Высокая производительность для ежедневных рабочих

П Р О И З В О Д И Т Е Л Ь Н О С Т Ь С ТАТ Ь Я
Высокая производительность для ежедневных рабочих нагрузок
Adaptec Unified Serial™ RAID 3805 против 3ware 9690SA-8i и LSI 8888ELP
Вопрос, с которым сталкиваются многие компании – как гарантировать наивысшую производительность современных
серверов и рабочих станций одновременно с обеспечением безопасности хранимой информации? Достижение оптимальной
производительности бизнеса зависит от понимания того, как работают новые RAID-контроллеры для шины PCI Express
(PCIe) в условиях каждодневной нагрузки. В настоящем документе содержится описание того, как различные PCIe RAIDконтроллеры работают в условиях реальной нагрузки.
Характеристики серверов и рабочих станций
Как убедиться в том, что подсистема хранения данных обеспечивает приложения достаточным уровнем производительности?
Необходимо помнить, что хотя у каждого сервера свои особенности рабочей нагрузки, возможен ряд обобщений, на основе
которых определяются требования серверов и рабочих станций
к хранилищам данных. Хотя загрузка систем хранения в каждом
случае различается в зависимости от объема передаваемых данных, их местоположения, интенсивности и соотношения параметров «чтение/запись», можно выделить шесть типов нагрузки, производимых приложениями. Эмулируя особенности доступа к данным каждого из классов приложений, системные интеграторы и
администраторы могут оценить производительность большинства
серверов и рабочих станций до момента развертывания. Характеристики самой нагрузки и приложения, которые могут вызвать
такую нагрузку, описаны в таблице ниже.
Потоковый ввод/вывод
Потоковое чтение и запись определяются как непрерывные запросы к диску или к дискам на чтение или запись. Такие запросы,
как правило, формируются медиа-приложениями, например, аудио
или видео. Поскольку стоимость дисков с интерфейсом Serial ATA
(SATA) постоянно снижается, стремительно растет популярность
таких потоковых приложений как VTL – виртуальные ленточные
библиотеки. VTL-приложения используют уже существующее ПО
для резервного копирования на дисковые системы, значительно
увеличивая производительность и доступность резервных копий.
Одновременно с этим, снижаются такие показатели, как целевой
Измерения
Операции потокового
чтения
Операции потоковой
записи
OLTP
Файловый сервер
Web-сервер
Рабочие станции
срок восстановления (Recovery Point Objective, RPO) и целевое
время восстановления (Recovery Time Objective, RTO). Поскольку
VTL позволяют проводить резервное копирование из нескольких
источников одновременно, то на диске генерируются несколько
потоков ввода/вывода, создавая временную псевдослучайную структуру доступа. К категории потокового ввода/вывода относятся
архивация и работа с медицинскими изображениями, развитие которых подталкивает рост емкостей хранилищ на 50-60% каждый год.
Обработка транзакций в реальном времени
Современная экономика все более и более зависит от систем хранения данных, предназначенных для хранения транзакций и жизненно важной информации. Основная масса приложений связана
с работой с базами данных, системами принятия решений, большими хранилищами данных, электронной коммерцией и деловой
отчетностью. По информации Bellwether IT, объем обрабатываемых транзакций растет на 15-18% ежегодно.1 Как правило,
запросы на обработку транзакций направляются в базы данных,
такие как SAP, Oracle или SQL и состоят из операций чтения,
изменения, записи и верификации. Работающий сервер баз данных
может получать тысячи запросов в секунду, а пользователи, как
правило, очень чувствительны к времени выполнения требуемых
операций. Следовательно, обеспечение малого времени задержки
при одновременном обслуживании сотен и тысяч пользователей и
сохранении строгого внутреннего порядка обработки жизненно
важно для эффективной и надежной транзакционной дисковой
подсистемы.
Характеристики ввода/вывода
Типичные приложения
100% операций составляет чтение; постоянные запросы большого
объема; от одного до 64 одновременных запросов. Могут быть
многопотоковыми.
