Společnost StarWind Software je lídrem v oblasti softwarově definovaných úložišť (SDS) díky flexibilním modalitám nasazení, celkovému výkonu systému a touze po nových technologiích. Na vlastní oči jsme to viděli na konci loňského roku, když jsme se podívali na jejich NVMe-oF Initiator pro Windows . Tentokrát se podíváme na software StarWind SAN & NAS, který přidává podporu pro Fibre Channel, a na akcelerační kartu GRAID NVMe, která je pro řešení SDS poměrně ambiciózní.
Celý testovací systém je popsán níže, ale ve zkratce jsme vzali ty nejlepší dostupné komponenty a zkombinovali je, abychom vytvořili robustní úložnou platformu se spolehlivou sítí a dostatečným počtem klientů pro zátěž. StarWind dokáže propojit SSD disky Memblaze NVMe díky akcelerátoru GRAID a sdílet úložiště po síti prostřednictvím přepínací struktury Brocade a adaptérů Marvell QLogic 32G FC.
Pro StarWind je to pozoruhodný výkon, protože většina platforem SDS není schopna této úrovně inženýrství. Integrace Fibre Channel není jednoduchý úkol, a proto je většina řešení SDS založena na Ethernetu. Mnoho organizací však chce výhody spolehlivosti a latence, které nabízí infrastruktura FC. StarWind SAN a NAS přes Fibre Channel budou brzy k dispozici, aby těmto organizacím pomohly využít architekturu SDS.
StarWind SAN a NAS
Řešení StarWind SAN & NAS je navrženo tak, aby stávající hardware s hypervizorem průmyslového standardu přeměnilo na vysoce výkonné úložiště. Jedná se o plně certifikované sdílené úložiště pro VMware vSphere Hypervisor ESXi a Microsoft Hyper-V Server.
StarWind SAN a NAS podporují hardwarové i softwarové konfigurace redundance úložiště. Řešení dokáže proměnit stávající server s interním úložištěm v redundantní úložné pole prezentované jako NAS nebo SAN, které zpřístupňuje standardní protokoly, jako jsou iSCSI, SMB a NFS. Mezi možnosti správy a konfigurace patří webové uživatelské rozhraní, textové uživatelské rozhraní, plugin vCenter a rozhraní příkazového řádku pro operace v celém clusteru.
Řešení, které se dodává jako připravený virtuální stroj (VM) založený na Linuxu, nasazený na váš hypervizor, Microsoft Hyper-V nebo VMware vSphere, sdílí stejné funkce softwarově definovaného úložiště (SDS) jako StarWind VSAN s využitím ZFS. StarWind SAN & NAS se snadno instaluje pomocí instalačního průvodce a webového uživatelského rozhraní pro správu úložiště a zvyšuje návratnost investic (ROI) díky opětovnému využití stárnoucích serverů.
Mezi funkce SAN a NAS StarWind patří:
Úložiště souborů a bloků: Podporuje všechny standardní blokové a souborové protokoly, jako jsou SMB3, NFSv3, NFSv4, NFSv4.1 a iSCSI (včetně VVols na iSCSI, NVMe-over-Fabrics a iSER).
Možnosti redundance: Vyberte preferovanou konfiguraci redundance pro lokální disky z možností ZFS, Hardware RAID nebo Linux MD/RAID.
Architektura: Síťové úložiště a síťové úložiště od společnosti StarWind jsou postaveny na systémech Linux, ZFS a StarWind Virtual SAN a lze je snadno nasadit jako virtuální počítač nad zvoleným hypervizorem, VMware ESXi nebo Microsoft Hyper-V.
Certifikováno a připraveno k použití: Snadná instalace a certifikace pro práci s vSphere nebo Hyper-V.
Partneři
Společnost StarWind má působivý seznam partnerů, kteří v tomto testu využili několik jejích služeb. Všechny produkty StarWind jsou testovány s publikovaným hardwarem a softwarem. Partnerští dodavatelé nezávisle testují produkty, aby zajistili kvalitu a kompatibilitu a mohli dodávat fungující řešení. Zvýraznili jsme dodavatele zahrnuté v této konkrétní sadě testů.
