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

Language

Support

Branschrekommendationer för att uppnå optimal prestanda för QNAP:s lagringslösningar

I den här vägledningen med branschrekommendationer ges allmänna rekommendationer för hur du konfigurerar din QNAP-NAS-enhets lagringssystem för att uppnå bästa möjliga prestanda.

Syfte:

Den här vägledningen med branschrekommendationer är avsedd för QNAP-användare, partners och kunder som överväger att börja använda QNAP:s NAS-system. I vägledningen kommer vi att ge rekommendationer för hur du ska konfigurera din QNAP-NAS-enhets lagringssystem för att uppnå optimal prestanda i förhållande till arbetsbelastningen.

Hur du uppnår bästa möjliga lagringsprestanda:

Nedan ges rekommendationer för specifika konfigurationer som möjliggör bra prestanda för ett QNAP-lagringssystem.

  1. Välj ett lämpligt QNAP-lagringssystem av företagsklass. Avancerade företagsplattformar är utrustade med snabbare centralprocessor, har mer minne och bättre IO-specifikationer. Läs mer
  2. Skaffa rejält med RAM-minne för lagringssystemet. Läs mer
  3. Använd mSATA- och SSD-diskar för läs-/skrivcachning, som är möjligt på QTS 4.2.0 genom att använda 2 eller 4 SSD-diskar och skapa RAID 1 eller 10 som cachepool (se fig. 1 och 2).
  4. Välj rätt konfiguration för RAID-gruppen och volymen.
    • Skapa en RAID 10-lagringspool (se bilagan för närmare beskrivning).
    • Använd ”Static Volume” (statisk volym) för bästa möjliga prestanda, eller använd ”Thick Volume” (tjock volym) under lagringspool. 
      • Anm.: ”Thin Volume” (tunn volym) ger bättre flexibilitet men kan minska lagringsprestandan för känsliga tillämpningar. Se exemplet i figur 4 samt bilagan för en utförlig förklaring.
Fig. 1 Läs-/skrivcachning med SSD-disk
QNAP

Fig. 2 SSD-disk med cachepool
QNAP

*Ett exempel på hur SSD-cachepoolen används på en QNAP-NAS.


Hur du väljer lagringsmedium:

Viktiga riktlinjer för hur du väljer rätt typ av lagringsmedium för din QNAP-NAS-enhets lagringssystem. Matcha lämplig enhetstyp efter förväntad arbetsbelastning i din nätverksmiljö.

Aspekt Traditionella hårddiskar SAS-hårddiskar SSD-hårddiskar
Kostnad Låg Medelhög Hög
Prestanda Låg Medelhög Hög
Kapacitet Hög Medelhög Låg

De vanligaste prestandaegenskaper som mäts är sekventiella och direkta operationer. Vi mäter diskprestanda i IOPS, eller Input/Output Per Second (I/O-operationer per sekund, eller inmatningar/utmatningar per sekund). En läsbegäran eller en skrivbegäran = 1 IOPS. Varje disk i ditt lagringssystem kan ge en viss mängd IOPS baserat på rotationshastigheten, genomsnittlig latens och genomsnittlig söktid.

IOPS-egenskaper för vanliga typer av hårddiskar

Enhet Typ IOPS Gränssnitt
Diskar på 5 400 rpm Hårddisk ~75‒100 IOPS SATA III
Diskar på 7 200 rpm Hårddisk ~125‒150 IOPS SATA III
Diskar på 10 000 rpm Hårddisk ~140 IOPS SAS
Diskar på 15 000 rpm Hårddisk ~175‒210 IOPS SAS
SSD-diskar SSD ~40 000‒100 000+ IOPS*  SATA III

*Prestandan beror på typ av SSD-styrchipp och flashcell .

För att göra en grundläggande beräkning för RÅ IOPS för 4 hårddiskar som har en rotationshastighet på 7 200 rpm antar vi att det totala RÅA värdet för IOPS är 500. Vi kan beräkna detta genom att ta det totala antalet diskar multiplicerat med antal RÅA IOPS för varje disk (4 hårddiskar x 125 IOPS = 500 IOPS).

Direktåtkomst:

Direktåtkomst betyder att du kan få vilken del av filen som helst i vilken ordning som helst. Till exempel kanske den mittersta delen läses innan startdelen.

Arbetsbelastningsmönster då direktåtkomst för det mesta används.

  • Flera klienter med samtidig åtkomst
  • Databasprogram
  • Virtuella datorers åtkomst i en hypervisormiljö
  • IP-SAN som använder blockbaserade data

Sekventiell åtkomst:

Sekventiell betyder att den första delen av filen måste läsas först innan den andra delen läses, och sedan den andra delen innan den tredje delen osv.

