In de IT-wereld zijn we vaak geobsedeerd door showpaarden – de snelste en/of krachtigste apparaten of systemen – omdat we zo gecharmeerd zijn van de indrukwekkende cijfers die ze laten zien. De realiteit is echter dat de meeste gebruikers de opzichtige kracht van showpaarden helemaal niet nodig hebben. Ze hebben werkpaarden nodig , systemen die dagelijks de dagelijkse workloads aankunnen tegen een betaalbare prijs. We hebben de Hyperconverged Infrastructure (HCI)-oplossingen van DataON uitgebreid onderzocht en vorig jaar hebben we de DataON HCI-224 met Intel® Optane™ SSD's zelfs onze Editor's Choice- award toegekend. In dit artikel bekijken we een ander HCI-224-cluster met twee nodes. Deze heeft echter een unieke combinatie van opslag: Intel Optane SSD's aan de voorkant, gecombineerd met Intel® SSD D5-P4326 15.36 TB met QLC 3D NAND, wat resulteert in een systeem dat capaciteit, prestaties en kosten optimaliseert.
Voordat we dieper ingaan op dit cluster, bespreken we eerst waarom DataON voor QLC heeft gekozen als opslagcapaciteitslaag en geven we een overzicht van Microsoft Azure Stack HCI , DataON en HCI-clusters met twee knooppunten.
Intel® SSD D5-P4326-serie
Het gebruik van op QLC gebaseerde Intel SSD D5-P4326 voor capaciteitsopslag in dit HCI-cluster is een logische keuze, omdat het solide, betrouwbare en kostenefficiënte prestaties levert. We hebben zeker snellere SSD's gezien, maar de SSD D5-P4326 vindt de juiste balans tussen prestaties en kosten, met een enorme capaciteit van 15.36 TB per schijf. Deze combinatie is te danken aan de onderliggende architectuur. Met behulp van Intel® QLC 3D NAND-technologie kan Intel de kosten van dit apparaat verlagen en tegelijkertijd de capaciteit vergroten.
Intel was een van de eerste opslagleveranciers die op QLC gebaseerde schijven maakte. QLC of quad-level celtechnologie slaat vier bits aan gegevens op een enkele cel op, terwijl oudere technologie zoals TLC, MLC en SLC slechts drie, twee of één bit(s) per cel opslaat. Dankzij QLC-opslag met hogere dichtheid kunnen ze lagere kosten per GB opslag hebben. Bovendien zorgt de 3D NAND-technologie van Intel ervoor dat deze cellen horizontaal op de chip kunnen worden gestapeld, waardoor de opslagdichtheid verder wordt vergroot. 
Er is wel een compromis. Om effectief te profiteren van de Intel SSD D5-P4326 SSD, moeten schrijfworkloads worden gebufferd voordat ze naar de op QLC gebaseerde schijf gaan. QLC SSD's zijn bij uitstek geschikt voor voor capaciteit geoptimaliseerde, leesintensieve workloads. Als zodanig moeten platforms zoals een HCI-cluster een geschikt cache-apparaat vóór de QLC SSD's gebruiken om gelijkmatige prestaties te leveren. In het geval van de DataON HCI-224, per node worden vier Intel Optane SSD DC P4800X NVMe 750GB 2.5-inch schijven gebruikt om schrijfbewerkingen te absorberen voordat gegevens naar de QLC-laag worden verplaatst. Deze aanpak voorkomt dat overmatig schrijven de prestaties van de QLC-laag verslechtert. Het netto resultaat is dat klanten een naadloze ervaring krijgen en een ideale combinatie van op Intel Optane gebaseerde prestaties met op QLC gebaseerde capaciteit.
Microsoft Azure Stack-HCI
In het kort, Microsoft Azure Stack HCI is een on-premise implementatie van Microsoft Azure Cloud Services. In feite heeft Microsoft hun bestaande HCI-technologie in de Azure Stack-familie opgenomen, zodat hun klanten gevirtualiseerde applicaties on-premises kunnen uitvoeren met directe toegang tot Azure-beheerservices zoals back-up en noodherstel.
Azure Stack HCI moet niet worden verward met Azure of Azure Stack Hub. Terwijl Azure een openbare cloudservice is, zijn Azure Stack Hub en Azure Stack HCI oplossingen op locatie. Bovendien draait Azure Stack Hub Azure OS met Azure Services en is het een IaaS- en PaaS-oplossing. Azure Stack HCI draait daarentegen Windows Server OS met Azure Services en stelt u in staat om gevirtualiseerde workloads uit te voeren op dezelfde manier als u gewend bent, met als bijkomend voordeel dat u verbinding kunt maken met de Azure-cloud voor aanvullende services. Dit is een enorm verschil en stelt IT-beheerders in staat om dezelfde tools en beheerstack op Azure Stack HCI te gebruiken als bij Azure.