Technologie Dell
Společnost StarWind Software je technologickým aliančním partnerem společnosti Dell a je ověřena k nasazení serverů Dell jako součást svého komplexního virtualizačního řešení StarWind HyperConverged Appliance. V tomto testovacím scénáři společnost StarWind nasadila server Dell PowerEdge R750 a klienta PowerEdge R740xd.
Server Dell EMC PowerEdge R750 je poháněn škálovatelným procesorem Intel Xeon 3. generace, který řeší výkon a akceleraci aplikací. Server je dvoupaticový/2U rackový server, který podporuje 8 paměťových kanálů na procesor a až 32 modulů DDR4 DIMM s rychlostí 3200 MT/s. Kromě toho, pro dosažení podstatného zlepšení propustnosti, PowerEdge R750 podporuje PCIe Gen 4 a až 24 disků NVMe s vylepšenými funkcemi chlazení vzduchem a volitelným přímým kapalinovým chlazením pro podporu rostoucích požadavků na napájení a teplo.
PowerEdge R740xd je 2U dvoupaticová platforma, která se skvěle hodí pro softwarově definovaná úložiště, poskytovatele služeb nebo infrastrukturu virtuálních desktopů. Systém R740xd podporuje až 24 disků NVMe s možností kombinovat libovolný typ disku a vytvořit tak optimální konfiguraci NVMe, SSD a HDD z hlediska výkonu, kapacity nebo obojího. R740xd je platforma volby pro softwarově definovaná úložiště a je základem pro VSAN nebo PowerEdge XC.
Technologie GRAID
GRAID SupremeRAID je navržen pro moderní softwarově kompozibilní prostředí. GRAID Technology dodává RAID kartu připravenou na budoucnost, která chrání nejen přímo připojená flash úložiště, ale i ta připojená přes NVMe přes Fabrics.
SupremeRAID SR-1010 je první NVMe a NVMe-oF RAID karta, která odemyká plný potenciál výkonu SSD. Karta SupremeRAID přímo zpracovává I/O operace, čímž zbavuje CPU této povinnosti. Protože se jedná o GPU, disponuje obrovským výpočetním výkonem, který u standardních RAID karet neexistuje.
SupremeRAID SR-1010 je bohatý na funkce a nabízí kompresi, šifrování a thin provisioning. Instalace je snadná jako plug & play a nevyžaduje kabeláž ani přepracování rozvržení základní desky.
Memblaze
Společnost Memblaze je předním dodavatelem produktů NVMe SSD podnikové třídy. Společnost Memblaze, založená v roce 2011, je jednou z prvních společností, které na světě vyvíjejí produkty SSD podnikové třídy. Řada SSD disků podnikové třídy PBlaze, kterou Memblaze uvedla na trh, se široce používá v databázích, virtualizaci, cloud computingu, velkých datech, umělé inteligenci a dalších oblastech a poskytuje stabilní a spolehlivá vysokorychlostní úložná řešení pro zákazníky v odvětvích, jako je internet, cloudové služby, finance a telekomunikace.
SSD disky Memblaze PBlaze6 řady 6920 nabízejí konzistentní výkon až 1600 tisíc IOPS při náhodném čtení, sekvenční šířku pásma pro čtení až 7 GB/s, sekvenční šířku pásma pro zápis až 6.8 GB/s a latenci zápisu až 11 μs. Disk je k dispozici v široké škále kapacit, přičemž disk s nižší odolností má kapacity 3.84 TB, 7.68 TB a 15.36 TB. Verze s vyšší odolností je k dispozici v kapacitách 3.2 TB, 6.4 TB a 12.8 TB.
Marvell QLogic
QLogic je globální dodavatel vysoce výkonných síťových řešení, který dodává adaptéry, přepínače a ASIC pro datové, úložné a serverové sítě. Společnost nabízí rozmanité portfolio síťových produktů, včetně konvergovaných síťových adaptérů pro FCoE, ethernetových adaptérů, adaptérů a přepínačů Fibre Channel a adaptérů iSCSI.
Adaptéry QLogic 2772 podporují přístup k horizontálně škálovatelným úložištím NVMe s plnou podporou protokolu FC-NVMe. Mohou současně podporovat provoz úložišť FC-NVMe a FCP-SCSI na stejném fyzickém portu, což zákazníkům umožňuje migrovat na NVMe vlastním tempem. Adaptéry přinášejí to nejlepší z obou světů tím, že nabízejí až 2 miliony IOPS a výkon linkové rychlosti 32GFC a zároveň poskytují přístup k úložištím NVMe a SCSI s nízkou latencí přes síť Fibre Channel.
