Karty MegaRAID RAID firmy LSI mają ogromny udział w rynku i nie bez powodu. Wielu uważa je za de facto standard dzięki solidnemu sprzętowi i fantastycznemu pakietowi oprogramowania. Oczywiście karty MegaRAID firmy LSI potrafią więcej niż tylko łączyć ze sobą dyski. Dodatek CacheCade Pro 2.0 wykorzystuje zalety szybkości dysków SSD jako puli pamięci podręcznej, umożliwiając tworzenie macierzy dysków twardych o większej pojemności.
Koncepcja buforowania jest prosta – w tym przypadku LSI używa CacheCade do przechowywania często żądanych danych na dysku SSD (lub dyskach SSD, obsługiwanych jest do 32). Gdy żądane są gorące dane, dysk SSD odpowiada, zapewniając znaczną poprawę opóźnień w aplikacjach intensywnie korzystających z odczytu i zapisu. Serwery WWW, plików i danych odniosą znaczne korzyści ze zwiększonej prędkości odczytu i zapisu dzięki buforowaniu. CacheCade nadal działa w tle, wykorzystując swoje algorytmy do dodawania lub usuwania plików z pamięci podręcznej SSD.
Prawdopodobnie największą zaletą CacheCade jest jego prostota i niski całkowity koszt posiadania. Pakiet oprogramowania współpracuje z kartami RAID LSI z rodziny 9260 i 9280 i można go kupić na stronie internetowej LSI za 270 dolarów. Całkowity koszt posiadania (TCO) jest ogromny, ponieważ do uzyskania dostępu do danych z niskim opóźnieniem nie jest już potrzebna cała tablica szybkich dysków SSD. Buforowanie obniża koszty, umożliwiając użytkownikom skalowanie magazynu danych przy użyciu tańszych dysków i dodawanie tylko takiej liczby dysków SSD, jaka jest niezbędna do obsługi gorących danych. Pozwala to również na rozbudowę macierzy buforowania w razie potrzeby, umożliwiając dodawanie dysków SSD w miarę rozrastania się gorących danych bez wpływu na resztę macierzy.
Specyfikacja LSI MegaRAID CacheCade Pro 2.0
- Zgodny z kontrolerami serii MegaRAID SAS 9260/9261/9280
- Obsługiwane systemy operacyjne – wszystkie systemy operacyjne obsługiwane przez kartę kontrolera MegaRAID
- Maksymalna liczba dysków SSD w puli dysków SSD CacheCade – 32
- Maksymalna liczba obsługiwanych przez kontroler urządzeń SSC VD – do 64
- Maksymalna pojemność CacheCade na kontroler – 512 GB
- Ochrona pamięci podręcznej zapisu RAID 1, 10 SSD
Instalacja i konfiguracja
Aby pokazać poprawę w różnych scenariuszach, zbudowaliśmy trzy unikalne platformy buforowania, imitujące środowisko dyskowe dla entuzjastów, stacji roboczych i przedsiębiorstw. Wszystkie trzy platformy zostały przetestowane na naszej platformie testowej Lenovo RD240 ThinkServer z kartą SAS/SATA 6.0 Gb/s LSI MegaRAID 9260-8i jako interfejsem RAID i buforowania. W każdym scenariuszu zastosowano następujące konfiguracje:
Entuzjasta :
- Cztery Dyski twarde Samsung 2TB F4EG SATA 5,400 obr./min w RAID6
- jeden Dysk SSD MLC OCZ Vertex 3 240 GB MAX IOPS do buforowania
- 3.6 TB pojemności użytkowej
- Koszt dysku SSD o pojemności 3.6 TB: 12 000 USD
- Koszt z buforowaniem SSD/HDD: $1,120
Stanowisko pracy :
- jeden Dysk twardy Seagate Constellation ES.2 SAS 7,200 obr./min o pojemności 3 TB
- jeden Dysk SSD MLC OCZ Vertex 3 240 GB MAX IOPS do buforowania
- 2.8 TB pojemności użytkowej
- Koszt dysku SSD o pojemności 2.8 TB: 12 000 USD
- Koszt z buforowaniem SSD/HDD: $1,120
Przedsiębiorstwo :
- Trzy Dysk twardy Seagate Savvio 10K.4 SAS 10 000 obr./min, 600 GB w RAID5
- jeden Dysk SSD Micron P300 SLC o pojemności 100 GB do buforowania
- 1.12 TB pojemności użytkowej
- Koszt dysku SSD o pojemności 1.12 TB: 12 000 USD
- Koszt z buforowaniem SSD/HDD: $2,170
W każdym scenariuszu wykorzystujemy pojemność macierzy dysków twardych z dyskiem SSD o pojemności 100–240 GB do buforowania. W przypadku konfiguracji Enthusiast, potrzeba ponad 16 dysków SSD o pojemności 240 GB, aby zrównać się z całkowitą pojemnością oferowaną przez energooszczędne dyski twarde 5,400 obr./min. Przy cenie detalicznej około 450 USD taka macierz kosztowałaby ponad 7,000 USD. Korzystając z oprogramowania CacheCade Pro 2.0 firmy LSI (zakładając, że posiadasz już kartę RAID), dyski twarde kosztują tylko 400 USD, plus 270 USD za CacheCade Pro 2.0 i 450 USD za pojedynczy dysk SSD. Około 7,200 USD w porównaniu do 1,120 USD za bardzo podobną wydajność w obu systemach.
