StarWind Softwareは、柔軟な導入方法、優れたシステム性能、そして最新技術を積極的に取り入れる姿勢により、ソフトウェア定義ストレージ（SDS）業界のリーダー的存在です。昨年末に同社のWindows向けNVMe-oFイニシエータを検証した際に、私たちはその実力を目の当たりにしました。今回は、ファイバーチャネルのサポートを追加したStarWind SAN & NASソフトウェアと、SDSソリューションとしては非常に意欲的なGRAID NVMeアクセラレータカードに注目します。
テストベッド全体については以下に詳しく説明しますが、簡単に言えば、利用可能な最高のコンポーネントを採用し、それらを組み合わせて、信頼性の高いネットワークと負荷に十分なクライアントを備えた堅牢なストレージ プラットフォームを作成したということです。 StarWind は、GRAID アクセラレータのおかげで Memblaze NVMe SSD を結合し、Brocade スイッチング ファブリックと Marvell QLogic 32G FC HBA を介してネットワーク上でストレージを共有できます。
ほとんどの SDS プラットフォームはこのレベルのエンジニアリングに対応していないため、これは StarWind にとって驚くべき偉業です。ファイバー チャネルの統合は簡単な作業ではありません。そのため、ほとんどの SDS ソリューションはイーサネットに基づいています。そうは言っても、多くの組織は FC インフラストラクチャが提供する信頼性と遅延の利点を望んでいます。 StarWind SAN および NAS over Fibre Channel は、これらの組織が SDS アーキテクチャを活用できるように、まもなく利用可能になる予定です。
スターウィンド SAN および NAS
StarWind SAN & NAS は、業界標準のハイパーバイザーを実行する既存のハードウェアを高性能ストレージに再利用できるように設計されています。このソリューションは、VMware vSphere Hypervisor ESXi および Microsoft Hyper-V Server 用の完全に認定された共有ストレージです。
StarWind SAN & NAS は、ハードウェアおよびソフトウェア ベースのストレージ冗長構成をサポートします。このソリューションは、内部ストレージを備えた既存のサーバーを NAS または SAN として提供される冗長ストレージ アレイに変え、iSCSI、SMB、NFS などの標準プロトコルを公開します。複数の管理および構成オプションには、Web ベースの UI、テキストベースの UI、vCenter プラグイン、およびクラスタ全体の操作のためのコマンド ライン インターフェイスが含まれます。
このソリューションは、ハイパーバイザー、Microsoft Hyper-V、または VMware vSphere に展開されたすぐに使える Linux ベースの仮想マシン (VM) として出荷され、ZFS を使用して StarWind VSAN と同じソフトウェア デファインド ストレージ (SDS) 機能を共有します。 StarWind SAN & NAS は、インストール ウィザードと Web ベースのストレージ管理ユーザー インターフェイス (UI) を使用して簡単にインストールでき、老朽化したサーバーを再利用することで投資収益率 (ROI) を向上させます。
StarWind SAN および NAS の機能は次のとおりです。
ファイルおよびブロックストレージ： SMB3、NFSv3、NFSv4、NFSv4.1、iSCSI（iSCSI上のVVols、NVMe-over-Fabrics、iSERを含む）など、業界標準のすべてのブロックおよびファイルプロトコルをサポートします。
冗長化オプション：ローカルディスクの冗長化構成として、ZFS、ハードウェアRAID、またはLinux MD/RAIDの中から最適なものを選択してください。
アーキテクチャ： StarWindのネットワーク接続ストレージおよびストレージエリアネットワークは、Linux、ZFS、およびStarWind Virtual SANを基盤として構築されており、VMware ESXiまたはMicrosoft Hyper-Vといった任意のハイパーバイザー上に仮想マシンとして簡単に展開できます。
認証済みですぐに使用可能：インストールが簡単で、vSphereまたはHyper-Vとの連携が認証されています。
Partners
StarWind には、このテスト中にいくつかのパートナーを使用している印象的なパートナーのリストがあります。すべての StarWind 製品は、公開されているハードウェアとソフトウェアでテストされています。パートナー ベンダーは独自に製品をテストして、機能するソリューションを提供するための品質と互換性を確認します。この特定のテスト セットに含まれるベンダーを強調しました。