Podívejte se na náš podrobný článek o FC-NVMe od společnosti QLogic.
Podrobnosti testovacího platformy SAN a NAS
Testovací platforma pro tuto práci se skládá z úložného uzlu StarWind SAN & NAS s disky SSD Memblaze PBlaze6 6926 12.8 TB a akcelerační kartou GRAID SupremeRAID SR-1010 . Network fabric se skládal z přepínače Brocade G620 32G Fibre Channel a adaptérů Marvell QLogic 2772 32G FC HBA. Generování zátěže probíhalo prostřednictvím čtyř klientských uzlů. Úložný uzel je založen na serveru Dell PowerEdge R750 a klientskými uzly jsou servery Dell PowerEdge R740. Podrobnosti jsou uvedeny v tabulkách níže.
| Uzel úložiště | |
|---|---|
| Server | Dell PowerEdge R750 |
| Procesor (CPU) | Procesor Intel® Xeon® Platinum 8380 s frekvencí 2.30 GHz |
| Zásuvky | 2 |
| Jádra / vlákna | 80/160 |
| DRAM | 1,024GB |
| Skladování | 8x Memblaze PBlaze6 6926 12.8 TB |
| Akcelerační karta | GRAID SupremeRAID SR-1010 |
| HBA | 4x Marvell QLogic 2772 Adaptéry Fibre Channel řady Enhanced 32GFC |
| Software StarWind SAN a NAS | Verze 1.0.2 (Build 2175 – FC) |
| Klientský uzel | |
|---|---|
| Server | Dell PowerEdge R740xd |
| Procesor (CPU) | Procesor Intel® Xeon® Gold 6130 s frekvencí 2.10 GHz |
| Zásuvky | 2 |
| Jádra / vlákna | 32/64 |
| DRAM | 256GB |
| Skladování | 1x vylepšený adaptér Marvell® QLogic® řady 2772 s rozhraním 32GFC Fibre Channel |
| OS | Standardní edice Windows Serveru 2019 |
Výsledky testů výkonu StarWind SAN a NAS
Vzhledem k široké škále pohyblivých součástí bylo testování výkonu rozděleno na lokální a vzdálené testy přes Fibre Channel. Prvním cílem bylo ukázat možnosti a výkon podkladového úložiště Memblaze NVMe a výhody GRAID HW RAID oproti SW RAID.
Druhým krokem bylo porovnání výkonu každého z více než 32Gb FC s použitím Marvell QLogic HBA, opět s GRAID HW RAID oproti SW RAID. Benchmark byl stanoven pomocí utility Flexible I/O (fio). Fio je multiplatformní nástroj používaný pro benchmark a ověřování zátěže/hardwaru a je považován za oborový standard pro testování lokálního a sdíleného úložiště.
Testovací vzory:
- 4k Náhodné 100% čtení/100% zápis
- 4k Náhodné smíšené čtení/zápis 70/30
- 1MB sekvenční 100% čtení/100% zápis
Délka testu:
- Doba trvání jednoho testu = 600 sekund
- Před spuštěním benchmarku zápisu bylo úložiště nejprve 2 hodiny zahříváno.
Fáze testování
- Ověření výkonu jednoho NVMe disku pro získání referenčních čísel
- Lokální testování výkonu polí MDRAID a GRAID RAID5
- Spouštění benchmarku vzdáleně z klientských uzlů
Během počáteční přípravy na testování pole byly jednotlivé SSD disky Memblaze PBlaze6 D6926 s kapacitou 12.8 TB kontrolovány z hlediska základních hodnot výkonu, aby se porovnaly s hodnotami uvedenými ve specifikacích a ověřilo se, jak dlouho trvalo, než každý SSD disk dosáhl ustáleného výkonu. V této fázi testování jsme byli schopni naměřit náhodný výkon 4K s 1.5 milionu IOPS pro čtení a 537 tisíc IOPS pro zápis, přičemž disk potřeboval k dosažení ustáleného stavu přibližně 2 hodiny. Po zvětšení velikosti bloku na 64 kB s náhodným zatížením naměřil každý SSD rychlost čtení 6.5 GB/s a zápisu 2.6 GB/s. Nakonec, s velikostí přenosu 1 MB a sekvenčním přenosem naměřil každý SSD rychlost čtení 6.6 GB/s a zápisu 5.4 GB/s.
