Имплементација на кеширање на SSD во системот за складирање QSAN XCubeSAN

Технологиите за подобрување на перформансите засновани на употреба на SSD и широко користени во системите за складирање одамна се измислени. Пред сè, тоа е употребата на SSD како простор за складирање, што е 100% ефикасно, но скапо. Затоа, се користат технологии за заморување и кеширање, каде што SSD се користат само за најпопуларните („жешки“) податоци. Нивото е добро за сценарија на долгорочна (денови-недели) употреба на „жешки“ податоци. Кеширањето, напротив, е за краткорочна (минути-часови) употреба. И двете од овие опции се имплементирани во системот за складирање QSAN XCubeSAN. Во оваа статија ќе ја разгледаме имплементацијата на вториот алгоритам - Кеширање на SSD.

Суштината на технологијата за кеширање на SSD е употребата на SSD-дискови како средно кеш помеѓу хард дисковите и RAM меморијата на контролорот. Перформансите на SSD се, се разбира, пониски од перформансите на сопствената кеш меморија на контролорот, но јачината на звукот е по ред поголема. Затоа, добиваме одреден компромис помеѓу брзината и волуменот.

Индикации за користење на кеш SSD за читање:

• Доминација на операциите за читање над операциите за запишување (најчесто типично за бази на податоци и веб-апликации);
• Присуство на тесно грло во форма на изведба на низата на хард дискот;
• Количината на потребни податоци е помала од големината на кешот на SSD.

Индикациите за користење на SSD кеш за читање и запишување се исти, освен за природата на операциите - мешан тип (на пример, сервер за датотеки).

Повеќето продавачи за складирање користат SSD кеш само за читање во нивните производи. Основната разлика QSAN Тие обезбедуваат можност за користење на кешот и за пишување. За да ја активирате функцијата за кеширање на SSD во системите за складирање QSAN, мора да купите посебна лиценца (испорачана електронски).

SSD кешот во XCubeSAN е физички имплементиран во форма на посебни SSD кеш базени. Може да има до четири од нив во системот. Секој базен, се разбира, користи свој сет на SSD дискови. И веќе во својствата на виртуелниот диск одредуваме дали ќе користи кеш базен и кој. Овозможувањето и оневозможувањето на употребата на кешот за томови може да се направи онлајн без прекин на I/O. Можете исто така да додадете SSD дискови во базенот и да ги отстраните од таму. Кога креирате SSD-pool кеш, треба да изберете во кој режим ќе работи: само за читање или читање+пишување. Од ова зависи нејзината физичка организација. Бидејќи може да има неколку кеш базени, нивната функционалност може да биде различна (односно, системот може да има и читање и читање + запишување кеш базени во исто време).

Ако се користи кеш базен само за читање, тој може да се состои од 1-8 SSD. Дисковите не мора да бидат со ист капацитет и ист продавач, бидејќи се комбинирани во структура NRAID+. Сите SSD дискови во базенот се споделени. Системот независно се обидува да ги паралелизира дојдовните барања помеѓу сите SSD дискови за да постигне максимални перформанси. Ако еден од SSD-а не успее, ништо лошо нема да се случи: на крајот на краиштата, кешот содржи само копија од податоците зачувани на низата хард дискови. Само што количината на достапна кеш на SSD ќе се намали (или ќе стане нула ако се користи оригиналниот SSD кеш од еден диск).

Ако кешот се користи за операции за читање + запишување, тогаш бројот на SSD-дискови во базенот треба да биде повеќекратен од два, бидејќи содржината се пресликува на парови дискови (се користи структурата NRAID 1+). Умножувањето на кешот е неопходно бидејќи може да содржи податоци што сè уште не се запишани на хард дисковите. И во овој случај, неуспехот на SSD од кеш базенот ќе доведе до губење на информации. Во случај на NRAID 1+, дефект на SSD едноставно ќе доведе до префрлување на кешот во состојба само за читање, при што непишаните податоци ќе се фрлаат на низата на хард дискот. Откако ќе го замените неисправниот SSD, кешот ќе се врати во оригиналниот режим на работа. Патем, за поголема безбедност, можете да доделите посветена топла резерва на кешот за читање + запишување.

Кога ја користите функцијата за кеширање на SSD во XCubeSAN, постојат голем број барања за количината на меморија на контролорите за складирање: колку повеќе системска меморија, толку поголем кеш-базен ќе биде достапен.

За разлика од повеќето производители на системи за складирање, кои нудат само опција за вклучување/исклучување на кешот на SSD, QSAN обезбедува повеќе опции. Конкретно, можете да го изберете режимот на работа на кешот во зависност од природата на товарот. Постојат три претходно поставени шаблони кои се најблиску во нивната работа до соодветните услуги: база на податоци, датотечен систем, веб-услуга. Покрај тоа, администраторот може да создаде свој профил со поставување на потребните вредности на параметрите:

• Големина на блок (Големина на блок на кешот) – 1/2/4 MB
• Број на барања за читање блок за да се копира во кешот (Праг на пополнување на читање) - 1..4
• Број на барања за пишување блок за да се копира во кешот (Праг наполни-на-пишување) - 0..4

Профилите може да се менуваат на лет, но, се разбира, со содржината на ресетирањето на кешот и неговото ново „загревање“.