Azure Stack HCI gebruikt Hyper-V voor zijn hypervisor, Storage Spaces Direct voor opslag, Microsoft Software Defined Networking (SDN) voor netwerken en Windows Admin Center (WAC) voor het beheer ervan. Azure Stack HCI draait op standaard x86-servers en andere commodity-componenten.
WAC is een lokaal geïmplementeerd, browsergebaseerd beheerplatform dat zowel on-premise als Azure cloud-based instances van Windows 10 en Windows Server kan beheren. WAC is geïnstalleerd op een Windows-systeem en maakt gebruik van PowerShell-scripts. Het maakt ook gebruik van Microsoft Windows Management Framework (WMF) via WinRM (Windows Remote Management) om Windows-systemen te bewaken en te beheren, inclusief HCI-clusters en virtuele Azure-machines.
Het hoofddashboard van WAC geeft een overzicht van CPU-, geheugen-, netwerk- en schijfactiviteit voor de systemen die worden gecontroleerd. Aan de linkerkant van het scherm bevat WAC ook een aantal hulpprogramma's voor systeembeheer en browsen, waaronder certificaten, apparaten, gebeurtenissen, bestanden, lokale gebruikers en groepen, firewall, processen, register, rollen en functies, services en opslag.
DataON was een van de eerste bedrijven die profiteerde van het open raamwerk van WAC en de MUST-extensie (Management Utility Software Tool) overzette naar WAC. DataON MUST biedt zichtbaarheid, monitoring en beheer van de infrastructuur voor op Windows server gebaseerde HCI, netwerken en opslag.
DataON HCI
Hoewel Azure Stack HCI gebruikmaakt van standaard hardwarecomponenten, moeten deze componenten zo ontworpen worden dat ze optimaal samenwerken. In sommige opzichten is het eenvoudiger om hoogwaardige systemen te ontwerpen dan systemen die voornamelijk voor dagelijks gebruik bedoeld zijn. Bij hoogwaardige systemen kun je de beste componenten selecteren en de kosten negeren. Maar bij systemen die voornamelijk voor dagelijks gebruik bedoeld zijn, moet je de kosten/prestaties van de componenten evalueren en ze vervolgens afstemmen om hun prestaties te optimaliseren. Het vergt net zoveel – zo niet meer – engineeringinspanning om een waardegeoriënteerd systeem te leveren, en juist op dit gebied blijven we onder de indruk van DataON.
DataON heeft een sterke samenwerking met zowel Microsoft als Intel, en zij profiteerden van deze relaties bij het ontwikkelen van systemen voor Azure Stack HCI. DataON's HCI Intel Select-oplossingen kunnen vooraf worden geconfigureerd en geleverd in hun eigen rack, klaar voor onmiddellijke implementatie. Deze leveringsmethode is niet alleen handig in het datacenter, maar blijkt ook gunstig te zijn voor systemen die aan de rand worden ingezet waar de bestaande IT-infrastructuur en het personeel beperkt of niet aanwezig zijn.
HCI-clusters met 2 knooppunten
We hebben onlangs een artikel gepubliceerd over Microsoft Azure Stack HCI 2-knoopsclusters (2NC). Hieronder vindt u een samenvatting van dat artikel. We ontdekten dat een 2NC voor veel toepassingen de benodigde veerkracht voor een organisatie kan bieden en dat 2NC's minder complex en kostbaar zijn dan een traditioneel cluster met drie of vier knooppunten. DataON was een van de eerste leveranciers die de waarde van 2NC's inzag en de integratie ervan omarmde. Maar 2NC's zijn niet nieuw voor DataON, want in september 2017 kondigde DataON de eerste twee commercieel verkrijgbare Kepler-47 HCI voor Windows Server 2016 Storage Spaces Direct-systemen (nu Azure Stack HCI) aan.
DataON's 2NC-implementatie ondersteunt zowel een schijfstoring als een serverstoring op hetzelfde moment. Het doet dit door RAID 5 + 1 te gebruiken om pariteitsveerkracht te doen en dat naar de andere server te spiegelen. Microsoft noemt deze mogelijkheid "geneste veerkracht" en heeft deze mogelijkheid toegevoegd aan Storage Spaces Direct in Windows Server 2019. Nogmaals, 2NC is niet voor iedereen de juiste technologiekeuze, maar ze kunnen voor veel organisaties een betrouwbare en kosteneffectieve oplossing bieden.
