Serwery NAS firmy QNAP - oficjalna strona w Polsce (NAS)

Language

Support

Najlepsze praktyki dotyczące pamięci masowej w serwerach QNAP

Niniejszy przewodnik po najlepszych praktykach zawiera ogólne zalecenia dotyczące konfiguracji systemów pamięci masowej QNAP NAS z myślą o jak najlepszej wydajności.

Cel:

Niniejsze najlepsze praktyki są przeznaczone dla użytkowników produktów i partnerów firmy QNAP oraz klientów rozważających zakup serwerów QNAP NAS. Zawierają one zalecenia dotyczące konfiguracji pamięci masowej serwera QNAP z myślą o optymalnej wydajności w zależności od obciążenia.

Jak uzyskać największą możliwą wydajność pamięci masowej:

Poniższe wytyczne zawierają konkretne zalecenia konfiguracyjne umożliwiające uzyskanie wysokiej wydajności serwera pamięci masowej firmy QNAP.

  1. Wybierz odpowiedni serwer pamięci masowej QNAP NAS klasy korporacyjnej. Platformy korporacyjne wyższej klasy mają szybszy procesor, więcej pamięci i lepsze parametry operacji wejścia/wyjścia. Więcej informacji
  2. Zainstaluj maksymalną ilość pamięci. Więcej informacji
  3. Użyj dysków mSATA i SSD do buforowania odczytu i zapisu w systemie QTS 4.2.0, stosując 2 lub 4 dyski SSD, i utwórz macierz RAID 1 lub 10 jako pulę pamięci podręcznej. Zobacz rysunek 1 i 2.
  4. Dobierz odpowiednią konfigurację do macierzy RAID i wolumenu.
    • Utwórz pulę pamięci masowej RAID 10. Wyjaśnienia zawiera Dodatek.
    • Jako ustawienie puli pamięci masowej wybierz „Wolumen statyczny”, aby uzyskać najlepszą wydajność, lub „Gruby wolumen”.
      • Opcja „Uproszczony wolumen” zapewnia większą elastyczność, ale może zmniejszyć wydajność pamięci masowej w przypadku wrażliwych aplikacji. Wyjaśnienia zawiera przykład na rysunku 4 i Dodatek.
Rysunek 1 Pamięć podręczna SSD do odczytu i zapisu
QNAP

Rysunek 2 Pula pamięci masowej SSD
QNAP

* Przykład uzyskiwania dostępu do puli pamięci podręcznej SSD w serwerze QNAP NAS.


Jak wybrać nośniki pamięci masowej:

Poniżej przedstawiono najważniejsze wskazówki dotyczące wyboru odpowiedniego typu nośników do serwera pamięci masowej QNAP NAS. Dostosuj typ dysku do zakładanego obciążenia w Twoim środowisku.

Funkcje Tradycyjne dyski twarde Dyski twarde SAS Dyski twarde SSD
Koszt Niski Średni Wysoki
Wydajność Niska Średnia Wysoka
Pojemność Wysoka Średnia Niska

Do najczęściej mierzonych parametrów wydajności należą operacje sekwencyjne i losowe. Wydajność dysku mierzymy w IOPS, czyli liczbie operacji wejścia/wyjścia na sekundę. Jedno żądanie odczytu lub zapisu = 1 IOPS. Każdy dysk w systemie pamięci masowej może zapewniać pewną liczbę IOPS w zależności od szybkości obrotowej dysku, średniego poziomu opóźnień i średniego czasu wyszukiwania.

Ogólna charakterystyka IOPS dysków twardych

Urządzenie Typ IOPS Interfejs
Dyski 5400 rpm HDD ~75–100 IOPS SATA III
Dyski 7200 rpm HDD ~125–150 IOPS SATA III
Dyski 10 000 rpm HDD ~140 IOPS SAS
Dyski 15 000 rpm HDD ~175–210 IOPS SAS
Dyski SSD SSD Od ok. 40 tys. do ponad 100 tys. IOPS*  SATA III

* Wydajność zależy od układu kontrolera SSD i komórek pamięci flash.

