Adaptec MaxIQ: ускорение массива RAID с помощью кэширования SSD — THG.RU

SSD-кэширование RAID-массивов

Сегодня твёрдотельные накопители SSD у всех на слуху, поскольку они обеспечивают максимальную производительность при минимальном энергопотреблении. Но компания Adaptec не уверена, что SSD являются панацеей от всех бед. Высокая цена и ограниченная ёмкость остаются самыми главными проблемами для широкого применения в корпоративной сфере. И технология MaxIQ является ответом Adaptec на все эти проблемы. Перед нами программное улучшение контроллеров Adaptec RAID серий 5 и 2, которое позволяет администраторам добавлять кэширование к массивам RAID с помощью специально настроенных накопителей Intel X25-E.

Нажмите на картинку для увеличения.

Оптимизация путей ввода/вывода

Adaptec совершенно права, говоря о том, что пути прохождения данных между серверами и системой хранения требуют оптимизации. Миллионы серверов по всему миру работают с RAID-контроллерами и массивами на основе механических жёстких дисков. Хотя SSD сегодня постепенно завоёвывают корпоративный рынок, это происходит в основном на high-end сегментах, где цена имеет вторичное значение.

У большинства систем ёмкость и совокупная стоимость владения стоят на первом месте, что не позволяет использовать решения SSD из-за ограниченной ёмкости на накопитель и непропорциональной цены. Кроме того, SSD могут даже разрушить экосистемы хранения данных. Наконец, более высокая производительность — это преимущество, но во многих случаях она не требуется. Как можно доступно увеличить производительность, сохраняя существующие высокие ёмкости и стабильную работу экосистем хранения данных? Цель Adaptec была в достижении меньшей стоимости операций ввода/вывода, меньшего энергопотребления операций ввода/вывода, меньшей стоимости гигабайта и более эффективной защиты данных.

MaxIQ — кэш SSD для массива RAID

Adaptec называет своё решение MaxIQ высокопроизводительной технологией гибридных массивов, которая обеспечивает максимальную производительность без использования дорогих кэшей DRAM, снижения ёмкости short stroking или настройки приложений. Опция доступна в качестве апгрейда для всех контроллеров Adaptec линеек 5 и 2, при этом требуется обновление прошивки и один или больше специально настроенных накопителей X25-E. Базовый комплект MaxIQ с 32-Гбайт профессиональным SSD Intel X25-E обойдётся в $1295 (от 40 тыс. рублей в России).

Мы рассмотрим детали и результаты тестов чуть ниже, но сразу же хотелось бы подчеркнуть серьёзные преимущества подобной интеграции в систему. После установки прошивки с поддержкой MaxIQ на контроллер Adaptec, вы сможете получить в несколько раз большую производительность ввода/вывода чтения. Не потребуется каких-либо приложений или дополнительных драйверов, процесс установки предусматривает только начальную конфигурацию. Потом работа MaxIQ будет совершенно прозрачной. Поскольку SSD используется только в качестве кэша, данные ваших массивов RAID риску не подвергаются.

Впрочем, давайте посмотрим, насколько хорошо MaxIQ соответствует своим обещаниям.

MaxIQ в деталях

Нажмите на картинку для увеличения.

Представленный слайд был взят из презентации Adaptec MaxIQ, и данные на нём устарели на несколько месяцев, но он всё равно прекрасно показывает, как сегодня разделён рынок систем хранения данных.

В левом верхнем углу можно видеть жёсткие диски SATA, которые очень дёшевы, но при этом предлагают существенные ёмкости. Жёсткие диски SAS и short-stroked SAS (ограничение ёмкости и диапазона перемещения головок чтения/записи для получения максимальной производительности ввода/вывода) дают меньшую ёмкость, но большую производительность.

Нажмите на картинку для увеличения.

Впрочем, по производительности сегодня явно доминирую SSD (нижний правый угол). Они обеспечивают в несколько сотен раз большую производительность ввода/вывода, хотя цены часто просто заоблачные. Один профессиональный SSD может продаваться по цене $1000 и выше. Именно такую производительность обещает дать технология MaxIQ, сочетая высокое число операций ввода/вывода (чтение) SSD начального уровня с ценой и ёмкостью жёстких дисков.

