Тэхналогіі павышэння прадукцыйнасці, заснаваныя на выкарыстанні SSD і шырока прымяняюцца ў СХД, ужо даўно вынайдзены. Першым чынам - гэта ўжыванне SSD у якасці прасторы захоўвання, што на 100% эфектыўна, але дорага. Таму ў ход ідуць тэхналогіі тырынга і кэшавання, дзе SSD выкарыстоўваюцца толькі для найболей запатрабаваных («гарачых») дадзеных. Тырынг добры для сцэнарыяў доўгачасовага (дні-тыдня) выкарыстання "гарачых" дадзеных. А кэшаванне, наадварот, для кароткатэрміновага (хвіліны-гадзіны) выкарыстання. Абодва гэтыя варыянты рэалізаваны ў СХД . У дадзеным артыкуле мы разгледзім рэалізацыю другога алгарытму - .
Сутнасць тэхналогіі SSD кэшавання - гэта выкарыстанне SSD у якасці прамежкавага кэша паміж цвёрдымі дыскамі і аператыўнай памяццю кантролера. Прадукцыйнасць SSD, вядома ж, ніжэй, чым прадукцыйнасць уласнага кэша кантролера, але затое аб'ём на парадак вышэй. Таму атрымліваем нейкі кампраміс паміж хуткасцю і аб'ёмам.
Паказанні для выкарыстання SSD кэша на чытанне:
- Перавага аперацый чытання над аперацыямі запісу (часцей за ўсё характэрна для баз дадзеных і web прыкладанняў);
- Наяўнасць вузкага месца ў выглядзе прадукцыйнасці масіва цвёрдых дыскаў;
- Аб'ём запатрабаваных дадзеных менш за аб'ём SSD кэша.
Паказаннямі для выкарыстання SSD кэша на чытанне+запіс з'яўляюцца тыя ж чыннікі, за выключэннем характару аперацый - змяшаны тып (напрыклад, файл сервер).
Большасць вендараў СХД выкарыстоўваюць у сваіх прадуктах SSD кэш толькі для аперацый чытання. Прынцыповым адрозненнем ад іх зяўляецца магчымасць выкарыстання кэша таксама і для запісу. Для актывацыі функцыяналу SSD кэшавання ў СХД QSAN патрабуецца набыццё асобнай ліцэнзіі (пастаўляецца ў электронным выглядзе).
SSD кэш у XCubeSAN фізічна рэалізаваны ў выглядзе асобных SSD кэш пулаў. У сістэме іх можа быць да чатырох. Кожны пул, зразумела, выкарыстоўвае свой уласны набор SSD. І ўжо ва ўласцівасцях віртуальнага дыска мы вызначаем, ці будзе ён выкарыстоўваць кэш пул і які менавіта. Уключэнне і адключэнне выкарыстання кэша для тамоў можна вырабляць у рэжыме online без спынення ўводу/высновы. Таксама на "гарачую" можна дадаваць SSD у пул і прыбіраць іх адтуль. Пры стварэнні SSD кэша пула неабходна абраць, у якім рэжыме ён будзе працаваць: толькі чытанне ці чытанне+запіс. Ад гэтага залежыць ягоная фізічная арганізацыя. Раз кэш пулаў можа быць некалькі, то функцыянал у іх можа быць розны (гэта значыць у сістэме могуць быць адначасова кэш пулы для чытання і для чытання+запісы).
У выпадку выкарыстання кэш пула толькі для чытання ён можа складацца з 1/8 SSD. Дыскі не абавязкова павінны быць аднаго аб'ёму і аднаго вендара, бо яны аб'ядноўваюцца ў структуру NRAID+. Усе SSD у пуле выкарыстоўваюцца сумесна. Сістэма самастойна імкнецца распаралеліць якія паступаюць запыты паміж усімі SSD для дасягнення максімальнай прадукцыйнасці. У выпадку выхаду са строю аднаго з SSD нічога страшнага не адбудзецца: бо кэш змяшчае толькі копію дадзеных, якія захоўваюцца на масіве з цвёрдых дыскаў. Проста аб'ём даступнага SSD кэша паменшыцца (ці стане нулявым у выпадку выкарыстання першапачатковага SSD кэша з аднаго назапашвальніка).