W przypadku 4 dysków twardych o szybkości obrotowej 7200 rpm możemy przyjąć, że łączna przybliżona wartość IOPS wynosi 500 IOPS. Obliczamy to, mnożąc łączną liczbę dysków przez przybliżoną liczbę IOPS każdego z tych dysków (4 HDD x 125 IOPS = 500 IOPS).

Dostęp losowy:

Dostęp losowy oznacza dostęp do dowolnej części pliku w dowolnej kolejności. W ten sposób na przykład można odczytać część środkową przed częścią początkową.

Rodzaje obciążeń wykorzystujące z reguły dostęp losowy:

  • jednoczesny dostęp wielu klientów,
  • aplikacje bazodanowe,
  • dostęp maszyny wirtualnej w środowisku hipernadzorcy,
  • środowisko IP SAN używające bloków danych.

Dostęp sekwencyjny:

Dostęp sekwencyjny polega na odczytaniu najpierw pierwszej części pliku, zanim można będzie odczytać drugą, trzecią itd.

Rodzaje obciążeń wykorzystujące z reguły dostęp sekwencyjny:

  • edycja wideo (bezpośrednia edycja w oprogramowaniu do obróbki wideo na pojedynczej stacji roboczej);
  • nagrywanie wideo (na pojedynczym kliencie, np. z kamery IP lub na rejestratorze wideo);
  • transmisja strumieniowa wideo (oglądanie wideo z serwera NAS);
  • przesyłanie dużych plików;
  • zadanie tworzenia kopii zapasowej danych.

Odczyt losowy a odczyt sekwencyjny:

Operacja wyszukiwania, która odbywa się wtedy, gdy głowica dysku ustawia się nad odpowiednim cylindrem w celu uzyskania dostępu do żądanych danych, trwa dłużej niż jakakolwiek inna część operacji wejścia/wyjścia.

Ze względu na konstrukcję dysków mechanicznych sekwencyjny dostęp do danych oraz ich zapis jest znacznie szybszy niż losowy. Sekwencyjne operacje wejścia/wyjścia na dyskach mechanicznych mogą z reguły przebiegać szybciej, ponieważ liczba operacji wyszukiwania danych przez głowicę dysku jest mniejsza, a podczas jednego obrotu talerza można odczytać lub zapisać większy segment danych.

Dostęp losowy wymaga większej liczby operacji wyszukiwania, co oznacza, że wskaźniki przepustowości i IOPS będą znacznie niższe w przypadku losowego odczytu, a szczególnie losowego zapisu. Podczas losowej operacji wejścia/wyjścia położenie głowicy dysku, opóźnienie rotacyjne wyszukiwania na dysku oraz czas wyszukiwania znacznie wpływają na obniżenie wydajności.

Fig. 3
QNAP

Przykład
W przypadku systemów wykorzystujących dyski mechaniczne, w których każde wyszukiwanie danych na dysku trwa około 10 ms, zapis sekwencyjny na tym samym dysku trwa około 30 ms/MB. W związku z tym zapis sekwencyjny 100 MB danych trwa około 3 sekund. Jeżeli jednak dokonamy 100 losowych zapisów po 1 MB, zajmie to łącznie 4 sekundy (3 sekundy na sam zapis i 10 ms * 100 = 1 sekunda na wyszukiwanie).

Dlaczego pamięć podręczna SSD do odczytu i zapisu zwiększa wskaźnik IOPS przy dostępie losowym

W przeciwieństwie do dysków mechanicznych dyski flash nie mają fizycznej głowicy, która musi się poruszać po dysku, dlatego nie występuje opóźnienie 10 ms.

Funkcja pamięci podręcznej SSD do odczytu i zapisu na serwerach firmy QNAP poprawia wyniki IOPS podczas dostępu losowego, ponieważ sortuje adresy bloków w celu zmniejszenia liczby operacji odczytu i odciążenia dysków zaplecza.

