QNAP Systems, Inc. - 네트워크 부착형 스토리지(NAS)

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QNAP 스토리지 성능 모범 사례

이 모범 사례 지침은 QNAP NAS 스토리지 시스템이 최상의 성능을 낼 수 있도록 구성하는 데 필요한 일반적인 권장사항을 제공합니다.

목적:

이 모범 사례 지침은 QNAP NAS 시스템 사용을 고려하고 있는 QNAP 사용자, 파트너 및 고객용입니다. 이 모범 사례 지침은 사용자의 작업에 맞는 최적의 성능을 얻을 수 있도록 QNAP 스토리지를 구성하는 방법에 대한 권장사항을 제공합니다.

가능한 최상의 스토리지 성능을 확보하는 방법:

아래의 가이드라인은 QNAP 스토리지 시스템에서 우수한 성능을 얻을 수 있는 구체적인 구성 권장사항을 소개합니다.

  1. 적절한 엔터프라이즈급 QNAP NAS 스토리지를 선택하십시오. 고급 엔터프라이즈 플랫폼일수록 보다 빠른 CPU, 메모리 및 IO 사양을 갖추고 있습니다.  더 보기
  2. 스토리지의 시스템 RAM을 최대로 만드십시오.  더 보기
  3. QTS 4.2.0에서 사용할 수 있는 읽기/쓰기 캐싱용 mSATA와 SSD 드라이브를 사용하고 SSD 2개 또는 4개를 사용해서 RAID 1 또는 10을 캐시 풀로 만듭니다. 그림 1 및 2 참조
  4. RAID와 볼륨에 맞는 구성을 선택합니다.
    • RAID 10 스토리지 풀을 만듭니다. 설명은 부록을 참조하십시오.
    • 최상의 성능을 얻으려면 "정적 볼륨"을 만들거나 스토리지 풀에서 "씩 볼륨"을 사용하십시오.
      • P.S. "씬 볼륨" 옵션을 이용하면 유연성이 향상되지만 까다로운 애플리케이션의 경우 스토리지 성능이 저하될 수 있습니다. 자세한 설명은 그림 4의 예와 부록을 참조하십시오.
그림 1 SSD 읽기/쓰기 캐시
QNAP

그림 2 SSD 캐시 풀
QNAP

* QNAP NAS 내에서 SSD 캐시 풀에 액세스하는 방법의 예입니다.


스토리지 미디어를 선택하는 방법:

필수 지침이 사용자의 QNAP NAS 스토리지에 맞는 미디어 유형을 선택하는 방법을 안내해줍니다. 사용자의 환경 내에서 예상되는 작업량에 적절한 유형의 드라이브로 맞출 수 있습니다.

특장점 기존 하드 드라이브 SAS 하드 드라이브 SSD 하드 드라이브
비용 낮음 중간 높음
성능 낮음 중간 높음
용량 높음 중간 낮음

가장 보편적으로 측정하는 성능 특성은 순차 작업과 임의 작업입니다. IOPS 또는 입력/출력 시의 디스크 성능은 초 단위로 측정됩니다. 읽기 요청 한 개 또는 쓰기 요청 한 개 = 1 IOPS. 사용자의 스토리지 시스템에 있는 각 디스크는 회전 속도, 평균 대기 시간 및 평균 검색 시간을 기초로 특정한 IOPS의 크기를 산출합니다.

일반적인 하드 드라이브 IOPS 특성

장치 유형 IOPS 인터페이스
5400 RPM 드라이브 HDD ~75-100 IOPS SATA III
7200 RPM 드라이브 HDD ~125-150 IOPS SATA III
10,000 RPM 드라이브 HDD ~140 IOPS SAS
15,000 RPM 드라이브 HDD ~175-210 IOPS SAS
SSD 드라이브 SSD ~40K-100K+ IOPS*  SATA III

* 성능은 SSD 컨트롤러 칩과 플래시 셀에 따라 달라집니다

7,200 RPM에서 하드 드라이브 4개의 기본 RAW IOPS를 계산할 경우 총 RAW IOPS가 500 IOPS라고 가정할 수 있습니다. 이 값은 드라이브의 총 개수를 각 드라이브의 RAW IOPS 수와 곱해서((4 HDD x 125 IOP = 500 IOPS)) 산출할 수 있습니다.