100% операций составляет запись; постоянные запросы большого
объема; от одного до 64 одновременных запросов. Могут быть
многопотоковыми.
Медиа-серверы (видео по требованию, и т.д.), виртуальные
ленточные библиотеки (VTL), серверы приложений
Как правило, размер запросов от 2 до 16 КB; Операции чтения,
изменения, записи и верификации, т.е., 2 операции чтения на
каждую операцию записи; по большей части случайный доступ к
данным. Большое количество одновременных запросов.
Размер запросов может варьироваться в диапазоне от 4 до
64 КB, однако 70% запросов имеют размер 4 или 64 KB; как
правило, носят случайный характер; 4 операции чтения на одну
операцию записи. Большое количество одновременных операций
чтения в периоды наибольшей активности.
Широкий разброс размера запросов от 512 байт до 512 КB; как
правило, носят случайный характер; Большое количество одновременных операций чтения в периоды наибольшей нагрузки
Как правило, размер запросов варьируется от малого до среднего; 80% - последовательные запросы, 20% - случайные; как
правило, 4 операции чтения на одну операцию записи, от одного
до четырех одновременных запросов.
Базы данных (SAP, Oracle, SQL), серверы он-лайн транзакций
Медиа-захват, VTL, медицинская визуализация, архивация,
резервное копирование, видеонаблюдение, справочные данные
Файловые и принт-серверы, почтовые серверы (Exchange,
Notes), системы принятия решений.
Web-сервисы, блоги, новости в формате RSS, Интернетмагазины, поисковые системы, сервисы хранения информации
Бизнес-приложения, научные и инженерные приложения
Таблица 1 – Параметры измерения, соответствующие приложения и характеристики нагрузок.
1. Джозеф C. Пуччиарелли (Joseph C. Pucciarelli), директор по исследованиям, IDC, «Building the Pyramids: End-User Trends in Storage Provisioning, Financing & Portfolio Mgmt» (презентация.)
П Р О И З В О Д И Т Е Л Ь Н О С Т Ь С ТАТ Ь Я
Высокая производительность для ежедневных рабочих нагрузок
2
Файл-серверы
Измерение производительности
Охарактеризовать поведение файловой системы непросто из-за
широкого спектра задач, выполняемых ею. Урезание IT-бюджетов
и повышение скорости сетевых соединений приводят к тому, что
многие компании снижают количества файл-серверов и в результате, файл-серверы обслуживают большее количество клиентов,
чем ранее. При этом сетевые файл-серверы должны обрабатывать
сетевые протоколы и протоколы файловой системы (NFS, SMB или
FTP). Именно для этих серверов идеально подходят аппаратные
RAID-контроллеры, помогающие снизить нагрузку при вводе/
выводе данных. Запросы клиентов на файл-сервер, как правило,
разбросаны по дискам и сконцентрированы в нескольких определенных точках, которые обычно содержат информационные структуры
файлов, обновления открытых файлов, области подкачки страниц и
прочие данные, доступ к которым осуществляется достаточно часто.
Облегчить нагрузку на эти точки возможно путем временного
кэширования. Доступ к файлам характеризуется неоднородностью:
некоторые файлы постоянно перезаписываются даже без чтения,
а другие – только читаются. Файл-серверы характеризуются
соотношением операций чтения и записи как 4 к 1.
Большинство производителей признают IOmeter главным инструментом для тестирования и измерения производительности дисковой
подсистемы. Хотя производимая им нагрузка является искусственной, IOmeter позволяет эмулировать запросы к диску, которые
обычно генерируются приложениями. В дополнение измеряется не
только пропускная способность, но также предоставляется масса
информации об использовании системы и латентности. IOmeter
существует для многих операционных систем, включая Windows,
Linux, Solaris, NetWare, and Mac OS. Графический интерфейс существует только для Windows на платформах IA32/IA64.
