Реализация Ssd-Кэширования В Системе Хранения Данных Qsan Xcubesan

Технологии повышения производительности, основанные на использовании твердотельных накопителей и широко используемые в системах хранения данных, уже давно изобретены.

Прежде всего, это использование SSD в качестве места хранения данных, что на 100% эффективно, но дорого.

Поэтому используются технологии Tiring и Cache, где SSD используются только для самых популярных («горячих») данных.

Многоуровневое распределение хорошо подходит для сценариев длительного (дни-недели) использования «горячих» данных.

Кэширование, наоборот, предназначено для кратковременного (минуты-часы) использования.

Оба эти варианта реализованы в системе хранения данных.

QSAN XCubeSAN .

В этой статье мы рассмотрим реализацию второго алгоритма — SSD-кэширование .

Суть технологии SSD-кэширования заключается в использовании SSD-накопителей в качестве промежуточного кэша между жесткими дисками и оперативной памятью контроллера.

Производительность SSD, конечно, ниже производительности собственного кэша контроллера, но объём на порядок выше.

Таким образом, мы получаем некий компромисс между скоростью и громкостью.

Показания к использованию SSD-кеша для чтения:

• Преобладание операций чтения над операциями записи (чаще всего характерно для баз данных и веб-приложений);
• Наличие узкого места в виде производительности массива жестких дисков;
• Объем необходимых данных меньше размера кэша SSD.

Большинство поставщиков систем хранения данных используют в своих продуктах SSD-кэш, доступный только для чтения.

Принципиальная разница КСАН Они также предоставляют возможность использовать кеш для записи.

Для активации функции SSD-кэширования в системах хранения QSAN необходимо приобрести отдельную лицензию (поставляется в электронном виде).

SSD-кэш в XCubeSAN физически реализован в виде отдельных пулов SSD-кеша.

Их в системе может быть до четырех.

Каждый пул, естественно, использует свой набор SSD. И уже в свойствах виртуального диска определяем, будет ли он использовать пул кэша и какой.

Включение и отключение использования кэша для томов можно выполнить онлайн, не останавливая ввод-вывод. Вы также можете «горячим способом» добавлять SSD в пул и удалять их оттуда.

При создании кэша пула SSD необходимо выбрать, в каком режиме он будет работать: только чтение или чтение+запись.

От этого зависит его физическая организация.

Поскольку пулов кэша может быть несколько, их функционал может быть разным (то есть в системе одновременно могут быть пулы кэша как для чтения, так и для чтения+записи).

Если используется пул кэша только для чтения, он может состоять из 1–8 твердотельных накопителей.

Диски не обязательно должны быть одинаковой емкости и одного производителя, поскольку они объединены в структуру NRAID+.

Все SSD в пуле являются общими.

Система самостоятельно пытается распараллелить входящие запросы между всеми SSD для достижения максимальной производительности.

Если один из SSD выйдет из строя, ничего страшного не произойдет: ведь в кэше находится лишь копия данных, хранящихся на массиве жестких дисков.

Просто объем доступного SSD-кэша уменьшится (или станет нулевым, если использовать исходный SSD-кэш с одного диска).

Если кеш используется для операций чтения+записи, то количество SSD в пуле должно быть кратно двум, поскольку содержимое зеркалируется на парах накопителей (используется структура NRAID 1+).

Дублирование кэша необходимо, поскольку он может содержать данные, еще не записанные на жесткие диски.

И в этом случае выход SSD из кэш-пула приведет к потере информации.

В случае NRAID 1+ выход из строя SSD просто приведет к переводу кэша в состояние «только для чтения», с сбросом незаписанных данных на массив жестких дисков.

После замены неисправного SSD кэш вернется в исходный режим работы.

Кстати, для большей безопасности можно назначить выделенные горячие резервы для кэша чтения+записи.

При использовании функции SSD-кэширования в XCubeSAN существует ряд требований к объему памяти контроллеров хранения: чем больше системной памяти, тем больший кэш-пул будет доступен.

В отличие от большинства производителей систем хранения, которые предлагают только возможность включения/выключения кэша SSD, QSAN предоставляет больше возможностей.

В частности, вы можете выбирать режим работы кэша в зависимости от характера нагрузки.

Есть три предустановленных шаблона, наиболее близких по своей работе к соответствующим сервисам: база данных, файловая система, веб-сервис.

