IBM GPFS并行文件系统解决方案

随着技术的发展，大规模的并行计算的方式激发有关行业对高性能计算机的需求,作为后起之秀的Linux 集群系统，吸取了SP 大规模并行机的诸多优势，IBM的通用并行文件系统GPFS 等和Linux 集群系统的竭诚不仅能在并行运算方面的性能得到保障，增强了集群系统的可管理性，而且采用具有高可用性的IBM xSeries 服务器，可以大大降低成本。


　　目标市场：


　　金融行业、气象局、地质勘探、高校实验室、生物工程、科研探索等高性能计算领域。


　　IBM GPFS并行文件系统解决方案构成


　　高性能计算机的架构主要以集群为主，整个高性能计算系统在硬件基础架构上包含计算资源、网络资源和存储资源三大部分。在目前主流的采用Linux 并行集群架构的高性能计算系统中，计算资源分为计算节点和I/O 节点，计算节点负责运行计算任务，I/O 节点则负责数据的存储并响应计算节点的读写请求，不同计算资源节点之间通过高速网络进行通信和信息交换。


　　在此次方案中，我们选用的IBM Linux 集群系统使用了基于Intel Xeon 处理器的刀片服务器节点、成熟的集群管理软件、提供极高的持续带宽保证的存储服务器，集中了最好的IBM 高性能设备和技术。不仅能在并行运算方面的性能得到保障，而且增强了集群系统的可管理性和可维护性。采用具有高可用性的IBM xSeries 服务器，大大降低了总体成本。同时，数据量的增加，带来了针对数据的管理，共享，分布，保护等实际需求，市场要求存储厂商不断推出适合需求的解决方案和产品。传统的服务器-客户机网络结构在性能、可管理性、连接性等方面都达到了极限，而SAN 是解决这些问题的理想方案。IBM DS3500存储平台作为IBM针对大规模并行计算领域有着高性能、高稳定性和易扩展、易管理等特性，十分满足高性能计算平台对于存储设备的要求。






　　在计算节点的选择上，IBM 建议采用Blade Center +HS22 刀片, IBM BladeCenter 支持最新的Intel 和AMD 四核处理器,支持业界最快的高达4.0 GHz 的Power 6 处理器,以及专用于高性能计算的九核Cell 处理器。IBM HS22 是业界功能最强大的刀片，HS22 采用最新的Intel Nahelem处理器,在集成了IBM BladeCenter 传统的高可靠等优势的基础上，性能、功耗和虚拟化的功能都比上一代产品有了显著提升。


　　IO 节点采用IBM 的X3850或者X3650，产品前后端高吞吐量以及灵活组合方式，能提供极高的持续带宽保证，非常适合做高性能计算环境下持续带宽要求极高的存储服务器，显著提高I/O 节点的处理能力：


　　I/O 节点是提供存贮共享的计算机。为了使任务可以并行执行，每台执行任务的计算机必须能够访问同样的数据，本方案存贮节点通过集群文件系统(IBM GPFS)来确保数据访问的同步。


　　I/O 节点和高性能存储直接相连，并通过自己的Fiber Channel I/O 通道将冗余磁盘阵列上的多个分区做成集群并行文件系统GPFS，并向计算节点提供数个唯一路径且全局共享的文件系统。本方案提供高速的文档读写服务给所有计算节点， 特别适合于有可能会产生大文档的高性能应用上。


　　通常的IO节点机共计4套主机，每个主机为两块8Gb的高性能HBA卡，单IO节点连接到SAN网络交换机，每个节点配置的带宽为16Gb的带宽性能，本次测试配置4个IO节点，共计有8条8Gb 带宽联入SAN核心网络中，从IO节点联入核心网络总持续写入带宽为6.4GB/S的带宽。


　　两台DS3500存储节点，每台配置8个8Gb FC接口联入SAN网络中，共计IO带宽为12.8GB/S. 每台DS3500存储节点配置为48块300G 15K RPM SAS及48块1TB NL 7.2K SAS,在每台DS3500上实现IO分级存储，将核心的频繁读写的IO的LUN划分在15K的高速SAS存储上，其它的分布在NL SAS上，IBM的GPFS支持HPC的分级IO功能。本次方案为双节点DS3500存储节点，每个节点连接3个扩展柜，一级存储容量为300G×96 SAS共计28TB容量，二级存储容量为1TB*96 NL SAS, 共计存储容量为96TB.