Dellテクノロジ
StarWind Software は Dell Technology Alliance パートナーであり、ターンキー仮想化ソリューションである StarWind HyperConverged Appliance の一部として Dell サーバーを展開することが検証されています。このテスト シナリオでは、StarWind はサーバーとして Dell の PowerEdge R750 を、クライアントとして PowerEdge R740xd を導入しました。
Dell EMC PowerEdge R750は、アプリケーションのパフォーマンスと高速化に対応するため、第3世代Intel Xeon Scalableプロセッサーを搭載しています。このサーバーはデュアルソケット/2Uラックサーバーで、CPUあたり8チャネルのメモリと、最大32個のDDR4 DIMM（3200 MT/s）をサポートします。さらに、大幅なスループット向上を実現するため、PowerEdge R750はPCIe Gen 4と最大24台のNVMeドライブをサポートし、空冷機能の強化に加え、電力と熱に関する要求の高まりに対応するため、オプションで直接液体冷却も利用可能です。
PowerEdge R740xdは、ソフトウェア定義ストレージ、サービスプロバイダー、仮想デスクトップインフラストラクチャに最適な2U 2ソケットプラットフォームです。R740xdシステムは最大24台のNVMeドライブをサポートし、あらゆるタイプのドライブを混在させて、パフォーマンス、容量、またはその両方を重視する最適なNVMe、SSD、HDD構成を作成できます。R740xdはソフトウェア定義ストレージに最適なプラットフォームであり、VSANやPowerEdge XCの基盤となります。
GRAID テクノロジー
GRAID SupremeRAID は、最新のソフトウェア コンポーザブル環境向けに設計されています。 GRAID テクノロジーは、直接接続されたフラッシュ ストレージだけでなく、NVMe over Fabric 経由で接続されたフラッシュ ストレージも保護する、将来性のある RAID カードを提供します。
SupremeRAID SR-1010は、SSDの性能を最大限に引き出す初のNVMeおよびNVMe-oF対応RAIDカードです。SupremeRAIDカードはI/O処理を直接行うことで、CPUの負担を軽減します。このカードはGPUであるため、標準的なRAIDカードにはない圧倒的な演算能力を備えています。
SupremeRAID SR-1010 は機能が豊富で、圧縮、暗号化、シン プロビジョニングを提供します。インストールはプラグアンドプレイと同じくらい簡単で、ケーブル接続やマザーボードのレイアウトの再加工は必要ありません。
メンブレイズ
Memblaze は、エンタープライズクラスの NVMe SSD 製品の大手プロバイダーです。 2011 年に設立された Memblaze は、エンタープライズクラスの SSD 製品を世界で最も早く開発した企業の XNUMX つです。 Memblaze が発売した PBlaze シリーズ エンタープライズクラス SSD は、データベース、仮想化、クラウド コンピューティング、ビッグデータ、人工知能などの分野で広く使用されており、インターネット、クラウド サービスなどの業界の顧客に安定した信頼性の高い高速ストレージ ソリューションを提供しています。 、金融、通信。
Memblaze PBlaze6 6920シリーズSSDは、最大1600Kランダム読み取りIOPS、最大7GB/sシーケンシャル読み取り帯域幅、最大6.8GB/sシーケンシャル書き込み帯域幅、最大11μsの書き込みレイテンシという安定したパフォーマンスを提供します。容量は幅広く用意されており、低耐久性モデルは3.84TB、7.68TB、15.36TB、高耐久性モデルは3.2TB、6.4TB、12.8TBの容量から選択できます。
マーベル QLogic
QLogic は、高性能ネットワーキングの世界的なプロバイダーであり、データ、ストレージ、サーバー ネットワーク用のアダプター、スイッチ、ASIC を提供しています。同社は、FCoE 用コンバージド ネットワーク アダプタ、イーサネット アダプタ、ファイバ チャネル アダプタとスイッチ、iSCSI アダプタなど、ネットワーク製品の多様なポートフォリオを提供しています。
QLogic 2772 アダプターは、FC-NVMe プロトコルを完全にサポートし、スケールアウト NVMe への低遅延アクセスをサポートします。同じ物理ポート上で FC-NVMe と FCP-SCSI ストレージ トラフィックを同時にサポートできるため、顧客は自分のペースで NVMe に移行できます。このアダプタは、ファイバ チャネル ネットワーク経由で NVMe および SCSI ストレージへの低遅延アクセスを実現しながら、最大 2 万 IOPS とライン レート 32GFC パフォーマンスを提供することで、両方の長所をもたらします。
