SSD ქეშირების დანერგვა QSAN XCubeSAN შენახვის სისტემაში

მუშაობის გაუმჯობესების ტექნოლოგიები, რომელიც დაფუძნებულია SSD-ების გამოყენებაზე და ფართოდ გამოიყენება შენახვის სისტემებში, დიდი ხანია გამოიგონეს. უპირველეს ყოვლისა, ეს არის SSD-ის გამოყენება შენახვის სივრცედ, რომელიც 100% ეფექტურია, მაგრამ ძვირი. ამიტომ გამოიყენება დამღლელი და ქეშირების ტექნოლოგიები, სადაც SSD-ები გამოიყენება მხოლოდ ყველაზე პოპულარული („ცხელი“) მონაცემებისთვის. Tiering კარგია „ცხელი“ მონაცემების გრძელვადიანი (დღე-კვირების) გამოყენების სცენარებისთვის. ქეშირება, პირიქით, არის მოკლევადიანი (წუთ-საათიანი) გამოყენებისთვის. ორივე ეს ვარიანტი დანერგილია შენახვის სისტემაში QSAN XCubeSAN. ამ სტატიაში განვიხილავთ მეორე ალგორითმის განხორციელებას - SSD ქეშირება.

SSD ქეშირების ტექნოლოგიის არსი არის SSD-ების გამოყენება, როგორც შუალედური ქეში მყარ დისკებსა და კონტროლერის RAM-ს შორის. SSD-ის შესრულება, რა თქმა უნდა, უფრო დაბალია, ვიდრე კონტროლერის საკუთარი ქეშის შესრულება, მაგრამ მოცულობა უფრო მაღალია. ამრიგად, ჩვენ ვიღებთ გარკვეულ კომპრომისს სიჩქარესა და მოცულობას შორის.

SSD ქეშის გამოყენების ჩვენებები წასაკითხად:

• წაკითხვის ოპერაციების უპირატესობა ჩაწერის ოპერაციებზე (ყველაზე ხშირად დამახასიათებელია მონაცემთა ბაზებისთვის და ვებ აპლიკაციებისთვის);
• ბოთლის არსებობა მყარი დისკის მასივის შესრულების სახით;
• საჭირო მონაცემების რაოდენობა ნაკლებია SSD ქეშის ზომაზე.

წაკითხვა+ჩაწერის SSD ქეშის გამოყენების მითითებები იგივეა, გარდა ოპერაციების ხასიათისა – შერეული ტიპის (მაგალითად, ფაილის სერვერი).

მეხსიერების მომწოდებლების უმეტესობა იყენებს მხოლოდ წასაკითხად SSD ქეშს მათ პროდუქტებში. ფუნდამენტური განსხვავება QSAN ისინი უზრუნველყოფენ ქეშის გამოყენების შესაძლებლობას წერისთვისაც. SSD ქეშირების ფუნქციის გასააქტიურებლად QSAN შენახვის სისტემებში, თქვენ უნდა შეიძინოთ ცალკე ლიცენზია (მოწოდებული ელექტრონულად).

SSD ქეში XCubeSAN-ში ფიზიკურად არის დანერგილი ცალკეული SSD ქეში აუზების სახით. სისტემაში შეიძლება იყოს ოთხამდე მათგანი. თითოეული აუზი, რა თქმა უნდა, იყენებს SSD-ების საკუთარ კომპლექტს. და უკვე ვირტუალური დისკის თვისებებში განვსაზღვრავთ, გამოიყენებს თუ არა ქეში აუზს და რომელი. ტომებისთვის ქეშის გამოყენების ჩართვა და გამორთვა შეიძლება განხორციელდეს ონლაინ რეჟიმში I/O შეჩერების გარეშე. თქვენ ასევე შეგიძლიათ ცხელი დაამატოთ SSD-ები აუზში და ამოიღოთ ისინი იქიდან. SSD pool cache-ის შექმნისას თქვენ უნდა აირჩიოთ რა რეჟიმში იმუშავებს ის: მხოლოდ წაკითხვა ან წაკითხვა+ჩაწერა. მისი ფიზიკური ორგანიზაცია ამაზეა დამოკიდებული. ვინაიდან შეიძლება არსებობდეს რამდენიმე ქეში აუზი, მათი ფუნქციონირება შეიძლება იყოს განსხვავებული (ანუ, სისტემას შეუძლია ერთდროულად ჰქონდეს როგორც წაკითხვის, ასევე წაკითხვის და ჩაწერის ქეში აუზი).