　　针对DS3500，在全配置8个8Gb FC接口的情况下，每个DS3500盘阵可以提供4GB/S的硬盘持续带宽，两台DS3500共计可提供8Gb/S的持续带宽。

　　在GPFS配置上，我们建议用户配置2MB的IO Block Size,针对大规模并发运算应采用较大的IO读写带宽，在我们提供的GPFS HPC运算方式中，保证用户为提供最大带宽，单个GPFS系统并发带宽可以通过16个8Gb FC端口平均分布在这24个Lun 上， GPFS系统对LUN使用率可以达到90%以上，在这样的配置下，2台双节点的存储节点带宽持续可以达到6GB以上。

　DS3500 存储节点的优势：

　　DS3500 系列适合交易型的应用，如数据库和联机事务处理，以及吞吐量密集型应用，如高性能计算和流媒体应用。DS3500 系列的线性扩展能力所带来的性能提升，使其可以满足最苛刻的应用和发展需求。

　　DS3500的性能已经达到其它厂家中端产品的计算性能，而DS3500是一款具有入门级产品价格的高性能盘阵，从单存储节点的性价比上，DS3500远远高出中端存储盘阵。

　　DS3500 以高可靠性和高可用性为目标，提供部件冗余、自动故障路径切换和灵活的在线配置、重构和维护能力，确保您的数据全天候可用。DS3500 系列也可保护存储的数据的安全：

　　– 使用DACstore 技术在每一个磁盘驱动器上存储配置信息的元数据

　　– 坚实的吞吐量，6Gbps SAS及8Gbps FC接口使得DS3500非常适合那些单个存储系统必须处理大量数据的集群环境

　　– 流媒体：大型I/O应用，例如全球转播，大量的媒体存储网络，内容创建，建模及发布都将从DS3500系列提供的额外带宽中受益。

　　– 提供持续的高速缓存备份功能，确保在掉电情况下，高速缓存中的数据仍是安全的。

　　GPFS解决方案优势：

　　在HPC计算应用领域，GPFS以高安全性著称，随着系统节点数的扩充及容量的扩充，GPFS可以实现安全，高效的计算，及大规模的文件共享。

　　先进的仲裁管理机制，确保系统最大程度的可用性，没有单一故障点, 管理服务器在manager资源池内实现自动故障切换

　　支持多路径磁盘访问，一条路径访问失败，可以通过其它路径实现.

　　支持对元数据和用户数据做replication，保证系统稳定可靠

　　高性能，在高性能应用领域，FPFS公认是对文件计算以高性能主持，随着节点熟的增加，GPFS的性能可以线性的增加，满足了用户平滑升级的需求。

　　文件存储采用条带化技术，单个文件跨节点和存储系统分布，提高并发访问性能

　　智能预取机制，通过对文件访问模式的预测来进行预取，降低读写延迟

　　分布式的Byte Range级锁管理，包括文件和目录两个级别，允许最大程度的并发访问

　　分布式元数据服务器，避免元数据处理成为系统瓶颈

　　支持客户端数据缓存，不同节点可以根据需要设置不同的缓存大小

　　数据块的大小可自定义，16K, 64K, 256K, 512K, 1M，2M，4M

　对分级存储的支持

　　在众多的HPC并行文件系统软件中，一些软件是开源的，但随着设备IO及带宽要求的增多，不得不配置大量的硬盘，而且针对不同的数据不能按照应用自动的进行分级存储，而GPFS支持的分级存储功能，在充分满足用户在高性能计算的性能要求外，又充分节省了资源，提高了用户的ROI,保证了用户的投资。

　　Package 1配置：6GB/S IO及存储节点 Solution

　Package 配置二：12GB/S HPC 计算能力IO及存储节点配置