임의 액세스:

임의 액세스란 어떠한 순서로나 파일의 아무 부분이건 가져올 수 있다는 의미입니다. 예를 들어 시작 부분보다 중간 부분을 먼저 읽을 수 있습니다.

대부분 임의로 액세스하는 작업 패턴.

  • 여러 클라이언트에 동시 액세스
  • 데이터베이스 애플리케이션
  • 하이퍼바이저 환경에서 VM에 액세스
  • 블록 기반 데이터를 이용한 IP-SAN

순차적 액세스:

순차적 액세스란 파일의 첫 부분을 먼저 읽고 두 번째, 세 번째 순으로 읽어야 한다는 의미입니다.

대부분 순차적으로 액세스하는 작업 패턴.

  • 비디오 편집 (단일 워크스테이션에서 비디오 편집 소프트웨어를 사용한 직접 편집)
  • 비디오 녹화 (단일 클라이언트, 즉 IP 카메라나 비디오 레코더에서 녹화)
  • 비디오 스트리밍 (NAS에서 비디오 시청)
  • 대형 파일 전송
  • 데이터 백업 작업

임의 액세스 대 순차 액세스:

요청한 데이터에 액세스하기 위해 디스크 헤드가 오른쪽 디스크 실린더에 위치할 때 발생하는 검색 작업으로서, I/O 프로세스 중 다른 부분보다 시간이 오래 걸립니다.

기계적 드라이브의 속성상 디스크 하드웨어가 작동되는 방식때문에 데이터에 순차적 액세스/쓰기 시간이 임의로 액세스/쓰기 시간보다 빠릅니다. 기계적 드라이브의 순차 I/O는 디스크 헤드의 검색 작업량이 적은 동시에 단일 원판 회전 중에도 보다 많은 데이터 세그먼트를 읽거나 쓸 수 있기 때문에 일반적으로 처리량이 많을 때 사용됩니다.

임의 액세스는 검색 작업 횟수가 비교적 많은 편인데, 이는 임의 읽기와 특히 임의 쓰기에서 처리량 속도나 IOPS가 낮아진다는 의미입니다. 임의 I/O가 진행되는 동안 디스크 헤드의 위치, 검색 디스크 회전 지연 및 검색 시간이 현저하게 성능을 저하시키는 결과를 낳게 됩니다.

그림 3
QNAP


기계적 디스크 기반 시스템의 경우 디스크당 검색 시간이 약 10ms입니다. 동일한 해당 디스크에 순차적으로 쓰기에는 MB당 약 30ms가 걸립니다. 따라서 디스크에 100 MB의 데이터를 순차적으로 쓰는 데 걸리는 시간은 약 3초가 됩니다. 그러나 1MB의 데이터를 100번 임의로 쓸 경우 총 4초가 걸리게 됩니다 (실제 쓰기 시간 3초와 10 ms * 100 = 탐색에 걸리는 시간 총 1초).

플래시 (SSD) 읽기/쓰기 캐싱이 임의 IOPS 성능을 향상시키는 이유

플래시 드라이브에는 여기저기로 이동해야 하는 실제 디스크가 없기 때문에 기계적 디스크에서 발생하는 10 ms의 검색 시간 패널티가 없습니다.

QNAP SSD 읽기/쓰기 캐싱 기능을 이용하면 캐시에서 블록 주소를 재정렬해서 (쓰기를 줄여서) 벡 엔드 디스크의 부하를 줄일 수 있으므로 IOPS 성능 향상에 도움이 됩니다.

