QNAP Systems, Inc. - armazenamento ligado em rede (NAS)

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Melhores Práticas QNAP de Desempenho de Armazenamento

Este guia de melhores práticas fornece recomendações gerais de configuração de sistemas de armazenamento QNAP NAS para melhor desempenho.

Finalidade:

Estas melhores práticas se destinam a usuários QNAP, parceiros e clientes que estão considerando o uso de sistemas QNAP NAS. Nestas melhores práticas forneceremos recomendações sobre como configurar o QNAP para armazenamento de desempenho ideal, dependendo da sua carga de trabalho.

Como alcançar o melhor desempenho possível de armazenamento.

A linha guia abaixo apresenta as recomendações específicas de configuração que permitem um bom desempenho de um sistema de armazenamento QNAP.

  1. Escolha um armazenamento QNAP NAS apropriado empresarial. Plataforma empresarial maior está equipada com CPU mais rápida, Memória, e especificação IO. Saiba Mais
  2. RAM do sistema de saída max no armazenamento. Saiba Mais
  3. Use unidades mSATA e SSD para leitura/gravação em cache disponível no QT 4.2.0 , usando 2 ou 4 SSD e crie RAID 1 ou 10 como o conjunto de cache. Consulte a Fig. 1 e Fig. 2
  4. Escolha a configuração correta para o RAID e o Volume.
    • Criar um Conjunto de Armazenamento RAID 10. Consulte o Apêndice para explicação.
    • Use o “Volume estático” para obter um melhor desempenho ou use “Volume  espesso” no conjunto de armazenamento. 
      • P.S. A opção "Volume fino" oferece mais flexibilidade, mas pode reduzir o desempenho de armazenamento para aplicativos sensíveis. Veja o exemplo na Fig. 4 e Anexo para explicação.
Fig. 1 Cache SSD de leitura/gravação
QNAP

Fig. 2 Conjunto de Cache SSD
QNAP

* Um exemplo de como conjunto de cache SSD é acessado no QNAP NAS.


Como escolher a sua mídia de armazenamento:

As linhas guia essenciais sobre como escolher o tipo certo de mídia para o seu armazenamento QNAP NAS. Combine o tipo de unidade apropriada para a carga de trabalho esperada dentro de seu ambiente.

Funcionalidades Drives Rígidos Tradicionais Drives Rígidos SAS Drives Rígidos SSD
Custo Baixo Médio Alta
Desempenho Baixo Médio Alta
Capacidade Alto Médio Baixo

As características mais comuns de desempenho medidas são operações sequenciais e aleatórias. Vamos medir o desempenho de disco em IOPS ou Entrada/Saída por segundo. Uma solicitação de leitura ou uma solicitação de gravação = 1 IOPS. Cada disco onde o sistema de armazenamento de dados pode fornecer uma certa quantidade de IOPS com base na velocidade rotacional, latência média e tempo médio de pesquisa.

Características gerais da unidade de disco rígido IOPS

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

* O desempenho depende do chip controlador SSD e célula flash

Para fazer um cálculo básico de RAW IOPS para 4 unidades de disco rígido de 7.200 RPM, podemos supor que o RAW IOPS total é 500 IOPS. Podemos calcular isso tendo em conta o número total de unidades multiplicado pelo número de RAW IOPS para cada unidade (4 HDD x 125 IOP = 500 IOPS).

Acesso Aleatório:

Acesso aleatório significa que você pode pegar qualquer parte do arquivo em qualquer ordem. Assim, por exemplo, você pode ler a parte intermediária antes do início.

Padrão de carga de trabalho que é na sua maioria acesso aleatório.

  • Vários clientes com acesso simultâneo
  • Aplicativo de base de dados
  • Acesso de VM no ambiente hyper-visor
  • IP-SAN usando dados baseados em blocos

Acesso Sequencial:

Sequencial significa que você deve primeiro ler a primeira parte do arquivo antes de prosseguir com a segunda leitura, terceira etc..

Padrão de carga de trabalho que é na sua maioria acesso sequencial.