QLogicのFC-NVMeに関する詳細な解説記事をご覧ください。
SAN および NAS テストベッドの詳細
本研究のテストベッドは、Memblaze PBlaze6 6926 12.8TB SSDとGRAID SupremeRAID SR-1010アクセラレータカードを搭載したStarWind SAN & NASストレージノードで構成されています。ファブリックは、Brocade G620 32GファイバーチャネルスイッチングとMarvell QLogic 2772 32G FC HBAで構成されています。負荷生成は4つのクライアントノードを介して行われました。ストレージノードはDell PowerEdge R750サーバーをベースとしており、クライアントノードはDell PowerEdge R740サーバーです。詳細は以下の表に示されています。
| ストレージノード | |
|---|---|
| サーバー | デル PowerEdge R750 |
| CPU | インテル® Xeon® プラチナ 8380 CPU @ 2.30GHz |
| ソケット | 2 |
| コア/スレッド | 80/160 |
| DRAM | 1,024GB |
| Storage | 8x メンブレイズ PBlaze6 6926 12.8TB |
| アクセラレータカード | GRAID SupremeRAID SR-1010 |
| HBA | 4x マーベル Qロジック2772 シリーズ拡張 32GFC ファイバー チャネル アダプター |
| StarWind SAN および NAS ソフトウェア | バージョン 1.0.2 (ビルド 2175 – FC) |
| クライアントノード | |
|---|---|
| サーバー | デル PowerEdge R740xd |
| CPU | Intel® Xeon® Gold 6130 CPU @ 2.10GHz |
| ソケット | 2 |
| コア/スレッド | 32/64 |
| DRAM | 256GB |
| Storage | Marvell® QLogic® 1 シリーズ拡張 2772GFC ファイバー チャネル アダプター 32 個 |
| OS | Windows Server 2019 スタンダード エディション |
StarWind SAN および NAS のパフォーマンス テスト結果
可動部品が広範囲にわたるため、パフォーマンス テストの焦点は、ローカル テストとファイバ チャネルを介したリモート テストに分けられました。最初の目標は、基盤となる Memblaze NVMe ストレージの機能とパフォーマンス、および GRAID の HW RAID と SW RAID の利点を示すことでした。
32 番目のステップは、Marvell QLogic HBA を使用した XNUMXGb を超える各 FC のパフォーマンスを、やはり GRAID HW RAID と SW RAID で比較することでした。ベンチマークは、Flexible I/O (fio) ユーティリティを使用して決定されました。 Fio は、ベンチマークやストレス/ハードウェアの検証に使用されるクロスプラットフォーム ツールで、ローカル ストレージと共有ストレージをテストするための業界標準とみなされています。
テストパターン:
- 4K ランダム 100% 読み取り/100% 書き込み
- 4K ランダム混合読み取り/書き込み 70/30
- 1MB シーケンシャル 100% 読み取り/100% 書き込み
テスト期間:
- 600 回のテスト期間 = XNUMX 秒
- 書き込みベンチマークを開始する前に、ストレージはまず 2 時間ウォームアップされます。
テスト段階
- 単一の NVMe ドライブのパフォーマンスを確認して参照番号を取得する
- MDRAID および GRAID RAID5 アレイのパフォーマンスをローカルでテストする
- クライアント ノードからリモートでベンチマークを実行する
アレイ テストの最初の準備中に、個々の Memblaze PBlaze6 D6926 12.8TB SSD のベースライン パフォーマンス数値をチェックしてスペック シートの値と比較し、各 SSD が定常状態のパフォーマンスに達するまでにかかる時間を検証しました。このテスト段階では、定常状態に達するまでに約 4 時間を要するドライブで、読み取り 1.5M IOPS、書き込み 537k IOPS の 2K ランダム パフォーマンスを測定することができました。ランダムなワークロードでブロック サイズを 64K に増やすと、各 SSD の読み取り速度は 6.5GB/秒、書き込み速度は 2.6GB/秒でした。最後に、1MB の転送サイズとシーケンシャル転送では、各 SSD の読み取り速度は 6.6GB/秒、書き込み速度は 5.4GB/秒でした。
