SSD vahemälu rakendamine QSAN XCubeSANis

Jõudluse paranemise tehnoloogiad, mis põhinevad SSD-de kasutamisel ja levinud andmesalvestusseadmetes, on juba ammu välja mõeldud. Esiteks on see SSD-de kasutamine salvestusruumina, mis on 100% efektiivne, kuid kallis. Seetõttu kasutatakse tirimist ja vahemälustamist, kus SSD-sid kasutatakse ainult kõige nõudlike („kuumade”) andmete jaoks. Tirimine on hea stseenideks pikaajaliseks (päevad-nädalad) kuumade andmete kasutamiseks. Vahemälu aga lühiajalise (minutid-tunnid) kasutamiseks. Mõlemad variandid on rakendatud andmesalvestusseadmetes. QSAN XCubeSAN. Käesolevas artiklis vaatleme teise algoritmi rakendamist – SSD vahemälustamine.

SSD vahemälustamise tehnoloogia olemus seisneb selles, et SSD-d kasutatakse vahemäluna kõvaketaste ja kontrolleri töömälu vahel. SSD jõudlus on muidugi madalam kui kontrolleri enda vahemälu jõudlus, kuid see-eest on maht kordades suurem. Seega saavutame teatud kompromissi kiirus ja mahu vahel.

Viidatud SSD vahemälu kasutamise näidustused lugemiseks:

• Lugemisoperatsioonide ülekaal kirjutamisoperatsioonide üle (tavaliselt iseloomulik andmebaasidele ja veebirakendustele);
• Kitsaskohaks on kõvaketaste süsteemi jõudlus;
• Nõutavate andmete maht on väiksem kui SSD vahemälu maht.

SSD vahemälu kasutamise näidustused lugemiseks ja kirjutamiseks on samad põhjused, välja arvatud operatsioonide iseloom – segatüüp (näiteks failiserver).

Enamik andmesalvestusseadmete tarnijaid kasutab oma toodetes SSD vahemälu ainult lugemisoperatsioonide jaoks. Oluline erinevus QSAN nende seas on võimalus kasutada vahemälu ka kirjutamiseks. SSD vahemälustamise funktsiooni aktiveerimiseks QSAN-andmesalvestusseadmetes on vaja soetada eraldi litsents (müüakse elektrooniliselt).

SSD vahemälu XCubeSANis on füüsiliselt teostatav eraldi SSD vahemälu basseinidena. Süsteemis võib neid olla kuni neli. Igal basseinil on loomulikult oma SSD-de kogum. Virtuaalse kõvaketta omadustes määrame, kas see kasutab vahemälu basseini ja millist. Vahemälu kasutamise lubamine ja keelamine mahutite jaoks on võimalik teha online-režiimis ilma sissetuleva/väljamineva liikluse peatamiseta. Samuti saab „kuumalt” basseini lisada või sealt eemaldada SSD-sid. SSD vahemälu basseini loomisel tuleb valida, millises režiimis see töötab: ainult lugemine või lugemine + kirjutamine. Sellest sõltub selle füüsiline korraldus. Kuna vahemälu basseinid võivad olla mitmed, võivad nende funktsioonid olla erinevad (st süsteemis võivad samal ajal olla lugemiseks ja lugemiseks + kirjutamiseks vahemälu basseini).

Kui vahemälu basseini kasutatakse ainult lugemiseks, võib see koosneda 1-8 SSD-st. Diskid ei pea tingimata olema sama suurusega ja sama tootjaga, kuna need ühendatakse NRAID+ struktuuri. Kõik SSD-d basseinis kasutatakse ühiselt. Süsteem püüab automaatselt jaotada sisenevad päringud kõigi SSD-de vahel maksimaalse jõudluse saavutamiseks. Kui üks SSD-d ebaõnnestub, ei juhtu midagi halba: vahemälu sisaldab ainult koopiat andmetest, mis on salvestatud kõvakettade kogumisse. Lihtsalt kergelt väheneb saadaval oleva SSD vahemälu maht (või muutub nulliks, kui kasutatakse algset SSD vahemälud ainult ühe ketasena).