  • Edição de vídeo (edição direta utilizando software de edição de vídeo em uma única estação de trabalho)
  • Gravação de vídeo (Único cliente, ex., uma câmera IP ou gravador de vídeo)
  • Transmissão de vídeo (Assistir vídeo do NAS)
  • Transferência de arquivo grande 
  • Tarefas de backup de dados

Aleatório v.s. Acesso sequencial:

A operação de busca, que ocorre quando o cabeçote do disco se posiciona direito no cilindro do disco para acessar os dados solicitados, leva mais tempo do que a qualquer outra parte do processo I/O.

Devido à natureza de unidades mecânicas, acessar/gravar dados em modo sequencial é muito mais rápido do que acessar/gravar aleatoriamente por causa da maneira como o hardware do disco funciona. I/O sequenciais em unidades mecânicas geralmente podem ser servidos com uma taxa de transferência superior porque há menos operação de busca por cabeçote de disco e ao mesmo tempo maior segmento de dados pode ser lido/gravado durante uma único rotação do prato.

O acesso aleatório envolve um maior número de operações, o que significa que leitura aleatória e especialmente gravação aleatória oferecerá uma taxa mais baixa de taxa de transferência e IOPS. Durante I/O aleatório, a posição do cabeçote do disco procura o atraso rotacional do disco e o tempo de busca irá causar grande perda de desempenho.

Fig. 3
QNAP

Exemplo
Para sistemas baseados em disco mecânico, onde cada procura de disco levará em torno de 10ms. Gravar dados sequencialmente dados para o mesmo disco leva cerca de 30 ms por MB. Então, se você sequencialmente gravar 100 MB de dados em um disco, levará em torno de 3 segundos. Mas se você fizer 100 gravações aleatórias de 1MB cada, levará um total de 4 segundos (3 segundos para a gravação e 10 ms * 100 = 1 segundo para toda a procura).

Por que cache de leitura/gravação Flash (SSD) melhora IOPS aleatório

Uma vez que as unidades flash não têm uma cabeça de disco física para se mover em torno, não há 10 ms de tempo de penalide de busca que vem com um disco mecânico.

A funcionalidade de cache de Leitura/Gravação SSD QNAP ajuda o desempenho IOPS re-classificando (reduzindo a escrita) de endereços de blocos em cache para reduzir a carga nos discos back-end.

Impacto de tamanho de cache, quando maior melhor (para criar mais oportunidades de re-ordenação), mas praticamente limitado pelo custo, pois gravar caches é muito mais dispendiosos do que disco back-end. 

Características de RAID

O armazenamento QNAP NAS suporta diferentes tipos de Nível RAID, cada nível RAID têm capacidades diferentes e métricas de desempenho. Antes de implantar o seu armazenamento, entenda que tipo de carga de trabalho se espera que seu armazenamento realize.

Ao tentar determinar qual tipo de RAID usar durante a construção de uma solução de armazenamento de dados, isso geralmente depende de duas coisas. Capacidade e Desempenho.

Tipo de RAID Nº mínimo de unidades Tolerância a falhas Capacidade Leitura aleatória Gravação aleatória Leitura sequencial Gravação sequencial
RAID 0 2 Nenhuma 100% Alto Alto Alto Alto
RAID 1 2 1 Falha de disco 50% Alto Baixo Alto Bom
RAID 5 3 1 Falha de disco N - 1 Alto Baixo Alto Bom
RAID 6 4 2 Falha de disco N - 2 Alto Baixo Alto Bom
RAID 10 4 1 Falha de disco em cada sub RAID 50% Alto Bom Alto Bom

RAID 10:
Funciona melhor para gravações de altas cargas de trabalho pesadas transacionais aleatórias (superior a 30%).

RAID 5:
Funciona melhor com cargas de trabalho de desempenho médio, de efeitos gerais e sequenciais. Normalmente RAID 5 será usado porque ele é uma opção mais econômica, com apenas 1 unidade utilizada para paridade. Para aplicativos exigentes de desempenho, RAID 5 não é a melhor escolha.

RAID 6:
Funciona melhor para cargas de trabalho ambientadas em leitura, como propósitos de arquivamento e backup, mas não é a melhor escolha para aplicativos exigentes em desempenho, especialmente para um ambiente com uso intenso de gravação aleatória.


