My v IT komunitě se často uchýlíme k demonstračním koním – nejrychlejším a/nebo nejvýkonnějším zařízením či systémům – protože milujeme ta velká i malá čísla, která předvádějí. Realita je však taková, že většina uživatelů okázalou sílu demonstračních koní jednoduše nepotřebuje. Potřebují pracanty , systémy, které dokážou zvládat skutečné denní zátěže za dostupnou cenu. Strávili jsme poměrně dost času zkoumáním nabídky hyperkonvergované infrastruktury (HCI) od společnosti DataON a loni jsme dokonce udělili modelu DataON HCI-224 s disky SSD Intel® Optane™ cenu Editor's Choice . V tomto článku se podíváme na další dvouuzlový cluster HCI-224. Tento se však vyznačuje jedinečnou kombinací úložiště: front-end SSD disky Intel Optane a Intel® SSD D5-P4326 15.36 TB s QLC 3D NAND, čímž vytváříme systém, který optimalizuje kapacitu, výkon a náklady.
Než se však pustíme do podrobného popisu tohoto clusteru, nejprve si probereme, proč se DataON rozhodla pro QLC pro svou úroveň úložné kapacity, a provedeme přehled clusterů Microsoft Azure Stack HCI , DataON a dvouuzlových HCI.
Řada SSD Intel® D5-P4326
Použití disku Intel SSD D5-P4326 s technologií QLC pro kapacitní úložiště v tomto HCI clusteru je logickou volbou, protože poskytuje solidní, spolehlivý a cenově efektivní výkon. Jistě jsme viděli rychlejší SSD disky, ale SSD D5-P4326 nachází tu správnou rovnováhu mezi výkonem a cenou s masivní kapacitou 15.36 TB na disk. Tato kombinace je dána jeho základní architekturou. Díky technologii Intel® QLC 3D NAND je Intel schopen snížit cenu tohoto zařízení a zároveň zvýšit jeho kapacitu.
Společnost Intel byla jedním z prvních dodavatelů úložišť, kteří vyráběli disky založené na technologii QLC. Technologie QLC neboli čtyřúrovňová buňka ukládá čtyři bity dat na jednu buňku, zatímco starší technologie jako TLC, MLC a SLC ukládají pouze tři, dva nebo jeden bit na buňku. Díky úložišti s vyšší hustotou QLC mohou mít nižší náklady na GB úložiště. Technologie 3D NAND od společnosti Intel navíc umožňuje horizontální stohování těchto buněk na čipu, což dále zvyšuje hustotu úložiště. 
Existuje však kompromis. Aby bylo možné efektivně využít výhody SSD disku Intel SSD D5-P4326, je nutné zápisové úlohy ukládat do vyrovnávací paměti předtím, než se dostanou na disk založený na QLC. SSD disky QLC jsou ideální pro úlohy s optimalizovanou kapacitou a vysokým počtem čtení. Platformy, jako je cluster HCI, proto musí před SSD disky QLC používat vhodné zařízení mezipaměti, aby byl zajištěn rovnoměrný výkon. V případě DataON HCI-224, Čtyři disky Intel Optane SSD DC P4800X NVMe 750GB 2.5" se používají na uzel k absorpci zápisů před jejich přesunem do vrstvy QLC. Tento přístup zabraňuje tomu, aby nadměrné zápisy způsobily snížení výkonu vrstvy QLC. Konečným výsledkem je bezproblémový zážitek a ideální kombinace výkonu založeného na paměti Intel Optane s kapacitou založenou na QLC.
HCI pro Microsoft Azure Stack
Stručně řečeno, Microsoft Azure Stack HCI je on-premise implementace cloudových služeb Microsoft Azure. V podstatě Microsoft začlenil svou stávající technologii HCI do rodiny Azure Stack, aby jeho zákazníci mohli provozovat virtualizované aplikace on-premise s přímým přístupem ke službám správy Azure, jako je zálohování a obnova po havárii.
Azure Stack HCI by se nemělo zaměňovat s Azure nebo Azure Stack Hub. Zatímco Azure je veřejná cloudová služba, Azure Stack Hub a Azure Stack HCI jsou on-premise řešení. Azure Stack Hub navíc provozuje operační systém Azure se službami Azure a je řešením IaaS a PaaS. Azure Stack HCI na druhou stranu provozuje operační systém Windows Server se službami Azure a umožňuje vám spouštět virtualizované úlohy stejným způsobem, na jaký jste zvyklí, s další výhodou v podobě možnosti připojení ke cloudu Azure pro další služby. To je obrovský rozdíl a umožňuje IT administrátorům používat v Azure Stack HCI stejné nástroje a stack pro správu, jaké používají s Azure.
