Fa temps que s'inventen tecnologies per millorar el rendiment basades en l'ús de SSD i molt utilitzades en sistemes d'emmagatzematge. En primer lloc, és l'ús de SSD com a espai d'emmagatzematge, que és 100% efectiu, però car. Per tant, s'utilitzen tecnologies esgotadores i de memòria cau, on els SSD només s'utilitzen per a les dades més populars ("calentes"). La classificació en nivells és bona per a escenaris d'ús a llarg termini (dies-setmanes) de dades "calentes". La memòria cau, per contra, és per a un ús a curt termini (minuts-hores). Ambdues opcions s'implementen al sistema d'emmagatzematge . En aquest article veurem la implementació del segon algorisme: .
L'essència de la tecnologia de memòria cau SSD és l'ús de SSD com a memòria cau intermèdia entre els discs durs i la memòria RAM del controlador. El rendiment de l'SSD és, per descomptat, inferior al rendiment de la memòria cau del propi controlador, però el volum és un ordre de magnitud superior. Per tant, obtenim un cert compromís entre velocitat i volum.
Indicacions per utilitzar la memòria cau SSD per llegir:
- El predomini de les operacions de lectura sobre les operacions d'escriptura (normalment habituals per a bases de dades i aplicacions web);
- La presència d'un coll d'ampolla en forma de rendiment de la matriu de disc dur;
- La quantitat de dades requerides és inferior a la mida de la memòria cau SSD.
Les indicacions per utilitzar una memòria cau SSD de lectura+escriptura són les mateixes, tret de la naturalesa de les operacions: tipus mixt (per exemple, servidor de fitxers).
La majoria de proveïdors d'emmagatzematge utilitzen memòria cau SSD només de lectura als seus productes. La diferència fonamental També ofereixen la possibilitat d'utilitzar la memòria cau per escriure. Per activar la funcionalitat de memòria cau SSD als sistemes d'emmagatzematge QSAN, heu d'adquirir una llicència independent (subministrada electrònicament).
La memòria cau SSD a XCubeSAN s'implementa físicament en forma de grups de memòria cau SSD separats. N'hi pot haver fins a quatre al sistema. Cada grup, per descomptat, utilitza el seu propi conjunt de SSD. I ja a les propietats del disc virtual determinem si utilitzarà un grup de memòria cau i quin. L'habilitació i la desactivació de l'ús de la memòria cau per als volums es pot fer en línia sense aturar l'E/S. També podeu afegir SSD a la piscina i eliminar-los des d'allà. Quan creeu una memòria cau del grup SSD, heu de triar en quin mode funcionarà: només lectura o lectura+escriptura. D'això depèn la seva organització física. Com que hi pot haver diverses agrupacions de memòria cau, la seva funcionalitat pot ser diferent (és a dir, el sistema pot tenir agrupacions de memòria cau tant de lectura com de lectura+escriptura al mateix temps).
Si s'utilitza un grup de memòria cau només de lectura, pot constar d'1 a 8 SSD. Els discs no han de tenir la mateixa capacitat i el mateix proveïdor, ja que es combinen en una estructura NRAID+. Tots els SSD de la piscina es comparteixen. El sistema intenta de manera independent paral·lelitzar les sol·licituds entrants entre tots els SSD per aconseguir el màxim rendiment. Si un dels SSD falla, no passarà res dolent: després de tot, la memòria cau només conté una còpia de les dades emmagatzemades a la matriu de discs durs. És només que la quantitat de memòria cau SSD disponible disminuirà (o es convertirà en zero si s'utilitza la memòria cau SSD original d'una unitat).
Si la memòria cau s'utilitza per a operacions de lectura + escriptura, el nombre d'SSD a l'agrupació hauria de ser múltiple de dos, ja que el contingut es reflecteix en parells de unitats (s'utilitza l'estructura NRAID 1+). La duplicació de la memòria cau és necessària perquè pot contenir dades que encara no s'han escrit als discs durs. I en aquest cas, la fallada de l'SSD de l'agrupació de memòria cau provocaria la pèrdua d'informació. En el cas de NRAID 1+, una fallada de l'SSD només farà que la memòria cau es transfereixi a un estat de només lectura, i les dades no escrites s'aboquen a la matriu de disc dur. Després de substituir el SSD defectuós, la memòria cau tornarà al seu mode de funcionament original. Per cert, per a una major seguretat, podeu assignar recanvis calents dedicats a una memòria cau de lectura + escriptura.
Quan s'utilitza la funció de memòria cau SSD a XCubeSAN, hi ha una sèrie de requisits per a la quantitat de memòria dels controladors d'emmagatzematge: com més memòria del sistema, més gran serà l'agrupació de memòria cau disponible.
A diferència de la majoria de fabricants de sistemes d'emmagatzematge, que només ofereixen una opció per activar/desactivar la memòria cau SSD, QSAN ofereix més opcions. En particular, podeu seleccionar el mode de funcionament de la memòria cau en funció de la naturalesa de la càrrega. Hi ha tres plantilles preestablertes que són més properes en el seu funcionament als serveis corresponents: base de dades, sistema de fitxers, servei web. A més, l'administrador pot crear el seu propi perfil establint els valors dels paràmetres necessaris:
- Mida del bloc (Mida del bloc de la memòria cau) - 1/2/4 MB
- Nombre de sol·licituds per llegir un bloc perquè es copiï a la memòria cau (llindar d'ompliment a lectura) - 1..4
- Nombre de sol·licituds per escriure un bloc perquè es copiï a la memòria cau (Llindar d'escriptura) - 0..4
Els perfils es poden canviar sobre la marxa, però, per descomptat, amb el restabliment del contingut de la memòria cau i el seu nou "escalfament".
