Система зберiгання all-flash QNAP TS-h2490FU. Перший погляд

QNAP TS-h2490FU - побудована на ZFS система зберігання під додатки, критичні до продуктивності і низьких затримок. Вона розрахована на установку 24 х U.2 NVMe SSD. Рішення виходить гнучким і відносно доступним: ціни U.2 відносно доступні, а їх місткість від 1 до 15TB дозволяє набрати пристойний простір для розміщення даних.

Сховище побудоване на процесорі AMD EPYC (багато ядер та оперативної пам’яті важливі для ZFS), надає до 128 ліній введення-виведення PCIe і виділену смугу пропускання 32 Гбіт/с (x4 PCIe) кожному накопичувачу NVMe. З таким запасом обчислювальної потужності і мережевими інтерфейсами 4 х 25 GbE QNAP TS - h2490FU готовий витримувати високі навантаження у віртуалізованому середовищі.

U.2

Звичні системи зберігання на SAS SSD/HDD поступово здають позиції в додатках, де важливі швидкий відгук і віддача накопичувачів. Диски NVMe підключаються безпосередньо до CPU через PCIe - що різко скорочує затримки звернення. Оптимізований NVMe SSD досягає швидкості до 7,4 ГБ/с - приблизно у 23 рази швидше, ніж диск SATA, і в шість разів швидше, ніж SSD- накопичувач SAS 12 Гб.

U.2 (2.5" NVMe SSD) - стандарт NVMe SSD, що склався на сьогодні, для серверів і систем зберігання. У цьому форматі представлені накопичувачі різної архітектури (NAND, 3d XPoint) і ресурсу (переважно під читання, під змішане навантаження, під інтенсивний запис довільного доступу).

Можливості ZFS-сховищ детально описані. Можна сказати, накопичувачі на флеш-пам’яті є необхідною, але не достатньою умовою їх продуктивності - великий вклад налаштувань: пулів основних віртуальних пристроїв з даними, допоміжних областей - таких як L2ARC (кеш читання другого рівня), SLOG (журнал синхронного запису), Special Allocation (метадані). Виробники систем знімають з користувача частину турбот з основних налаштувань, але ZFS була і залишається широким полем для оптимізації зберігання під потреби додатків. Не даремно в мережі люблять цитувати розробника OpenZFS Метта Аренса: "це дійсно складно".

ZFS

Як файлова система і менеджер томів зберігання даних в одній особі, ZFS повністю контролює фізичні носії, логічні томи та стежить за цілісністю даних. Її механізм копіювання при записі (copy-on-write) служить ключем до самовідновлення даних (надійності додатків і баз даних) і зручних служб - таким як миттєві знімки й реплікація. До сховища на флеш-пам’яті вимоги особливі - тим цікавіші опції, що безпосередньо впливають на його продуктивність. Наприклад, вбудована дедуплікація даних. У поєднанні з технологією компресії ZFS дедуплікація скорочує об’єм зберігання і кількість операцій введення-виведення.

Дедуплікація - видалення послідовностей даних, що повторюються, скорочення їх об'єму шляхом компресії. Стандартної метрики "коефіцієнт дедуплікації", що дозволяє порівнювати сховища між собою, не існує - усі дані різні. Відрізняються їх тип, волатильність, тривалість зберігання. Навіть в одній і тій же системі зберігання резервні копії стискаються краще за продуктивний масив.

Незалежно від того, чи працює QNAP TS-h2490FU в якості основного або резервного сховища, важливо оптимізувати його використання - тим більше за часів великих даних. Дедуплікація і компресія можуть підняти рентабельність, при одночасному поліпшенні продуктивності запису довільного доступу, і понизити знос твердотільних накопичувачів.

Проте, дедуплікацію не варто вважати універсальним засобом підвищення ефективності сховищ. Продуктивність - завжди компроміс між вимогами робочих навантажень і ціною їх задоволення. Для коефіцієнта компресії вірне правило спадаючої дохідності:  чим він вищий - тим менше приросту практичних переваг. Точний виграш на будь-якій моделі руху даних передбачити неможливо. Потрібно тестувати системи зберігання на реальних даних і порівнювати сукупну вартість володіння ними, а не механізми дедуплікації.

 Альтернативою дедуплікациії може бути використання накопичувачів більшої місткості (куди все поміститься без компресії) або інших політик надмірності зберігання.

RDMA

Прямий доступ до пам'яті RDMA дозволяє обходити рівні драйверів і сокетів, понизити затримки мережевого обміну даними між серверами та сховищем.

Стандартний протокол TCP/IP поміщає копії даних в тимчасові буфери:

RDMA передає дані відразу в мережевий адаптер, проминувши проміжні копії:

iSER - розширення моделі передачі даних iSCSI на традиційному TCP/IP з використанням прямого доступу до пам'яті RDMA. Протокол підходить для підтримки баз даних, віртуальних середовищ, хмарних сервісів і веб-додатків. Завдяки iSER можна у декілька разів збільшити щільність середовища VDI (кількість віртуальних машин на сервері) і підняти швидкість служб в порівнянні з iSCSI на TCP/IP.

Звичайні мережеві адаптери поступово витісняються із вжитку такими, що підтримують RDMA, наприклад, Mellanox 10/25/40/50/100GbE. Налаштування продуктивності iSER під Linux в серверах і системах зберігання, і на хостах VMware ESXi детально документовані.

Починаючи з Windows Server 2012 серверні ОС Microsoft підтримують і автоматично активують протокол SMB Direct для мережевих адаптерів з RDMA. У робочих навантаженнях Hyper-V або Microsoft SQL Server це дозволяє обмінюватися даними з файловим сервером на повній пропускній спроможності високошвидкісних мереж.

Низькі затримки в мережевому стеку забезпечують надзвичайно швидкий відгук, створюючи враження, що видалене файлове сховище є безпосередньо підключеним блоковим сховищем.

Від теорії до практики

В другій частині ми вибірково оцінимо вплив перерахованих чинників на продуктивність QNAPTS-h2490FU.