ローカル パフォーマンスは 6926 台の Memblaze D12.8 4TB SSD にわたって測定され、その結果、強力な 4K ランダム読み取りパフォーマンスが得られ、GRAID の HW RAID に対して大きなメリットが得られました。 SW RAID はキュー数とスレッド数が少ない点でわずかにリードしていましたが、GRAID の 10.8 万 IOPS と比較して、3 万 IOPS で上限に達しました。このワークロード中の基盤となるホストの GRAID の CPU 使用率は、SW RAID よりも大幅に低くなりました。キュー/スレッド数が少ない場合、CPU 使用率は 7% ～ 25% と測定され、ピークは 40% に対して XNUMX% でした。
4K ランダム書き込みテストの結果、キューとスレッド数が少ない場合は SW RAID がわずかに有利でしたが、ワークロードがスケールアップするにつれて GRAID HW RAID がすぐにそれを上回りました。 SW RAID のパフォーマンスは書き込みで 376 IOPS から 501 IOPS まで拡張され、GRAID HW RAID では 260 IOPS から 975 IOPS まで拡張されました。また、GPU の Gen1.5x4 スロットをフルに使用すると、GRAID のパフォーマンスが 16M IOPS 書き込みまで向上する可能性があることにも注意してください。 Dell PowerEdge R750 の構成方法に基づいて、GPU は Gen4x8 スロットにわずかに後ろに配置されていました。このテスト中、SW RAID の CPU 使用率は 8% から 21% に増加しましたが、HW RAID は 1% から 3% に若干増加しました。
70K 転送サイズを使用した 4% の読み取り/書き込み混合では、ワークロードがスケールアップするにつれて GRAID 構成が優位になりました。測定された SW RAID のパフォーマンスは 765k IOPS から 1.2M IOPS までの範囲で、HW RAID の測定値は 429k IOPS から最大 3.14M IOPS でした。 HW RAID では CPU 使用率が大幅に低下しました。 SW RAID の測定値は 5% ～ 49% でしたが、GRAID の測定値は 1% ～ 8% でした。
大きなブロックの帯域幅を測定するために、ブロック サイズが 1MB に増加されました。 GRAID は、18.2GB/秒から開始して 47GB/秒までスケールアップした SW RAID と比較して、10GB/秒から 12.1GB/秒の範囲のワークロード全体で明らかに傑出していました。このテスト全体の CPU 使用率は、SW RAID では 3% ～ 10%、HW RAID では 0% ～ 1% の範囲でした。
最後のローカル ベンチマークは大規模ブロックのシーケンシャル書き込みパフォーマンスに焦点を当てており、SW RAID が 4T/4Q でわずかに優位性を示した後、GRAID にすぐに追い抜かれました。ここで、SW RAID の測定値は 6.9GB/s から 7.1GB/s でしたが、GRAID は 6.4GB/s から 11.4GB/s に増加しました。 SW RAID の CPU 使用率は 9% ～ 17% でしたが、HW RAID の測定値は 1% ～ 3% でした。
SW RAID5 および GRAID を備えた HW RAID5 の 32 台の SSD と XNUMX 台の SSD の両方からローカル パフォーマンス ベースラインを取得したため、次のステップは XNUMXGb FC での FCP テストでした。ローカル パフォーマンス テストから得られた重要な点は、ワークロードが増加し CPU 使用率が低下したときに、GRAID HW RAID が全体のパフォーマンスをどれだけ向上させたかでした。
FCP テストには、Windows を実行する 740 つの Dell R32xd クライアント ノードが含まれ、それぞれが 32 つの 8Gb FC スイッチに接続されました。各クライアント システムはストレージ側と同じ 32Gb Marvell QLogic HBA を使用し、理論上の合計帯域幅は 25.6 x XNUMXGb FC ポート、つまり XNUMXGB/s になりました。
StarWind NAS および SAN サーバーに接続された 740 つの Dell PowerEdge R4xd ロードジェネレータを使用して、SW RAID が 1.66M IOPS から 3.5M IOPS に、GRAID が 1.1M IOPS から 4.6M IOPS にスケールアップした、ネットワーク経由の合計 XNUMXK ランダム読み取りパフォーマンスを調べることから始めます。 MIOPS。