Web-серверы
Электронный бизнес изменяет принципы ведения бизнеса по всему
миру. Растущая зависимость бизнеса от электронных систем привела
к росту популярности web-серверов. Запросы, как к статическим,
так и к динамическим web-страницам представляют собой практически всегда запросы на чтение. Операции ввода/вывода располагаются случайно. Согласно исследованиям, примерно 84% запросов на
web-серверы имеют размер менее 16 КB, а оставшиеся 16% равномерно распределены между 32 КB и 1 МB и состоят из видео, аудио
и изображений. Наличие RAID-массивов улучшает производительность web-серверов путем распределения запросов между дисками
массива, значительно повышая производительность, а также доступность и надежность хранилища данных.
Рабочие станции
Особенность рабочих станций состоит в том, что они используются,
как правило, одним пользователем, который одновременно работает
с несколькими приложениями. Эти приложения работают так,
чтобы максимально эффективно использовать виртуальную память
операционной системы (VMS). Профессиональные рабочие станции
используются для инженерных, научных, графических и офисных
приложений, а в наши дни – и для игр. Загрузка рабочей станции
представляет собой набор случайных событий доступа к блокам,
которые соответствуют структуре страницы VMS, обновлениям
таблицы размещения файлов и последовательных процессов чтения
и записи, сохраняемых на диске при завершении задачи. В результате, операции чтения и записи распределяются в отношении четыре
к одному. Даже пользователи, работающие с несколькими задачами
одновременно, должны дождаться завершения одной операции
записи на диск, прежде чем продолжить с другой операцией. Поэтому, для обеспечения высокого уровня продуктивности необходимо
сохранять низкий уровень задержки.
Низкопрофильный Внутренние
контроллер
разъемы
Защита данных
Выбор типа RAID-массива, используемого для защиты дисков,
базируется на нескольких факторах, включая емкость, доступность,
производительность и стоимость. Эти факторы зависят от текущих
требований, предъявляемых бизнесом, однако время часто вносит
свои коррективы. RAID-массив должен обеспечивать возможность
адаптации к требованиям предприятия. Качественное решение также должно обеспечивать минимальное время простоя в аварийной
ситуации. Учет всех этих факторов с целью создания эффективной
подсистемы хранения данных представляет собой достаточно сложную задачу.
Выбор уровня RAID, соответствующий вашим задачам:
www.adaptec.com/whichRAIDru.
Решение как компромисс
Идеальное RAID-решение всегда является результатом компромисса между отказоустойчивостью, стоимостью и производительностью. Для небольших массивов требования по избыточности,
предъявляемые RAID 5 и 6, могут быть излишне высокими. И хотя
массивы RAID 6 и RAID 10 из 4-х дисков уменьшают общий объем
хранимых данных на 50%, RAID 6 может работать при отказе
любых двух дисков, в то время как RAID 10 сохранит работоспособность только при отказе одного диска в каждой резервируемой
части, что значительно снижает среднее время до потери данных
(Mean Time to Data Loss, MTTDL). Если доступность данных
является наиболее критичной, предпочтительнее выбрать более
низкую производительность RAID 6, особенно для Web-серверов и
систем, предоставляющих «видео по требованию» (VoD), поскольку
их производительность не столь критична.
Преимущества Adaptec в области производительность
и защиты данных
Пять новых низкопрофильных RAID-контроллеров для шины
PCIe обеспечивают защиту данных даже в самых компактных серверах. Adaptec – первая в мире компания, выпустившая аппаратные
RAID-контроллеры в форм-факторе MD2 для дисков SATA и SAS.
К другим характеристикам относятся встроенный процессором
(Intel, 800МГц) и 256 МB встроенной памяти, позволяющие реализовать высокопроизводительные решения Unified Serial, соответствующие потребностям вашего предприятия.
Типы
разъемов
Внешние
разъемы
Типы
разъемов
Процессор
Кэш
Системный
интерфейс
Adaptec RAID 3405
4
SFF8087
0
•
500 МГц Intel 80333
128 МB ECC Protected DDR2-400
x4 PCI-E
Adaptec RAID 3805
8
SFF8087
0
•
500 МГц Intel 80333
128 МB ECC Protected DDR2-400
x4 PCI-E
Adaptec RAID 3085
0
•
8
SFF8088
800 МГц Intel 80333
256 МB ECC Protected DDR2-400
x8 PCI-E
Adaptec RAID 31205
12
SFF8087
0
•
800 МГц Intel 80333
256 МB ECC Protected DDR2-400
x8 PCI-E
Adaptec RAID 31605
16
SFF8087
0
•
800 МГц Intel 80333
256 МB ECC Protected DDR2-400
x8 PCI-E
Таблица 2 – Матрица контроллеров Adaptec Unified Serial.
