QNAP Systems, Inc. - netwerk opslag (NAS)

Language

Support

Best Practice bij QNAP opslagprestaties

Deze 'Best Practice Guide' biedt algemene aanbevelingen voor het configureren van QNAP NAS-opslagsystemen om de beste prestaties te bereiken.

Doel:

Deze 'best practice' is bedoeld voor QNAP gebruikers, partners en klanten die overwegen een QNAP NAS-systeem te gaan gebruiken. In deze 'best practice' zullen wij aanbevelingen doen over hoe de QNAP-opslag te configureren voor optimale prestaties afhankelijk van uw werkdruk.

Hoe de best mogelijke opslagprestatie te verkrijgen:

De richtlijn hieronder introduceert specifieke aanbevelingen voor het configureren van het systeem waardoor goede prestaties mogelijk zijn bij een QNAP opslagsysteem.

  1. Kies een geschikte enterprise QNAP NAS opslag. Een platform in een hoger segment is uitgerust met snellere CPU, geheugen, en IO-specificatie. Meer informatie
  2. Maximaliseer de systeem-RAM voor opslag.  Meer informatie
  3. Gebruik mSATA en SSD schijven voor lees/schrijf-caching beschikbaar op QTS 4.2.0, gebruikmakend van 2 of 4 SSD en maak RAID 1 of 10 als cachingpool. Zie Fig. 1 en Fig. 2
  4. Kies de juiste configuratie voor RAID en Volume.
    • Maak een RAID 10 opslagpool. Zie bijlage voor uitleg.
    • Gebruik "Static Volume" (Statisch volume) voor de beste prestatie of gebruik "Thick Volume" (Dik volume) onder opslagpool. 
      • P.S. De optie "Thin Volume" (Dun volume) biedt betere flexibiliteit, maar kan de opslagprestatie verlagen bij gevoelige toepassingen. Zie voorbeeld in Fig. 4 en bijlage voor uitleg.
Fig. 1 SSD lees/schrijf-cache
QNAP

Fig. 2 SSD-cachepool
QNAP

* Een voorbeeld van hoe een SSD-cachepool benaderd wordt binnen QNAP NAS.


Hoe uw opslagmedia te kiezen:

Essentiële richtlijnen voor het kiezen van het juiste mediatype voor uw QNAP NAS opslag. Kies het geschikte schijftype op basis van de werklast in uw omgeving.

Kenmerken Traditionele harde schijven SAS harde schijven SSD harde schijven
Kosten Laag Medium Hoog
Prestatie Laag Medium Hoog
Capaciteit Hoog Medium Laag

De meest gebruikelijke prestatie-eigenschappen die gemeten worden, zijn sequentiële en "random" (willekeurige) handelingen. We meten de schijfprestatie in IOPS ofwel Input/Output Per Seconde. Eén leesverzoek = 1 IOPS. Elke schijf in het opslagsysteem kan u een bepaalde hoeveelheid IOPS bieden op basis van het toerental, de gemiddelde latentie en de gemiddelde zoektijd.

Algemene IOPS-karakteristieken van harde schijven

Apparaat Type IOPS Interface
5400 RPM schijven HDD ~75-100 IOPS SATA III
7200 RPM schijven HDD ~125-150 IOPS SATA III
10,000 RPM schijven HDD ~140 IOPS SAS
15,000 RPM schijven HDD ~175-210 IOPS SAS
SSD schijven SSD ~40K-100K+ IOPS*  SATA III

* De prestatie hangt af van de SSD-controllerchip en de flash-cel

Om een ruwe IOPS-berekening uit te voeren voor 4 harde schijven met 7200 RPM, kunnen we aannemen dat de totale bruto IOPS 500 zal bedragen. We kunnen dit berekenen door het totale aantal schijven te vermenigvuldigen met het aantal "RAW" (bruto) IOPS voor elke schijf (4 HDD x 125 IOP = 500 IOPS).

Willekeurige toegang:

"Random access" (Willekeurige toegang) betekent dat u ieder onderdeel van het bestand in een willekeurige volgorde krijgt. Dus u kunt bijvoorbeeld het middelste deel voor de start lezen.

Patronen van werklast die meestal 'random access' zijn.

  • Toegang van meerdere clients tegelijkertijd
  • Database toepassing
  • VM toegang in een hyper-visor omgeving
  • IP-SAN die gebruikmaakt van op blokken gebaseerde data

Sequentiële toegang:

Sequentieel betekent dat u eerst het eerste deel van het bestand moet lezen, voordat u het tweede deel gaat lezen, daarna het derde, enz ..