Arbetsbelastningsmönster då sekventiell åtkomst för det mesta används.

  • Videoredigering (direktredigering med hjälp av videoredigeringsprogram från en enda arbetsstation)
  • Videoinspelning (en enda klientdator, t.ex. från en IP-kamera eller videokamera)
  • Videoströmning (titta på en video från NAS-enheten)
  • Överföring av stora filer 
  • Säkerhetskopieringsuppgifter

Direktåtkomst kontra sekventiell åtkomst:

Sökningsåtgärden, som startas när diskhuvudet positionerat sig självt vid den högra diskcylindern för att få tillgång till de data som begärts, tar längre tid än någon annan del av I/O-processen.

På grund av mekaniska diskars egenskaper går sekventiell åtkomst/sekventiell skrivning av data mycket snabbare än direktåtkomst/direktskrivning på grund av det sätt på vilket diskens maskinvara fungerar. Sekventiell I/O på mekaniska diskar kan i allmänhet betjänas vid ett högre dataflöde eftersom diskhuvudet utför färre sökningsåtgärder på samma gång som större datasegment kan läsas/skrivas under en enda skivrotation.

Direktåtkomst involverar ett högre antal sökningsåtgärder, vilket innebär att direktläsning, och i synnerhet direktskrivning, kommer att ge lägre dataflödeshastighet och IOPS. Under direkt inmatning/utmatning kommer diskhuvudets position, diskrotationsfördröjningen vid sökning och söktiden att orsaka betydande prestandaförlust.

Fig. 3
QNAP

Exempel
För mekaniska diskbaserade system där varje disksökning tar omkring 10 ms. Sekventiell skrivning av data till samma disk tar omkring 30 ms per MB. Det betyder att vid sekventiell skrivning av 100 MB data till en disk är tidsåtgången omkring 3 sekunder. Men om istället 100 direktskrivningar på 1 MB vardera görs kommer detta att ta totalt 4 sekunder (3 sekunder för den faktiska skrivningen, och 10 ms * 100 = 1 sekund för alla sökningar).

Varför läs-/skrivcachning med flashdrive (SSD-disk) förbättrar IOPS-värdet vid direktåtkomst

Eftersom SSD-diskar inte har något fysiskt diskhuvud som måste röra sig på disken uppstår heller inte den prestandaförlust på 10 ms som i fallet med en mekanisk disk.

QNAP:s funktion för läs-/skrivcachning med SSD-disk förbättrar IOPS-prestandan vid direktåtkomst genom att sortera om (minska skrivningen) blockadresserna i cacheminnet för att minska belastningen på serverdiskar.

Cachestorleken (ju större desto bättre för att skapa fler möjligheter till omsortering) inverkar på prestandan, men är i praktiken begränsad av kostnadsskäl eftersom det är betydligt dyrare att skriva till cacheminnet än att skriva till serverdiskar.

RAID-egenskaper

QNAP:s NAS-lagringssystem stöder olika typer av RAID-nivåer där varje RAID-nivå har olika kapacitets- och prestandamått. Innan du börjar distribuera lagringsutrymme måste du skaffa dig en uppfattning om vilken typ av arbetsbelastning lagringsutrymmet kan förväntas utsättas för.

I valet av vilken typ av RAID man ska använda för att bygga en lagringslösning står valet oftast mellan två saker: kapacitet och prestanda.

RAID-typ Minsta antal diskar Fel- tolerans Kapa- citet Direkt- läsning Direkt- skrivning Sekven- tiell läsning Sekven- tiell skriv- ning
RAID 0 2 Ingen 100 % Hög Hög Hög Hög
RAID 1 2 1 diskfel 50 % Hög Låg Hög Bra
RAID 5 3 1 diskfel N - 1 Hög Låg Hög Bra
RAID 6 4 2 diskfel N - 2 Hög Låg Hög Bra
RAID 10 4 1 diskfel i varje under- ordnad RAID 50 % Hög Bra Hög Bra

RAID 10:
Fungerar bäst för tunga, transaktionsbaserade arbetsbelastningar med stor andel (större än 30 procent) direktskrivningar.

RAID 5:
Fungerar bäst för medelhög prestanda, allmänna ändamål och sekventiella arbetsbelastningar. Normalt används RAID 5 eftersom det är ett bättre val ekonomiskt sett då endast 1 disk används för paritet. För prestandakrävande tillämpningar är inte RAID 5 det bästa valet.