Аппаратное решение MaxIQ довольно простое: вы получаете 2,5″ SSD Intel X25-E и подключаете его к доступному порту на контроллере Adaptec Series 5, Series 5Z или Series 2 после установки прошивки MaxIQ. SSD работает должным образом, несмотря на интерфейс SATA 3 Гбит/с, поскольку протокол SAS поддерживает туннелирование SATA через интерфейс SAS.

Мы опишем процесс конфигурации на следующей странице, а пока что давайте посмотрим, как работает технология MaxIQ.

Нажмите на картинку для увеличения.

Adaptec различает так называемые «горячие/hot» данные (все файлы, к которым часто выполняется доступ) и «холодные/cold» данные на массиве RAID из жёстких дисков. Алгоритмы кэширования размещают «горячие» данные на 32-Гбайт накопителе X25-E, после чего к ним значительно ускоряется доступ. Все «холодные» данные, а также все операции записи, сразу же передаются на жёсткие диски.

Нажмите на картинку для увеличения.

Эта технология сегодня может ускорять только операции чтения, но не будем забывать, что существуют сценарии, способные значительно выиграть от увеличения числа операций ввода/вывода чтения. Прекрасные примеры — серверы баз данных и web-серверы. Они обычно обновляют данные (запись) не так часто, но им приходится очень активно выполнять запросы чтения пользователей. Впрочем, Adaptec сообщила нам, что сейчас работает и над кэшированием операций записи. Имейте в виду, что MaxIQ ускоряет только операции ввода/вывода; твёрдотельный SSD не способен ускорить операции последовательного чтения или записи.

Adaptec Storage Manager и MaxIQ

Давайте посмотрим на процесс конфигурации системы хранения, оснащённой Adaptec MaxIQ. Мы взяли карту Adaptec RAID 5805 (прошивка 5.2.0.17544) с восемью портами и создали массив RAID 0 на основе трёх жёстких дисков SAS Fujitsu MBA3147 на 15 000 об/мин. В итоге мы получили высокопроизводительный RAID-массив начального уровня на жёстких дисках, и хотя мы использовали RAID 0, по производительности чтения этот массив вполне сравним с конфигурацией RAID 5 на четырёх жёстких дисках.

Нажмите на картинку для увеличения.

После установки обновлённой прошивки вам также понадобится обновлённая версия Adaptec Storage Manager — пакета управления хранилищами на основе контроллеров Adaptec. Мы взяли копию с CD MaxIQ, но всегда следует проверять наличие последней версии на сайте производителя.

Последняя версия ASM будет различать жёсткие диски и SSD, что необходимо для преобразования SSD X25-E в устройство кэширования. Просто нажмите правой клавишей мыши на SSD…

Нажмите на картинку для увеличения.

…и добавьте SSD в MaxIQ Pool. Вы можете добавлять два или даже больше SSD, если вы хотите увеличить ёмкость кэша по сравнению с 32-Гбайт SSD в нашем случае, но вам придётся покупать дополнительные накопители. Adaptec планирует поддержать другие SSD, но пока что альтернативы Intel X25-E нет.

Нажмите на картинку для увеличения.

SSD, используемый как устройство кэширования MaxIQ, промаркирован соответствующим образом.

Нажмите на картинку для увеличения.

Всё, что нам осталось — включить кэширование MaxIQ на странице свойств соответствующего массива RAID. Вы можете включать функцию кэширования для нескольких массивов, если ваша конфигурация хранилищ более сложная. На этом всё. Технология MaxIQ будет работать автоматически и совершенно прозрачно для пользователя.

Тестовая конфигурация

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Чтобы проанализировать преимущества 32-Гбайт кэша, мы решили провести тесты с четырьмя вариантами ёмкости: варианты 5 Гбайт и 25 Гбайт гарантируют, что 32-Гбайт кэш может буферизовать все данные на массиве из жёстких дисков, а варианты 50 и 100 Гбайт соответствуют сценарию производительности, когда вы работаете с более крупными массивами.

Результаты тестов

Производительность сервера баз данных и файлового сервера

Наш сценарий сервера баз данных использует 67% операций чтения и 33% операций записи, они на 100% случайны, а размер блока составляет 8 кбайт. В данном тесте мы наблюдаем прирост производительности 2,4x, когда размер массива ограничен 5 Гбайт. В таком случае функция MaxIQ легко буферизует все данные массива RAID на накопителе X25-E.