თუ გამოიყენება მხოლოდ წაკითხვის ქეში, ის შეიძლება შედგებოდეს 1-8 SSD-ისგან. დისკები არ უნდა იყოს იგივე ტევადობის და იგივე გამყიდველი, რადგან ისინი გაერთიანებულია NRAID+ სტრუქტურაში. აუზში არსებული ყველა SSD არის საერთო. სისტემა დამოუკიდებლად ცდილობს შემომავალი მოთხოვნების პარალელიზებას ყველა SSD-ს შორის, რათა მიაღწიოს მაქსიმალურ შესრულებას. თუ ერთ-ერთი SSD მარცხდება, ცუდი არაფერი მოხდება: ბოლოს და ბოლოს, ქეში შეიცავს მხოლოდ მყარი დისკების მასივზე შენახული მონაცემების ასლს. უბრალოდ, ხელმისაწვდომი SSD ქეშის რაოდენობა შემცირდება (ან გახდება ნული, თუ იყენებთ ორიგინალური SSD ქეში ერთი დისკიდან).

თუ ქეში გამოიყენება წაკითხვის + ჩაწერის ოპერაციებისთვის, მაშინ SSD-ების რაოდენობა აუზში უნდა იყოს ორის ჯერადი, რადგან შიგთავსი ასახულია წყვილ დისკებზე (გამოიყენება NRAID 1+ სტრუქტურა). ქეშის დუბლირება აუცილებელია, რადგან ის შეიძლება შეიცავდეს მონაცემებს, რომლებიც ჯერ არ არის ჩაწერილი მყარ დისკზე. და ამ შემთხვევაში, SSD-ის უკმარისობა ქეშის აუზიდან გამოიწვევს ინფორმაციის დაკარგვას. NRAID 1+-ის შემთხვევაში, SSD-ის წარუმატებლობა უბრალოდ გამოიწვევს ქეშის გადატანას მხოლოდ წაკითხვის მდგომარეობაში, დაუწერელი მონაცემების გადაყრა მყარი დისკის მასივზე. გაუმართავი SSD-ის შეცვლის შემდეგ, ქეში უბრუნდება თავდაპირველ ოპერაციულ რეჟიმს. სხვათა შორის, უფრო მეტი უსაფრთხოებისთვის, შეგიძლიათ მინიჭოთ გამოყოფილი ცხელი ნაწილები წაკითხვის + ჩაწერის ქეშისთვის.

XCubeSAN-ში SSD ქეშირების ფუნქციის გამოყენებისას, არსებობს მთელი რიგი მოთხოვნები საცავის კონტროლერების მეხსიერების ოდენობასთან დაკავშირებით: რაც მეტი სისტემური მეხსიერება, მით უფრო დიდი იქნება ქეშის აუზი.

საცავის სისტემების მწარმოებლების უმეტესობისგან განსხვავებით, რომლებიც მხოლოდ SSD ქეშის ჩართვის/გამორთვის ვარიანტს გვთავაზობენ, QSAN გთავაზობთ მეტ ვარიანტს. კერძოდ, შეგიძლიათ აირჩიოთ ქეში მუშაობის რეჟიმი დატვირთვის ხასიათიდან გამომდინარე. არსებობს სამი წინასწარ დაყენებული შაბლონი, რომლებიც თავიანთ ფუნქციონირებაში ყველაზე ახლოს არიან შესაბამის სერვისებთან: მონაცემთა ბაზა, ფაილური სისტემა, ვებ სერვისი. გარდა ამისა, ადმინისტრატორს შეუძლია შექმნას საკუთარი პროფილი პარამეტრის საჭირო მნიშვნელობების დაყენებით:

• ბლოკის ზომა (Cache Block Size) – 1/2/4 MB
• ბლოკის წაკითხვის მოთხოვნის რაოდენობა ისე, რომ ის დაკოპირდეს ქეშში (Populate-on-Read Threshold) – 1..4
• მოთხოვნის რაოდენობა ბლოკის ჩასაწერად ისე, რომ ის დაკოპირდეს ქეშში (ჩაწერის ბარიერი შევსება) – 0..4

პროფილების შეცვლა შესაძლებელია ფრენის დროს, მაგრამ, რა თქმა უნდა, ქეშის გადატვირთვის შინაარსით და მისი ახალი „დათბობით“.

