Active-Active in Festplatten-Arrays – warum ist es so schwierig, eindeutig zu erklären, worum es dabei wirklich geht?

Im allgemeinen Verständnis meinen Benutzer, wenn sie von Controllern in Active-Active-Arrays sprechen, dass beide Controller gleichzeitig arbeiten und I/O-Verkehr zur gleichen Zeit verarbeiten.

Sie erwarten, dass das Array automatisch die Last auf beide Controller verteilt, was sich in besserer Leistung und höherer Zuverlässigkeit niederschlägt. Im Falle eines Controller-Ausfalls übernimmt der andere sofort den gesamten Verkehr ohne Unterbrechung des Datenzugriffs, so dass Benutzer und Anwendungen keine Störungen bemerken.

Benutzer nehmen auch oft an, dass Hosts beide Pfade zum Array nutzen können und das Umschalten bei einem Ausfall vollständig transparent für Systeme und Anwendungen ist.

In der Praxis ist es nicht immer so ideal, da die Details der Funktionsweise von der spezifischen Array-Architektur und Umgebungskonfiguration abhängen, aber so wird der Begriff Active-Active im Kontext von Array-Controllern am häufigsten verstanden.

Die Controller-Architektur in Massenspeichersystemen ist von entscheidender Bedeutung für Leistung, Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit.

Insbesondere der Active-Active-Modus wird oft als Garantie für hohe Verfügbarkeit wahrgenommen, aber seine Implementierung kann sich je nach Geräteklasse erheblich unterscheiden.

In den Dell Arrays PowerVault ME5, Unity XT und PowerStore wurden drei verschiedene Ansätze zur Zuweisung von I/O-Operationen an Controller angewendet, was die Funktionsweise des gesamten Systems beeinflusst.

Bei Dell PowerVault ME5 haben wir es mit einer Dual-Controller Active-Active-Architektur zu tun, die jedoch keine vollständige Parallelität bei der Datenverarbeitung bedeutet. Obwohl beide Controller aktiv sind, führen sie keine dynamische Lastverteilung für I/O-Operationen durch, die dasselbe Volume betreffen. Die Parallelität existiert jedoch auf der Ebene des gesamten Arrays – wenn Disk-Pools zwischen den Controllern aufgeteilt sind, können die ihnen zugewiesenen Volumes gleichzeitig verarbeitet werden, jedes durch seinen Controller.

Im Unterschied zu fortschrittlicheren Lösungen betrifft die Zuweisung bei ME5 nicht einzelne Volumes (LUN), sondern den gesamten Disk Pool.

Das bedeutet, dass alle innerhalb eines Pools erstellten Volumes einem der beiden Controller als ihr "Besitzer" (Owner) zugewiesen werden.

Alle I/O-Operationen für diese Volumes werden ausschließlich an den zugewiesenen Controller geleitet. Der zweite Controller bleibt aktiv, übernimmt aber nur eine Backup-Rolle und übernimmt die Verarbeitung nur bei einem Ausfall des Hauptcontrollers.
Dieses Betriebsmodell gewährleistet zwar hohe Verfügbarkeit durch automatische Failover-Mechanismen, erlaubt aber keine dynamische Lastverteilung zwischen den Controllern.

In der Praxis bedeutet dies, dass ein Controller überlastet werden kann, wenn er einen intensiv genutzten Pool verarbeitet, während der andere ungenutzt bleibt.
Darüber hinaus ist die Zuordnung des Pools zum Controller fest und ändert sich nicht automatisch als Reaktion auf Lastveränderungen.
Diese Einschränkung macht ME5 ungeeignet für Umgebungen mit hoher Lastvariabilität oder intensiver Datenverarbeitung, wo die Lastverteilung von I/O-Operationen in Echtzeit entscheidend ist.

Dell Unity XT nutzt ebenfalls zwei Controller im Active-Active-Modus, aber auf fortschrittlichere Weise als ME5.

Jede LUN hat einen zugewiesenen "bevorzugten" Controller, an den standardmäßig I/O-Operationen geleitet werden. Im Gegensatz zu ME5 ist der zweite Controller nicht nur Reserve, sondern kann aktiv an der Datenverarbeitung teilnehmen, besonders in Überlastungs- oder Ausfallsituationen.
Dieser Mechanismus ermöglicht teilweise Lastverteilung und bessere Ressourcennutzung, obwohl wir immer noch nicht die volle Freiheit bei der Zuweisung von I/O-Operationen an beliebige Controller haben.

Failover ist schnell und automatisch, und das System kann dynamisch auf Lastveränderungen reagieren, was Unity XT zu einer flexibleren Lösung für Produktionsumgebungen macht.

Den fortschrittlichsten Ansatz zur Active-Active-Architektur präsentiert Dell PowerStore.

In diesem Modell wurde eine containerisierte Scale-Out-Architektur angewendet, in der jeder Knoten (Controller) I/O-Operationen für jede LUN verarbeiten kann, ohne Besitzerzuweisung. Das bedeutet, dass Daten parallel von mehreren Controllern verarbeitet werden können, und das System selbständig entscheidet, welcher Knoten eine bestimmte Operation am besten verarbeitet.
Dank globalem Cache kann PowerStore die Last zwischen Knoten dynamisch ausbalancieren, was sich in maximaler Leistung und optimaler Ressourcennutzung niederschlägt. Failover ist vollständig automatisch, und die Migration von Volumes zwischen Controllern erfolgt ohne Ausfallzeiten. Dieser Ansatz eliminiert Engpässe und ermöglicht die Skalierung der Leistung mit dem Ausbau des Clusters.

Vergleich der Ansätze zur I/O-Zuweisung:

Obwohl alle drei Dell Arrays den Active-Active-Betriebsmodus deklarieren, sind ihre tatsächlichen Fähigkeiten bei der Zuweisung von I/O-Operationen an Controller sehr unterschiedlich. ME5 bietet grundlegende Verfügbarkeit mit eingeschränkter Parallelität, Unity XT bietet größere Flexibilität und teilweise Lastverteilung, während PowerStore eine vollständige Active-Active-Implementierung mit dynamischer I/O-Zuweisung und Enterprise-Class-Skalierbarkeit repräsentiert.

Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend beim Design von IT-Infrastrukturen, insbesondere dort, wo Leistung, Verfügbarkeit und Skalierbarkeit von kritischer Bedeutung sind.