4K ランダム書き込みに移行すると、SW RAID は 204k IOPS から 385K IOPS にスケールされました。バックエンドの HW RAID は大幅な向上をもたらし、GRAID はピーク時に 304k IOPS から 498k IOPS に拡張しました。
ランダムな 4k 70/30 混合ワークロードで読み取りトラフィックと書き込みトラフィックが混在するため、HW RAID 構成は SW RAID 単独よりも多くの I/O を処理しました。 SW RAID は 538k IOPS から 998k IOPS に拡張され、HW RAID は 647k IOPS から 1.1M IOPS に拡張されました。
StarWind NAS および SAN アレイから 8 つのクライアントへのピーク帯域幅を測定するための大規模ブロック転送に戻ると、32 個の 9.7Gb FC ポートが事実上飽和状態になってしまいました。 SW RAID は 11.7GB/s から 8.5GB/s にスケールアップしましたが、HW RAID はローエンドで 25.2GB/s、ピークで 25.6GB/s を押し出すことができました。 32 つの XNUMXGb ポートで理論上の最大値 XNUMXGB/s という数値を達成しました。
1M のシーケンシャル書き込み帯域幅を測定した最終テストでは、SW RAID が低いスレッドおよびキュー レベルでわずかに優位性を示し、4T/8Q でパリティに達しました。ただし、HW RAID はすぐに SW RAID を上回り、6GB/s から 7.1GB/s に拡張し、HW RAID の測定速度は 2.99GB/s から 10.5GB/s になりました。
最終的な考え
一般的な RAID シナリオでは、ハードウェア ソリューションがソフトウェア ソリューションよりも優れたパフォーマンスを発揮することが期待されます。ただし、ソフトウェア デファインド ストレージ ソリューションを実装すると、さまざまな結果が得られる可能性が高くなります。この場合、数字は嘘をつきません。StarWind SAN および NAS は私たちの期待を上回りました。
前述したように、StarWind ソリューションは野心的です。 FCP、NMVe SSD、GRAID ハードウェア、およびそれらをすべて統合するソフトウェアが組み込まれています。 GRAID SupremeRAID カードの計算能力、NVMe SSD のパフォーマンス、ファイバー チャネルの低遅延と信頼性を最大限に活用するこの構成は、すべての条件を満たしています。従来のハードウェア RAID カードからこれらのパフォーマンス数値を得ることは、サーバーに複数のカードをインストールしない限り不可能です。
StarWind SAN & NAS は、GRAID カードの GPU 処理能力を最大限に活用します。各テスト シナリオにおいて、StarWind ソリューションは期待に応えることができました。 GRAID が I/O 処理を GPU にオフロードすることで、ソフトウェア RAID ソリューションを実行する場合に比べて CPU 使用率が大幅に削減されました。ストレージ ノードの CPU 使用率は、SW RAID を使用して CPU リソースを他のタスクに解放する場合に比べて 2 ～ 10 倍低くなりました。 StarWind ソリューションを使用した場合でも、SW RAID テストは、一般的な RAID アレイが提供する最大限のパフォーマンスを実際に達成しましたが、遅延コストは高くなります。
基本的に、最も印象的な共有ストレージ パフォーマンスは、StarWind SAN および NAS を上部に備えた PBlaze6 6920 シリーズ NVMe SSD で構成され、Marvell Qlogic 2772 ファイバー チャネル アダプターを使用してファイバー チャネル経由でクライアント ノードまで実行される冗長 GRAID ストレージ アレイによって実現されました。 GRAID は、現時点でソフトウェア定義の共有ストレージがおそらく最高のパフォーマンスを保証できる唯一のテクノロジーです。 GRAID ビルドは、ローカル ストレージとほぼ同じ遅延で、ローカル RAID アレイのパフォーマンスの約 50% を実現しました。
StarWind SAN & NAS により、GRAID パフォーマンスの可能性を最大限に引き出すことが可能になります。 NVMe-oF と RDMA は後続のビルドに含まれる予定です。
GRAID SupremeRAID、NVMe-oF、およびStarWind NVMe-oFイニシエータの性能に関する詳細情報については、以下のリンクをクリックしてください。
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