SSD ქეშის მუშაობის პრინციპის გათვალისწინებით, ჩვენ შეგვიძლია გამოვყოთ ძირითადი ოპერაციები მასთან მუშაობისას:

• მონაცემების წაკითხვა, როდესაც ის არ არის ქეშში;
• წაიკითხეთ მონაცემები, როდესაც ის იმყოფება ქეშში;
• წაკითხული ქეშის გამოყენებისას მონაცემების ჩაწერა;
• მონაცემების ჩაწერა წაკითხვის + ჩაწერის ქეშის გამოყენებისას.

მონაცემების წაკითხვა, როდესაც ის არ არის ქეშში

1. მასპინძლის მოთხოვნა მოდის კონტროლერთან;
2. ვინაიდან მოთხოვნილი არ არის SSD ქეშში, ისინი იკითხება მყარი დისკებიდან;
3. წაკითხული მონაცემები ეგზავნება მასპინძელს. ამავდროულად, კეთდება შემოწმება, არის თუ არა ეს ბლოკები "ცხელი";
4. თუ კი, მაშინ ისინი კოპირდება SSD ქეშში შემდგომი გამოყენებისთვის.

წაიკითხეთ მონაცემები, როდესაც ის იმყოფება ქეშში

1. მასპინძლის მოთხოვნა მოდის კონტროლერთან;
2. ვინაიდან მოთხოვნილი მონაცემები არის SSD ქეშში, ის იქიდან იკითხება;
3. წაკითხული მონაცემები ეგზავნება მასპინძელს.

მონაცემების ჩაწერა წაკითხული ქეშის გამოყენებისას

1. ჩაწერის მოთხოვნა ჰოსტისგან მოდის კონტროლერთან;
2. მონაცემები იწერება მყარ დისკებზე;
3. პასუხი, რომელიც მიუთითებს წარმატებულ ჩაწერაზე, უბრუნდება მასპინძელს;
4. ამავდროულად, მოწმდება არის თუ არა ბლოკი „ცხელი“ (შედარებულია Populate-on-Write Threshold პარამეტრი). თუ კი, მაშინ ის კოპირდება SSD ქეშში შემდგომი გამოყენებისთვის.

მონაცემების ჩაწერა წაკითხვა+ჩაწერის ქეშის გამოყენებისას

1. ჩაწერის მოთხოვნა ჰოსტისგან მოდის კონტროლერთან;
2. მონაცემები იწერება SSD ქეშში;
3. პასუხი, რომელიც მიუთითებს წარმატებულ ჩაწერაზე, უბრუნდება მასპინძელს;
4. მონაცემები SSD ქეშიდან იწერება მყარ დისკებზე ფონზე;

შემოწმება მოქმედებაში

სატესტო სტენდი

2 სერვერი (CPU: 2 x Xeon E5-2620v3 2.4Hz / ოპერატიული მეხსიერება: 32 GB) დაკავშირებულია ორი პორტით Fiber Channel 16G-ის მეშვეობით პირდაპირ XCubeSAN XS5224D შენახვის სისტემასთან (16GB RAM/კონტროლერი).

ჩვენ გამოვიყენეთ 16 x Seagate Constellation ES, ST500NM0001, 500 GB, SAS 6 გბ/წმ, გაერთიანებული RAID5-ში (15+1), მონაცემთა მასივისთვის და 8 x HGST Ultrastar SSD800MH.B, HUSMH8010BSS200, SSS100, SAS12

შეიქმნა 2 ტომი: ერთი თითოეული სერვერისთვის.