Калі ж кэш выкарыстоўваецца для аперацый чытання + запісы, тая колькасць SSD у кулі павінна быць кратна двум, бо змесціва люстэркуецца на парах назапашвальнікаў (выкарыстоўваецца структура NRAID 1+). Дубляванне кэша неабходна з-за таго, што ў ім могуць утрымоўвацца дадзеныя, якія яшчэ не паспелі запісацца на цвёрдыя кружэлкі. І ў гэтым выпадку выхад са строю SSD з кэш пула прывёў бы да страты інфармацыі. У выпадку ж NRAID 1+ адмова SSD проста прывядзе да перакладу кэша ў стан працы "толькі на чытанне" са скідам незапісаных дадзеных на масіў з цвёрдых дыскаў. Пасля замены няспраўнага SSD кэш вернецца ў свой першапачатковы рэжым працы. Дарэчы, для большай бяспекі кэшу, які працуе на чытанне + запіс, можна прызначыць вылучаныя hot spare.
Пры выкарыстанні функцыі SSD кэшавання ў XCubeSAN ёсць шэраг патрабаванняў па аб'ёме памяці кантролераў СХД: чым больш сістэмнай памяці, тым большы аб'ём кэш пула будзе даступны.
У адрозненне ізноў жа ад большасці вытворцаў СХД, якія ў якасці налады SSD кэша прапануюць толькі опцыю ўключыць/выключыць, QSAN падае вялікія магчымасці. У прыватнасці, можна абраць рэжым працы кэша ў залежнасці ад характару нагрузкі. Маюцца тры прадусталяваных шаблону, найболей блізкія па сваёй працы да адпаведных сэрвісаў: база дадзеных, файлавая сістэма, web сэрвіс. Апроч гэтага, адміністратар можа стварыць свой уласны профіль, задаўшы патрабаваныя значэнні параметраў:
- Памер блока (Cache Block Size) - 1/2/4 МБ
- Лік запытаў на чытанне блока, каб ён быў скапіяваны ў кэш (Populate-on-Read Threshold) - 1..4
- Лік запытаў на запіс блока, каб ён быў скапіяваны ў кэш (Populate-on-Write Threshold) - 0..4
Профілі можна змяняць "на лёце", але, зразумела, з абнуленнем змесціва кэша і яго новым "прагрэвам".
Разглядаючы прынцып працы SSD кэша, можна вылучыць асноўныя аперацыі пры працы з ім:
Чытанне дадзеных, калі яны адсутнічаюць у кэшы
- Запыт ад хаста паступае ў кантролер;
- Бо запытаных няма ў SSD кэшы, яны счытваюцца з цвёрдых дыскаў;
- Лічаныя дадзеныя адпраўляецца хасту. Адначасова ідзе праверка, ці з'яўляюцца гэтыя блокі "гарачымі";
- Калі так, то яны капіююцца ў SSD кэш для далейшага выкарыстання.
Чытанне дадзеных, калі яны прысутнічаюць у кэшы
- Запыт ад хаста паступае ў кантролер;
- Бо запытаныя дадзеныя ёсць у SSD кэшы, яны счытваюцца адтуль;
- Лічаныя дадзеныя адпраўляецца хасту.
Запіс даных пры выкарыстанні кэша на чытанне
- Запыт на запіс ад хаста паступае ў кантролер;
- Дадзеныя запісваюцца на цвёрдыя кружэлкі;
- Хасту вяртаецца адказ аб паспяховым запісе;
- Адначасова правяраецца, ці з'яўляецца блок "гарачым" (параўноўваецца параметр Populate-on-Write Threshold). Калі так, то ён капіюецца ў SSD кэш для наступнага выкарыстання
Запіс даных пры выкарыстанні кэша на чытанне+запіс
- Запыт на запіс ад хаста паступае ў кантролер;
- Дадзеныя запісваюцца ў SSD кэш;
- Хасту вяртаецца адказ аб паспяховым запісе;
- Дадзеныя з SSD кэша ў фонавым рэжыме запісваюцца на цвёрдыя кружэлкі;
Праверка ў справе
Выпрабавальны стэнд
2 сервера (CPU: 2 x Xeon E5-2620v3 2.4Hz / RAM: 32GB) падлучаныя двума партамі праз Fibre Channel 16G напрамую да СХД XCubeSAN XS5224D (16GB RAM/кантролер).