Jedną z najważniejszych kwestii, które należy zrozumieć przy każdej konfiguracji, jest to, że rozumiemy, iż różni użytkownicy będą mieli różne potrzeby w zakresie wymaganej przestrzeni dyskowej i rozmiaru gorących danych do buforowania. Jednak w każdej sytuacji oszczędności kosztów są wręcz zdumiewające.
Benchmarki syntetyczne
Nasza metoda testowania oprogramowania CacheCade Pro 2.0 firmy LSI polegała na przeprowadzeniu benchmarkingu każdej grupy dysków bez włączonego buforowania, a następnie ponownym benchmarkingu każdego zestawu z 25 GB strefą gorących danych i buforowaniem SSD z pełną prędkością. Te dane pokazują wydajność prędkości „zimnych” danych w porównaniu z prędkościami „gorących” danych. Innym sposobem na to jest sprawdzenie, jak szybkie jest buforowanie lub jak bardzo prędkości buforowania są ograniczone jedynie przez szybkość macierzy buforującej SSD.
Uznaliśmy, że najlepszym sposobem na zaprezentowanie CacheCade w działaniu będzie odejście od prostych syntetycznych testów porównawczych (2 MB sekwencyjnie/losowo, 4 KB losowo) i użycie wyłącznie mieszanych obciążeń, aby pokazać, jak dobrze buforowanie może pomóc w danym scenariuszu.
Pierwszym z nich jest nasz profil bazy danych, charakteryzujący się rozkładem obciążenia na poziomie 67% odczytu i 33% zapisu, przy czym rozmiary transferów to głównie 8K.
Patrząc na wydajność każdej z trzech macierzy, trudno nie zauważyć drastycznego wzrostu szybkości. Wydajność pamięci podręcznej nie jest ograniczana przez platformę buforującą, ale przez rzeczywistą prędkość używanego dysku SSD. Różnica jest wręcz niesamowita.
Kolejny profil dotyczy serwera plików, przy czym obciążenie odczytem wynosi 80%, a zapisem 20%, rozłożonych na różne rozmiary transferu od 512 bajtów do 64 KB.
Ten sam trend obserwuje się w profilu serwera plików, gdzie prędkości buforowanych dysków SSD/HDD nie są ograniczane przez nic poza ich własnymi, indywidualnymi prędkościami. Przyglądając się bliżej dyskom Seagate Savvio w połączeniu z dyskiem SSD Micron P300 przy najwyższej głębokości kolejki, porównanie wynosi 1,157 IOPS do 22 902 IOPS między prędkościami zimnego i gorącego transferu danych.
Nasz profil serwera WWW jest tylko do odczytu, a rozmiary transferu wahają się od 512 bajtów do 512 KB.
W tej konfiguracji konfiguracje z procesorem SandForce SF-2200 wygrały w rywalizacji o prędkość z Micron P300 dzięki szybszym prędkościom odczytu i zapewniły ogromny wzrost wydajności. Patrząc na macierz RAID6 firmy Samsung, prędkości wzrosły z 478 IOPS (7.54 MB/s) do 20 079 IOPS i 308 MB/s.
Ostatni profil dotyczy stacji roboczej, przy czym 20% zapisu i 80% odczytu wykonuje transfery rzędu 8 tys. razy.