캐시 크기 영향이 클수록 더 좋지만(재정렬할 기회를 더 많아짐), 실제적으로 쓰기 캐시가 백 엔드 캐시보다 훨씬 비싸기 때문에 비용에 따른 제한이 있습니다.

RAID 특징

QNAP NAS 스토리지는 여러 유형의 RAID 레벨을 지원하고 있으며, RAID 레벨마다 용량과 성능 매트릭이 다릅니다. 스토리지를 배치하기 전에 사용자의 스토리지에서 수행될 것으로 예상되는 작업의 종류를 파악해야 합니다.

스토리지 솔루션을 구축할 때 사용할 RAID 유형을 선택하는 기준은 대개의 경우 두가지에 달려 있습니다. 즉 용량과 성능입니다.

RAID 유형 최소  # 드라이브 수 고장 허용범위 용량 임의 읽기 임의 쓰기 연속 읽기 연속 쓰기
RAID 0 2 없음 100% 높음 높음 높음 높음
RAID 1 2 디스크 1개 고장 50% 높음 낮음 높음 좋음
RAID 5 3 디스크 1개 고장 N - 1 높음 낮음 높음 좋음
RAID 6 4 디스크 2개 고장 N - 2 높음 낮음 높음 좋음
RAID 10 4 하위 RAID당 디스크 1개 고장 50% 높음 좋음 높음 좋음

RAID 10:
임의 쓰기 비율이 높아서(30%보다 큼) 리소스 사용량이 많은 트랜잭션 작업에 이상적입니다.

RAID 5:
중간 수준의 성능, 일반 용도 및 연속 작업용으로 이상적입니다.. 패리티에 드라이브 1개만 사용되어 훨씬 경제적이라는 것이 RAID 5를 사용하는 주된 이유입니다. RAID 5는 성능에 대해 까다로운 애플리케이션용으로는 적합하지 않습니다.

RAID 6:
보관이나 백업과 같이 읽기 중심 작업용으로 최상이지만 특히 임의 쓰기가 많은 환경과 같이 성능에 대해 까다로운 애플리케이션용으로는 적합하지 않습니다.


사례 연구 1: 작업 패턴 식별

IOPS 패턴이 다른 VM들을 RAID 특성이 서로 다른 스토리지 풀로 분리해버리면 성능이 확연히 개선되고 I/O 병목 현상이 줄어들게 됩니다.

사용된 것으로 간주되는 장치:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/kr/product/model.php?II=126
16 x 6 TB SATA 하드 드라이브

Vmware ESXi 6.0 호스트 서버가 2개인 IT 환경에 있는 고객이 있다면, 이 환경은 클러스터로서 QNAP NAS를 사용하는 VM 20개를 스토리지 백 엔드로 실행해야 합니다. 고객은 자신의 모든 VM을 조사하여 인벤토리을 파악하여 자신의 환경에서 다음과 같은 작업 패턴을 찾아냈습니다.

1 VM --> 고부하 MSSQL 데이터베이스 서버 (30%+ 임의 I/O).  
3 VM --> 고부하 애플리케이션 서버 (30%+ 임의 I/O).
1 VM --> 저부하 vCenter 서비스 (주로 순차 I/O).
1 VM --> 저부하 도메인 컨트롤러 (주로 순차 I/O).
1 VM --> 저부하 백업 서버 (주로 순차 I/O).
2 VM --> 저부하 DNS 서비스 (주로 순차 I/O).
2 VM --> 중부하 웹 서버 (15%+ 임의 I/O).
5 VM --> 일반 사용자용 가상 데스크톱.
4 VM --> 내부 개발 서버.