Estudo de Caso 1: Identifique seu padrão de carga de trabalho

Separando VMs com diferentes padrões em IOPS em vários conjuntos de armazenamento RAID com diferentes características melhorará significativamente o desempenho e reduzirá o gargalo de I/O.

Equipamento utilizado presumido:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/pt/product/model.php?II=126
16 x discos rígidos 6 TB SATA

O cliente possui um ambiente de TI com dois servidores de host Vmware ESXi 6.0, é cluster, e precisa operar 20 VMs usando QNAP NAS como back-end de armazenamento. O cliente pesquisou e realizou um inventário de todas as suas VMs e encontrou o seguinte padrão de carga de trabalho em seu ambiente.

1 VM --> Servidor de banco de dados MSSQL de alta carga (30% + I/O aleatório).  
3 VM --> Servidores de aplicativo de alta carga (30% + I/O aleatório).
1 VM --> Serviços vCenter de baixa carga (essencialmente I/O sequencial).
1 VM --> Controlador de Domínio de baixa carga (essencialmente I/O sequencial).
1 VM --> Servidor de backup de baixa carga (essencialmente I/O sequencial).
2 VM --> Serviços DNS de baixa carga (essencialmente I/O sequencial).
2 VM --> Servidores da Web de média carga (15% + I/O aleatório).
5 VM --> Desktops virtuais de usuário geral.
4 VM --> Servidores internos de desenvolvimento.

Configuração recomendada:

  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 10 1 com Volume estático usando 8 ou mais unidades de disco rígido. 
  • Colocar 4 VMs de alta carga (30% I/O Aleatório) no RAID 10 de alto desempenho.
  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 6 2 com Volume espesso ou estático usando 4 ou mais unidades de disco rígido.
  • Colocar as 5 VMs de baixa carga (essencialmente I/O sequencial) neste RAID 6.
  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 6 3 com Volume espesso ou estático usando 4 ou mais unidades de disco rígido.
  • Colocar o resto das suas VMs, Servidores da Web, desktops virtuais do usuário , e servidores de desenvolvimento interno neste RAID 6.

Configuração Alternativa:

  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 10 1 com Volume estático usando 4 ou mais unidades SSD. 
  • Colocar todas as VMs de alta carga e média carga em unidades SSD.
  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 6 2 com Volume espesso ou estático usando 8 ou mais unidades de disco rígido.
  • Colocar o resto de duas VMs (essencialmente I/O sequencial) neste RAID 6.

* Isto se aplica para VMWare, Hyper-V, XenServer e outros hyper-visors.

Estudo de Caso 2: Mais alto desempenho possível de IOPS

Use unidades SSD de alto desempenho para obter o melhor resultado.

Equipamento utilizado presumido:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/pt/product/model.php?II=126
16 x unidades SSD SATA 1 TB

A principal preocupação do cliente é possível mais desempenho no armazenamento e a capacidade de armazenamento não é a principal preocupação.

  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 10 1 com Volume estático usando todas as unidades SSD disponíveis. Como unidades SSD não têm quaisquer componentes mecânicos móveis, IOPS sequencial e aleatório muito alto pode ser atingido.

Estudo de Caso 3: Acesso a Arquivo por Vários Clientes

Leitura/Gravação simultânea múltipla para armazenamento significa mais IOPS aleatório.

O cliente tem uma rede de renderização gráfica com cerca de 50 nós. Todos os 50 nós lerão simultaneamente a biblioteca de mídia fonte de armazenamento de dados, processarão os dados e, em seguida, gravarão o resultado no armazenamento para processamento posterior. Como todos os 50 nós primeiro lendo a mídia e, em seguida, gravando o resultado no armazenamento em simultâneo, isto criou um grande gargalo de IOPS aleatório usando todas as unidades mecânicas. Uma vez que tanto alto desempenho e grande capacidade de armazenamento são necessários para o processo de apresentação gráfica, podemos otimizar o armazenamento QNAP NAS da seguinte forma.

