QNAP Systems, Inc. - Network Attached Storage (NAS)

Language

Support

Best practice sulle prestazioni di archiviazione di QNAP

La presente guida sulle best practice fornisce consigli generali per configurare i sistemi di archiviazione QNAP NAS per le migliori prestazioni.

Scopo

Queste best practice sono rivolte agli utenti, ai partner e ai clienti di QNAP che stanno prendendo in esame di utilizzare i sistemi QNAP NAS. In queste best practice forniremo consigli su come configurare QNAP storage per prestazioni ottimali in base al carico di lavoro.

Come ottenere le migliori prestazioni di archiviazione possibili

Le linee guida riportate qui di seguito presentano consigli specifici relativi alla configurazione che consentono di ottenere buone prestazioni da un sistema di archiviazione QNAP.

  1. Scegliere un archivio NAS QNAP aziendale appropriato. Una piattaforma aziendale ancora più all'avanguardia è dotata di CPU più rapida, memoria e specifica IO. Per avere maggiori informazioni
  2. Massima RAM di sistema in uscita all'archiviazione. Per avere maggiori informazioni
  3. Utilizzare le unità mSATA e SSD per le cache di lettura/scrittura disponibili in QTS 4.2.0, utilizzando 2 o 4 SSD e creare RAID 1 o 10 come pool di caching. Vedere Fig. 1 & Fig. 2
  4. Scegliere la giusta configurazione per il RAID e il volume.
    • Creare uno storage pool RAID 10. Per spiegazioni, consultare l'Appendice.
    • Per ottenere prestazioni migliori utilizzare "Volume Statico", oppure "Volume Thick" in storage pool.
      • P.S. L'opzione "Volume Thin" offre una migliore flessibilità, ma può diminuire le prestazioni di storage per le applicazioni sensibili. Guardare l'esempio in Fig. 4 e l'Appendice per la spiegazione.
Fig. 1 Cache di lettura/scrittura SSD
QNAP

Fig. 2 Pool di cache SSD
QNAP

* Un esempio su come accedere al pool di cache SSD in QNAP NAS.


Come scegliere il mezzo di archiviazione

Linee guida indispensabili sulla scelta del giusto tipo di mezzo per lo storage QNAP NAS. Abbinare il tipo di unità appropriato al carico di lavoro previsto all'interno del proprio ambiente.

Caratteristiche Dischi rigidi tradizionali Dischi rigidi SAS Dischi rigidi SSD
Costo Basso Medio Alto
Prestazioni Basse Medie Alte
Capacità Alte Medie Basse

Le caratteristiche delle prestazioni più comuni misurate sono operazioni sequenziali e casuali. Misuriamo le prestazioni dei dischi in IOPS o Input/Output al secondo. Una richiesta di lettura o una richiesta di scrittura = 1 IOPS. Ogni disco nel sistema di storage può fornire una certa quantità di IOPS in base alla velocità rotazionale, alla latenza media e al tempo medio di ricerca.

Caratteristiche generali IOPS dei dischi rigidi

Dispositivo Tipo IOPS Interfaccia
Unità RPM 5400 HDD ~75-100 IOPS SATA III
Unità RPM 7200 HDD ~125-150 IOPS SATA III
Unità RPM 10.000 HDD ~140 IOPS SAS
Unità RPM 15.000 HDD ~175-210 IOPS SAS
Unità SSD SSD ~40K-100K+ IOPS*  SATA III

* Le prestazioni dipendono dal chip del controller SSD e dalla cellula flash

Per effettuare un calcolo IOPS RAW di base per 4 dischi rigidi a 7.200 RPM, possiamo supporre che gli IOPS RAW totali sono 500 IOPS. Possiamo fare questo calcolo prendendo il numero totale di unità e moltiplicandolo per il numero di IOPS RAW per ogni unità (HDD x 125 IOP = 500 IOPS).

Accesso casuale

accesso casuale significa che è possibile prendere qualsiasi parte del file in qualsiasi ordine. Quindi è possibile ad esempio leggere la parte centrale prima di quella iniziale.

Modello di carichi di lavoro che sono per lo più ad accesso casuale.

  • Accesso contemporaneo a diversi client
  • Applicazione database
  • Accesso VM in un ambiente hyper-visor
  • IP-SAN che utilizzano dati su base blocco

Accesso sequenziale

Sequenziale significa che si deve prima leggere la prima parte del file, prima di leggere la seconda, poi la terza ecc.