Im większa pojemność pamięci podręcznej, tym lepiej (ponieważ można w ten sposób sortować więcej adresów), ale w praktyce ograniczają ją koszty, ponieważ pamięci podręczne do zapisu są o wiele droższe od dysków zaplecza.

Cechy macierzy RAID

Pamięć serwera QNAP NAS obsługuje różne poziomy RAID. Każdy poziom RAID ma inne parametry pojemności i wydajności. Przed wdrożeniem rozwiązania pamięci masowej należy określić rodzaj jej obciążenia.

Wybór typu RAID zależy zazwyczaj od dwóch czynników: pojemności i wydajności.

Typ RAID Minimalna liczba dysków Tolerancja na błędy Pojemność Odczyt losowy Zapis losowy Odczyt sekwencyjny Zapis sekwencyjny
RAID 0 2 Brak 100% Wysoki Wysoki Wysoki Wysoki
RAID 1 2 Awaria 1 dysku 50% Wysoki Niski Wysoki Dobry
RAID 5 3 Awaria 1 dysku N-1 Wysoki Niski Wysoki Dobry
RAID 6 4 Awaria 2 dysków N-2 Wysoki Niski Wysoki Dobry
RAID 10 4 Awaria 1 dysku w każdej podmacierzy RAID 50% Wysoki Dobry Wysoki Dobry

RAID 10:
Sprawdza się najlepiej w przypadku dużych obciążeń transakcyjnych, oferując wysoki poziom zapisu losowego (powyżej 30%).

RAID 5:
Sprawdza się najlepiej w zastosowaniach ogólnych, o średniej wydajności i obciążeniach z dostępem sekwencyjnym. Poziom RAID 5 jest zazwyczaj stosowany ze względów ekonomicznych, ponieważ do celów parzystości jest używany tylko 1 dysk. RAID 5 nie jest najlepszym typem do zastosowań wymagających wysokiej wydajności.

RAID 6:
Sprawdza się najlepiej w przypadku obciążeń zorientowanych głównie na zapis, takich jak archiwizacja i tworzenie kopii zapasowych. Nie jest jednak najlepszym rozwiązaniem do zastosowań wymagających wydajności — szczególnie w środowisku, w którym występuje dużo operacji zapisu losowego.


Studium przypadku nr 1: identyfikacja rozkładu obciążeń

Przydzielenie maszyn wirtualnych o różnych poziomach IOPS do wielu pul pamięci masowej o różnych właściwościach RAID znacznie zwiększy wydajność i zredukuje wąskie gardła wejścia/wyjścia.

Używany sprzęt:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/pl/product/model.php?II=126
16 dysków twardych SATA po 6 TB

Środowisko IT klienta obejmuje dwa serwery hosty VMware ESXi 6.0, jest klastrowe i wymaga działania 20 maszyn wirtualnych (VM) przy użyciu serwera NAS firmy QNAP jako zaplecza pamięci masowej. Klient dokonał inwentaryzacji wszystkich maszyn wirtualnych i ustalił następujący rozkład obciążeń w swoim środowisku.

1 VM --> serwer bazy danych MS SQL o wysokim obciążeniu (losowe operacje wejścia/wyjścia ponad 30%).
3 VM --> serwery aplikacji o wysokim obciążeniu (losowe operacje wejścia/wyjścia ponad 30%).
1 VM --> usługi vCenter o niskim obciążeniu (głównie sekwencyjne operacje wejścia/wyjścia).
1 VM --> kontroler domeny o niskim obciążeniu (głównie sekwencyjne operacje wejścia/wyjścia).
1 VM --> serwer kopii zapasowych o niskim obciążeniu (głównie sekwencyjne operacje wejścia/wyjścia).
2 VM --> usługi DNS o niskim obciążeniu (głównie sekwencyjne operacje wejścia/wyjścia).
2 VM --> serwery WWW o średnim obciążeniu (losowe operacje wejścia/wyjścia 15%).
5 VM --> wirtualne desktopy użytkowników ogólnych.
4 VM --> wewnętrzne serwery deweloperskie.