 

Configuração recomendada:

Equipamento utilizado presumido:
2 x TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/pt/product/model.php?II=126
16 x discos rígidos 6 TB SATA

  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 10 1 com Volume espesso ou estático usando 10 ou mais unidades. 
  • Gravar todos os resultados para este Conjunto de armazenamento para aproveitar as vantagens das características do RAID 10.
  • Criar um Conjunto de armazenamento RAID 5 ou 6 2 com Volume espesso ou estático usando 10 ou mais unidades.
  • Ler todos os dados deste Conjunto de armazenamento.

Configuração Alternativa:

  • Preencher um QNAP NAS 1 com todas as unidades SSD e criar um único grande Conjunto de armazenamento 1.
  • Gravar todo o resultado neste NAS, devido à natureza de gravações simultâneas, os resultados devem ser considerar IOPS aleatórios.
  • Preencher um segundo QNAP NAS 2 com todas as unidades mecânicas e criar um único grande Conjunto de armazenamento 1.
  • Ler todos os dados deste NAS.

 

APÊNDICE:

O aparelho QNAP NAS utiliza uma avançada tecnologia de Conjunto de armazenamento para oferecer aos usuários flexibilidade e desempenho.

Fig. 4 Conjunto de Armazenamento
QNAP

Conjunto de armazenamento usando LVM
Você pode usar gerenciamento de volume flexível QNAP para melhor gerenciar a sua capacidade de armazenamento. O conjunto de armazenamento agrega as unidades de disco rígido em um maior espaço de armazenamento, com a capacidade de oferecer suporte a vários grupos de RAID, o conjunto de armazenamento pode oferecer mais proteção redundante e reduzir o risco de falha de dados. 

Uma vez um Conjunto de armazenamento foi criado, você pode escolher entre três diferentes métodos para criar volume no topo do conjunto. O tipo de volume que você deseja criar depende do quanto você quer de flexibilidade ou desempenho.

Volume Estático:
Volume estático usará todo o espaço disponível no conjunto de armazenamento, pré-alocar e pré-preparar o espaço para o melhor acesso de leitura/gravação. Como Volume estático usa todos o espaço do Conjunto de Armazenamento, você não pode criar vários volume dentro do mesmo conjunto.

Volume Espesso:
Volume Espesso oferece uma combinação de flexibilidade de espaço e desempenho, você pode escolher quanto espaço atribuir a um Volume Espesso do Conjunto de armazenamento. Isso significa que você pode criar vários volumes Finos ou Espessos dentro do mesmo Conjunto de armazenamento. Uma vez que o Volume espesso desejado foi escolhido, ele pré-aloca e pré-prepara o espaço para acesso de leitura/gravação.

Volume Fino:
Provisionamento fino permite qye espaço de armazenamento seja utilizado de forma mais flexível. Volume Fino realmente não usa espaço físico de armazenamento durante criação de volumes, bastante espaço físico é usado apenas durante alocação de gravação. Isso significa que você pode provisionar um tamanho de Volume Fino que é maior que o seu tamanho de armazenamento físico. Você pode criar vários Volumes finos no mesmo conjunto de armazenamento. Devido à flexibilidade de espaço do Volume Fino, há um impacto no desempenho na carga de trabalho.

Leitura mSATA e SSD/Aceleração de Cache de Gravação:
A tecnologia de cache de unidade de estado sólido (SSD) é baseada caches de leitura I/O de disco. Quando os aplicativos do Turbo NAS acessam a(s) unidade(s) de disco(s) rígido(s), os dados serão armazenados no SSD. Quando os mesmos dados são acessados por um dos aplicativos novamente, eles serão lidos/gravados no cache SSD em vez de no(s) disco(s) rígido(s). Os dados acessados com frequência são armazenados no cache SSD. A(s) unidade(s) de disco(s) rígido(s) só serão acessadas quando os dados não podem ser encontrados no SSD

Método de acesso de dados tradicional
QNAP

Método de acesso de dados em cache SSD
QNAP

Fonte de consulta:
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_access
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequential_access
https://en.wikipedia.org/wiki/IOPS

Data de lançamento: 2015-09-17
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