Bouw en Ontwerp
Het Azure Stack HCI-cluster waarmee we hier werken, is gebouwd op het DataON HCI-224 all-flash NVMe-platform. Deze servers waren 2U groot met 24-NVMe-sleuven aan de voorkant en boden aan de achterkant voldoende uitbreiding voor op PCIe gebaseerde componenten. De labeling was hoog in tegenstelling tot de matzwarte schijfcaddy's, waardoor het gemakkelijk was om specifieke schijven te herkennen in het geval van een noodzakelijke vervanging. Alles was gelabeld, wat niet zo ongewoon is, maar de omvang van de labeling was buitengewoon. Onze implementatie had elk knooppunt het label (1 en 2), evenals verschillende andere items, waardoor het gemakkelijk was om DataON-systemen in het datacenter te implementeren en te beheren.
De nodes die in deze test werden gebruikt, waren voorzien van twee Intel® Xeon® Scalable Gold 6248 2.5 GHz 2e generatie processoren met 20 kernen en 28 MB cache, evenals acht Samsung 32 GB DDR4 2933 MHz ECC-Registered RDIMM's (256 GB in totaal per node) en twee Intel S4510 480 GB SATA M.2 opstartschijven.
Voor opslag werd elk knooppunt geleverd met vier Intel Optane SSD DC P4800X NVMe 750 GB 2.5-inch schijven (gebruikt voor caching) en vier Intel SSD D5-P4326 15.36 TB 2.5-inch QLC-schijven (capaciteitsopslaglaag).
De knooppunten waren met elkaar verbonden via Mellanox ConnectX-4 EN dual-port QSFP28 40/56 GbE-kaarten met behulp van 3M Mellanox LinkX ETH 40GbE, 40Gb/s, QSFP passieve koperen kabels.
Het is duidelijk dat DataON behoorlijk wat tijd en aandacht heeft besteed aan de configuratie en componentselectie voor dit systeem om de prestaties en kosten in evenwicht te houden. We waren erg benieuwd hoe de Intel SSD D5-P4326 SSD's zouden presteren als opslaglaag. Door Intel Optane SSD's en Intel QLC 3D NAND SSD's te combineren, zouden de D5-P4326 SSD's een hoog prestatieniveau en kosteneffectieve flashopslag moeten bieden, wat vroeger het domein was van trage, maar grote harde schijven.
In het StorageReview-lab hebben we de twee opslagknooppunten en -switches geïmplementeerd zoals hieronder weergegeven.
Testen
Om een idee te krijgen van hoe zo'n klein cluster kan presteren in een edge use case, hebben we verschillende Microsoft SQL Server-tests opgezet. Het doel was om de volledige clusterprestaties te onderzoeken om ervoor te zorgen dat DataON correct gebruik kon maken van de Intel Optane-technologie en Intel QLC SSD's. Ten tweede wilden we de mogelijkheden van slechts één knooppunt onderzoeken, om een idee te krijgen van hoe deze oplossing omgaat met het verlies van een knooppunt, hetzij voor geplande updates, hetzij in het geval van een ernstiger defect.
Ons testplan maakte gebruik van Quest's Benchmark Factory met behulp van het TPC-C-profiel als de load-generator voor de SQL Server VM's die we hebben geïmplementeerd. We hebben acht VM's geconfigureerd (vier per node), wat een goede balans bood tussen CPU- en schijfactiviteit voor het cluster. De werklastgeneratoren werden gehost op een systeem buiten deze omgeving en verbonden met dit cluster via 10GbE-netwerken.
SQL Server-testconfiguratie (per VM)
- Windows Server 2019
- Opslagcapaciteit: 800 GB toegewezen, 620 GB gebruikt
- 8 vCPU's
- 60 GB RAM (55 GB in mislukte modusconfiguratie)
- SQL Server 2019
- Databasegrootte: schaal 1,500
- Virtuele clientbelasting: 15,000
- RAM-buffer: 48 GB
- Testduur: 3 uur
- 15 minuten voorconditionering
- 45 minuten proefperiode
In onze tests hebben we ons gericht op latentieprestaties, waarbij het transactieprestatieniveau constant bleef met Benchmark Factory.
Met een belasting van in totaal 4 VM's (2 per knooppunt), hebben we een gemiddelde latentie van 2.5 ms gemeten met een totale transactiebelasting van 12,649TPS.
Door de belasting te verhogen tot 6 VM's, nam de gemiddelde latentie licht toe tot 4 ms met een totale transactiebelasting van 18,967 TPS.
Bij de piekbelasting van 8 VM's (4 per node) piekte de latentie op gemiddeld 6.5 ms, met een totale transactiebelasting van 25,277.