Zalecana konfiguracja:

  • Utwórz pulę pamięci 1 typu RAID 10 z woluminem statycznym, używając co najmniej 8 dysków twardych.
  • Przypisz 4 VM o wysokim obciążeniu (losowe operacje wejścia/wyjścia ponad 30%) do wysokowydajnej macierzy RAID 10.
  • Utwórz pulę pamięci 2 typu RAID 6 z woluminem grubym lub statycznym, używając co najmniej 4 dysków twardych.
  • Przypisz 5 VM o niskim obciążeniu (głównie sekwencyjne operacje wejścia/wyjścia) do tej macierzy RAID 6.
  • Utwórz pulę pamięci 3 typu RAID 6 z woluminem grubym lub statycznym, używając co najmniej 4 dysków twardych.
  • Przypisz pozostałe VM, serwery WWW, wirtualne desktopy użytkowników oraz wewnętrzne serwery deweloperskie do tej macierzy RAID 6.

Alternatywna konfiguracja:

  • Utwórz pulę pamięci 1 typu RAID 10 z woluminem statycznym, używając co najmniej 4 dysków SSD.
  • Przypisz wszystkie VM o wysokim i średnim obciążeniu do dysków SSD.
  • Utwórz pulę pamięci 2 typu RAID 6 z woluminem grubym lub statycznym, używając co najmniej 8 dysków twardych.
  • Przypisz resztę VM (głównie sekwencyjne operacje wejścia/wyjścia) do tej macierzy RAID 6.

* Dotyczy to VMware, Hyper-V, XenServer i innych hipernadzorców.

Studium przypadku nr 2: jak najwyższa wydajność IOPS

Aby uzyskać jak najlepsze wyniki, użyj wysokowydajnych dysków SSD.

Używany sprzęt:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/pl/product/model.php?II=126
16 dysków SSD SATA po 1 TB

Klientowi zależy najbardziej na jak najwyższej wydajności pamięci masowej, a pojemność nie ma największego znaczenia.

  • Utwórz pulę pamięci 1 typu RAID 10 z woluminem statycznym, używając wszystkich dostępnych dysków SSD. Ponieważ dyski SSD nie mają żadnych ruchomych elementów mechanicznych, można uzyskać bardzo wysoki poziom IOPS dostępu sekwencyjnego i losowego.

Studium przypadku nr 3: dostęp do plików z wielu klientów

Wiele jednoczesnych operacji odczytu i zapisu w pamięci oznacza więcej IOPS przy dostępie losowym.

Klient ma farmę renderingową obejmującą około 50 węzłów. Wszystkie 50 węzłów odczytuje jednocześnie źródłową bibliotekę multimediów z pamięci masowej, renderuje dane, a następnie zapisuje wynik w pamięci masowej do dalszego przetwarzania. Ponieważ wszystkie 50 węzłów najpierw odczytuje multimedia, a następnie zapisuje wynik w pamięci masowej jednocześnie, tworzy to poważne wąskie gardło pod względem IOPS, kiedy używa się samych mechanicznych dysków twardych. Do procesu renderowania graficznego jest wymagana zarówno wysoka wydajność, jak i wysoka pojemność pamięci, dlatego pamięć masową QNAP NAS możemy zoptymalizować następująco.

 

Zalecana konfiguracja:

Używany sprzęt:
2 x TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/pl/product/model.php?II=126
16 dysków twardych SATA po 6 TB

  • Utwórz pulę pamięci 1 typu RAID 10 z woluminem grubym lub statycznym, używając co najmniej 10 dysków.
  • Wszystkie wyniki zapisuj w tej puli pamięci, aby wykorzystać zalety macierzy RAID 10.
  • Utwórz pulę pamięci 2 typu RAID 5 lub 6 z woluminem grubym lub statycznym, używając co najmniej 10 dysków.
  • Z tej puli pamięci odczytuj wszystkie dane.