Со оглед на принципот на работа на кешот SSD, можеме да ги истакнеме главните операции кога работиме со него:

• Читање податоци кога не се во кешот;
• Читајте податоци кога се присутни во кешот;
• Запишување податоци при користење на кеш за читање;
• Запишување податоци кога се користи кеш за читање + запишување.

Читање податоци кога не се во кешот

1. Барање од домаќинот пристигнува до контролорот;
2. Бидејќи бараните не се во кешот на SSD, тие се читаат од хард дисковите;
3. Податоците за читање се испраќаат до домаќинот. Во исто време, се врши проверка дали овие блокови се „жешки“;
4. Ако одговорот е да, тогаш тие се копираат во кешот на SSD за понатамошна употреба.

Читање податоци кога се присутни во кешот

1. Барање од домаќинот пристигнува до контролорот;
2. Бидејќи бараните податоци се во кешот на SSD, тие се читаат од таму;
3. Податоците за читање се испраќаат до домаќинот.

Запишување податоци кога се користи кешот за читање

1. Барање за запишување од домаќинот пристигнува до контролорот;
2. Податоците се запишуваат на хард дискови;
3. Одговорот што укажува на успешно снимање е вратен на домаќинот;
4. Во исто време, се проверува дали блокот е „жежок“ (се споредува параметарот Праг на пополнување на пишување). Ако да, тогаш се копира во кешот на SSD за подоцнежна употреба.

Запишување податоци при користење кеш за читање+пишување

1. Барање за запишување од домаќинот пристигнува до контролорот;
2. Податоците се запишуваат во кешот на SSD;
3. Одговорот што укажува на успешно снимање е вратен на домаќинот;
4. Податоците од кешот на SSD се запишуваат на хард дисковите во позадина;

Проверете во акција

Тест штанд

2 сервери (CPU: 2 x Xeon E5-2620v3 2.4Hz / RAM: 32GB) се поврзани со две порти преку Fiber Channel 16G директно со системот за складирање XCubeSAN XS5224D (16GB RAM/контролер).

Користивме 16 x Seagate Constellation ES, ST500NM0001, 500GB, SAS 6Gb/s, комбинирани во RAID5 (15+1), за низата на податоци и 8 x HGST Ultrastar SSD800MH.B, HUSMH8010BSS200, SSS100, SAS12

Создадени се 2 тома: по еден за секој сервер.

Тест 1. SSD кеш само за читање од 1-8 SSD-а

SSD кеш

• I/O Тип: Прилагодување
• Големина на кеш блок: 4MB
• Праг за пополнување на читање: 1
• Праг за пополнување на запишување: 0

I/O Шаблон

• Алатка: IOmeter V1.1.0
• Работници: 1
• Извонредно (длабочина на редот): 128
• Спецификации за пристап: 4KB, 100% прочитано, 100% случајно

Теоретски, колку повеќе SSD-дискови во кеш базенот, толку се повисоки перформансите. Во пракса, тоа е потврдено. Единственото значително зголемување на бројот на SSD-дискови со мал број волумени не доведува до експлозивен ефект.

Тест 2. Кеш на SSD во режим за читање + запишување со 2-8 SSD дискови

SSD кеш

• I/O Тип: Прилагодување
• Големина на кеш блок: 4MB
• Праг за пополнување на читање: 1
• Праг за пополнување на запишување: 1

I/O Шаблон

• Алатка: IOmeter V1.1.0
• Работници: 1
• Извонредно (длабочина на редот): 128
• Спецификации за пристап: 4KB, 100% пишување, 100% случаен

Истиот резултат: експлозивен раст на перформансите и скалирање како што се зголемува бројот на SSD-дискови.

Во двата теста, количината на работни податоци беше помала од вкупната големина на кешот. Затоа, со текот на времето, сите блокови беа копирани во кешот. И работата, всушност, веќе беше извршена со SSD-дискови, практично без да влијае на хард дисковите. Целта на овие тестови беше јасно да се демонстрира ефикасноста на загревањето на кешот и зголемувањето на неговите перформанси во зависност од бројот на SSD-дискови.

Сега да се вратиме на земјата и да провериме пореална ситуација, кога количината на податоци е поголема од големината на кешот. За да може тестот да помине во разумно време (периодот на „загревање“ на кешот значително се зголемува како што се зголемува големината на јачината на звукот), ќе ја ограничиме големината на јачината на звукот на 120 GB.

Тест 3. Емулација на база на податоци

SSD кеш

• I/O Тип: База на податоци
• Големина на кеш блок: 1MB
• Праг за пополнување на читање: 2
• Праг за пополнување на запишување: 1

I/O Шаблон

• Алатка: IOmeter V1.1.0
• Работници: 1
• Извонредно (длабочина на редот): 128
• Спецификации за пристап: 8KB, 67% прочитано, 100% случајно

Пресуда

Очигледниот заклучок, се разбира, е добрата ефикасност на користењето на SSD кешот за подобрување на перформансите на кој било систем за складирање. Применето на QSAN XCubeSAN Оваа изјава се применува целосно: функцијата за кеширање на SSD е имплементирана совршено. Ова се однесува на поддршка за режими за читање и читање + пишување, флексибилни поставки за секое сценарио за употреба, како и за севкупните перформанси на системот како целина. Затоа, за многу разумна цена (цената на лиценцата е споредлива со цената на 1-2 SSD дискови), можете значително да ги зголемите вкупните перформанси.

Извор: www.habr.com