Kui vahemälu kasutatakse lugemise + kirjutamise operatsioonide jaoks, peab basseinis olema SSD-de arv olema paaris, kuna sisu peegeldatakse paaridesse. Kasutatakse NRAID 1+ struktuuri. Vahemälu dubleerimine on vajalik, kuna seal võivad olla andmed, mis pole veel kõvakettale salvestunud. Sellisel juhul tähendaks SSD ebaõnnestumine vahemälu andmete kadumist. NRAID 1+ korral põhjustab SSD rike lihtsalt vahemälu ülemineku olekusse „ainult lugemine” koos salvestamata andmete edastamisega kõvakettale. Pärast rikke tõttu vahetatud SSD-d naaseb vahemälu oma algsesse töörežiimi. Muide, suurema turvalisuse jaoks, kui vahemälu töötab lugemise + kirjutamise režiimis, võib sellele määrata eraldi hot spare.

SSD-vahemälu funktsiooni kasutamisel XCubeSAN-is tuleb järgida kontrollerite mälu mahtude nõudeid: mida suurem on süsteemimälu, seda suurem on saadaolev vahemälu kogus.

Erinevalt enamikest SAN-i tootjatest, kes pakuvad SSD-vahemälu seadistamiseks ainult lülitamis- ja välja-lülitamisvõimalust, pakub QSAN suuremaid võimalusi. Eelkõige saab valida vahemälu töörežiimi sõltuvalt koormuse iseloomust. Saadaval on kolm eelnevalt seadistatud mustrit, mis on oma töölt kõige lähemal vastavatele teenustele: andmebaas, failisüsteem, veebiteenus. Lisaks sellele saab administraator luua oma profiili, määrates vajalikud parameetrite väärtused:

• Bloki suurus (Cache Block Size) – 1/2/4 MB
• Lugemisettepanekute arv blokile, et see saaks vahemällu kopeerida (Populate-on-Read Threshold) – 1..4
• Kirjete arv blokile, et see saaks vahemällu kopeerida (Populate-on-Write Threshold) – 0..4

Profiile saab muuta "otsi", kuid loomulikult koos vahemälu sisu tühjendamise ja selle uue "soojendamisega".

SSD-vahemälu tööpõhimõtte seisukohalt saab välja tuua peamised tehingud selle kasutamisel:

• Andmete lugemine, kui need ei ole vahemälus;
• Andmete lugemine, kui need on vahemälus;
• Andmete kirjutamine lugemisavaemälu kasutamisel;
• Andmete kirjutamine lugemis- ja kirjutavaemälu kasutamisel.

Andmete lugemine, kui need ei ole vahemälus

1. Küsimus hostilt saabub kontrollerisse;
2. Kuna taotletavad andmed ei ole SSD-vahemälus, loetakse need kõvaketastelt;
3. Lugemisandmed saadetakse hostile. Samal ajal kontrollitakse, kas need plokid on "kuumad";
4. Kui jah, siis kopeeritakse need SSD-vahemälusse edasiseks kasutamiseks.

Andmete lugemine, kui need on vahemälus

1. Küsimus hostilt saabub kontrollerisse;
2. Kuna taotletavad andmed on SSD-vahemälus, loetakse need sealt;
3. Lugemisandmed saadetakse hostile.

Andmete kirjutamine, kui kasutatakse lugemisavaemälu

1. Kirjete päring hostilt saabub kontrollerisse;
2. Andmed salvestatakse kõvaketastele;
3. Hostile saadetakse vastus eduka kirjutamise kohta;
4. Samal ajal kontrollitakse, kas plokk on "kuum" (võrreldakse parameetrit Populate-on-Write Threshold). Kui jah, siis kopeeritakse see SSD-vahemälusse edasiseks kasutamiseks.

Andmete kirjutamine, kui kasutatakse lugemis- ja kirjutavaemälu

1. Kirjete päring hostilt saabub kontrollerisse;
2. Andmed salvestatakse SSD-vahemällu;
3. Hostile saadetakse vastus eduka kirjutamise kohta;
4. SSD vahemälu andmed taustal salvestatakse kõvaketastele;

Kontroll kohtus

Testseade

2 serverit (CPU: 2 x Xeon E5-2620v3 2.4Hz / RAM: 32GB) on ühendatud kahe pordi kaudu otse Fibre Channel 16G XCubeSAN XS5224D (16GB RAM/kontroller) süsteemiga.