Lokální výkon byl měřen na osmi 12.8TB SSD discích Memblaze D6926, což vedlo k silnému výkonu při náhodném čtení 4K dat s masivním náskokem oproti HW RAIDu od GRAIDu. I když SW RAID měl mírný náskok v nižším počtu front a vláken, dosáhl maxima 4 milionů IOPS ve srovnání s 10.8 miliony IOP od GRAIDu. Využití CPU podkladového hostitele u GRAIDu během této zátěže bylo dramaticky nižší než u SW RAIDu. Při nízkém počtu front/vláken se využití CPU pohybovalo mezi 3 % a 7 % a dosáhlo vrcholu 25 % oproti 40 %.
Test náhodného zápisu 4K vykazoval mírný náskok vůči SW RAID při nízkém počtu front a vláken, přičemž GRAID HW RAID jej s rostoucí zátěží rychle překonal. Výkon SW RAID se zvýšil z 376 tisíc IOPS na 501 tisíc IOPS pro zápis, přičemž GRAID HW RAID se zvýšil z 260 tisíc IOPS na 975 tisíc IOPS. Je také třeba poznamenat, že výkon GRAID se může s plným slotem Gen4x16 pro GPU zvýšit na 1.5 milionu IOPS pro zápis. Na základě toho, jak jsme měli nakonfigurovaný náš Dell PowerEdge R750, byla GPU umístěna ve slotu Gen4x8, což ho mírně omezovalo. Během tohoto testu se využití CPU pro SW RAID zvýšilo z 8 % na 21 %, zatímco HW RAID se mírně zvýšilo z 1 % na 3 %.
V kombinaci 70% čtení/zápisu s přenosovou rychlostí 4K vedla konfigurace GRAID s rostoucí pracovní zátěží. Naměřený výkon SW RAID se zvýšil ze 765 tisíc IOPS na 1.2 milionu IOPS, ve srovnání s HW RAID, který naměřil 429 tisíc IOPS až 3.14 milionu IOPS. Využití CPU bylo u HW RAID dramaticky nižší. SW RAID naměřil 5 % až 49 %, zatímco GRAID naměřil 1 % až 8 %.
Pro měření šířky pásma velkých bloků byla velikost bloku zvětšena na 1 MB. GRAID jasně vynikal v celé pracovní zátěži s rychlostí od 18.2 GB/s do 47 GB/s, ve srovnání se SW RAID, který začínal na 10 GB/s a škáloval se až na 12.1 GB/s. Využití CPU se v průběhu tohoto testu pohybovalo mezi 3 % a 10 % u SW RAID a 0 % až 1 % u HW RAID.
Poslední lokální benchmark se zaměřil na výkon sekvenčního zápisu velkých bloků, kde SW RAID měl mírnou výhodu při 4T/4Q, než byl rychle překonán GRAID. Zde SW RAID naměřil rychlost z 6.9 GB/s na 7.1 GB/s, zatímco GRAID vzrostl z 6.4 GB/s na 11.4 GB/s. Využití CPU u SW RAID se zvýšilo z 9 % na 17 %, zatímco HW RAID naměřil 1 % až 3 %.
Po zachycení lokálních základních hodnot výkonu z jednoho SSD disku a osmi SSD disků v SW RAID5 a HW RAID5 s GRAID bylo dalším krokem testování FCP přes 32Gb FC. Základními poznatky z lokálních testů výkonu bylo, o kolik GRAID HW RAID zlepšil celkový výkon se zvyšující se pracovní zátěží a jak nízkou míru udržel využití CPU.
Testy FCP zahrnovaly čtyři klientské uzly Dell R740xd s operačním systémem Windows, každý připojený ke dvěma 32Gb FC přepínačům. Každý klientský systém používal stejný 32Gb Marvell QLogic HBA jako úložnou část, což nám poskytlo celkovou teoretickou šířku pásma 8 x 32Gb FC portů, tj. 25.6 GB/s.