Dzięki wysokiemu zróżnicowaniu transferów odczytu wszystkie macierze osiągają wyjątkowo dobre wyniki, notując znaczący wzrost wydajności w całym zakresie. W przypadku Seagate Constellation ES.2 wydajność wzrosła z 267 IOPS do 32 422 IOPS przy głębokości kolejki 128.
Testy porównawcze w świecie rzeczywistym
Aby naprawdę zobaczyć, jak dyski działają pod normalnym obciążeniem, należy zarejestrować dokładny ruch przesyłany do i z urządzenia, a następnie wykorzystać go do porównania dysków ze sobą. Z tego powodu skorzystaliśmy z naszych śladów StorageMark 2010, które obejmują ślady użytkowników indywidualnych, obejmujące scenariusze HTPC, pracy i gier, oraz ślady przedsiębiorstw, obejmujące scenariusze z serwerem poczty i serwerem WWW.
Pierwszym testem w warunkach rzeczywistych jest nasz scenariusz HTPC. W tym teście uwzględniliśmy: odtwarzanie jednego filmu HD 720p w Media Player Classic, jednego filmu SD 480p w VLC, jednoczesne pobieranie trzech filmów z iTunes oraz nagrywanie jednego strumienia HDTV 1080i za pomocą Windows Media Center przez 15 minut. Preferowane są wyższe wartości IOPS i MB/s przy niższych opóźnieniach. W tym śladzie zarejestrowaliśmy zapis 2,986 MB na dysk i odczyt 1,924 MB.
Okazało się, że CacheCade Pro 2.0 wypadł bardzo dobrze, osiągając średni wzrost na poziomie 512% w śladzie HTPC w naszych tablicach testowych.
Nasz drugi test w warunkach rzeczywistych obejmuje aktywność dysku w scenariuszu produkcyjnym. Test ten pokazuje wydajność dysku w warunkach normalnej codziennej aktywności dla większości użytkowników. Test obejmuje: trzygodzinny okres pracy w środowisku biurowym z 32-bitowym systemem Vista z programem Outlook 2007 podłączonym do serwera Exchange, przeglądanie stron internetowych za pomocą przeglądarek Chrome i IE8, edycję plików w pakiecie Office 2007, przeglądanie plików PDF w programie Adobe Reader oraz godzinę odtwarzania muzyki z komputera lokalnego i dwie godziny dodatkowej muzyki online za pośrednictwem Pandory. W tym śladzie zarejestrowaliśmy zapis 4,830 MB danych na dysku i odczyt 2,758 MB danych.
W wykresie produktywności średni wzrost wyniósł 1,080%, przy czym największy skok zaobserwowano w przypadku macierzy Samsung F4EG z włączonym buforowaniem.
Nasz trzeci test w warunkach rzeczywistych, oparty na kliencie, obejmuje aktywność dysku w środowisku gier. W przeciwieństwie do śladu HTPC lub śladu wydajności, ten w dużej mierze opiera się na wydajności odczytu dysku. Aby przedstawić proste zestawienie procentowych proporcji odczytu/zapisu, test HTPC to 64% zapisu, 36% odczytu, test wydajności to 59% zapisu i 41% odczytu, a ślad gry to 6% zapisu i 94% odczytu. Test składa się z systemu Windows 7 Ultimate 64-bit wstępnie skonfigurowanego z platformą Steam, z pobranymi i zainstalowanymi grami Grand Theft Auto 4, Left 4 Dead 2 i Mass Effect 2. Ślad rejestruje dużą aktywność odczytu podczas ładowania każdej gry od początku, a także tekstury w miarę postępu gry. W tym śladzie zarejestrowaliśmy 426 MB zapisu na dysk i 7,235 MB odczytu.
Średnia poprawa w przypadku śledzenia gier intensywnie korzystających z odczytu wyniosła solidne 682%, przy czym największy skok zanotował pojedynczy Seagate Constellation ES.2.
Nasz pierwszy ślad korporacyjny obejmuje środowisko serwera pocztowego Microsoft Exchange. Rejestrowaliśmy aktywność naszego serwera pocztowego StorageReview przez kilka dni. Sprzęt serwerowy składa się z serwera Dell PowerEdge 2970 z systemem Windows Server 2003 R2, działającego na trzech dyskach twardych SAS o pojemności 73 GB i pojemności 10 000 KB w macierzy RAID5, na zintegrowanym kontrolerze Dell Perc 5/I. Ślad składa się z wielu małych żądań transferu, z dużym obciążeniem odczytu na poziomie 95% i ruchem zapisu na poziomie 5%.