권장되는 구성:

  • 하드 드라이브 8개 또는 그 이상을 이용해서 정적 볼륨이 있는 RAID 10 스토리지 풀을 만듭니다.
  • 고부하 VM 4개 (30% 임의 I/O)를 고성능 RAID 10에 배치합니다.
  • 하드 드라이브 4개 또는 그 이상을 이용해서 씩 볼륨이나 정적 볼륨이 있는 RAID 6 스토리지 풀 2를 만듭니다.
  • 저부하 VM 5개 (주로 순차 I/O)를 이 RAID 6에 배치합니다.
  • 하드 드라이브 4개 또는 그 이상을 이용해서 씩 볼륨이나 정적 볼륨이 있는 RAID 6 스토리지 풀 3을 만듭니다.
  • 나머지 VM, 웹 서버, 일반 사용자용 가상 데스크톱, 내부 개발 서버를 이 RAID 6에 배치합니다.

대체 구성:

  • SSD 드라이브 4개 또는 그 이상을 이용해서 정적 볼륨이 있는 RAID 10 스토리지 풀을 만듭니다.
  • 모든 고부하 및 중부하 VM을 SSD 드라이브에 배치합니다.
  • 하드 드라이브 8개 또는 그 이상을 이용해서 씩 볼륨이나 정적 볼륨이 있는 RAID 6 스토리지 풀 2을 만듭니다.
  • 나머지 VM (주로 순차 I/O)을 이 RAID 6에 배치합니다.

* VMWare, Hyper-V, XenServer 및 그밖의 하이퍼바이저에 적용됩니다.

사례 연구 2: 가능한 최상의 IOPS 성능

최상의 결과를 얻으려면 고성능 SSD 드라이브를 사용하십시오.

사용된 것으로 간주되는 장치:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/kr/product/model.php?II=126
16 x 1 TB SATA SSD 드라이브

고객의 일차적 관심사는 가능한 한 최상의 스토리지 성능을 확보하는 것이며 스토리지 용량은 주된 관심사가 아닙니다.

  • 사용할 수 있는 모든 SSD 드라이브를 이용해서 정적 볼륨이 있는 RAID 10 스토리지 풀 1을 만듭니다. SSD 드라이브에는 움직이는 기계적 구성품이 없기 때문에 다량의 순차 및 임의 IOPS를 처리할 수 있습니다.

사례 연구 3: 멀티 클라이언트 파일 액세스

스토리지에 여러 읽기/쓰기를 동시에 한다는 것은 임의 IOPS 양이 많아진다는 의미입니다.

노드가 50개인 그래픽 렌더 팜을 가진 고객이 있습니다. 노드 50개가 모두 스토리지로부터 소스 미디어 라이브러리를 동시에 읽고 데이터를 렌더링한 다음 이후 처리를 위해 결과를 스토리지에 도로 기록하게 됩니다. 동시에 노드 50개 모두 우선 미디어를 읽은 다음 결과를 동시에 스토리지에 도로 기록하기 때문에, 이것이 모든 기계적 드라이브를 사용하면서 임의 IOPS 작업에 병목을 일으키는 주된 원인이었습니다. 그래픽 렌더링 프로세스에는 높은 성능과 대용량의 저장 공간 둘 다 필요하기 때문에 다음 방법을 이용하면 QNAP NAS 스토리지를 최적화할 수 있습니다.

 

권장되는 구성:

사용된 것으로 간주되는 장치:
2 x TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/kr/product/model.php?II=126
16 x 6 TB SATA 하드 드라이브

  • 드라이브 10개 또는 그 이상을 이용해서 씩 볼륨이나 정적 볼륨이 있는 RAID 10 스토리지 풀 1을 만듭니다.
  • RAID 10 특징의 이점을 누리려면 모든 결과를 이 스토리지 풀에 기록합니다.
  • 10개 이상의 드라이브를 이용해서 씩 볼륨이나 정적 볼륨이 있는 RAID 5 또는 6 스토리지 풀 2를 만듭니다.
  • 이 스토리지 풀에서 모든 데이터를 읽습니다.