Patronen van werklast die meestal sequentiële toegang betreffen.

  • Videobewerking (Directe bewerking met videosoftware vanuit een enkel werkstation)
  • Video-opnamen (Een enkele client, bijv. vanaf een IP-camera of een videorecorder)
  • Videostreaming (Het bekijken van een video vanaf de NAS)
  • Overdracht van grote bestanden 
  • Databack-uptaak

Random versus sequentiële toegang:

De zoekbewerking die plaatsvindt wanneer de schijfkop zichzelf positioneert boven de juiste schijfcilinder om de gevraagde gegevens te benaderen, duurt langer dan enig ander onderdeel van het I/O-proces.

Vanwege de aard van de mechanische schijven, is het sequentiële benaderen/schrijven van data veel sneller dan het willekeurig benaderen/schrijven, vanwege de manier waarop de hardware van de schijf werkt. Sequentiële I/O op mechanische schijven kan over het algemeen functioneren met een hogere verwerkingscapaciteit, omdat er minder gezocht hoeft te worden door de schijfkop en tegelijkertijd kunnen er grotere datasegmenten geschreven/gelezen worden tijdens één omwenteling van de schijf.

Voor 'random access' zijn meer zoekacties nodig, hetgeen betekent dat het willekeurig lezen en met name het willekeurig schrijven een lagere doorvoersnelheid en IOPS zal opleveren. Tijdens willekeurige I/O zal de zoektijd van de schijfkop een aanzienlijk prestatieverlies veroorzaken.

Fig. 3
QNAP

Voorbeeld
Voor systemen die gebaseerd zijn op mechanische schijven neemt het zoeken op elke schijf ongeveer 10ms in beslag. Het sequentieel schrijven van gegevens naar diezelfde schijf duurt ongeveer 30 ms per MB. Dus als u 100 MB sequentieel schrijft naar een schijf, zal het ongeveer 3 seconden duren. Maar als u te maken heeft met 100 willekeurige schrijfacties van elk 1MB, zal dat in totaal van 4 seconden duren (3 seconden voor het eigenlijke schrijven, en 10 ms * 100 = 1 seconde voor het zoeken).

Waarom Flash (SSD) lees/schrijf-caching de random IOPS verbetert

Omdat flash-schijven geen fysieke schijfkop hebben die bewegen moet, is er geen 10 ms zoektijd nodig zoals bij een mechanische schijf.

QNAP’s functie van SSD lees/schrijf-caching helpt ‘random’ IOPS-prestaties door het hersorteren van blokadressen in de cache (wat de schrijftijd vermindert) om de belasting op back-end schijven te verlagen.

Bij cache-omvang geldt hoe groter hoe beter (om meer mogelijkheden te creëren bij het hersorteren), maar wordt in de praktijk beperkt door de kosten, omdat schrijf-caches duurder zijn dan een back-end schijf.

RAID karakteristieken

QNAP NAS opslag ondersteunt verschillende typen RAID-niveau, waarbij elk RAID-niveau een andere capaciteit en prestatie heeft. Voor u uw opslag gaat inrichten, moet u begrijpen met wat voor soort werkbelasting uw opslag te maken zal krijgen.

Wanneer u probeert te bepalen welk RAID-type u moet gebruiken bij het bouwen van een opslagconfiguratie, moet u gewoonlijk met twee dingen rekening houden: capaciteit en prestatie.

RAID Type Minimum # schijven Fouttolerantie Capaciteit Random lezen Random schrijven Sequentieel lezen Sequentieel schrijven
RAID 0 2

Geen

100%

Hoog

Hoog

Hoog

Hoog

RAID 1 2

1 defecte schijf

50%

Hoog

Laag

Hoog

Goed

RAID 5 3

1 defecte schijf

N - 1

Hoog

Laag

Hoog

Goed

RAID 6 4

2 defecte schijven

N - 2

Hoog

Laag

Hoog

Goed

RAID 10 4

1 defecte schijf in elke sub RAID

50%

Hoog

Goed

Hoog

Goed

RAID 10:
Werkt het best bij werklasten met zware transacties waarbij in hoge mate (meer dan 30%) willekeurig geschreven wordt.

RAID 5:
Werkt het beste bij medium prestaties, algemene doeleinden en sequentiële werklasten. Normaal gesproken zal RAID 5 gekozen worden omdat het een economische keuze is, waarbij slechts 1 schijf gebruikt wordt voor pariteit. Voor toepassingen die hoge prestaties vereisen is RAID 5 niet de beste keus.