Modello di carichi di lavoro che sono per lo più ad accesso sequenziale.

  • Editing video (editing diretto utilizzando software di editing video da una sola stazione di lavoro)
  • Registrazione video (client singolo, es.: da una fotocamera IP o da un videoregistratore)
  • Trasmissione di video (guardare un video dal NAS)
  • Trasferimento di file di grandi dimensioni
  • Attività di backup dei dati

Accesso casuale rispetto ad accesso sequenziale

L'operazione di ricerca, che avviene quando la testa del disco si posiziona sul cilindro del disco di destra per accedere ai dati richiesti, ci impiega più tempo di qualsiasi altra parte del processo I/O.

Per la natura delle unità meccaniche, l'accesso ai dati e la loro scrittura in modo sequenziale è più rapida rispetto all'accesso/scrittura casuale per il modo in cui funziona l'hardware del disco. Le unità meccaniche I/O sequenziali possono essere generalmente servite a una velocità più elevata perché l'operazione di ricerca da parte della testa del disco è inferiore e allo stesso tempo il segmento dati più grande può essere letto/scritto durante una singola rotazione del piatto.

L'accesso casuale comprende un elevato numero di operazioni di ricerca, questo significa che la lettura casuale e in particolare la scrittura casuale erogheranno una bassa percentuale di velocità e IOPS. Durante l'I/O casuale, la posizione della testa del disco, la latenza rotazionale del disco di ricerca e il tempo di ricerca provocheranno significative penalità nella ricerca.

Fig. 3
QNAP

Esempio
Per i sistemi meccanici basati su disco, dove ogni ricerca su disco impiegherà circa 10 min. La scrittura sequenzale dei dati sullo stesso disco impiega circa 30 min. per MB. Quindi se si scrivono sequenzialmente 100 MB di dati su un disco, ci vorranno circa 3 secondi. Ma se si fanno 100 scritture casuali da 1MB ciascuna, ci vorrà un totale di 4 secondi (3 secondi per la scrittura effettiva e 10 ms * 100 = 1 secondo per tutta la ricerca).

Perché la cache di lettura/scrittura Flash (SSD) migliora gli IOPS casuali

Dato che le unità flash non hanno una testa del disco fisico che si deve muovere, non esiste alcuna penalità del tempo di ricerca di 10 ms che viene da un disco meccanico.

La funzione di cache di lettura/scrittura dell'SSD QNAP aiuta nelle prestazioni IOPS casuali riordinando (riducendo la scrittura) gli indirizzi del blocco in cache per ridurre il carico sui dischi di back-end.

L'impatto della dimensione della cache più grande è meglio è (per creare più opportunità di riordinamento), ma è praticamente limitato dal costo perché le cache di scrittura sono molto più costose del disco di back-end.

Caratteristiche del RAID

L'archivio QNAP NAS supporta diversi tipi di Livello RAID, ogni Livello RAID ha metriche diverse di capacità e prestazioni. Prima di implementare lo storage, è necessario capire quale tipo di carico di lavoro si prevede che possa essere eseguito dallo storage.

Quando si cerca di stabilire quale tipo di RAID utilizzare durante la creazione di una soluzione di storage, questo generalmente dipende da due cose. Capacità e prestazioni.

Tipo di RAID # minimo di unità Tolleranza di errore Capacità Lettura casuale Scrittura casuale Lettura sequenziale Scrittura sequenziale
RAID 0 2 Nessuna 100% Alte Alte Alte Alte
RAID 1 2 1 Guasto del disco 50% Alto Basso Alto Buono
RAID 5 3 1 Guasto del disco N - 1 Alto Basso Alto Buono
RAID 6 4 2 Guasto del disco N - 2 Alto Basso Alto Buono
RAID 10 4 1 Guasto del disco in ogni sotto RAID 50% Alto Buono Alto Buono

RAID 10:
funziona meglio per i carichi di lavoro transazionali pesanti con elevate scritture casuali (superiori al 30%).

RAID 5:
funziona meglio per prestazioni medie, scopi generali e carichi di lavoro sequenziali. Normalmente si utilizza il RAID 5 perché rappresenta la scelta più economica con 1 sola unità da utilizzare per la parità. Per applicazioni impegnative in termini di prestazioni, RAID 5 non è la scelta migliore.