П Р О И З В О Д И Т Е Л Ь Н О С Т Ь С ТАТ Ь Я
Высокая производительность для ежедневных рабочих нагрузок
Аппаратные RAID-контроллеры Adaptec позволяют обеспечить
соответствие изменяющимся требованиям предприятия. Функция
Online Capacity Expansion (OCE) позволяет динамически увеличить
размер вашего массива в соответствии с требованиями к емкости и
производительности. Функция миграции массива предоставляет
возможность изменить тип используемого RAID. Новое поколение
контроллеров Unified Serial поддерживает резервирование канала
доступа к данным (redundant path failover), что позволяет получать
доступ к данным несколькими путями. Ранее такая функция была
доступна только в дорогих системах корпоративного класса.
Учитывая большое количество различных возможностей, предоставляемых продуктами Adaptec Unified Serial, необходимо четко
понимать, каким образом они функционируют в режиме реальной
нагрузки, чтобы сделать правильный выбор для рабочих станций и
серверов.
Выбор дисков
3
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВОСЬМИДИСКОВОГО SATA-МАССИВА RAID 0
Рабочая станция
Web-сервер
Файловый сервер
Контроллер Unified Serial позволяет воспользоваться преимуществами масштабируемости даже с SATA-дисками. Хранилище с такими
дисками может содержать до 128 отдельных накопителей или устройств хранения, что позволяет преодолеть ограничение на число
подключений, налагаемое количеством портов на карте, и избежать
необходимости ставить дополнительный контроллер, когда
закончатся порты.
Контроллеры, которые поддерживают оба типа дисков, также обеспечивают гибкость и долгосрочную защиту инвестиций, позволяя
начать интеграцию SAS-дисков в существующую инфраструктуру
SATA-хранилища и не требуя обновления контроллера или замены
используемого оборудования. Эта гибкость позволяет в любое
время создавать хранилища данных для вашего бизнеса, используя
в одной системе как SATA, так и SAS-диски.
100
0
200
300
400
500
600
700
800
900
Операций ввода-вывода в секунду
Рисунок 1 – Сравнение производительности хранилищ с контроллерами
Adaptec RAID 3805, LSI 8888ELP и 3ware 9690SA-8i и 8-ю дисками Seagate
SATA II 7200 об/мин, объединенными в массив RAID 0 (cache-enabled),
при различных рабочих нагрузках.
Один из наиболее важных факторов – выбор либо высокоемких
дисков Serial ATA (SATA) либо высокопроизводительных дисков
Serial Attached SCSI (SAS).
Даже если контроллер планируется использовать только с SATAдисками, контроллеры, поддерживающие оба типа дисков, такие как
Adaptec Unified Serial, помогут получить наибольшую отдачу от
вложенных средств.
Adaptec RAID 3805
LSI 8888ELP
3ware 9690SA-8i
OLTP
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВОСЬМИДИСКОВОГО SATA-МАССИВА RAID 5
Рабочая станция
Web-сервер
Файловый сервер
Adaptec RAID 3805
LSI 8888ELP
3ware 9690SA-8i
OLTP
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Операций ввода-вывода в секунду
Рисунок 2 – Сравнение производительности хранилищ с контроллерами
Adaptec RAID 3805, LSI 8888ELP и 3ware 9690SA-8i и 8-ю дисками Seagate
SATA II 7200 об/мин, объединенными в массив RAID 5 (cache-enabled),
при различных рабочих нагрузках.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВОСЬМИДИСКОВОГО SATA-МАССИВА RAID 6
Рабочая станция
Естественно, что использование SAS-дисков с SAS-контроллером
обеспечивает самый высокий уровень производительности, доступный сегодня.