Кроме того, администратор может создать собственный профиль, задав необходимые значения параметров:

Размер блока (Cache Block Size) – 1/2/4 МБ. Количество запросов на чтение блока для его копирования в кэш (Populate-on-Read Threshold) – 1.4 Количество запросов на запись блока для его копирования в кэш (Populate-on-Write Threshold) – 0.4

Рассматривая принцип работы SSD-кэша, можно выделить основные операции при работе с ним:

• Чтение данных, когда их нет в кеше;
• Чтение данных, когда они присутствуют в кеше;
• Запись данных при использовании кэша чтения;
• Запись данных при использовании кэша чтения+записи.

1. Запрос от хоста поступает на контроллер;
2. Поскольку запрошенные находятся не в кэше SSD, они считываются с жестких дисков;
3. Считанные данные отправляются на хост. При этом производится проверка, являются ли эти блоки «горячими»;
4. Если да, то они копируются в кэш SSD для дальнейшего использования.

1. Запрос от хоста поступает на контроллер;
2. Поскольку запрошенные данные находятся в кэше SSD, они считываются оттуда;
3. Прочитанные данные отправляются на хост.

1. Запрос на запись от хоста поступает на контроллер;
2. Данные записываются на жесткие диски;
3. Хосту возвращается ответ, указывающий на успешную запись;
4. При этом проверяется, является ли блок «горячим» (сравнивается параметр Populate-on-Write Threshold).

   Если да, то он копируется в кэш SSD для дальнейшего использования.

1. Запрос на запись от хоста поступает на контроллер;
2. Данные записываются в кэш SSD;
3. Хосту возвращается ответ, указывающий на успешную запись;
4. Данные из кэша SSD записываются на жесткие диски в фоновом режиме;

Проверьте в действии

Мы использовали 16 дисков Seagate Constellation ES, ST500NM0001, 500 ГБ, SAS 6 Гбит/с, объединенных в RAID5 (15+1), для массива данных и 8 дисков HGST Ultrastar SSD800MH.B, HUSMH8010BSS200, 100 ГБ, SAS 12 Гбит/с в качестве кэша.

Было создано 2 тома: по одному на каждый сервер.

Тест 1. SSD-кэш только для чтения от 1 до 8 SSD

На практике это подтвердилось.

Единственное существенное увеличение количества SSD при небольшом количестве томов не приводит к взрывному эффекту.

Тест 2. SSD-кэш в режиме чтения+записи с 2-8 SSD

Поэтому со временем все блоки были скопированы в кэш.

А работа, по сути, уже велась с SSD, практически не затронув жёсткие диски.

Целью этих тестов было наглядно продемонстрировать эффективность прогрева кэша и масштабирования его производительности в зависимости от количества SSD. Теперь вернемся на землю и проверим более реалистичную ситуацию, когда объем данных превышает размер кэша.

Чтобы тест прошел за разумное время (период «прогрева» кэша сильно увеличивается с увеличением размера тома), мы ограничим размер тома 120ГБ.

Тест 3. Моделирование работы базы данных

Вердикт

Очевидный вывод, конечно же, — хорошая эффективность использования SSD-кэша для повышения производительности любой системы хранения.

Применительно к QSAN XCubeSAN Это утверждение справедливо в полной мере: функция SSD-кэширования реализована отлично.

Это касается поддержки режимов чтения и чтения+записи, гибких настроек под любой сценарий использования, а также общей производительности системы в целом.

Поэтому за вполне разумную стоимость (цена лицензии сопоставима со стоимостью 1-2 SSD) можно существенно повысить общую производительность.

• Уничтожение Вебринга: Год Спустя

  19 Oct, 24

• Менеджер Проектов, Менеджер По Продажам И Разработчик Ищут Работу.

  19 Oct, 24

• У Нас Масштабный План: Обновляем Оборудование Дата-Центра В Партнерстве С Lenovo.

  19 Oct, 24

• Новости Из Области: Кто И Как Использовал Качественные Методы В Ux Research Для Разработки It-Продуктов. Часть 4 Из 6

  19 Oct, 24

• Последствия Работы Экспертом В Суде

  19 Oct, 24

• Подготовьте Html5-Видео В Vlc И Подавайте Его С Помощью Jplayer.

  19 Oct, 24

• Универсальная Работа С Vcs/Scm В Рамках Автоматизации С Futoin Cid

  19 Oct, 24

• Я Хочу, Чтобы Исходники Хабра Были Выпущены В Открытый Доступ!

  19 Oct, 24

• Intel Выпускает Новые Процессоры И Удешевляет Старые

  19 Oct, 24

• Под Капотом Олимпийских Игр: Умные Системы, Веб-Ресурсы И Облака

  19 Oct, 24