Tenint en compte el principi de funcionament de la memòria cau SSD, podem destacar les principals operacions quan es treballa amb ella:
Llegint dades quan no es troben a la memòria cau
- Una sol·licitud de l'amfitrió arriba al controlador;
- Com que els sol·licitats no es troben a la memòria cau SSD, es llegeixen des dels discs durs;
- Les dades de lectura s'envien a l'amfitrió. Al mateix temps, es fa una comprovació per veure si aquests blocs estan "calents";
- En cas afirmatiu, es copien a la memòria cau SSD per a un ús posterior.
Llegeix les dades quan estan presents a la memòria cau
- Una sol·licitud de l'amfitrió arriba al controlador;
- Com que les dades sol·licitades es troben a la memòria cau SSD, es llegeixen des d'allà;
- Les dades de lectura s'envien a l'amfitrió.
Escriptura de dades quan s'utilitza la memòria cau de lectura
- Una sol·licitud d'escriptura de l'amfitrió arriba al controlador;
- Les dades s'escriuen als discs durs;
- Es retorna a l'amfitrió una resposta que indica la gravació correcta;
- Al mateix temps, es comprova si el bloc està "calent" (es compara el paràmetre Populate-on-Write Threshold). En cas afirmatiu, es copia a la memòria cau SSD per a un ús posterior.
Escriure dades quan s'utilitza una memòria cau de lectura+escriptura
- Una sol·licitud d'escriptura de l'amfitrió arriba al controlador;
- Les dades s'escriuen a la memòria cau SSD;
- Es retorna a l'amfitrió una resposta que indica la gravació correcta;
- Les dades de la memòria cau SSD s'escriuen als discs durs en segon pla;
Comprovar en acció
banc de proves
2 servidors (CPU: 2 x Xeon E5-2620v3 2.4 Hz / RAM: 32 GB) estan connectats per dos ports mitjançant Fibre Channel 16G directament al sistema d'emmagatzematge XCubeSAN XS5224D (16 GB de RAM/controlador).
Hem utilitzat 16 Seagate Constellation ES, ST500NM0001, 500 GB, SAS 6 Gb/s, combinats en RAID5 (15+1), per a la matriu de dades i 8 x HGST Ultrastar SSD800MH.B, HUSMH8010BSS200, 100 GB, SAS com cache 12Gb
Es van crear 2 volums: un per a cada servidor.
Prova 1. Memòria cau SSD només de lectura d'1 a 8 SSD
memòria cau SSD
- Tipus d'E/S: personalització
- Mida del bloc de memòria cau: 4 MB
- Llindar de població en lectura: 1
- Llindar d'ompliment en escriptura: 0
Patró d'E/S
- Eina: IOmeter V1.1.0
- Treballadors: 1
- Destacat (profunditat de la cua): 128
- Especificacions d'accés: 4KB, 100% lectura, 100% aleatori
En teoria, com més SSD hi hagi a l'agrupació de memòria cau, major serà el rendiment. A la pràctica, això s'ha confirmat. L'únic augment significatiu del nombre de SSD amb un nombre reduït de volums no provoca un efecte explosiu.
Prova 2. Memòria cau SSD en mode lectura + escriptura amb 2-8 SSD
memòria cau SSD
- Tipus d'E/S: personalització
- Mida del bloc de memòria cau: 4 MB
- Llindar de població en lectura: 1
- Llindar d'ompliment en escriptura: 1
Patró d'E/S
- Eina: IOmeter V1.1.0
- Treballadors: 1
- Destacat (profunditat de la cua): 128
- Especificacions d'accés: 4KB, 100% d'escriptura, 100% aleatori
El mateix resultat: creixement explosiu del rendiment i escalada a mesura que augmenta el nombre de SSD.
En ambdues proves, la quantitat de dades de treball era inferior a la mida total de la memòria cau. Per tant, amb el temps, tots els blocs es van copiar a la memòria cau. I la feina, de fet, ja es va fer amb SSD, pràcticament sense afectar els discs durs. L'objectiu d'aquestes proves era demostrar clarament l'efectivitat d'escalfar la memòria cau i escalar el seu rendiment en funció del nombre de SSD.
Ara tornem a la terra i comprovem una situació més realista, quan la quantitat de dades és més gran que la mida de la memòria cau. Perquè la prova passi en un període de temps raonable (el període d'"escalfament" de la memòria cau augmenta molt a mesura que augmenta la mida del volum), limitarem la mida del volum a 120 GB.
Test 3. Emulació de bases de dades
memòria cau SSD
- Tipus d'E/S: base de dades
- Mida del bloc de memòria cau: 1 MB
- Llindar de població en lectura: 2
- Llindar d'ompliment en escriptura: 1
Patró d'E/S
- Eina: IOmeter V1.1.0
- Treballadors: 1
- Destacat (profunditat de la cua): 128
- Especificacions d'accés: 8KB, 67% lectura, 100% aleatori
Veredicte
La conclusió òbvia, per descomptat, és la bona eficiència d'utilitzar una memòria cau SSD per millorar el rendiment de qualsevol sistema d'emmagatzematge. Aplicat a Aquesta declaració s'aplica plenament: la funció de memòria cau SSD s'implementa perfectament. Això es refereix al suport dels modes de lectura i lectura + escriptura, configuracions flexibles per a qualsevol escenari d'ús, així com el rendiment global del sistema en conjunt. Per tant, per un cost molt raonable (el preu de la llicència és comparable al cost d'1-2 SSD), podeu augmentar significativament el rendiment general.
Font: www.habr.com