Web-сервер
Файловый сервер
Adaptec RAID 3805
LSI 8888ELP
3ware 9690SA-8i
В конце концов, вы выберете тот контроллер и те диски, которые
позволят вам обеспечить ваш бизнес правильной комбинацией
производительности, защиты данных при оптимальном объеме
инвестиций.
OLTP
0
200
400
600
800
Операций ввода-вывода в секунду
Сравнительный анализ
Поскольку 70% компаний в свое время уже пострадали от катастрофических потерь данных, то уменьшение времени, необходимого на
резервирование и восстановление данных, помогает снизить финансовые и временные потери бизнеса. Учитывая, что время простоя
оценивается для многих компаний в сумму от 900000 до 2.8 миллионов долларов, то производительность хранилища действительно
имеет значение.2
На следующих диаграммах показано сравнение производительности
нескольких аппаратных RAID-контролеров при использовании
дисков SATA и SAS: LSI 8888ELP, 3ware 9690SA-8i и Adaptec
RAID 3805.
Рисунок 3 – Сравнение производительности хранилищ с контроллерами
Adaptec RAID 3805, LSI 8888ELP и 3ware 9690SA-8i и 8-ю дисками Seagate
SATA II 7200 об/мин, объединенными в массив RAID 6 (cache-enabled),
при различных рабочих нагрузках.
RAID-контроллеры должны в полной мере использовать потенциал
производительности дисков. Это помогает снизить затраты на оборудование и увеличивает общую производительность системы. Для
серверов, обслуживающих рабочие группы, повышение производительности процессора ввода/вывода на 30% также означает возможность обслужить большее количество клиентов, гарантируя
высокую скорость обслуживания и увеличение продуктивности
пользователей.
2. «Скрытая стоимость простоя компьютерного оборудования», Creative Data Concepts, www.creativedata.net
П Р О И З В О Д И Т Е Л Ь Н О С Т Ь С ТАТ Ь Я
Высокая производительность для ежедневных рабочих нагрузок
Функции кэширования
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВОСЬМИДИСКОВОГО SAS-МАССИВА RAID 0
Рабочая станция
Web-сервер
Файловый сервер
Adaptec RAID 3805
LSI 8888ELP
3ware 9690SA-8i
OLTP
1000
0
2000
4
3000
4000
RAID-контроллеры Adaptec имеют 256 МB встроенной кэшпамяти,
позволяющей увеличить производительность ваших приложений.
Для оптимизации эффективности и надежности кэш-памяти Adaptec
RAID-код контроллера позволяет осуществлять динамическое
кэширование, выполняя необходимые действия только в том случае,
если кэширование имеет смысл для приложения (например, во
время операций записи). Технология опережающего чтения также
значительно улучшает работу с потоковым чтением, так как данные
вызываются с дисков в соответствии с прогнозом еще до
поступления запроса на них.
Операций ввода-вывода в секунду
Рисунок 4 – Сравнение производительности хранилищ с контроллерами
Adaptec RAID 3805, LSI 8888ELP и 3ware 9690SA-8i и 8-ю дисками Seagate
SAS 15000 об/мин, объединенными в массив RAID 0 (cache-enabled), при
различных рабочих нагрузках.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВОСЬМИДИСКОВОГО SAS-МАССИВА RAID 5
Рабочая станция
Файловый сервер
Adaptec RAID 3805
LSI 8888ELP
3ware 9690SA-8i
OLTP
500
1000
1500
2000
2500
3000
Операций ввода-вывода в секунду
Рисунок 5 – Сравнение производительности хранилищ с контроллерами
Adaptec RAID 3805, LSI 8888ELP и 3ware 9690SA-8i и 8-ю дисками Seagate
SAS 15000 об/мин, объединенными в массив RAID 5 (cache-enabled), при
различных рабочих нагрузках.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВОСЬМИДИСКОВОГО SAS-МАССИВА RAID 6
Web-сервер
Файловый сервер
Adaptec RAID 3805
LSI 8888ELP
3ware 9690SA-8i
OLTP
500
1000
1500
2000
Технология Adaptec Unified Serial дает необходимую гибкость при
подключении SATA- и/или SAS-дисков в рамках одной подсистемы
хранения данных. Она также позволяет без дополнительных затрат
переходить от напрямую подключенных SATA-дисков к serialэкосистеме дисков SATA и SAS, отвечая тем самым текущим потребностям и одновременно открывая путь роста в сторону будущей
SAS-инфраструктуры.
