Od Kimberly Robinsonové, výkonové inženýrky, LSI Corporation
S příchodem technologie SSD disků, klesajícími náklady na vysokorychlostní energeticky závislé paměti, nízkými náklady na SATA a spolehlivostí SAS se optimální organizace a integrace nových technologií ukládání dat stala obtížnější. Existují příležitosti k umístění často používaných „horkých“ dat na rychlejší média s nižší latencí, zatímco zřídka používaná data ponechávají na levnějších médiích s vyšší latencí.
Díky všem těmto možnostem, které mají IT specialisté na úložiště k dispozici, se otevírá obrovská příležitost inovativně využívat metriky nákladů, výkonu a kapacity k určení ideálního umístění pro uživatelská data. Tento článek se bude zabývat tím, jak může vrstvení úložiště výrazně zlepšit výkon a spolehlivost ve smíšených úložných prostředích, doplnit a vylepšit mezipaměť hostitelského operačního systému a zároveň optimalizovat náklady.
Dnešní servery poskytují mnoho různých funkcí a i když můžeme dělat zobecnění, každá aplikace si vytváří svou vlastní jedinečnou charakteristiku pracovní zátěže. Potřeby výkonu navíc závisí na aktuálním zatížení a požadavcích na kvalitu služeb (QOS). Úložná prostředí sice nabízejí více možností než kdykoli předtím, což umožňuje lepší přizpůsobení, ale zároveň přidávají větší složitost a ztěžují plánování kapacity úložiště. Plánování kapacity vyžaduje znalost vlastností I/O aplikací, požadavků na růst kapacity a výkonu, charakteristik výkonu disků a úložišť, potřeb ochrany dat a rozpočtu společnosti.
Více možností = více kontroly
Moderní řadiče úložišť nabízejí nepřeberné množství možností: nové a složené typy RAID, prémiové funkce, pokročilé možnosti mezipaměti a varianty odlehčení hardwaru, které vyhoví každému rozpočtu. Dnešní pokročilé vestavěné procesory ještě více rozšířily možnosti inteligentních řadičů úložišť, což jim umožňuje rozšířit jejich možnosti a transformovat se s nástupem nových technologií.
Diskové technologie nejsou výjimkou z boomu nových možností. Serial Attached SCSI (SAS) byl navržen tak, aby integroval SATA i SAS, takže obě rozhraní lze kombinovat a vytvořit tak vlastní úložný systém na základě individuálních potřeb nákladů a výkonu. Popularita SATA spočívá především v jeho vynikajícím poměru cena/kapacita, avšak z hlediska výkonu poskytuje nejnižší celkový výkon. SAS poskytuje výrazně vyšší výkon a vylepšenou spolehlivost, ale za vyšší cenu. Další možností jsou technologie Solid State Disk (SSD), které se dodávají s rozhraními SATA i SAS. SSD poskytují ohromně vyšší náhodný výkon než rotující média, ale za vyšší cenu.
Ke složitosti přispívají výsledky výkonu pro různé typy RAID. Optimalizace pro vaši pracovní zátěž vyžaduje pochopení vašich specifických charakteristik I/O a znalost toho, jak je namapovat do ideálního typu RAID na základě vašich potřeb dostupnosti.
Pokud se zaměříme na RAID 10, jasně vidíme, že některé typy disků jsou vhodnější pro různé aplikace, přičemž SSD disky stojí v průměru asi 6.5krát více než 15K RPM 6Gb SAS disky. Ne všechny aplikace však poskytují 6.5násobné zvýšení skutečného výkonu v reálném světě.
Každý IT profesionál si pravděpodobně někdy položil otázku: „Kolik rotujících disků je potřeba k dosažení stejného výkonu jako vysoce výkonný SSD disk?“ Je to skvělý myšlenkový proces, nicméně v reálném světě je pravděpodobné, že v daném okamžiku bude přístupná pouze část skutečné úložné kapacity. Architektury mezipaměti se na základě tohoto předpokladu úspěšně navrhují již po celá desetiletí. Co kdybyste si mohli úložiště sestavit z různých úložných médií s různými cenovými a výkonnostními charakteristikami?