Azure Stack HCI používá pro hypervizor Hyper-V, pro úložiště Storage Spaces Direct, pro sítě Microsoft Software Defined Networking (SDN) a pro správu Windows Admin Center (WAC). Azure Stack HCI běží na standardních serverech x86 a dalších běžných komponentách.
WAC je lokálně nasazená platforma pro správu založená na prohlížeči, která dokáže spravovat jak místní, tak i cloudové instance systémů Windows 10 a Windows Server v Azure. WAC se instaluje v systému Windows a používá skripty PowerShellu. Také používá Microsoft Windows Management Framework (WMF) přes WinRM (Windows Remote Management) k monitorování a správě systémů Windows, včetně clusterů HCI a virtuálních počítačů Azure.
Hlavní panel WAC poskytuje přehled o aktivitě CPU, paměti, sítě a disků monitorovaných systémů. Na levé straně obrazovky WAC také obsahuje řadu nástrojů pro správu a prohlížení systému, včetně certifikátů, zařízení, událostí, souborů, místních uživatelů a skupin, firewallu, procesů, registru, rolí a funkcí, služeb a úložiště.
Společnost DataON byla jednou z prvních společností, které využily otevřený framework WAC a portovaly jeho rozšíření Management Utility Software Tool (MUST) do WAC. DataON MUST poskytuje přehled o infrastruktuře, monitorování a správu pro HCI, sítě a úložiště na bázi serverů Windows.
DataON HCI
Přestože Azure Stack HCI používá běžné hardwarové komponenty, musí být tyto položky navrženy tak, aby spolupracovaly a poskytovaly optimální výsledky. V některých ohledech je snazší navrhovat vysoce výkonné systémy než systémy „pracující koně“. U vysoce výkonných systémů si můžete vybrat ty nejlepší komponenty a ignorovat náklady. U „pracujících koní“ je však nutné vyhodnotit poměr cena/výkon komponent a poté je vyladit tak, aby se optimalizoval jejich výkon. Vytvoření hodnotně orientovaného systému vyžaduje stejné – ne-li větší – inženýrské úsilí a právě toto systémové inženýrství je to, v čem jsme na DataONu i nadále ohromeni.
Společnost DataON má silné partnerství se společnostmi Microsoft i Intel a tyto vztahy využila při vývoji systémů pro Azure Stack HCI. Řešení DataON HCI Intel Select lze předkonfigurovat a dodat ve vlastním racku, připravená k okamžitému nasazení. Tato metoda dodání je užitečná nejen v datových centrech, ale také se ukazuje jako přínosná pro systémy nasazené na okraji sítě, kde je stávající IT infrastruktura a personál omezený nebo žádný.
2-uzlové HCI clustery
Nedávno jsme napsali článek o klastrech Microsoft Azure Stack HCI se 2 uzly (2NC). Níže je uvedeno shrnutí tohoto článku. Zjistili jsme, že 2NC by v mnoha případech použití mohl zajistit odolnost potřebnou pro organizaci a že 2NC jsou méně složité a nákladné než tradiční tříuzlový nebo čtyřuzlový cluster. DataON byl jedním z prvních dodavatelů, kteří si uvědomili hodnotu a přijali integraci 2NC. 2NC však nejsou pro DataON novinkou, protože v září 2017 DataON oznámil první dva komerčně dostupné klastry Kepler-47 HCI pro systémy Windows Server 2016 Storage Spaces Direct (nyní Azure Stack HCI).
Implementace 2NC od DataON podporuje současné selhání disku i serveru. Toho dosahuje pomocí RAID 5 + 1 pro zajištění paritní odolnosti a její zrcadlení na druhý server. Microsoft tuto schopnost nazývá „vnořená odolnost“ a přidal ji do Storage Spaces Direct v systému Windows Server 2019. 2NC opět nejsou tou správnou technologickou volbou pro každého, ale mohou mnoha organizacím poskytnout spolehlivé a cenově efektivní řešení.