Alternatywna konfiguracja:

  • Zainstaluj w serwerze QNAP NAS 1 same dyski SSD i utwórz jedną wielką pulę pamięci 1.
  • Zapisuj wszystkie wyniki na tym serwerze NAS. Ze względu na charakter jednoczesnych zapisów należy je uznać za operacje IOPS z dostępem losowym.
  • Zainstaluj w serwerze QNAP NAS 2 same dyski mechaniczne i utwórz jedną wielką pulę pamięci 1.
  • Z tego serwera NAS odczytuj wszystkie dane.

 

DODATEK:

W serwerach QNAP NAS jest używana zaawansowana technologia pul pamięci zapewniająca użytkownikom zarówno elastyczność, jak i wydajność.

Rysunek 4 Pula pamięci masowej
QNAP

Pula pamięci masowej z zarządzaniem woluminami logicznymi
Przy użyciu funkcji Elastyczne zarządzanie woluminami serwera QNAP można lepiej zarządzać pojemnością pamięci masowej. Pula pamięci masowej agreguje dyski twarde, tworząc większe miejsce w pamięci masowej. Dzięki obsłudze wielu grup RAID może też oferować nadmiarową ochronę, która zmniejsza ryzyko awarii i uszkodzenia danych.

Po utworzeniu puli pamięci masowej można wybrać spośród trzech metod tworzenia woluminu na bazie puli. Typ woluminu zależy od tego, czy zależy nam bardziej na elastyczności, czy wydajności.

Wolumin statyczny:
Wolumin statyczny zajmuje całe dostępne miejsce w puli pamięci. Z wyprzedzeniem alokuje i przygotowuje miejsce w celu optymalizacji dostępu do odczytu i zapisu. Ponieważ wolumen statyczny zajmuje całe miejsce w puli pamięci, nie można w tej samej puli utworzyć większej liczby woluminów.

Gruby wolumin:
Gruby wolumin zapewnia połączenie elastyczności pod względem miejsca i wydajności. Można wybrać określoną ilość miejsca z puli pamięci do przydzielenia grubemu woluminowi. Oznacza to, że w ramach tej samej puli pamięci można tworzyć większą liczbę woluminów grubych i uproszczonych. Po wybraniu odpowiedniej wielkości grubego woluminu alokuje on i przygotowuje miejsce na dostęp do odczytu i zapisu.

Uproszczony wolumin:
Uproszczony wolumin umożliwia bardziej elastyczne wykorzystanie miejsca w pamięci masowej. Podczas tworzenia uproszczony wolumin nie zajmuje fizycznego miejsca w pamięci — dzieje się tak tylko podczas alokacji na potrzeby zapisu. Oznacza to, że można skonfigurować uproszczony wolumin o pojemności większej niż pojemność fizycznej pamięci masowej. W ramach tej samej puli pamięci można tworzyć większą liczbę woluminów uproszczonych. Elastyczność miejsca uproszczonych woluminów zmniejsza wydajność podczas obciążenia.

Przyspieszanie pamięci podręcznej mSATA i SSD do odczytu i zapisu:
Technologia pamięci podręcznej SSD bazuje na dyskowych pamięciach podręcznych do odczytu. Kiedy aplikacje serwera Turbo NAS uzyskują dostęp do dysków twardych, dane są zapisywane na dyskach SSD. Kiedy aplikacja ponownie uzyskuje dostęp do tych samych danych, zostaną one odczytane i zapisane w pamięci podręcznej SSD, zamiast na dyskach twardych. W pamięci podręcznej SSD są przechowywane często używane dane. Do dysków twardych uzyskuje się dostęp tylko wtedy, gdy nie można znaleźć danych na dyskach SSD.

Tradycyjna metoda dostępu do danych
QNAP

Metoda dostępu do danych w pamięci podręcznej SSD
QNAP

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

Data wydania: 2015-09-17
Czy te informacje okazały się pomocne?
Dziękujemy za przekazanie opinii.
Dziękujemy za przekazanie opinii. Jeśli masz pytania, napisz na adres support@qnap.com
58% ludzi uważa, że to pomaga.