Por Kimberly Robinson, Engenheira de Desempenho da LSI Corporation
Com o advento da tecnologia de disco de estado sólido, a redução dos custos da memória volátil de alta velocidade, o baixo custo do SATA e a confiabilidade do SAS, a organização ideal e a integração de novas tecnologias de armazenamento tornaram-se mais difíceis. Existem oportunidades para colocar dados “quentes” acessados com frequência em mídias mais rápidas e de menor latência, deixando os dados raramente acessados em mídias de maior latência e menor custo.
Com todas essas opções disponíveis para profissionais de armazenamento de TI, há uma enorme oportunidade de usar métricas de custo, desempenho e capacidade de forma inovadora para determinar o local ideal para os dados do usuário. Este artigo discutirá como a classificação por níveis de armazenamento pode melhorar significativamente o desempenho e a confiabilidade em ambientes de armazenamento mistos, complementando e aprimorando o cache do sistema operacional host e, ao mesmo tempo, otimizando os custos.
Os servidores atuais oferecem muitas funções diferentes e, embora possamos fazer generalizações, cada aplicativo produz suas próprias características exclusivas de carga de trabalho. Além disso, as necessidades de desempenho dependem do carregamento atual e de quaisquer requisitos de QOS. Embora os ambientes de armazenamento tenham mais opções do que nunca, permitindo uma melhor personalização, ao mesmo tempo adicionam mais complexidade e dificultam o planejamento da capacidade de desempenho do armazenamento. O planejamento da capacidade de desempenho requer conhecimento das características de E/S do aplicativo, requisitos de crescimento de capacidade e desempenho, características de desempenho de disco e armazenamento, necessidades de proteção de dados e orçamento da empresa.
Mais opções = mais controle
Os controladores de armazenamento modernos têm uma infinidade de opções: tipos de RAID novos e compostos, recursos premium, opções de cache avançadas e variantes de descarregamento de hardware para atender a todos os orçamentos. Os processadores incorporados avançados de hoje tornaram os controladores de armazenamento inteligentes ainda mais capazes, permitindo-lhes ampliar suas capacidades e transformar-se à medida que novas tecnologias surgem.
As tecnologias de disco não são exceção ao boom de novas opções. O Serial Attached SCSI (SAS) foi projetado para integrar SATA e SAS para que ambas as interfaces possam ser combinadas para criar um back-end de armazenamento personalizado com base nas necessidades individuais de custo e desempenho. A popularidade do SATA reside principalmente em sua excelente métrica de custo por capacidade; no entanto, do ponto de vista do desempenho, ele oferece o menor desempenho geral. O SAS oferece desempenho significativamente maior e maior confiabilidade, mas a um custo maior. Outra opção são as tecnologias Solid State Disk (SSD), que vêm em interfaces SATA e SAS. Os SSDs oferecem desempenho aleatório surpreendentemente superior ao da mídia rotativa, mas a um preço mais alto.
Aumentando a complexidade estão os resultados de desempenho para diferentes tipos de RAID. A otimização para sua carga de trabalho requer a compreensão de suas características específicas de E/S e o conhecimento de como mapeá-las no tipo de RAID ideal com base em suas necessidades de disponibilidade.
Se nos concentrarmos no RAID 10, você pode ver claramente que alguns tipos de disco são mais adequados para diferentes aplicações, com SSDs custando em média cerca de 6.5x mais do que unidades SAS de 15 Gb de 6 mil RPM. No entanto, nem todos os aplicativos fornecem um aumento de 6.5x no desempenho real no mundo real.
Todo profissional de TI provavelmente já se perguntou em um momento ou outro: “quantos discos rotativos são necessários para oferecer o mesmo desempenho de um SSD de alto desempenho?” É um ótimo processo de reflexão, porém, no mundo real, é provável que apenas uma parte da capacidade real de armazenamento seja acessada a qualquer momento. As arquiteturas de cache têm sido projetadas com sucesso com base nessa suposição há décadas. E se você pudesse construir seu armazenamento a partir de diferentes meios de armazenamento com diferentes características de custo e desempenho?
