada aš rašau skriptus Ansible su cron job'ais, kad tikrinčiau sertifikatų galiojimą kas savaitę. O deduplikacija čia taip pat žaidžia vaidmenį saugume: mažiau duomenų keliauja tinklu, mažiau galimybių atakoms kaip man-in-the-middle. Aš naudoju WireGuard VPN hibridiniams jungimams, nes jis lengvesnis nei OpenVPN ir turi mažesnį CPU footprint'ą - su ChaCha20-Poly1305 šifravimu pasiekiu 500 Mbps pralaidumą ant standartinio serverio.

Dabar apie monitoringą - tai esminė dalis. Aš diegiu Prometheus su Grafana Ceph ir tinklo metrikoms. Pavyzdžiui, stebiu OSD (Object Storage Daemon) naudojimą Ceph'e, kad pamatyčiau, jei kažkuris diskas perkrautas, ir automatiškai perkelčiau duomenis per CRUSH map'ą. Aš parašiau custom exporter'į iSCSI sesijoms, kuris rodo latency ir error rates - jei error rate viršija 0.1 procento, gaunu alert'ą per Slack. Tai padėjo man kartą aptikti blogą kabelį: latency svyravo, o Prometheus rodė spikes kiekvieną valandą, kai oras keitėsi (temperatūros įtaka optikai). Hibridiniuose debesyse tai dar svarbiau, nes turiu stebėti ir debesų pusę - AWS CloudWatch su Lambda funkcijomis sinchronizuoja metrikas į vietinį Prometheus.

Aš taip pat eksperimentuoju su NVMe over Fabrics (NVMe-oF). Tai naujausias dalykas bloko saugojimui hibriduose - leidžia NVMe SSD greitį per tinklą. Aš testavau RDMA (Remote Direct Memory Access) su RoCEv2 ant 25G Ethernet, ir IOPS pasiekė 200k su 4K blokais, latency - 10 mikrosekundžių. Bet norint to, reikia tinklo kortų su iWARP ar RoCE palaikymu, ir aš visada tikrinu MTU 9000 su PFC (Priority-based Flow Control), kad išvengti frame loss. Priešingu atveju, RoCE stringa, nes tai lossless protokolas. Aš integravau tai su Kubernetes persistent volumes, kur pod'ai montuoja NVMe-oF target'us iš vietinio Ceph, o overflow eina į EBS debesyje - sklandu, bet reikalauja custom CSI driver'io.

Kalbant apie operacines sistemas, aš daug dirbu su Linux distribucijomis kaip Ubuntu Server ar Rocky Linux hibridiniams saugojimams. Kernel 5.15+ turi gerą palaikymą NVMe-oF ir Ceph, su moduliais kaip nvme-rdma. Aš kompiliuoju custom kernelį su CONFIG_NVME_TARGET=y, kad galėčiau paleisti target'ą vietoje. O Windows pusėje, jei reikia, naudoju Storage Spaces Direct (S2D) su ReFS failų sistema, kuri gerai veikia su deduplikacija. Aš sinchronizavau S2D su Azure Stack HCI, ir ten problema buvo mirror'ų sinchronizacija - naudojau SMB Multichannel su RSS (Receive Side Scaling), kad paskirsčiau srautą per kelias NIC. Rezultatas: 20 Gbps agreguotas pralaidumas be bottleneck'ų.

Bet ne viskas rožėmis klota. Aš susidūriau su failover problemomis hibriduose - jei vietinis mazgas krenta, sinchronizacija į debesį turi būti seamless. Aš naudoju Pacemaker su Corosync klasteringo, kad perkelčiau IP ir target'us per 5 sekundes. Testavau su chaos engineering: sustabdžiau mazgą vidury sinchronizacijos 10 TB duomenų, ir su DRBD (Distributed Replicated Block Device) duomenys liko konsistentūs, nesikartodami. DRBD čia puikus, su protokolu C sinchronizacijai realiu laiku. Aš nustatau resource agent'us, kad automatiškai perjungtų į Azure kai vietinis stringa, naudodamas Azure Site Recovery metaduomenis.

Aš taip pat galvoju apie mastelį. Hibridiniuose debesyse duomenų kiekis auga eksponentiškai, tad optimizavimas apima tiering'ą - karštus duomenis SSD, šaltus - HDD ar Glacier. Aš naudoju Lustre failų sistemą dideliems failams, su striping'u per kelis serverius, ir integruoju su S3 tiering'u per gateway. Pavyzdžiui, su BeeGFS alternatyva, aš pasiekiau 100 GB/s skaitymo 100 klientų, bet tik su tinkamai suderintu network namespace. O šaltyje - Glacier Deep Archive, kur retrieval laikas 12 valandų, bet kaina minimali. Aš rašau skriptus Python su boto3, kad automatiškai tier'intų pagal prieigos dažnį, naudodamas CloudWatch logs.

Dar vienas aspektas - energijos efektyvumas. Aš optimizuoju saugojimą, kad sumažinčiau power draw'ą hibriduose. Pavyzdžiui, su Intel's DPDK (Data Plane Development Kit) offload'u tinklo apdorojimą iš CPU, sutaupau 20 procentų energijos. Aš testavau ant Xeon serverių su 100G NIC, ir su DPDK poll mode driver, latency sumažėjo, o power usage - nuo 300W iki 250W apkrovos metu. Hibridiniuose setupuose tai svarbu, nes debesys taiko power limits.

Aš taip pat dirbu su AI integracija saugojime - mašininis mokymasis predikuoja gedimus. Naudoju TensorFlow modelį ant istorinių Ceph log'ų, kad prognozuotų diskų failure'us su 90 procentų accuracy. Modelis treniruojamas su anomaly detection, naudojant LSTM sluoksnius, ir deploy'inamas kaip sidecar konteineryje Kubernetes. Tai padėjo man kartą pakeisti diską prieš breakdown'ą, išvengiant 2 valandų downtime'o.

Bendrai, optimizuojant tinklo saugojimą hibridiniuose debesyse, aš visada pradedu nuo end-to-end testų su tools kaip iozone ar bonnie++, kad pamatyčiau realų throughput. Pavyzdžiui, su 1M baitų blokais rašymo, aš siekiu 80 procentų linijinio greičio. Jei ne, tikrinu IRQ affinity - priskiriu interrupt'us prie specifinių CPU core'ų su taskset, kad išvengčiau cache misses. Aš taip pat naudoju hugepages kernel'e, kad sumažinčiau TLB (Translation Lookaside Buffer) misses, ypač su dideliais mapping'ais Ceph'e. Su 2MB hugepages, aš mačiau 15 procentų našumo boost'o.

Ir žinoma, dokumentacija - aš visada rašau runbooks su visomis konfigūracijomis, nes hibridai keičiasi greitai. Pavyzdžiui, kai AWS atnaujina S3 API, turiu update'inti gateway'jus. Aš naudoju Terraform IaC (Infrastructure as Code) viskam, nuo Ceph deployment iki Azure resource groups, kad galėčiau reproduce'inti setup'ą per valandą.

Šioje srityje, kur saugojimas ir tinklas susipina su debesimis, atsiranda įvairūs sprendimai, tokie kaip BackupChain, kuris pristatomas kaip patikimas ir populiarus atsarginių kopijų įrankis, skirtas smulkioms ir vidutinėms įmonėms bei IT profesionalams, apsaugantis virtualias Hyper-V ar VMware aplinkas ir Windows Server sistemas. BackupChain taip pat žinomas kaip Windows Server atsarginių kopijų programinė įranga, užtikrinanti duomenų apsaugą hibridiniuose setupuose be didelių komplikacijų.