Тестовая система:
Рабочая станция
0
Требования к системам хранения данных растут на 40% ежегодно, а
значит необходимо располагать таким RAID-контроллером, который позволит вашему массиву данных расти вместе с бизнесом. Поддержка функций контроля дисковой корзины (enclosure management)
и возможность подключать до 128 дисков гарантируют успешную
работу контроллеров Adaptec как сегодня, так и в будущем.
Диски с интерфейсом Serial Attached SCSI (SAS) обеспечивают
лучшую производительность и более высокую надежность, чем
SATA-диски обычного и корпоративного класса. Несмотря на более
высокую стоимость, SAS-диски обеспечивают поддержку на 500%
транзакций больше и в большей степени соответствуют требованиям по росту производительности, особенно в серверах, в которых
внутреннее пространство ограничено.
Web-сервер
0
Контроллеры Adaptec Unified Serial: наилучшая производительность и защита данных сегодня и завтра
2500
3000
Операций ввода-вывода в секунду
Рисунок 6 – Сравнение производительности хранилищ с контроллерами
Adaptec RAID 3805, LSI 8888ELP и 3ware 9690SA-8i и 8-ю дисками Seagate
SAS 15000 об/мин, объединенными в массив RAID 6 (cache-enabled), при
различных рабочих нагрузках.
• Операционная система: Windows 2003 Enterprise Edition, 64-bit,
SP2 + все патчи на 15/10/2007
• Материнская плата: Intel S5000XVN
• Процессор: Intel 5160
• Память: 2GB DDR2-667 ECC FBDIMM
• Подключение к системе: x8 PCIe
• SATA-диски: Seagate 7200 об/мин ST3250624NS
(включено кэширование на чтение и запись)
• SAS-диски: Seagate 15000 об/мин ST336754SS
(включено кэширование на чтение и запись)
• Все дисковые конфигурации подключены напрямую.
RAID-контроллер
Adaptec RAID 3805
LSI 8888ELP
3ware 9690SA-8i
Adaptec, Inc.
691 South Milpitas Boulevard
Milpitas, CA 95035, USA
Тел.: (408) 945-8600
Факс: (408) 262-2533
Драйверы
Прошивка
StorPort 15317
15323
StorPort 2.13.0.64
6.01-0065
v9.4.1.3
v3.08.02.007
Утилиты
Adaptec Storage
Manager 17414
MegaRAID Storage
Manager v2.19-00
3DM 2 v2.06.00.007
Adaptec – Россия
Тел.: +7 (495) 9569459
Email: russia_sales@adaptec.com
Web: www.adaptec.ru
Copyright 2007 Adaptec, Inc. Все права защищены. Adaptec, логотип Adaptec, Snap Appliance, логотип Snap Appliance, Snap Server, Snap Disk, GuardianOS, SnapOS и Storage Manager являются торговыми марками Adaptec, Inc.,
которые могут быть зарегистрированы в различных юрисдикциях. Microsoft и Windows являются зарегистрированными торговыми марками Microsoft Corporation, используемыми в соответствии с лицензией. Другие торговые
марки являются собственностью соответствующих владельцев.
Информация, предоставляемая Adaptec Inc., является достоверной на момент печати, однако Adaptec Inc. не несет ответственности за любые ошибки, которые могут появиться в этом документе. Adaptec Inc. оставляет за собой
право вносить изменения в конструкцию или спецификацию без дополнительного предупреждения. Информация может быть изменена без дополнительного предупреждения.
P/N: 666922-012RU Напечатано в Европе 12/07 4808_2.0