Kasutati 16 x Seagate Constellation ES, ST500NM0001, 500GB, SAS 6Gb/s, mis on ühendatud RAID5 (15+1) konfiguratsioonis andmemassi jaoks, ja 8 x HGST Ultrastar SSD800MH.B, HUSMH8010BSS200, 100GB, SAS 12Gb/s vahemäluna.

Loodud oli 2 mahtu: üks igale serverile.

Test 1. SSD vahemälu ainult lugemisrežiimis 1-8 SSD

SSD Vahemälu

• I/O Tüüp: Kohandamine
• Vahemälu ploki suurus: 4MB
• Populate-on-read künnis: 1
• Populate-on-write künnis: 0

I/O Muster

• Tööriist: IOmeter V1.1.0
• Töötajad: 1
• Ootel (järjekorra sügavus): 128
• Juurdepääsu spetsifikatsioonid: 4KB, 100% Lugemine, 100% Juhuslik

Teoorias, mida rohkem SSD jaotises vahemälus, seda kõrgem on jõudlus. Praktikas on see ka kinnitust leidnud. Ainuke, signifitseeriv suurendamine SSD-de arvu juures väheste mahutite korral ei too plahvatuslikku efekti.

Test 2. SSD vahemälu lugemise + kirjutamise režiimis 2-8 SSD

SSD Vahemälu

• I/O Tüüp: Kohandamine
• Vahemälu ploki suurus: 4MB
• Populate-on-read künnis: 1
• Populate-on-write künnis: 1

I/O Muster

• Tööriist: IOmeter V1.1.0
• Töötajad: 1
• Ootel (järjekorra sügavus): 128
• Juurdepääsu spetsifikatsioonid: 4KB, 100% Kirjutamine, 100% Juhuslik

Sama tulemus: plahvatuslik jõudluse kasv ja skaleerimine SSDde arvu suurenemisel.

Mõlema testi korral oli tööandmete maht väiksem kui vahemälu kogumaht. Seetõttu kopeeriti aja jooksul kõik plokid vahemällu. Ja töö käidi juba põhimõtteliselt SSD-lt, praktiliselt puudutamata kõvakettasid. Nende testide eesmärk oli ilmekalt näidata vahemälu soojendamise efektiivsust ja selle jõudluse skaleerimist sõltuvalt SSDde arvust.

Nüüd tuleme tagasi reaalsusesse ja kontrollime elu lähedasemat olukorda, kus andmete maht on suurem kui vahemälu suurus. Et test toimuks mõistliku ajaga (vahemälu "soojendamise" aeg suureneb mahuti suuruse kasvu tõttu), piirdume 120GB mahuga.

Test 3. Andmebaasi töö simuleerimine

SSD Vahemälu

• I/O Tüüp: Andmebaas
• Vahemälu ploki suurus: 1MB
• Populate-on-read künnis: 2
• Populate-on-write künnis: 1

I/O Muster

• Tööriist: IOmeter V1.1.0
• Töötajad: 1
• Ootel (järjekorra sügavus): 128
• Juurdepääsu spetsifikatsioonid: 8KB, 67% Lugemine, 100% Juhuslik

Otsus

Selge järeldusena, on ilmselgelt SSD vahemälu kasutamise tõhusus igasuguse salvestuslahenduse toimivuse parandamiseks. Seoses sellega QSAN XCubeSAN See väide kehtib täielikult: SSD vahemälu funktsioon on suurepäraselt rakendatud. See puudutab lugemise ja lugemise + kirjutamise režiimide toetust, paindlikku seadistamist mistahes kasutusstsenaariumide jaoks ning süsteemi lõppvõimekust üldiselt. Seetõttu võib üsna mõistliku hinna (licentsi hind on võrreldav 1-2 SSD hinnaga) märgatavalt suurendada kogu süsteemi sooritusvõimet.

Allikas: habr.com