Está ficando muito difícil
Os fornecedores de armazenamento reconhecem que, com a prevalência de arquiteturas de mídia não uniformes, essa classificação em níveis oferece o melhor de todos os mundos. A classificação por níveis de armazenamento é um conceito simples; coloque os dados usados com mais frequência na mídia mais rápida disponível, enquanto deixa os dados frios na mídia mais lenta. A hierarquização é diferente do armazenamento em cache porque a capacidade de todos os discos lógicos participantes pode ser usada para armazenamento de dados do usuário. Embora este não seja um conceito novo, tradicionalmente não faz parte da inteligência de armazenamento, mas a tecnologia disruptiva do SSD trouxe novas oportunidades.
Vejamos um exemplo de como a classificação por níveis de armazenamento pode ajudar em um ambiente de banco de dados. A corporação ACME está projetando um novo SQL Server e, com base em sua experiência anterior, conhece as informações a seguir.
- 4 Terabytes de armazenamento
- 3% é quente (~ 125 GB) e acessado 65% do tempo.
- 6% é acessado de forma intermitente (~250 GB) 25% do tempo
- O restante são dados frios acessados 10% das vezes.
- O banco de dados é acessado em tamanhos de 8 KB, com uma proporção de leitura para gravação de cerca de 2:1.
- Oito slots estão disponíveis para discos.
Uma solução ideal sensível ao custo que nos levasse a 4 TB seria criar um dispositivo lógico que fornecesse a solução de desempenho necessária para cada camada de dados, tanto em termos de E/S por segundo quanto de tempos de resposta.
Vamos considerar as alternativas de disco homogêneas.
Abaixo está uma comparação resumida das três opções de infraestrutura de armazenamento. Claramente, a opção em camadas não apenas oferece um custo mais baixo por transação de banco de dados, mas também produz mais de seis vezes mais capacidade de IOPs do que uma solução somente SATA, e mais de três vezes a solução SAS pura, com mais capacidade do que as outras propostas.
Muitas soluções podem ser construídas com base em limitações de desempenho, custo, capacidade ou imóveis. Este é apenas um exemplo que destaca claramente os benefícios de custo de uma solução em camadas. Claro que isso poderia ser feito manualmente, presumindo: você já sabe exatamente quais arquivos serão altamente utilizados; ter a capacidade de separá-los fisicamente em diferentes mídias; e os dados quentes não são transitórios ou dinâmicos.
Prós e contras da classificação por níveis de armazenamento
A classificação por níveis de armazenamento oferece o melhor de todos os mundos. Ao aproveitar vários tipos de mídia, os custos e o desempenho podem ser otimizados e o espaço anterior do servidor pode ser salvo. Considere o seguinte: para atingir o mesmo número de IOPs de banco de dados possíveis no exemplo de classificação por níveis, seriam necessárias mais de cinquenta unidades SATA, aumentando significativamente os requisitos de energia e espaço em rack. A classificação inteligente em camadas pode permitir um ambiente dinâmico onde os dados acessados com frequência são colocados de forma contínua e automática na mídia mais rápida. Podem até existir possibilidades onde os dados mais críticos possam ser colocados em volumes de alta disponibilidade, ou os dados acessados por locais geograficamente distantes possam ser copiados para instalações de armazenamento locais.
Apesar dos benefícios da classificação por níveis, existem algumas desvantagens a serem consideradas. Embora o trabalho de identificar e armazenar adequadamente os dados importantes seja feito automaticamente, a construção de um subsistema de armazenamento adequado que atenda aos seus requisitos atuais e crescentes ainda deve ser projetado de forma personalizada por um profissional de armazenamento. Outra desvantagem potencial é que, em um modelo de camadas de armazenamento, embora o volume lógico apareça como um único disco, o volume pode ser dividido em vários grupos de discos físicos. Ao usar a proteção RAID de hardware, a possibilidade de perda de dados pode ser reduzida.
Estamos na era de uma tempestade tecnológica perfeita: necessidades de capacidade de armazenamento dramaticamente crescentes, mais opções de disco do que nunca, exigências de desempenho mais elevadas devido à crescente popularidade das transações comerciais digitais, aumento da densidade de processamento e a necessidade de maior proteção dos nossos mais ativo valioso, dados. A hierarquização permite que você aproveite os custos de armazenamento SATA de baixo custo, a segurança e a confiabilidade do SAS corporativo e o alto desempenho dos SSDs, tudo em um único pacote.
Kimberly Robinson trabalha como engenheira de desempenho na divisão Engenio Storage da LSI Corporation . Há mais de dez anos, ela trabalha na otimização de soluções de armazenamento corporativo para grandes fabricantes de equipamentos originais (OEMs).
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