RAID 6:
Fungerar bäst för ensidiga arbetsbelastningar, t.ex. för arkiverings- och säkerhetskopieringsändamål, men är inte det bästa valet för prestandakrävande tillämpningar och då i synnerhet inte för en direktskrivningsintensiv miljö.


Fallstudie 1: Identifiera ditt arbetsbelastningsmönster

Genom att sortera in virtuella datorer med olika IOPS-mönster i flera lagringspooler med olika RAID-egenskaper kan prestandan avsevärt förbättras och flaskhalsar för indata och utdata reduceras.

Utrustning som antas användas:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/sv/product/model.php?II=126
SATA-hårddiskar på 6 TB (16 st.)

En kund har en IT-miljö med två värdservrar av typen VMware ESXi 6.0 som är i kluster, och behöver köra 20 virtuella datorer genom att använda en QNAP-NAS som lagringssystemets serverdel. Kunden tog sig en överblick och gjorde en inventering av alla sina virtuella datorer, och kunde då konstatera följande arbetsbelastningsmönster i sin IT-miljö.

1 virtuell dator --> Högbelastad MSSQL-databasserver (30 %+ direkt I/O).
3 virtuella datorer --> Högbelastade programservrar (30 %+ direkt I/O).
1 virtuell dator --> Lågbelastade vCenter-tjänster (mestadels sekventiell I/O).
1 virtuell dator --> Lågbelastad domänkontrollant (mestadels sekventiell I/O).
1 virtuell dator --> Lågbelastad säkerhetskopieringsserver (mestadels sekventiell I/O).
2 virtuella datorer --> Lågbelastade DNS-tjänster (mestadels sekventiell I/O).
2 virtuella datorer --> Medelbelastade webbservrar (15 % direkt I/O).
5 virtuella datorer --> Virtuella stationära datorer för allmänna användare.
4 virtuella datorer --> Interna utvecklingsservrar.

Konfiguration som rekommenderas:

  • Skapa en RAID 10-lagringspool 1 med statisk volym genom att använda 8 eller fler hårddiskar. 
  • Placera de 4 högbelastade virtuella datorerna (30 % direkt I/O) på den högpresterande RAID 10.
  • Skapa en RAID 6-lagringspool 2 med tjock eller statisk volym genom att använda 4 eller fler hårddiskar.
  • Placera de 5 lågbelastade virtuella datorerna (mestadels sekventiell I/O) på denna RAID 6.
  • Skapa en RAID 6-lagringspool 3 med tjock eller statisk volym genom att använda 4 eller fler hårddiskar.
  • Placera resten av dina virtuella datorer, webbservrar, virtuella stationära datorer för allmänna användare och interna utvecklingsservrar på denna RAID 6.

Alternativ konfiguration:

  • Skapa en RAID 10-lagringspool 1 med statisk volym genom att använda 4 eller fler SSD-diskar. 
  • Placera alla högbelastade och medelbelastade virtuella datorer på SSD-diskar.
  • Skapa en RAID 6-lagringspool 2 med tjock eller statisk volym genom att använda 8 eller fler hårddiskar.
  • Placera resten av dina virtuella datorer (mestadels sekventiell I/O) på denna RAID 6.

*Detta gäller för VMware, Hyper-V, XenServer och andra hypervisorer.

Fallstudie 2: Högsta möjliga IOPS-prestanda

Använd högpresterande SSD-diskar för att få bästa möjliga resultat.

Utrustning som antas användas:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/sv/product/model.php?II=126
SATA-/SSD-diskar på 1 TB (16 st.)

Kundens huvudangelägenhet är att få högsta möjliga lagringsprestanda medan lagringskapacitet är av underordnad betydelse.

  • Skapa en RAID 10-lagringspool 1 med statisk volym genom att använda alla tillgängliga SSD-diskar. Eftersom SSD-diskar inte har några rörliga mekaniska komponenter kan mycket hög IOPS uppnås vid sekventiell och direkt åtkomst.

Fallstudie 3: Åtkomst till filer av flera klienter

Flera samtidiga läs-/skrivoperationer till lagringsutrymmet betyder mer direkt IOPS.

En kund har en renderingsfarm med cirka 50 noder. Alla 50 noderna kommer samtidigt att läsa källmediebiblioteket från lagringssystemet, rendera datamängderna och sedan skriva tillbaka resultatet till lagringssystemet för vidare bearbetning. Eftersom alla 50 noderna först läser mediefilerna och sedan skriver tillbaka resultatet till lagringssystemet nästan samtidigt skapas en stor flaskhals för direkt IOPS när alla mekaniska diskar används. Eftersom både hög prestanda och stor lagringskapacitet krävs för renderingsprocessen kan vi optimera QNAP-NAS-enhetens lagringsutrymme på det sätt som beskrivs nedan.