Выкарыстоўваліся 16 x Seagate Constellation ES, ST500NM0001, 500GB, SAS 6Gb/s, аб'яднаныя ў RAID5 (15+1), для масіва з дадзенымі і 8 x HGST Ultrastar SSD800MH.B, HUSMH8010BSS200G, 100
Былі створаны 2 тамы: па адным для кожнага сервера.
Тэст 1. SSD кэш толькі на чытанне з 1/8 SSD
SSD Cache
- I/O Type: Customization
- Cache Block Size: 4MB
- Populate-on-read Threshold: 1
- Populate-on-write Threshold: 0
I/O Pattern
- Tool: IOmeter V1.1.0
- Рабочых: 1
- Outstanding (Queue Depth): 128
- Access Specifications: 4KB, 100% Read, 100% Random
У тэорыі, чым больш SSD у кэш кулі, тым вышэй прадукцыйнасць. На практыцы гэта і пацвердзілася. Адзінае, значнае павелічэнне колькасці SSD пры малой колькасці тамоў не прыводзіць да выбухнага эфекту.
Тэст 2. SSD кэш у рэжыме чытанне + запіс з 2-8 SSD
SSD Cache
- I/O Type: Customization
- Cache Block Size: 4MB
- Populate-on-read Threshold: 1
- Populate-on-write Threshold: 1
I/O Pattern
- Tool: IOmeter V1.1.0
- Рабочых: 1
- Outstanding (Queue Depth): 128
- Access Specifications: 4KB, 100% Write, 100% Random
Той жа самы вынік: выбухны рост прадукцыйнасці і маштабаванне пры павелічэнні колькасці SSD.
У абодвух тэстах аб'ём працоўных дадзеных быў меншы за сумарны аб'ём кэша. Таму з часам усе блокі скапіяваліся ў кэш. І праца ўжо, у сутнасці, вялася з SSD, практычна не закранаючы цвёрдыя кружэлкі. Мэтай гэтых тэстаў было навочна паказаць эфектыўнасць прагрэву кэша і маштабаванні яго прадукцыйнасці ў залежнасці ад колькасці SSD.
Цяпер вернемся з нябёсаў на зямлю і праверым больш жыццёвую сітуацыю, калі аб'ём дадзеных больш памеру кэша. Каб тэст прайшоў за разумны час (тэрмін «прагрэву» кэша моцна ўзрастае пры павелічэнні памеру тома), абмяжуемся памерам тома ў 120ГБ.
Тэст 3. Эмуляцыя працы базы дадзеных
SSD Cache
- I/O Type: Database
- Cache Block Size: 1MB
- Populate-on-read Threshold: 2
- Populate-on-write Threshold: 1
I/O Pattern
- Tool: IOmeter V1.1.0
- Рабочых: 1
- Outstanding (Queue Depth): 128
- Access Specifications: 8KB, 67% Read, 100% Random
вердыкт
У якасці відавочнай высновы, вядома, напрошваецца нядрэнная эфектыўнасць выкарыстання SSD кэша для падвышэння прадукцыйнасці любой СХД. У дачыненні да дадзенае сцвярджэнне ставіцца ў поўнай меры: функцыя SSD кэшавання рэалізаваная цудоўна. Гэта датычыцца падтрымкі рэжымаў чытання і чытання + запісы, гнуткай наладкі працы для любых сцэнарыяў выкарыстання, а таксама выніковай прадукцыйнасці сістэмы ў цэлым. Таму за вельмі разумны кошт (кошт ліцэнзіі сувымерная са коштам 1/2 SSD) можна прыкметна павысіць агульную прадукцыйнасць.
Крыніца: habr.com