الأقراص الهجينة لأنظمة تخزين المؤسسات. تجربة استخدام Seagate EXOS

منذ بضعة أشهر، أتيحت الفرصة لـ Radix للعمل مع أحدث محركات الأقراص Seagate EXOS، المصممة للمهام على مستوى المؤسسات. تكمن ميزتها المميزة في جهاز محرك الأقراص الهجين - فهو يجمع بين تقنيات محركات الأقراص الثابتة التقليدية (للتخزين الرئيسي) ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (لتخزين البيانات الساخنة مؤقتًا).

لقد حصلنا بالفعل على تجربة إيجابية في استخدام محركات الأقراص الهجينة من Seagate كجزء من أنظمتنا - منذ عامين قمنا بتنفيذ حل لمركز بيانات خاص مع شريك من كوريا الجنوبية. ثم تم استخدام معيار Oracle Orion في الاختبارات، ولم تكن النتائج التي تم الحصول عليها أقل شأنا من صفائف All-Flash.

سننظر في هذه المقالة في كيفية تصميم محركات أقراص Seagate EXOS المزودة بتقنية TurboBoost، وتقييم قدراتها على المهام في قطاع الشركات، واختبار الأداء تحت الأحمال المختلطة.

مهام قطاع الشركات

هناك مجموعة أكثر أو أقل استقرارًا من المهام التي يمكن تعيينها كمهام تخزين البيانات في قطاع الشركة (أو المؤسسة). وتشمل هذه تقليديًا: تشغيل تطبيقات CRM وأنظمة تخطيط موارد المؤسسات (ERP)، وتشغيل خوادم البريد والملفات، وعمليات النسخ الاحتياطي والمحاكاة الافتراضية. من وجهة نظر نظام التخزين، يتميز تنفيذ هذه الوظائف بتدفق حمل مختلط، مع غلبة واضحة للطلبات العشوائية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن المجالات كثيفة الاستخدام للموارد مثل التحليلات متعددة الأبعاد OLAP (المعالجة التحليلية عبر الإنترنت) ومعالجة المعاملات في الوقت الفعلي (OLTP، معالجة المعاملات عبر الإنترنت) تتطور بنشاط في قطاع المؤسسات. خصوصيتها هي أنها تعتمد على عمليات القراءة أكثر من عمليات الكتابة. يتطلب عبء العمل الذي يقومون بإنشائه — تدفقات البيانات المكثفة ذات أحجام الكتل الصغيرة — أداءً عاليًا من النظام.

دور كل هذه الوظائف يتزايد بسرعة. تتوقف عن كونها كتلًا مساعدة في عمليات إنشاء القيمة وتنتقل إلى قسم المكونات الرئيسية للمنتج. بالنسبة للعديد من أشكال الأعمال، يصبح هذا عنصرًا مهمًا لبناء الميزة التنافسية واستدامة السوق. وهذا بدوره يزيد بشكل كبير من متطلبات البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات في الشركات: يجب أن توفر المعدات التقنية أقصى قدر من الإنتاجية والحد الأدنى من وقت الاستجابة. ولضمان الأداء المطلوب في مثل هذه المواقف، اختر أنظمة All-Flash أو أنظمة التخزين الهجينة ذات التخزين المؤقت SSD أو متعبة.

بالإضافة إلى ذلك، هناك عامل آخر مميز لقطاع المؤسسات - المتطلبات الصارمة للكفاءة الاقتصادية. من الواضح تمامًا أنه لا تستطيع جميع هياكل الشركات شراء وصيانة مصفوفات All-Flash، لذلك يتعين على العديد من الشركات التخلي قليلاً عن الأداء، ولكن شراء حلول أكثر فعالية من حيث التكلفة. تعمل هذه الظروف على تحويل تركيز السوق بقوة نحو الحلول الهجينة.

مبدأ الهجين أو تقنية TurboBoost

أصبح مبدأ استخدام التقنيات الهجينة معروفًا الآن لدى جمهور واسع. ويتحدث عن إمكانية استخدام تقنيات مختلفة للحصول على فوائد إضافية في النتيجة النهائية. تجمع أنظمة التخزين الهجينة بين نقاط قوة محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ومحركات الأقراص الثابتة الكلاسيكية. ونتيجة لذلك، حصلنا على حل محسّن، حيث يعمل كل مكون بمهمته الخاصة: يتم استخدام محرك الأقراص الصلبة لتخزين الكمية الرئيسية من البيانات، ويستخدم SSD لتخزين "البيانات الساخنة" مؤقتًا.

وفق وكالات آي دي سي، في منطقة أوروبا والشرق الأوسط وأفريقيا، يتكون حوالي 45.3٪ من السوق من أنظمة تخزين هجينة. يتم تحديد هذه الشعبية من خلال حقيقة أنه على الرغم من الأداء المقارن، فإن تكلفة هذه الأنظمة أقل بكثير من تكلفة الحلول المستندة إلى SSD، ويتخلف سعر كل عملية إدخال/إخراج (IOps) بعدة أوامر من حيث الحجم.

يمكن تنفيذ نفس المبدأ الهجين مباشرة على مستوى القيادة. كانت Seagate أول من نفذ هذه الفكرة في شكل وسائط SSHD (محرك الحالة الصلبة الهجين). اكتسبت هذه الأقراص شعبية نسبية في السوق الاستهلاكية، لكنها ليست شائعة جدًا في قطاع B2B.