Stavět a navrhnout
Cluster Azure Stack HCI, se kterým zde pracujeme, byl postaven na platformě DataON HCI-224 all-flash NVMe. Tyto servery měly velikost 2U s 24 pozicemi NVMe vpředu, což v zadní části nabízelo dostatek rozšíření pro komponenty založené na PCIe. Označení bylo na rozdíl od matně černých rámečků disků výrazné, což umožňovalo snadno najít konkrétní disky v případě potřeby výměny. Všechno bylo označeno, což není tak neobvyklé, ale rozsah označení byl mimořádný. V našem nasazení byl každý uzel označen (1 a 2) a také několik dalších položek, což usnadňovalo nasazení a správu systémů DataON v datovém centru.
Testované uzly zahrnovaly dva procesory Intel® Xeon® Scalable Gold 6248 2. generace s frekvencí 2.5 GHz, 20 jádry a 28 MB mezipaměti, osm modulů Samsung 32GB DDR4 2933MHz ECC-Registered RDIMM (celkem 256 GB na uzel) a dva bootovací disky Intel S4510 SATA M.2 s kapacitou 480 GB.
Pro úložiště byl každý uzel dodáván se čtyřmi disky Intel Optane SSD DC P4800X NVMe 750GB 2.5” (používanými pro ukládání do mezipaměti) a čtyřmi disky Intel SSD D5-P4326 15.36TB 2.5” QLC (úroveň úložiště s vysokou kapacitou).
Uzly byly vzájemně propojeny pomocí dvouportových karet Mellanox ConnectX-4 EN QSFP28 40/56 GbE s použitím pasivních měděných kabelů 3M Mellanox LinkX ETH 40GbE, 40Gb/s, QSFP.
Společnost DataON samozřejmě věnovala dostatek času přemýšlení o konfiguraci a výběru komponent pro tento systém, aby vyvážila výkon a cenu. Velmi nás zajímalo, jak si disky Intel SSD D5-P4326 povede jako úložná úroveň. Kombinací disků Intel Optane SSD a Intel QLC 3D NAND SSD by měly disky D5-P4326 SSD poskytnout vysoce výkonné a cenově dostupné flashové úložiště, které dříve bývalo doménou pomalých, ale velkých pevných disků.
V laboratoři StorageReview jsme nasadili dva úložné uzly a přepínače, jak je znázorněno níže.
Testování
Abychom získali představu o tom, jak si takový malý cluster vede v prostředí s edge use, provedli jsme několik testů Microsoft SQL Serveru. Cílem bylo prozkoumat výkon celého clusteru a zajistit, aby DataON mohl správně využívat technologii Intel Optane a SSD disky Intel QLC. Druhotně jsme chtěli prozkoumat možnosti pouze jednoho uzlu, abychom získali představu o tom, jak toto řešení zvládá ztrátu uzlu, ať už kvůli plánovaným aktualizacím, nebo v případě závažnějšího selhání.
Náš testovací plán využíval Benchmark Factory od společnosti Quest s profilem TPC-C jako generátorem zátěže pro nasazené virtuální počítače SQL Serveru. Nakonfigurovali jsme osm virtuálních počítačů (čtyři na uzel), což clusteru nabízelo dobrou rovnováhu mezi aktivitou CPU a disků. Generátory zátěže byly hostovány na systému mimo toto prostředí a připojeny k tomuto clusteru přes síť 10GbE.
Konfigurace testování SQL Serveru (na virtuální počítač)
- Windows Server 2019
- Úložná stopa: 800 GB přiděleno, 620 GB využito
- 8 vCPU
- 60 GB RAM (55 GB v konfiguraci s chybovým režimem)
- SQL Server 2019
- Velikost databáze: škálování 1 500
- Zatížení virtuálních klientů: 15 000
- Vyrovnávací paměť RAM: 48 GB
- Délka testu: 3 hodiny
- 15 minut předběžné přípravy
- 45minutový vzorek
V našich testech jsme se zaměřili na latenci, přičemž úroveň transakčního výkonu zůstala u Benchmark Factory konstantní.
Při celkovém zatížení 4 virtuálních počítačů (2 na uzel) jsme naměřili průměrnou latenci 2.5 ms s celkovým zatížením transakcí 12 649 TPS.
Při zvýšení zátěže na 6 virtuálních strojů se průměrná latence mírně zvýšila na 4 ms s celkovým transakčním zatížením 18 967 TPS.
Při špičkovém zatížení 8 virtuálních strojů (4 na uzel) dosáhla latence průměrně 6.5 ms s celkovým zatížením transakcí 25 277.