RAID 6:
Werkt het best bij activiteiten waarbij voornamelijk gelezen wordt, zoals archivering en back-up, maar is niet de beste keus bij toepassingen die hoge prestaties eisen, met name in een omgeving waar intensief willekeurig geschreven wordt.


Case Study 1: Identificeer het patroon van uw werklast

Het scheiden van VMs met verschillende IOPS-patronen in meerdere opslagpools met verschillende RAID-kenmerken zal de prestatie verbeteren en de I/O-knelpunten reduceren.

Uitgegaan wordt van de volgende apparatuur:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/nl/product/model.php?II=126
16 x 6 TB SATA harde schijven

Een klant heeft een IT-omgeving met twee Vmware ESXi 6.0 host servers, in een cluster, en moet 20 VMs draaien gebruikmakend van QNAP NAS als back-end opslag. De klant heeft in zijn omgeving al zijn VMs geïnventariseerd, en komt daarbij tot het volgende patroon van werklast.

1 VM --> Zwaar belaste MSSQL database server (30%+ Random I/O).
3 VM --> Zwaar belaste toepassingsservers (30%+ Random I/O).
1 VM --> Licht belaste vCenter services (Merendeels sequentiële I/O).
1 VM --> Licht belaste Domain Controller (Merendeels sequentiële I/O).
1 VM --> Licht belaste Backup server (Merendeels sequentiële I/O).
2 VM --> Licht belaste DNS services (Merendeels sequentiële I/O).
2 VM --> Medium belastte Web Servers (15% Random I/O).
5 VM --> Algemene virtuele desktops van gebruikers.
4 VM --> Interne ontwikkelingsservers.

Aanbevolen configuratie:

  • Maak een RAID 10 opslagpool 1 met statisch volume gebruikmakend van 8 of meer harde schijven. 
  • Plaats de 4 “high load” VMs (30% Random I/O) op de hoog presterende RAID 10.
  • Maak een RAID 6 opslagpool 2 met dik of statisch volume gebruikmakend van 4 of meer harde schijven.
  • Plaats de Place the 5 Low load VMs (Mostly Sequential I/O) on this RAID 6.
  • Maak een RAID 6 opslagpool 3 met dik of statisch volume gebruikmakend van 4 of meer harde schijven.
  • Plaats de rest van uw VMs, Web Servers, virtuele desktops van gebruikers, en interne ontwikkelingsservers op deze RAID 6.

Alternatieve Configuratie:

  • Maak een RAID 10 opslagpool 1 met statisch volume gebruikmakend van 4 of meer SSD-schijven. 
  • Plaats alle “High load” en “medium load” VMs op SSD-schijven.
  • Maak een RAID 6 opslagpool 2 met dik of statisch volume gebruikmakend van 8 of meer harde schijven.
  • Plaats de rest van uw VMs (merendeels sequentiële I/O) op deze RAID 6.

* Dit is van toepassing op VMWare, Hyper-V, XenServer, en andere hyper-visors.

Case Study 2: Hoogst mogelijke IOPS prestatie

Gebruik hoog presterende SSD-schijven om de beste resultaten te verkrijgen.

Uitgegaan wordt van de volgende apparatuur:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/nl/product/model.php?II=126
16 x 1 TB SATA SSD schijven

Het gaat de klant vooral om het bereiken van de hoogst mogelijk prestatie, en opslagcapaciteit heeft een lagere prioriteit.

  • Maak een RAID 10 opslagpool 1 met statisch volume waarbij alle beschikbare SSD-schijven gebruikt worden. Omdat SSD-schijven geen mechanische componenten hebben, kan een zeer hoge sequentiële en random (willekeurige) IOPS verkregen worden.

Case Study 3: Multi-Client bestandstoegang

Meerdere gelijktijdige lees/schrijf-acties naar de opslag betekent meer "random" (willekeurige) IOPS.

Een klant heeft een hoog presterend grafisch computersysteem met ongeveer 50 knooppunten. Alle 50 knopen lezen tegelijkertijd de bron van de mediabibliotheek vanuit de opslag, geven de data weer en schrijven daarna het resultaat terug naar de opslag voor verdere verwerking. Aangezien alle 50 knopen eerst de media lezen en daarna het resultaat parallel terugschrijven naar de opslag, schiep dit een groot 'random' IOPS knelpunt bij alle aanwezige mechanische schijven. Aangezien zowel hoge prestaties als grote opslagcapaciteit vereist zijn voor grafische weergave, kunnen we de QNAP NAS opslag op de volgende manier optimaliseren.