Ślad serwera pocztowego odnotował jedne z największych wzrostów, przy czym średnia dla każdej konfiguracji wyniosła 1,868% między danymi z pamięci podręcznej i bez pamięci podręcznej.
Nasz ślad serwera WWW został zarejestrowany na działającym serwerze WWW obsługującym tysiące użytkowników dziennie. Przy aktywnym logowaniu użytkowników, średnim rozmiarze transferu 16 KB i szczytowym 1024 KB, ten ślad charakteryzował się dużym natężeniem zapisu, z mieszanką 33% odczytu i 67% zapisu.
W naszym śladzie serwera WWW średni zysk wyniósł 684% pomiędzy macierzami pamięci masowej z pamięcią podręczną i bez pamięci podręcznej.
Wniosek
Konfiguracja sprzętowo-programowa CacheCade Pro 2.0 firmy LSI jest naprawdę trudna do pobicia w dziedzinie buforowania, zwłaszcza biorąc pod uwagę niski koszt oprogramowania. Zaobserwowaliśmy znaczące wzrosty w całym zakresie, porównując wyniki testów porównawczych z danymi w trybie zimnym i gorącym (pełne buforowanie), przy czym największy wzrost odnotowano w śladzie naszego serwera pocztowego, gdzie odnotowano poprawę o ponad 1,800%. Jedynym czynnikiem hamującym te ulepszenia była prędkość macierzy buforującej SSD, którą można dostosować do konkretnych potrzeb środowiska, w którym jest używana.
W gruncie rzeczy, celem buforowania jest uzyskanie prędkości dysków SSD dla często używanych danych. Korzystając z CacheCade Pro 2.0, można zbudować macierz dysków twardych o dowolnej wielkości i dodać tylko tyle dysków SSD, ile potrzeba do spełnienia wymagań dotyczących rozmiaru lub szybkości gorących danych. Drogim rozwiązaniem byłoby utworzenie macierzy wyłącznie z dysków SSD, aby dopasować ją do wymaganej pojemności i prędkości, lub zbudowanie macierzy składającej się z tysięcy dysków twardych o krótkim skoku, aby spełnić wymagania dotyczące IOPS, przekraczając potrzebną pojemność. Obie te alternatywy są bardzo kosztowne, a metoda z dyskiem twardym o krótkim skoku wymaga ogromnych zasobów fizycznych i mocy, co w większości przypadków uniemożliwia jej wdrożenie.
Koszt wdrożenia macierzy CacheCade jest minimalny i wynosi zaledwie 270 dolarów za pakiet oprogramowania. Dla prosumentów i entuzjastów, którzy potrzebują większej prędkości niż w przypadku macierzy dysków, istnieje duże prawdopodobieństwo, że posiadają już kompatybilną kartę LSI MegaRAID, więc doliczenie kosztów oprogramowania nie jest zbyt wygórowane. W przypadku przedsiębiorstw, prawie na pewno korzystają z kompatybilnej karty LSI RAID, a 270 dolarów to grosze w porównaniu z całkowitym kosztem serwera lub macierzy pamięci masowej. W każdym przypadku, za minimalny wydatek, użytkownicy otrzymują dyski SSD w połączeniu z tanimi dyskami twardymi, które pokryją większość obciążenia – to jeden z niewielu scenariuszy, w których wszyscy wygrywają w technologii.
ZALETY
- Bardzo opłacalne
- Niesamowity wzrost wydajności
- Zgodność z wieloma systemami operacyjnymi dzięki rozbudowanemu stosowi sterowników LSI
Wady
- Może być zbyt kosztowne w przypadku mniejszych skal (poziom entuzjastów)
Podsumowanie
Oprogramowanie MegaRAID CacheCade Pro 2.0 firmy LSI umożliwia przedsiębiorstwom i entuzjastom zwiększenie prędkości dysków SSD na dużej macierzy dysków twardych przy minimalnych dodatkowych kosztach. Od stacji roboczych po centra danych, CacheCade oferuje fantastyczny stosunek jakości do ceny i jest absolutnie niezbędnym ulepszeniem dla tych, którzy chcą uzyskać najlepszą wydajność w stosunku do ceny pamięci masowej.
Amazon