Během těchto testů jsme jasně viděli výhodu použití SSD disků Optane v této kombinaci. Na sebe vzaly hlavní tíhu zápisů a uvolnily SSD disky QLC pro responzivní čtení jako vysokorychlostní kapacitní úroveň. I když jsme zdvojnásobili pracovní zátěž na osm virtuálních počítačů SQL Serveru, které se na tento HCI cluster nacházejí, latence se zvýšila jen mírně, což ukazuje, že tato konfigurace je vhodná pro pracovní zátěže, které se mohou čas od času přetížit.
I když je výkon v plně provozním prostředí důležitý, dalším faktorem je, jak budou úlohy fungovat, pokud se uzel v clusteru odpojí od sítě nebo je nutné úlohy migrovat kvůli údržbě systému. Pro otestování tohoto scénáře jsme ponechali plnou zátěž 8 virtuálních počítačů a migrovali je na jeden uzel. V tomto nastavení jsme naměřili průměrnou latenci pouhých 4.5 ms, což bylo lepší než u obou uzlů online. Částečně je to dáno odstraněním režijních nákladů na úložiště při provozu s jedním uzlem.
Závěr
Pro tento projekt jsme provedli sérii SQL testů systému, abychom ilustrovali výkonnostní zátěže, které se běžně vyskytují v případech užití na okraji sítě a v malých a středních podnicích. Naším cílem bylo pochopit, jak efektivně dokázalo Microsoft Azure Stack HCI v tomto clusteru DataON využít hardware k dosažení požadovaných výsledků. Konkrétně to znamená poskytnout řešení, které nabízí vzácnou kombinaci výkonu a hodnoty.
Naším testováním můžeme potvrdit, že výběr komponentů společností DataON byl skutečně úspěšný a vytvořil cenově efektivní řešení Azure Stack HCI SDS, které funguje extrémně dobře. Částečně je to způsobeno jejich volbou použít pro úložiště kapacitní disk Intel SSD D5-P4326, který efektivně využívá SSD disky Intel Optane pro vrstvení.
Toto je zásadní pojem, protože disky QLC SSD poskytují clusteru masivní a hustou kapacitu a zároveň poskytují výhody celkových nákladů na vlastnictví, které jsou spojeny s flash úložištěm. Abychom to ještě umocnili, disky QLC umožňují kapacitu 15.36 TB na 2.5" pozici. Pro dosažení stejné kapacity by bylo potřeba 8 2TB pevných disků v poli RAID 0, nebo přechod na 3.5" šasi, aby se využily výhody větších, ale ještě pomalejších pevných disků. Ať tak či onak, pokles výkonu mezi diskem Intel QLC a pevnými disky je více než značný; je to exponenciální rozdíl, pokud jde o odezvu aplikací.
I když bychom si přáli, aby veškeré čtení a zápisy probíhaly z disků SSD Optane (protože v této konfiguraci představují nejvýkonnější média), někdy se stane, že se situace zhorší. V takovém případě bude výkon disku QLC SSD překonávat výkon pevných disků a ochrání cluster HCI před nerovnoměrnými výkonnostními parametry, které jsou běžné v topologiích kombinujících flash disky a pevné disky. Ve skutečnosti jsme zde zaznamenali tak vyvážený výkon, že firmy obecně budou muset do budoucna přehodnotit design pevných disků/flash disků a více se přiklonit k designu QLC/Optane, aby mohly z HCI vytěžit co nejvíce.
Dalším hlavním problémem u clusterů se 2 uzly je výkon v degradovaném stavu. Otestovali jsme to tak, že jsme jeden uzel vyřadili z provozu a veškerou SQL zátěž jsme svěřili jednomu uzlu. V tomto případě byl SQL responzivnější a fungoval o něco lépe než ve 2 uzlech, hlavně díky snížené režii komunikace mezi uzly. Samozřejmě se nedoporučuje spouštět cluster v degradovaném stavu po dlouhou dobu, ale je uklidňující vědět, že to lze provést bez obětování výkonu.
Celkově byl cluster HCI-224 HCI s SSD disky D5-P4326 QLC snadno nasazený, snadno použitelný a dostatečně výkonný pro širokou škálu úloh. Jeho cena ho také činí dostupným pro široké spektrum uživatelů. Navíc byl tento systém certifikován pro Microsoft Windows Server 2019 a ověřen jako řešení Intel Select.
Tuto zprávu sponzoruje společnost DataON. Veškeré názory a stanoviska vyjádřené v této zprávě vycházejí z našeho nezaujatého pohledu na daný produkt (produkty).
Amazon