대체 구성:

  • QNAP NAS 1을 모든 SSD 드라이브로 채우고 대형 단일 스토리지 풀 1을 만듭니다.
  • 모든 결과를 이 NAS에 기록합니다. 동시 쓰기의 특성상 결과는 임의 IOPS로 간주되어야 합니다.
  • 두 번째 QNAP NAS 2를 모든 기계적 드라이브로 채우고 대형 스토리지 풀 1을 만듭니다.
  • 이 NAS에서 모든 데이터를 읽습니다.

 

부록:

QNAP NAS Appliance는 유연성과 성능 두가지를 모두 제공하는 고급 스토리지 풀 기술을 사용합니다.

그림 4 스토리지 풀
QNAP

LVM을 이용하는 스토리지 풀
QNAP의 유연한 볼륨 관리를 이용하면 스토리지 용량을 보다 잘 관리할 수 있습니다. 스토리지 풀은 하드 드라이브를 보다 큰 저장 공간으로 통합해서 여러 RAID 그룹을 지원할 능력을 갖추게 되며, 스토리지 풀이 보다 많은 중복 보호를 제공하므로 데이터 충돌 위험을 줄일 수 있습니다.

스토리지 풀이 일단 만들어지면 세가지 방법 중에서 선택해서 풀 상단에 볼륨을 만들 수 있습니다. 만들려는 볼륨의 유형은 유연성과 성능 중 어느 쪽을 원하느냐에 따라 달라집니다.

정적 볼륨:
정적 볼륨은 스토리지 풀 내에서 사용 가능한 모든 공간을 차지하게 되며 최적의 읽기/쓰기 액세스를 위해 공간을 사전에 할당해서 준비합니다. 정적 볼륨은 스토리지 풀 공간을 모두 차지하기 때문에 동일한 풀 내에서 여러 개의 볼륨을 만들 수 없습니다.

씩 볼륨:
씩 볼륨은 공간 유연성과 성능을 동시에 제공하며 스토리지 풀에서 씩 볼륨에 할당할 공간의 크기를 선택할 수 있습니다. 이는 즉, 동일한 스토리지 풀 내에서 여러 개의 씩 볼륨이나 씬 볼륨을 만들 수 있다는 의미입니다. 원하는 씩 볼륨 크기를 선택하기만 하면 읽기/쓰기 액세스에 사용할 공간이 사전에 할당되어 준비됩니다.

씬 볼륨:
이 프로비저닝을 이용하면 저장 공간을 보다 유연하게 사용할 수 있습니다. 이 볼륨은 볼륨을 만드는 동안 실제 저장 공간을 사용하지 않으며, 실제 공간은 쓰기 할당 중에만 사용됩니다. 이는 즉, 실제 스토리지 크기보다 큰 씬 볼륨 크기를 구축할 수 있다는 의미입니다. 동일한 스토리지 풀 내에서 여러 개의 씬 볼륨을 만들 수 있습니다. 씬 볼륨의 공간 유연성으로 인해 작업 중에 성능에 영향을 미칩니다.

mSATA 및 SSD 읽기/쓰기 캐시 가속:
솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 캐시 기술은 디스크 I/O 읽기 캐시를 기반으로 합니다. Turbo NAS의 애플리케이션이 하드 드라이브에 액세스할 때 데이터가 SSD에 저장됩니다. 애플리케이션이 동일한 데이터에 다시 액세스할 때는 하드 드라이브 대신 SSD 캐시에서 읽기/쓰기를 하게 됩니다. 주로 액세스하는 데이터는 SSD 캐시에 저장됩니다. SSD에서 데이터를 찾을 수 없을 때만 하드 드라이브에 액세스하게 됩니다.


기존 데이터 액세스 방법
QNAP

SSD 캐시 데이터 액세스 방법
QNAP

참조 소스:
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_access
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequential_access
https://en.wikipedia.org/wiki/IOPS

릴리스 날짜: 2015-09-17
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