ტესტი 1. მხოლოდ წაკითხვადი SSD ქეში 1-8 SSD-დან

SSD ქეში

• I/O ტიპი: პერსონალიზაცია
• ქეშის ბლოკის ზომა: 4 მბ
• შეავსეთ წაკითხვის ზღვარი: 1
• ჩაწერის ბარიერი შევსება: 0

I/O ნიმუში

• ინსტრუმენტი: IOmeter V1.1.0
• მუშები: 1
• გამორჩეული (რიგების სიღრმე): 128
• წვდომის სპეციფიკაციები: 4KB, 100% წაკითხული, 100% შემთხვევითი

თეორიულად, რაც უფრო მეტი SSD არის ქეში, მით უფრო მაღალია შესრულება. პრაქტიკაში ეს დადასტურდა. SSD-ების რაოდენობის ერთადერთი მნიშვნელოვანი ზრდა მცირე რაოდენობით მოცულობით არ იწვევს ასაფეთქებელ ეფექტს.

ტესტი 2. SSD ქეში წაკითხვის + ჩაწერის რეჟიმში 2-8 SSD-ით

SSD ქეში

• I/O ტიპი: პერსონალიზაცია
• ქეშის ბლოკის ზომა: 4 მბ
• შეავსეთ წაკითხვის ზღვარი: 1
• ჩაწერის ბარიერი შევსება: 1

I/O ნიმუში

• ინსტრუმენტი: IOmeter V1.1.0
• მუშები: 1
• გამორჩეული (რიგების სიღრმე): 128
• წვდომის სპეციფიკაციები: 4KB, 100% ჩაწერა, 100% შემთხვევითი

იგივე შედეგი: ასაფეთქებელი შესრულების ზრდა და მასშტაბირება SSD-ების რაოდენობის მატებასთან ერთად.

ორივე ტესტში, სამუშაო მონაცემების რაოდენობა ნაკლები იყო ქეშის მთლიან ზომაზე. ამიტომ, დროთა განმავლობაში, ყველა ბლოკი დაკოპირდა ქეშში. და მუშაობა, ფაქტობრივად, უკვე ჩატარდა SSD-ებით, პრაქტიკულად მყარ დისკებზე გავლენის გარეშე. ამ ტესტების მიზანი იყო ნათლად ეჩვენებინა ქეშის გახურების ეფექტურობა და მისი შესრულების მასშტაბირება SSD-ების რაოდენობის მიხედვით.

ახლა მოდით დავუბრუნდეთ დედამიწას და შევამოწმოთ უფრო რეალისტური სიტუაცია, როდესაც მონაცემთა რაოდენობა აღემატება ქეშის ზომას. იმისათვის, რომ ტესტმა გაიაროს გონივრულ დროში (ქეშის „გახურების“ პერიოდი მნიშვნელოვნად იზრდება მოცულობის ზომის მატებასთან ერთად), ჩვენ შევზღუდავთ მოცულობის ზომას 120 გბ-მდე.

ტესტი 3. მონაცემთა ბაზის ემულაცია

SSD ქეში

• I/O ტიპი: მონაცემთა ბაზა
• ქეშის ბლოკის ზომა: 1 მბ
• შეავსეთ წაკითხვის ზღვარი: 2
• ჩაწერის ბარიერი შევსება: 1

I/O ნიმუში

• ინსტრუმენტი: IOmeter V1.1.0
• მუშები: 1
• გამორჩეული (რიგების სიღრმე): 128
• წვდომის სპეციფიკაციები: 8KB, 67% წაკითხული, 100% შემთხვევითი

განაჩენი

აშკარა დასკვნა, რა თქმა უნდა, არის SSD ქეშის გამოყენების კარგი ეფექტურობა ნებისმიერი შენახვის სისტემის მუშაობის გასაუმჯობესებლად. მიმართა QSAN XCubeSAN ეს განცხადება სრულად გამოიყენება: SSD ქეშირების ფუნქცია სრულყოფილად არის დანერგილი. ეს ეხება წაკითხვის და წაკითხვის + ჩაწერის რეჟიმების მხარდაჭერას, მოქნილ პარამეტრებს ნებისმიერი გამოყენების სცენარისთვის, ისევე როგორც მთლიანი სისტემის მუშაობას. ამიტომ, ძალიან გონივრული ღირებულებისთვის (ლიცენზიის ფასი შედარებულია 1-2 SSD-ის ღირებულებასთან), შეგიძლიათ მნიშვნელოვნად გაზარდოთ მთლიანი შესრულება.

წყარო: www.habr.com