 

Aanbevolen configuratie:

Uitgegaan wordt van de volgende apparatuur:
2 x TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/nl/product/model.php?II=126
16 x 6 TB SATA harde schijven

  • Maak een RAID 10 opslagpool 1 met een dik of statisch volume gebruikmakend van 10 of meer schijven. 
  • Schrijf alle resultaten naar deze opslagpool om de voordelen van de RAID 10 kenmerken te benutten.
  • Maak een RAID 5 of 6 opslagpool 2 met dik of statisch volume gebruikmakend van 10 of meer schijven.
  • Lees alle data vanaf deze opslagpool.

Alternatieve configuratie:

  • Rust een QNAP NAS 1 uit met allemaal SSD-schijven en maak een enkele grote opslagpool 1.
  • Schrijf alle resultaten naar deze NAS, en als gevolg van de aard van gelijktijdig schrijven, moeten de resultaten beschouwd worden als “random” (willekeurige) IOPS.
  • Rust een tweede QNAP NAS 2 uit met allemaal mechanische schijven en maakt een grote opslagpool 1.
  • Lees alle data vanaf deze NAS.

 

BIJLAGE:

QNAP NAS Appliance maakt gebruik van een geavanceerde opslagtechnologie om gebruikers meer flexibiliteit en betere prestaties te bieden.

Fig. 4 Storage Pool
QNAP

Opslagpool gebruikmakend van LVM
U kunt gebruikmaken van QNAP’s flexibel volumebeheer om uw opslagcapaciteit beter te beheren. De opslagpool aggregeert harde schijven in een grotere opslagruimte, en met de mogelijke ondersteuning van meerdere RAID groepen, kan de opslagpool meer redundante bescherming bieden en het risico van dataverlies verminderen.

Als een opslagpool eenmaal gemaakt is, kunt u kiezen uit drie verschillende methoden om uw volume te maken bovenop de pool. Het volumetype dat u maken wilt hangt af van of u kiest voor flexibiliteit of prestatie.

Statisch volume:
Een statisch volume zal alle beschikbare ruimte binnen de opslagpool in beslag nemen, en de ruimte vooraf toewijzen en bereiden voor optimale lees/schrijf-toegang. Omdat een statisch volume alle ruimte van de opslagpool in beslag zal nemen, kunt u niet meerdere volumes binnen dezelfde pool maken.

Dik Volume:
Een “Thick Volume” (Dik volume) biedt een combinatie van ruimteflexibiliteit en prestaties, waarbij u kunt kiezen hoeveel ruimte u wilt toewijzen aan een dik volume binnen de opslagpool. Dit betekent dat u meerdere dikke of dunne volumes kunt maken binnen dezelfde opslagpool. Zodra de verlangde grootte van het dikke volume gekozen is, zal het de ruimte voorbereiden op lees/schrijf-toegang.

Dun Volume:
‘Thin Provisioning’ zorgt ervoor dat opslagruimte flexibeler gebruikt kan worden. Een dun volume gebruikt feitelijk niet meer fysieke opslagruimte tijdens het maken van het volume, maar fysieke ruimte wordt alleen gebruikt bij het toewijzen van het schrijven. Dit betekent dat u een dun volume kunt instellen met een omvang die groter is dan uw fysieke opslag. U kunt meerdere dunne volumes maken binnen dezelfde opslagpool. Gezien de flexibiliteit van een dun volume, heeft dit invloed op de prestatie tijdens een werklast.

mSATA en SSD lees/schrijf cacheversnelling:
Solid State Drive (SSD) cache-technologie is gebaseerd op I/O-leestoegang van schijven. Wanneer de toepassingen van de Turbo NAS toegang zoeken tot de harde schijf/schijven, worden de gegevens opgeslagen in de SSD. Wanneer dezelfde gegevens opnieuw worden benaderd door de toepassingen, zullen zij de SSD-cache lezen/beschrijven in plaats van de harde schijf/schijven. Vaak gebruikte gegevens worden opgeslagen in de SSD-cache. De harde schijf/schijven zal/zullen alleen benaderd worden wanneer de gegevens niet gevonden konden worden in de SSD.

Traditionele methode voor data-toegang
QNAP

Methode voor data-toegang bij SSD-cache
QNAP

Referentiebronnen:
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_access
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequential_access
https://en.wikipedia.org/wiki/IOPS

Uitgavedatum: 2015-09-17
Was dit nuttig?
Bedankt voor uw feedback.
Bedankt voor uw feedback. Neem contact op met support@qnap.com als u vragen hebt.
57% van de mensen vond dit nuttig