الجيل الحالي من هذه التقنية في Seagate يقع تحت الاسم التجاري TurboBoost. بالنسبة لقطاع الشركات، تستخدم الشركة تقنية TurboBoost في مجموعة محركات الأقراص Seagate EXOS، والتي تزيد من الموثوقية والمزيج الأمثل من الأداء والكفاءة. إن نظام التخزين الذي يتم تجميعه على أساس هذه الأقراص سوف يتوافق، من حيث خصائصه النهائية، مع التكوين المختلط، بينما يحدث التخزين المؤقت للبيانات "الساخنة" على مستوى محرك الأقراص ويتم تنفيذه باستخدام إمكانيات البرامج الثابتة.

تستخدم محركات الأقراص Seagate EXOS 16 جيجابايت من ذاكرة NAND eMLC (خلية المؤسسة متعددة المستويات) المدمجة لذاكرة التخزين المؤقت SSD المحلية، والتي تحتوي على مورد إعادة كتابة أعلى بكثير من MLC لقطاع المستهلك.

فائدة مشتركة

بعد أن حصلنا على 8 محركات أقراص Seagate EXOS 10E24000 سعة 1.2 تيرابايت تحت تصرفنا، قررنا اختبار أدائها كجزء من نظامنا المستند إلى RAIDIX 4.7.

خارجيًا، يشبه محرك الأقراص هذا محرك الأقراص الصلبة القياسي: علبة معدنية مقاس 2,5 بوصة تحمل علامة تجارية وفتحات قياسية للسحابات.

تم تجهيز محرك الأقراص بواجهة SAS3 بسرعة 12 جيجابت/ثانية، مما يسمح له بالعمل بفعالية مع وحدتي تحكم في نظام التخزين. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن هذه الواجهة تتمتع بعمق قائمة انتظار أكبر من SATA3.

لاحظ أنه من وجهة نظر الإدارة، يبدو أن مثل هذا القرص في نظام التخزين هو وسيط واحد لا يتم فيه تقسيم مساحة التخزين إلى مناطق HDD وSSD. وهذا يلغي الحاجة إلى ذاكرة تخزين مؤقت SSD للبرنامج ويبسط تكوين النظام.

كسيناريو تطبيق لحل جاهز، تم النظر في العمل مع التحميل من تطبيقات الشركات النموذجية.

الفائدة الرئيسية المتوقعة من نظام التخزين الذي تم إنشاؤه هي كفاءة العمل على الأحمال المختلطة مع غلبة عمليات القراءة. توفر أنظمة التخزين المعرفة بواسطة برنامج RAIDIX أداءً عاليًا لأحمال العمل المتسلسلة، بينما تساعد محركات الأقراص Seagate المزودة بتقنية TurboBoost على تحسين الأداء لأحمال العمل العشوائية.

بالنسبة للسيناريو المحدد، يبدو الأمر كما يلي: سيتم ضمان كفاءة العمل مع الأحمال العشوائية من قواعد البيانات ومهام التطبيق الأخرى بواسطة عناصر SSD، وستسمح تفاصيل البرنامج بالحفاظ على سرعة عالية لمعالجة الأحمال المتسلسلة من استرداد قاعدة البيانات أو تحميل البيانات.

وفي الوقت نفسه، يبدو النظام بأكمله جذابًا من حيث السعر والأداء: حيث تجتمع محركات الأقراص الهجينة غير المكلفة (بالنسبة إلى All-Flash) بشكل جيد مع المرونة والفعالية من حيث التكلفة لأنظمة التخزين المحددة بالبرمجيات المبنية على أجهزة الخادم القياسية.

اختبار أداء

تم إجراء الاختبار باستخدام الأداة المساعدة fio v3.1.

سلسلة من اختبارات fio لمدة دقيقة لـ 32 مؤشر ترابط مع عمق قائمة انتظار يبلغ 1.
عبء العمل المختلط: 70% قراءة و30% كتابة.
حجم الكتلة من 4k إلى 1MB.
تحميل على منطقة 130 جيجابايت.

منصة الخادم
AIC HA201-TP (قطعة واحدة)

وحدة المعالجة المركزية‏:
إنتل زيون E5-2620v2 (2 قطعة)

رامات
128GB

محول ساس
إل إس آي ساس 3008

أجهزة التخزين
سيجيت EXOS 10E24000 (8 قطع)

مستوى المصفوفة
RAID 6

نتائج الاختبار

يُظهر النظام المستند إلى RAIDIX 4.7 مع 8 محركات أقراص Seagate EXOS 10e2400 أداءً إجماليًا يصل إلى 220 عملية إدخال/إخراج في الثانية للقراءة/الكتابة باستخدام كتلة 000k.

اختتام

تفتح محركات الأقراص المزودة بتقنية TurboBoost إمكانيات جديدة للمستخدمين ومصنعي أنظمة التخزين. يؤدي استخدام ذاكرة التخزين المؤقت SSD المحلية إلى زيادة أداء النظام بشكل كبير مع زيادة طفيفة في تكلفة شراء محركات الأقراص.

تم إجراء اختبارات محركات أقراص Seagate في نظام التخزين المُدار بواسطة RAIDIX أظهر مستوى عالٍ من الأداء بثقة على نمط التحميل المختلط (70/30)، ومحاكاة المتطلبات التقريبية للمهام المطبقة في قطاع الشركات. وفي الوقت نفسه، تم تحقيق أداء أعلى بمقدار 150 مرة من القيم الحدية لمحركات الأقراص الصلبة. ومن الجدير بالذكر هنا أن تكلفة شراء أنظمة تخزين لهذا التكوين تبلغ حوالي 60% من تكلفة حل All-Flash المشابه.

المؤشرات الرئيسية

• معدل فشل القرص السنوي أقل من 0.44%
• أرخص بنسبة 40% من حلول All-Flash
• 150 مرة أسرع من الأقراص الصلبة
• ما يصل إلى 220 عملية إدخال/إخراج على 000 محركات أقراص

المصدر: www.habr.com