Se čtyřmi servery Dell PowerEdge R740xd připojenými k serveru StarWind NAS & SAN se nejprve podíváme na celkový výkon náhodného čtení 4K dat přes síť, přičemž SW RAID se škáluje z 1.66 milionu IOPS na 3.5 milionu IOPS a GRAID z 1.1 milionu IOPS na 4.6 milionu IOPS.
Při přechodu na náhodný zápis 4K se SW RAID škáloval z 204 tisíc IOPS na 385 tisíc IOPS. HW RAID v backendu nabídl významné zisky, přičemž GRAID se ve svém vrcholu škáloval z 304 tisíc IOPS na 498 tisíc IOPS.
S kombinací čtecího a zápisového provozu v náhodném smíšeném zatížení 4k 70/30 obsluhovala konfigurace HW RAID více I/O než samotný SW RAID. SW RAID se škáloval z 538k IOPS na 998k IOPS, přičemž HW RAID se škáloval z 647k IOPS na 1.1M IOPS.
Pokud se vrátíme k přenosům velkých bloků, abychom změřili maximální šířku pásma z pole StarWind NAS & SAN ke čtyřem klientům, efektivně jsme nasytili 8 32Gb FC portů. SW RAID se škáloval z 9.7 GB/s na 11.7 GB/s, zatímco HW RAID dokázal dosáhnout 8.5 GB/s na spodní hranici a 25.2 GB/s na vrcholu. Dosáhli jsme našeho čísla s teoretickým maximem 25.6 GB/s napříč osmi 32Gb porty.
V závěrečném testu měřícím sekvenční zápisovou šířku pásma 1 Mb/s měl SW RAID mírnou výhodu na nižších úrovních vláken a front a dosáhl parity na 4T/8Q. HW RAID však SW RAID rychle překonal, když se zvýšil z 6 GB/s na 7.1 GB/s a HW RAID naměřil mezi 2.99 GB/s a 10.5 GB/s.
Závěrečné myšlenky
V typickém scénáři RAID by se očekávalo, že hardwarové řešení překoná softwarové řešení. Při implementaci softwarově definovaného úložiště se však zvyšuje pravděpodobnost smíšených výsledků. V tomto případě čísla nelžou a StarWind SAN & NAS překonal naše očekávání.
Řešení StarWind je, jak již bylo zmíněno výše, ambiciózní. Zahrnuje FCP, NMVe SSD, hardware a software GRAID, aby to vše spojilo dohromady. Tato konfigurace s plným využitím výpočetního výkonu karty GRAID SupremeRAID, výkonu NVMe SSD a nízké latence a spolehlivosti Fibre Channel splňuje všechna kritéria. Dosažení těchto výkonnostních čísel z tradiční hardwarové karty RAID by bylo nemožné bez instalace více karet do serverů.
StarWind SAN & NAS plně využívá výpočetní výkon GPU v kartě GRAID. V každém z testovacích scénářů řešení StarWind dokázalo splnit očekávání. Díky přesunutí I/O zpracování na GPU pomocí GRAID se využití CPU výrazně snížilo ve srovnání se softwarovými RAID řešeními. Využití CPU na úložném uzlu bylo 2–10krát nižší než při použití SW RAID, čímž se uvolnily prostředky CPU pro jiné úkoly. I s řešením StarWind dosáhly testy SW RAID prakticky plného výkonu, který by poskytovalo typické RAID pole, ale s vyššími náklady na latenci.
V podstatě nejpůsobivější výkon sdíleného úložiště představovalo redundantní úložné pole GRAID plné SSD disků PBlaze6 řady 6920 NVMe se systémem StarWind SAN a NAS, které běží přes Fibre Channel k klientským uzlům s využitím adaptérů Marvell Qlogic 2772 Fibre Channel. GRAID je jediná technologie, která v současnosti zaručuje pravděpodobně nejvyšší výkon softwarově definovaného sdíleného úložiště. Sestavení GRAID dosáhlo přibližně 50 % výkonu lokálního RAID pole s přibližně stejnou latencí jako lokální úložiště.
StarWind SAN a NAS umožňuje dosáhnout plného potenciálu GRAID. NVMe-oF a RDMA budou zahrnuty v dalších sestaveních.
Kliknutím na odkazy zobrazíte další informace o výkonu iniciátorů GRAID SupremeRAID , NVMe-oF a StarWind NVMe-oF.
Amazon