Besonderheiten der Auto Tiering-Funktion in der Speicherlösung Qsan XCubeSAN

Wenn man die Technologien zur Beschleunigung von Ein- und Ausgabeoperationen in Bezug auf Speicherlösungen betrachtet, die in vorherigen Artikel, kann man nicht umhin, auf eine sehr beliebte Option wie Auto Tiering zu kommen. Obwohl die Arbeitsweise dieser Funktion bei verschiedenen Herstellern von Speichersystemen ziemlich ähnlich ist, werden wir die Besonderheiten der Implementierung von Tiering am Beispiel von Qsan Storage.

Zu den vielfältigen Daten, die in Speichersystemen gespeichert werden, lassen sich diese in mehrere Gruppen unterteilen, basierend auf ihrer Nutzungshäufigkeit. Auf die am häufigsten verwendeten („heißen“) Daten ist es von großer Bedeutung, maximal schnellen Zugang zu gewährleisten, während die Verarbeitung weniger häufig genutzter („kalter“) Daten mit einer geringeren Priorität erfolgen kann.

Um ein solches Schema zu organisieren, wird die Tiering-Funktion verwendet. In diesem Fall besteht das Datenspeicher-Array nicht aus einheitlichen Festplatten, sondern aus mehreren Gruppen von Speichermedien, die unterschiedliche Speicherlevels (Tiers) bilden. Ein spezieller Algorithmus sorgt dafür, dass die Daten automatisch zwischen diesen Levels verschoben werden, um die maximale Gesamtleistung sicherzustellen.

Speichersystem Qsan unterstützen bis zu drei Speicherlevel:

• Tier 1: SSD, maximale Leistung
• Tier 2: HDD SAS 10K/15K, hohe Leistung
• Tier 3: HDD NL-SAS 7.2K, maximale Kapazität

Der Auto Tiering-Pool kann sowohl alle drei Levels als auch nur zwei in beliebigen Kombinationen enthalten. Innerhalb jedes Tiers werden die Speichermedien in gängige RAID-Gruppen zusammengeschlossen. Für maximale Flexibilität kann das RAID-Level in jedem Tier unterschiedlich sein. Das bedeutet zum Beispiel, dass es nichts hindert, eine Struktur wie 4x SSD RAID10 + 6x HDD 10K RAID5 + 12 HDD 7.2K RAID6 zu organisieren.

Nach der Erstellung von Volumes (virtuellen Festplatten) auf Auto Tiering -Pool beginnt die Hintergrundsammlung von Statistiken über alle Ein- und Ausgabeoperationen. Dazu wird der Speicher in Blöcke von 1GB (sog. sub LUNs) unterteilt. Bei jedem Zugriff auf einen solchen Block wird ihm ein Koeffizient von 1 zugewiesen. Danach sinkt dieser Koeffizient im Lauf der Zeit. Nach 24 Stunden, ohne weitere Ein- und Ausgabeanfragen an diesen Block, wird er bereits 0,5 betragen und wird weiterhin jede Stunde weiter fallen.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt (standardmäßig jeden Tag um Mitternacht) werden die gesammelten Ergebnisse der sub LUN-Aktivität basierend auf ihren Koeffizienten rangiert. Auf dieser Grundlage wird entschieden, welche Blöcke verschoben werden und in welche Richtung. Anschließend erfolgt die Relokation der Daten zwischen den Ebenen.

In der Qsan-Speicherlösung ist das Management des Tiering-Prozesses durch eine Vielzahl von Parametern hervorragend umgesetzt, was eine sehr flexible Anpassung der endgültigen Leistung des Arrays ermöglicht.

Für die Bestimmung des Ursprungstandorts der Daten und der primären Richtung ihrer Verschiebung werden Richtlinien verwendet, die für jedes Volume separat festgelegt werden:

• Auto Tiering – Standardrichtlinie, wobei der ursprüngliche Standort und die Verschiebungsrichtung automatisch festgelegt werden, d.h. „heiße“ Daten streben die oberste Ebene an, während „kalte“ Daten nach unten verlagert werden. Der ursprüngliche Standort wird basierend auf dem verfügbaren Platz auf jeder der Ebenen ausgewählt. Es ist jedoch zu beachten, dass das System in erster Linie darauf abzielt, die schnellsten Speichergeräte maximal zu nutzen. Daher werden die Daten bei vorhandenem Freiraum auf den oberen Ebenen platziert. Diese Richtlinie eignet sich für die meisten Szenarien, in denen die Datenanforderung nicht vorhersehbar ist.
• Starten von oben, dann Auto-Tiering – der Unterschied zur vorherigen besteht nur im ursprünglichen Standort der Daten (auf der schnellsten Ebene)
• Maximal hohe Ebene – Daten streben immer an, die schnellste Ebene einzunehmen. Wenn sie im Arbeitsprozess nach unten verschoben werden, werden sie bei der ersten Gelegenheit zurückbewegt. Diese Richtlinie eignet sich für Daten, auf die ein maximal schneller Zugriff erforderlich ist.
• Minimaler Ebene – Daten streben immer an, die unterste Ebene einzunehmen. Diese Richtlinie eignet sich hervorragend für selten verwendete Daten (zum Beispiel Archive).
• Keine Verschiebung – das System bestimmt automatisch den ursprünglichen Standort der Daten und führt keine Verschiebung durch. Dennoch werden weiterhin Statistiken gesammelt, falls später eine Relokation erforderlich ist.