RAID 6:
funziona meglio per carichi di lavoro di lettura come l'archiviazione e il backup, ma non è la scelta migliore per applicazioni impegnative in termini di prestazioni, in particolare per un ambiente intensivo di scrittura casuale.


Caso di studio 1 Identificazione del modello del carico di lavoro

La separazione dei VM con diversi modelli IOPS in storage pool multipli con diverse caratteristiche RAID migliorerà in modo significativo le prestazioni e ridurrà i colli di bottiglia IOPS.

Attrezzature utilizzate ammesse:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/it/product/model.php?II=126
dischi rigidi TB SATA 16 x 6

Un cliente ha un ambiente IT con due server host Vmware ESXi 6.0, è un cluster e necessita di eseguire 20 VM utilizzando il QNAP NAS come back-end per lo storage. Il cliente ha fatto un'indagine e un inventario di tutti i suoi VM e ha scoperto il seguente modello di carico di lavoro nel suo ambiente.

1 VM --> server database MSSQL carico elevato (30%+ I/O casuali).
3 VM --> server applicazione carico elevato (30%+ I/O casuali).
1 VM --> Servizi vCenter basso carico (Per lo più I/O sequenziali).
1 VM --> Controller di dominio basso carico (I/O sequenziale).
1 VM --> Server di backup basso carico (Per lo più I/O sequenziali).
2 VM --> Servizi DNS basso carico (Per lo più I/O sequenziali).
2 VM --> Server web carico medio (15%+ I/O casuali).
5 VM --> Desktop virtuali utente generale.
4 VM --> Server di sviluppo interni.

Configurazione consigliata

  • Creazione di uno storage pool 1 RAID 10 con volume statico con 8 o più dischi rigidi.
  • Posizionare i 4 VM ad alto carico (30% I/O casuale) sul RAID 10 ad alte prestazioni.
  • Creazione di uno storage pool 2 RAID 6 con volume thick o statico con 4 o più dischi rigidi.
  • Posizionare i 5 VM a carico basso (per lo più I/O sequenziali) su questo RAID 6.
  • Creazione di uno storage pool 3 RAID 6 con volume thick o statico con 4 o più dischi rigidi.
  • Posizionare il resto dei VM, dei server web, dei desktop utente virtuali e dei server di sviluppo interni su questo RAID 6.

Configurazione alternativa

  • Creazione di uno storage pool 1 RAID 10 con volume statico con 4 o più unità SSD.
  • Posizionare tutti i VM a carico elevato e medio sulle unità SSD.
  • Creazione di uno storage pool 2 RAID 6 con volume thick o statico con 8 o più dischi rigidi.
  • Posizionare i VM rimanenti (per lo più I/O sequenziali) su questo RAID 6.

* Ciò è valido per VMWare, Hyper-V, XenServer e altri hyper-visor.

Caso di studio 2 Eventuali prestazioni IOPS più elevate

Per ottenere i risultati migliori, utilizzare unità SSD ad alte prestazioni.

Attrezzature utilizzate ammesse:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/it/product/model.php?II=126
unità SSD SATA TB 16 x 1

La prima preoccupazione del cliente è ottenere prestazioni di archiviazione più elevate possibili e la capacità di archiviazione non è la preoccupazione principale.

  • Creazione di uno storage pool 1 RAID 10 con volume statico utilizzando tutte le unità SSD disponibili. Poiché le unità SSD non hanno componenti meccanici in movimento, è possibile realizzare IOPS sequenziali e casuali molto elevati.

Caso di studio 3 Accesso file multi-client

Diverse letture/scritture contemporanee sullo storage significano più IOPS casuali.

Un cliente ha una render farm grafica con circa 50 nodi. Tutti i 50 nodi leggeranno contemporaneamente il catalogo multimediale di origine, distribuire i dati e quindi scrivere il risultato nello storage per ulteriore elaborazione. Poiché tutti i 50 nodi prima leggono il supporto e poi scrivono il risultato nello storage contemporaneamente, questo ha creato un collo di bottiglia importante degli IOPS casuali che utilizzano tutte le unità meccaniche. Poiché sia le prestazioni elevate, sia l'elevata capacità di archiviazione sono necessarie per il processo di render grafico, possiamo ottimizzare lo storage QNAP NAS nel modo seguente.