 

Konfiguration som rekommenderas:

Utrustning som antas användas:
TS-EC1680U-RP (2 st.)
https://www.qnap.com/i/sv/product/model.php?II=126
SATA-hårddiskar på 6 TB (16 st.)

  • Skapa en RAID 10-lagringspool 1 med tjock eller statisk volym genom att använda 10 eller fler diskar. 
  • Skriv alla resultat till denna lagringspool för att dra nytta av RAID 10-egenskaperna.
  • Skapa en RAID 5- eller RAID 6-lagringspool 2 med tjock eller statisk volym genom att använda 10 eller fler diskar.
  • Läs alla data från denna lagringspool.

Alternativ konfiguration:

  • Befolka en QNAP-NAS 1 med alla SSD-diskar och skapa en enda stor lagringspool 1.
  • Skriv alla resultat till den här NAS-enheten (på grund av samtidiga skrivningars egenskaper ska resultatet betraktas som direkt IOPS).
  • Befolka en till QNAP-NAS 2 med alla mekaniska diskar och skapa en stor lagringspool 1.
  • Läs alla data från den här NAS-enheten.

 

BILAGA:

En QNAP-NAS funktionsprogram använder avancerad lagringspoolteknik för att erbjuda användaren både flexibilitet och prestanda.

Fig. 4 Lagringspool
QNAP

Lagringspool med virtuell Linux-dator
Du kan använda QNAP:s hantering av flexibla volymer för att bättre hantera din NAS-enhets lagringskapacitet. Lagringspoolen aggregerar hårddiskar till ett större lagringsutrymme, och genom förmågan att stödja flera RAID-grupper kan lagringspoolen erbjuda mer redundant skydd och minska risken för datakrasch. 

Efter att en lagringspool skapats kan du välja mellan tre olika metoder för att skapa din volym överst i lagringspoolen. Vilken typ av lagringspool du väljer att skapa beror på huruvida du vill ha mer flexibilitet eller mer prestanda.

Statisk volym:
En statisk volym kommer att ta upp allt tillgängligt utrymme i lagringspoolen, och den förallokerar och förbereder lagringsutrymmet för att uppnå optimal läs-/skrivåtkomst. Eftersom en statisk volym tar upp allt utrymme i lagringspoolen kan du inte skapa flera volymer i samma lagringspool. 

Tjock volym:
Den tjocka volymen erbjuder en kombination av utrymmesflexibilitet och prestanda, och du kan välja hur mycket lagringsutrymme du vill tilldela en tjock volym från lagringspoolen. Det betyder att du kan skapa flera tjocka volymer eller tunna volymer i samma lagringspool. Efter att önskad storlek för en tjock volym valts förallokeras och förbereds lagringsutrymmet för läs-/skrivåtkomst.

Tunn volym:
Tunn allokering möjliggör en mer flexibel användning av lagringsutrymmet. En tunn volym använder i själva verket inte det fysiska lagringsutrymmet under skapandet av volymen, som istället används endast under allokering av lagringsutrymme för skrivåtkomst. Det innebär att du kan tillhandahålla en tunn volym med en storlek som är större än storleken på det fysiska lagringsutrymmet. Du kan skapa flera tunna volymer i samma lagringspool. På grund av utrymmesflexibiliteten för tunna volymer påverkas prestandan under arbetsbelastning. 

Läs-/skrivcachningsacceleration med mSATA- och SSD-diskar
SSD-cacheteknik baseras på diskens I/O-läscachning. När Turbo NAS-enhetens program använder hårddisken/hårddiskarna kommer datamängderna att lagras på SSD-disken. När samma datamängder används av programmen igen kommer de att läsas/skrivas från SSD-cacheminnet istället för från hårddisken/hårddiskarna. Ofta använda data lagras i SSD-cacheminnet. Hårddisken/hårddiskarna kommer endast att användas när datamängderna inte kunde hittas i SSD-cacheminnet.

Traditionell dataåtkomstmetod
QNAP

Dataåtkomst genom SSD-cachning
QNAP

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

Lanseringsdatum: 2015-09-17
Var detta till hjälp?
Tack för din feedback.
Tack för din feedback. Om du har några frågor kontaktar du oss på support@qnap.com
Användare som tyckte detta var användbart 67% procent.