Es ist wichtig zu beachten, dass, obwohl die Richtlinien bei der Erstellung jedes Volumes festgelegt werden, sie während des Lebenszyklus des Systems mehrfach „live“ geändert werden können.

Neben den Richtlinien für den Tiering-Mechanismus wird auch die Frequenz und das Tempo der Datenbewegung zwischen den Ebenen eingestellt. Es kann eine spezifische Bewegungszeit festgelegt werden: täglich oder an bestimmten Wochentagen, und das Intervall zur Sammlung von Statistiken kann auf wenige Stunden verkürzt werden (die minimale Frequenz beträgt 2 Stunden). Wenn es notwendig ist, die Dauer der Datenbewegungsoperation zu begrenzen, können Zeitrahmen (Bewegungsfenster) festgelegt werden. Darüber hinaus wird auch die Relokationsgeschwindigkeit angegeben – 3 Modi: schnell, mittel, langsam.

Im Falle eines Bedarfs an sofortiger Relokation von Daten besteht die Möglichkeit, diese jederzeit manuell auf Befehl des Administrators durchzuführen.

Es ist klar, dass je häufiger und schneller die Daten zwischen den Ebenen verschoben werden, desto flexibler wird das SAN sich an die aktuellen Betriebsbedingungen anpassen. Gleichzeitig sollte man jedoch auch daran denken, dass die Bewegung eine zusätzliche Belastung darstellt (vor allem für die Festplatten), daher sollte man Daten nicht ohne zwingende Notwendigkeit „hin- und herbewegen“. Es ist besser, die Bewegung auf Zeiten mit minimalen Lasten zu planen. Wenn jedoch das Arbeiten des SAN ständig hohe Performance im 24/7-Betrieb erfordert, sollte das Tempo der Relokation auf das Minimum gesenkt werden.

Die Fülle an Tiering-Einstellungen wird fortgeschrittene Benutzer ohne Zweifel erfreuen. Doch auch für diejenigen, die zum ersten Mal mit einer solchen Technologie konfrontiert werden, gibt es nichts zu befürchten. Man kann getrost den Voreinstellungen (Auto Tiering-Richtlinie, Bewegung mit maximaler Geschwindigkeit einmal täglich nachts) vertrauen und im Laufe der Zeit die Statistiken sammeln, um bestimmte Parameter zur Erreichung des gewünschten Ergebnisses anzupassen.

Im Vergleich zu einer nicht weniger beliebten Technologie zur Leistungssteigerung, wie SSD-Caching, sollte man die unterschiedlichen Arbeitsprinzipien ihrer Algorithmen beachten.

SSD-Caching
Auto Tiering

Die Geschwindigkeit, mit der der Effekt eintritt
Fast sofort. Aber der sichtbare Effekt tritt erst nach dem „Aufwärmen“ des Caches (Minuten-Stunden) ein.
Nach der Datensammlung (von 2 Stunden, idealerweise – einem Tag) plus Zeit für die Datenbewegung

Dauer des Effekts
So lange, bis die Daten durch eine neue Charge verdrängt werden (Minuten-Stunden)
So lange, wie die Nachfrage nach den Daten besteht (einen Tag und mehr)

Anwendungsbereiche
Sofortige Leistungssteigerung für kurze Zeit (Datenbanken, Virtualisierungsumgebungen)
Leistungssteigerung über einen längeren Zeitraum (Dateiserver, Webserver, Mailserver)

Eine der besonderen Eigenschaften von Tiering ist auch die Möglichkeit, es nicht nur für Szenarien wie „SSD + HDD“, sondern auch für „schnelle HDD + langsame HDD“ oder sogar alle drei Ebenen zu verwenden, was im Fall von SSD-Cache grundsätzlich unmöglich ist.

Tests

Um die Funktionsweise der Tiering-Algorithmen zu überprüfen, haben wir einen einfachen Test durchgeführt. Ein Pool aus zwei Ebenen SSD (RAID 1) + HDD 7.2K (RAID 1) wurde erstellt, auf dem ein Volumen mit der „Minimal-Level“-Politik platziert wurde. Das bedeutet, dass die Daten immer auf den langsamen Festplatten abgelegt werden sollen.

Die Verwaltungsoberfläche zeigt anschaulich die Platzierung der Daten zwischen den Ebenen.

Nach dem Befüllen des Volumens mit Daten haben wir die Platzierungspolitik auf Auto Tiering geändert und den IOmeter-Test gestartet.

Nach mehreren Stunden Test, in denen das System Statistiken sammeln konnte, begann der Relokationsprozess.

Nach Abschluss der Datenverschiebung war unser Testvolume vollständig auf die oberste Ebene (SSD) „umgezogen“.

Urteil

Auto Tiering ist eine großartige Technologie, die es ermöglicht, mit minimalen finanziellen und zeitlichen Aufwand die Leistung des Speichersystems durch intensivere Nutzung schneller Speicher zu steigern. In Bezug auf Qsan die einzige Investition ist die Lizenz, die einmalig und dauerhaft ohne Einschränkung auf die Anzahl/Volumen der Platten/Regale/etc. erworben wird. Diese Funktionalität bietet so viele umfangreiche Einstellungen, dass sie nahezu alle geschäftlichen Anforderungen erfüllen kann. Und die Visualisierung der Prozesse in der Benutzeroberfläche ermöglicht eine effektive Verwaltung des Geräts.

Quelle: habr.com