Прирост производительности оказывается 59%, 23% и 15% для размера массива 25, 50 и 100 Гбайт. Помните, что данный сценарий предусматривает большое количество операций записи, которые технология MaxIQ ускорить не может.

Сценарий файлового сервера тоже предусматривает на 100% случайные операции, но они состоят из 80% операций чтения и только 20% операций записи. Размеры блока меняются от 512 байт до 64 кбайт. Детали о наших сценариях IOMeter вы можете найти в соответствующей статье.

В данном случае преимущество MaxIQ по сравнению с обычным массивом RAID 0 составляет 5x, 3,85x, 1,69x и 1,31x, соответственно, для массивов ёмкостью 5, 25, 50 и 100 Гбайт. Вполне понятно, что преимущества довольно ощутимы. Давайте посмотрим на результаты web-сервера, которые полностью построены на случайных операциях чтения.

Производительность web-сервера и рабочей станции

Здесь мы наблюдаем реальное преимущество. Если нагрузка на 100% состоит из операций чтения, то можно ожидать до 8,17x улучшение производительности для томов до 25 Гбайт, а также 2,47x и 1,44x прирост производительности в случае более крупных томов на 50 и 100 Гбайт. Неплохо.

Наш тест рабочей станции основан на 80% случайных операций и 80% операций чтения, что, опять же, даёт заметное преимущество решению MaxIQ. Прирост производительности составляет 6x и 6,6x для томов на 5 и 25 Гбайт, а также 2,08x и 1,27x для топов на 50 и 100 Гбайт.

MaxIQ против SSD

Отдельный SSD оказался существенно быстрее в нашем сценарии сервера баз данных. Однако он ограничен ёмкостью 32 Гбайт, да и возможности восстановления отсутствуют.

В сценарии файлового сервера отдельный SSD не может дать самую высокую производительность, но он всё равно даёт лучшие результаты при ёмкости тома 25 Гбайт.

MaxIQ обходит отдельный SSD в сценарии web-сервера при ёмкости тома 5 и 25 Гбайт. Это связано с тем, что технология MaxIQ может считывать «горячие» данные с накопителя X25-E и «холодные» данные с массива RAID одновременно.

Опять же, SSD даёт высокую производительность ввода/вывода, но значительно ограничен ёмкостью.

Заключение

Нельзя сказать, что с MaxIQ Adaptec предлагает революционный продукт для систем хранения корпоративной сферы, но он успешно сочетает проверенную технологию RAID-массива на жёстких дисках с производительным SSD на флэш-памяти для ускорения существующих систем по доступной цене. Хотя эффективный уровень производительности ввода/вывода может меняться и часто не достигает производительности отдельного SSD, подход MaxIQ всё же даёт убедительные результаты, да и реализовать его очень легко. Вы получите многие преимущества SSD, даже не меняя вашу стратегию развёртывания систем хранения.

Отдел маркетинга Adaptec заявляет, что технология MaxIQ способна дать прирост производительности вплоть до 5x. Мы действительно видели примеры, где это оказывается правдой, но только если ёмкость тома RAID меньше ёмкости SSD. Впрочем, на массивах с ёмкостью больше объёма SSD прирост тоже есть, поскольку Adaptec может считывать кэшированные «горячие» данные SSD и параллельно выдавать «холодные» не кэшированные данные с массива.

Эффективный прирост производительности ввода/вывода для приложений, которые зависят в основном от операций чтения, будет от 15% до 45%, если том RAID в несколько раз превышает ёмкость SSD. Это само по себе оправдывает вложение $1295, поскольку схожее повышение производительности ввода/вывода потребовало бы установки большого числа дополнительных жёстких дисков, что не всегда возможно. При этом вы бы получили увеличение энергопотребления, повышение шанса сбоя винчестера, и потребовалось бы трансформация существующего массива RAID на все доступные жёсткие диски. Переход на один SSD тоже не вариант, поскольку вы теряете избыточность. Только минимум три SSD X25-E SSD на 32 Гбайт в массиве RAID 5 обеспечат избыточность. В этом случае вы всё равно получите значительно меньшую ёмкость, чем на жёстких дисках, да и цена будет ощутимо выше.

В некоторых случаях мы обнаружили прирост производительности 2x и выше, что больше, чем можно получить путём установки дополнительных жёстких дисков. Решение Adaptec прекрасно подходит, чтобы поднять производительность существующей подсистемы RAID до уровня, который позволит не менять её ещё пару лет.