 

Configurazione consigliata

Attrezzature utilizzate ammesse:
2 x TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/it/product/model.php?II=126
dischi rigidi TB SATA 16 x 6

  • Creazione di uno Storage Pool 1 RAID 10 con volume thick o statico con 10 o più unità.
  • Per trarre vantaggio dalle caratteristiche del RAID 10, scrivere tutti i risultati su questo storage pool.
  • Creazione di uno storage pool 2 RAID 5 o 6 con volume thick o statico con 10 o più unità.
  • Lettura di tutti i dati da questo storage pool.

Configurazione alternativa

  • Popolare un QNAP NAS 1 con tutte le unità SSD e creare un solo storage pool 1 di grandi dimensioni.
  • Scrivere tutti i risultati su questo NAS, per la natura delle scritture simultanee, i risultati dovrebbero essere considerati IOPS casuali.
  • Popolare un secondo QNAP NAS 2 con tutte le unità meccaniche e creare uno storage pool 1 di grandi dimensioni.
  • Leggere tutti i dati da questo NAS.

 

APPENDICE

QNAP NAS Appliance utilizza una tecnologia di storage pool avanzata per offrire agli utenti flessibilità e prestazioni.

Fig. 4 Storage Pool
QNAP

Storage Pool che utilizza LVM
È possibile utilizzare una gestione volume QNAP flessibile per gestire meglio le capacità di storage. Lo storage pool aggrega i dischi rigidi in uno spazio di archiviazione più grande e con la capacità di supportare diversi gruppi RAID, lo storage pool può offrire una protezione più ridondante e ridurre il rischio di blocco dei dati.

Una volta creato uno storage pool, è possibile scegliere da uno dei tre diversi metodi per creare il volume nella parte superiore del pool. Il tipo di volume che si vuole creare dipenderà dal fatto di volere flessibilità o prestazioni.

Volume statico
Il volume statico occuperà tutto lo spazio disponibile all'interno dello storage pool, pre-alloca e prepara lo spazio per un accesso di lettura/scrittura ottimale. Poiché il volume statico occupa tutto lo spazio dello Storage Pool, non è possibile creare volumi multipli all'interno dello stesso pool.

Volume Thick
Il volume thick offre una combinazione di flessibilità dello spazio e di prestazioni, è possibile scegliere lo spazio da assegnare a un volume thick dallo storage pool. Questo significa che è possibile creare diversi volumi thick o thin all'interno dello stesso storage pool. Una volta scelta la dimensione del voulme thick desiderato, questo prealloca e prepara lo spazio per l'accesso di lettura/scrittura.

Volume Thin
Il thin provisioning consente di utilizzare lo spazio di storage con maggiore flessibilità. In realtà il volume thin non utilizza uno spazio di storage fisico durante la creazione del volume, piuttosto lo spazio fisico è utilizzato solo durante l'allocazione di scrittura. Questo significa che è possibile effettuare il provisioning della dimensione di un volume thin più grande della dimensione dello storage fisico. Nello stesso storage pool è possibile creare diversi volume thin. Per la flessibilità del volume thin, esiste un impatto sulle prestazione durante il carico di lavoro. 

Accelerazione delle cache di lettura/scrittura mSATA e SSD
La tecnologia cache Solid state drive (SSD) si basa sulle cache di lettura dell'I/O del disco. Quando le applicazione del Turbo NAS accedono al/ai disco/i rigido/i, i dati saranno archiviati nell'SSD. Quando le applicazioni accedono di nuovo agli stessi dati, questi saranno letti/scritti dalla cache SSD anziché dal/dai disco/dischi rigido/i. I dati ai quali si accede comunemente sono archiviati nella cache SSD. Sarà possibile accedere al/ai disco/dischi rigido/i solo quando non sarà possibile reperire i dati dall'SSD

Metodo di accesso ai dati tradizionale
QNAP

Metodo di accesso ai dati della cache SSD
QNAP

Fonti di riferimento:
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_access
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequential_access
https://en.wikipedia.org/wiki/IOPS

Data di rilascio: 2015-09-17
È stato utile?
Grazie per il feedback.
Grazie per il feedback. Per eventuali domande, contattare support@qnap.com
57% delle persone lo ritengono utile.