Začíná to být příliš těžké
Dodavatelé úložišť si uvědomují, že s ohledem na rozšíření neuniformních mediálních architektur nabízí vrstvení to nejlepší ze všech světů. Vrstvování úložiště je jednoduchý koncept; nejčastěji používaná data se umisťují na nejrychlejší dostupná média, zatímco studená data se ponechávají na pomalejších médiích. Vrstvování se liší od ukládání do mezipaměti v tom, že kapacitu všech zúčastněných logických disků lze využít pro ukládání uživatelských dat. I když se nejedná o nový koncept, tradičně není součástí inteligence úložišť, ale průlomová technologie SSD disků přinesla nové příležitosti.
Podívejme se na příklad, jak by mohlo vrstvení úložiště pomoci v databázovém prostředí. Společnost ACME navrhuje nový SQL Server a na základě svých minulých zkušeností zná následující informace.
- 4 terabajty úložiště
- 3 % je aktivní (~ 125 GB) a je k nim přistupováno v 65 % případů.
- 6 % je přístupných přerušovaně (~250 GB) 25 % času
- Zbytek tvoří studená data, ke kterým se přistupuje v 10 % případů.
- Databáze je přístupná v velikostech 8KB s poměrem čtení a zápisu přibližně 2:1.
- Pro disky je k dispozici osm slotů.
Ideálním cenově dostupným řešením, které nám umožní dosáhnout 4 TB, by bylo vytvoření logického zařízení, které poskytuje požadovaný výkon pro každou vrstvu dat, a to jak z hlediska počtu I/O operací za sekundu, tak i doby odezvy.
Zvažme alternativy homogenních disků.
Níže je uvedeno souhrnné srovnání tří možností úložné infrastruktury. Je zřejmé, že vrstvená varianta nejenže nabízí nižší náklady na databázovou transakci, ale také produkuje více než šestkrát více IOP než řešení pouze s rozhraním SATA a více než třikrát více než čisté řešení SAS s větší kapacitou než ostatní návrhy.
Mnoho řešení lze vytvořit na základě omezení výkonu, nákladů, kapacity nebo prostoru. Toto je jen jeden příklad, který jasně zdůrazňuje cenové výhody stupňovitého řešení. Samozřejmě by se to dalo provést ručně, za předpokladu, že: přesně víte, které soubory budou hojně využívány; máte možnost je fyzicky oddělit na různá média; a že horká data nejsou dočasná ani dynamická.
Výhody a nevýhody vrstvení úložiště
Vrstvování úložiště nabízí to nejlepší ze všech světů. Využitím více typů médií lze optimalizovat náklady a výkon a ušetřit místo na předchozím serveru. Vezměte v úvahu toto – k dosažení stejného počtu IOP databáze, jak je možné v příkladu vrstvení, by bylo zapotřebí více než padesát disků SATA, což výrazně zvyšuje požadavky na napájení a prostor v racku. Inteligentní vrstvení umožňuje dynamické prostředí, kde jsou často používaná data průběžně a automaticky umisťována na nejrychlejší média. Mohou existovat i možnosti, kdy nejdůležitější data lze umístit na vysoce dostupné svazky nebo kdy lze data, ke kterým přistupují geograficky vzdálené lokality, kopírovat do lokálních úložišť.
Navzdory výhodám vrstvení existuje několik nevýhod, které je třeba zvážit. Přestože se identifikace a správné ukládání aktuálních dat provádí automaticky, vytvoření vhodného úložného subsystému, který splňuje vaše současné i rostoucí požadavky, by mělo být i tak navrženo na míru odborníkem na úložiště. Další potenciální nevýhodou je, že v modelu vrstvení úložiště, ačkoli by se logický svazek jevil jako jeden disk, může být rozdělen mezi více skupin fyzických disků. Použitím hardwarové ochrany RAID lze snížit pravděpodobnost ztráty dat.
Nacházíme se v éře dokonalé bouře technologií: dramaticky rostoucí potřeby úložné kapacity, více možností disků než kdykoli předtím, vyšší nároky na výkon v důsledku rostoucí popularity digitálních obchodních transakcí, rostoucí hustoty zpracování a potřeby větší ochrany našeho nejcennějšího aktiva, dat. Vrstvení umožňuje využít nízké náklady na úložiště SATA, zabezpečení a spolehlivost podnikových SAS a vysoký výkon SSD disků, to vše v jednom balíčku.
Kimberly Robinson pracuje jako výkonová inženýrka pro divizi Engenio Storage společnosti LSI Corporation . Již více než deset let se věnuje optimalizaci podnikových úložných řešení pro významné výrobce originálního vybavení (OEM).
Amazon