Tijdens deze tests zagen we duidelijk het voordeel van het hebben van de Optane SSD's in deze mix. Ze namen de dupe van de schrijfbewerkingen, waardoor de QLC SSD's vrijkwamen voor responsieve leesbewerkingen als de high-speed capaciteitslaag. Zelfs toen we de werklast verdubbelden tot acht SQL Server VM's die dit HCI-cluster raakten, steeg de latentie slechts een klein beetje, wat aantoont dat deze configuratie zeer geschikt is voor werklasten die van tijd tot tijd kunnen barsten.
Hoewel prestaties in een volledig operationele omgeving belangrijk zijn, is een andere overweging hoe de workloads zullen werken als een knooppunt in het cluster offline gaat of als workloads moeten worden gemigreerd voor systeemonderhoud. Om dit scenario te testen, hebben we onze volledige belasting van 8 VM's behouden en deze naar één knooppunt gemigreerd. In deze opstelling hebben we een gemiddelde latentie van slechts 4.5 ms gemeten, wat beter was dan beide knooppunten online. Een deel hiervan is afkomstig van het verwijderen van opslagoverhead bij werking met één knooppunt.
Conclusie
Voor dit project hebben we een reeks SQL-tests op het systeem uitgevoerd om de performance-workloads te illustreren die vaak worden aangetroffen in edge- en SMB-use-cases. Ons doel was om te begrijpen hoe effectief Microsoft Azure Stack HCI in dit DataON-cluster hardware kon gebruiken om de gewenste resultaten te bereiken. Concreet betekent dit het bieden van een oplossing die een zeldzame combinatie van prestaties en waarde biedt.
We kunnen door onze tests bevestigen dat de selectie van componenten van DataON inderdaad succesvol was in het creëren van een kosteneffectieve Azure Stack HCI SDS-oplossing die buitengewoon goed presteert. Dit is deels te danken aan hun keuze om de Intel SSD D5-P4326 te gebruiken voor capaciteitsopslag, die op efficiënte wijze profiteert van Intel Optane SSD's voor tiering.
Dit is een cruciaal begrip, aangezien de QLC SSD's enorme, dichte capaciteit bieden aan het cluster, terwijl ze nog steeds de TCO-voordelen bieden die gepaard gaan met flash-opslag. Als klap op de vuurpijl maken de QLC-schijven 15.36 TB aan capaciteit per 2.5-inch schijfpositie mogelijk. Er zouden 8 HDD's van 2 TB in RAID 0 nodig zijn om qua capaciteit overeen te komen, of overschakelen naar een 3.5-inch chassis om te profiteren van grotere, maar zelfs langzamere HDD's. Hoe dan ook, de prestatiedaling van de Intel QLC-schijf naar harde schijven is meer dan aanzienlijk; het is een exponentieel verschil als het gaat om de responsiviteit van applicaties.
Hoe graag we ook zouden willen dat alle lees- en schrijfbewerkingen afkomstig zijn van de Optane SSD's (aangezien ze de best presterende media zijn in deze configuratie), soms zal er een misser zijn. In dat geval zullen de prestaties van de QLC SSD de harde schijven verslaan, waardoor het HCI-cluster wordt beschermd tegen onregelmatigheden in de prestaties die vaak voorkomen in topologieën die flash- en harde schijven combineren. We zagen hier zelfs zulke gebalanceerde prestaties dat bedrijven in het algemeen in de toekomst wellicht het HDD/flash-ontwerp moeten heroverwegen en meer naar QLC/Optane-ontwerp moeten leunen om de meeste voordelen van HCI te kunnen benutten.
De andere grote zorg rond clusters met 2 knooppunten zijn de prestaties in een gedegradeerde staat. We hebben dit getest door een node te laten falen en alle SQL-workload aan één node te geven. In dit geval reageerde SQL beter en presteerde het iets beter dan in 2-node, voornamelijk vanwege de lagere overhead van node-to-node-communicatie. Het wordt natuurlijk niet aangeraden om lang in een dergelijke gedegradeerde staat te werken, maar het is geruststellend om te weten dat dit kan worden gedaan zonder in te leveren op prestaties.
Over het algemeen was het HCI-224 HCI-cluster met D5-P4326 QLC SSD's eenvoudig te implementeren, gebruiksvriendelijk en krachtig genoeg voor een breed scala aan workloads. De prijs maakt het ook beschikbaar voor een groot aantal gebruikers. Bovendien is dit systeem gecertificeerd voor Microsoft Windows Server 2019 en gevalideerd als Intel Select Solution.
Dit rapport wordt gesponsord door DataON. Alle standpunten en meningen in dit rapport zijn gebaseerd op onze onbevooroordeelde kijk op het (de) product(en) in kwestie.
Amazon