Увеличение производительности приложений до 8 раз

Производительность MaxIQ SSD Caching СТАТЬЯ
Увеличение производительности приложений до
8 раз с помощью Adaptec MaxIQ™ SSD Caching
Резюме
Сегодня современным центрам обработки данных (ЦОД) и средам
«облачных» вычислений необходима высокая производительность
операций ввода-вывода, позволяющая поддерживать масштабные
приложения, такие как базы данных, web-серверы, приложения для
электронной коммерции, файловые серверы и электронная почта.
В данном документе описываются преимущества использования
технологии SSD-кэширования Adaptec MaxIQ™ с приложениями с
большим количеством операций чтения.
Преимущества MaxIQ можно продемонстрировать за счет сравнения производительности контроллера Adaptec с SSD-кэшированием MaxIQ и контроллера Adaptec, но без MaxIQ. Тестирование
проводилось с использованием стандартных для отрасли инструментов измерения производительности, а также дополнительное
тестирование было проведено независимой тестовой лабораторией
при помощи реальных приложений web-серверов.
Кратко об увеличении производительности
Ключевыми требованиями, предъявляемыми к решениям для ЦОД
и сред «облачных» вычислений, являются увеличение производительности приложений, снижение времени ожидания и увеличение
количества пользователей, которых может обслужить один сервер.
Тестирование Adaptec MaxIQ SSD Caching совместно с web-приложениями, приложениями для электронной коммерции и электронной
почты дало следующие результаты:
• Повышение производительности до 12-и раз при случайном чтении
небольших блоков информации (при тестировании с помощью
IOmeter – стандартного отраслевого инструмента)
• Повышение производительности до 7-и раз при нагрузках,
генерируемых web-серверами (при тестировании с IOmeter)
• Повышение производительности до 2-х раз при работе с
приложениями серверов и рабочих станций
• Увеличение до 2 раз количества обслуживаемых web-сервером
пользователей с одновременным снижением времени ответа
приложений в реальной среде web-серверов
Введение
ЦОД и среды «облачных» вычислений сегодня требуют использования высокоплотных серверов для обеспечения конечных пользователей сервисами высокого качества. Как правило, серверы развертываются с целью обслуживания приложений конкретного типа,
например для хостинга web-сайтов (например, web-серверы), или
для приложений электронной коммерции (например, базы данных и
файловые серверы) и обслуживают большое количество конечных
пользователей. Клиенты ЦОД и приложений на базе «облачных»
сред подписывают соглашения об уровне сервиса (SLA), которые
требуют от операторов предоставления заранее указанного уровня
сервиса, его доступности и производительности. Для соответствия
таким требованиям, ЦОД разворачивают высокопроизводительные
серверы с большим количеством операций ввода-вывода в секунду
(IOPs), которые специально настраиваются так, чтобы выполнять
условия SLA. В дополнение к этому, приложения Web 2.0 требуют
также и увеличения количества пользователей, обслуживаемых
одним серверов, что позволяет снизить стоимость сервиса (COS) на
каждого пользователя.
Рост количества конечных пользователей ведет к увеличению количества требуемых от сервера операций ввода-вывода в секунду. Поскольку производительность сервера с точки зрения таких операций
ограничена более серьезно, чем емкость дисковой подсистемы, ЦОД
и средам «облачных» вычислений приходится увеличивать количество новых серверов для соответствия SLA, даже если существующая емкость дисковой подсистемы избыточна. На практике, это
приводит к тому, что использование дисковой подсистемы доходит
едва ли до 30% от доступного объема.
В дополнение к этому, для того, чтобы соответствовать требованиям
обеспечить быструю реакцию и доступность, а также повышение
количества обслуживаемых пользователей, необходимого для
снижения COS, операторы настраивают серверы так, чтобы данные
размещались в системном кэше, несмотря на то, что не все они
требуются для пользователей одновременно. Web-серверы, например,
размещают главные страницы сайтов в кэше значительно чаще, чем
все остальные. Приложения для электронной коммерции (например,
интернет-магазины) размещают в кэше изображения продуктов,
просматриваемых пользователями (и продаваемых) чаще всего.
Несмотря на то, что система может не испытывать затруднений с
емкостью дискового пространства, узким местом в данном случае
является ограничение на количество операций ввода-вывода в секунду, что соответственно, требует увеличения количества серверов.
Такое решение повышает как капитальные, так и операционные
расходы – затраты на обслуживание, питание и охлаждение, а также
потребность в дополнительном физическом пространстве.
Технология, которая могла бы минимизировать время ожидания при
запросе таких «горячих» данных, и при этом могла бы управлять
большими объемами «редко используемых» данных, помогла бы
значительно сэкономить на количестве развертываемых серверов.
Другими словами, любое улучшение с точки зрения производительности ввода-вывода увеличивает количество пользователей на сервер
и снижает стоимость обслуживания каждого пользователя.
Adaptec MaxIQ SSD Caching отвечает требованиям ЦОД с большим
количеством операций ввода-вывода и средам «облачных» вычислений, позволяя им превращать стандартные промышленные
серверы в недорогие, высокопроизводительные и наращиваемые
устройства для работы с различными приложениями.
О технологии Adaptec MaxIQ™ SSD Caching
Твердотельные диски (SSD) – устройства хранения, имеющие
высокую производительность ввода-вывода. SSD используют флэшпамять для хранения данных и, в отличии от традиционных дисковых
накопителей (HDD), не имеют движущихся частей и вращающихся
носителей данных.
По сравнению с HDD, SSD имеют ряд преимуществ, включая более
высокую скорость чтения, большее количество операций вводавывода в секунду, улучшенную механическую надежность (благодаря
отсутствию движущихся частей) и отличную устойчивость к ударам и
вибрации. Тем не менее, те же самые особенности (т.е. флэш-память),
которые обеспечивают указанные преимущества, содержат в себе
и ограничения, такие как ограниченный объем и более низкую
скорость поточной записи. Срок жизни SSD также очень сильно
зависит от количества операций записи на данное устройство.
Adaptec MaxIQ состоит из SSD-накопителей, используемых в
качестве кэша, и кэширующего ПО Adaptec MaxIQ. Эта технология
позволяет значительно увеличить производительность ввода-вывода
Производительность MaxIQ SSD Caching СТАТЬЯ
2
Увеличение производительности приложений до 8 раз с помощью Adaptec MaxIQ™ SSD Caching
Чтобы максимально использовать преимущества SSD, одновременно
избегая их ограничений, MaxIQ SSD Caching использует патентованный алгоритм Learned-Path Algorithm, с помощью которого определяются данные, к которым приложения обращаются наиболее часто.
Эти данные переносятся напрямую в SSD-кэш, что позволяет быстрее получать к ним доступ в последующем. Использование такого
кэш-пула для чтения данных позволяет создать высокопроизводительный гибридный массив. Такой массив даже с одним MaxIQ обеспечивает увеличение количество операций ввода-вывода до 5 раз
по сравнению с массивом, состоящим только из обычных дисковых
накопителей.
Целевые нагрузки на MaxIQ™
(Операций ввода-вывода на сервер)
и снизить затраты без влияния на текущие операции. Решение устраняет «узкие места», возникающие между центральными процессорами,
памятью и подсистемой хранения.
45000
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
11x
8x
5x
Случайное чтение
Для выявления преимуществ использования MaxIQ было выполнено
две серии тестов. Целью первой серии было измерение производительности MaxIQ при различных нагрузках. В ходе второго набора
тестов выявлялось, насколько масштабируема технология MaxIQ
SSD Caching, т.е. как повышается производительность при увеличении количества SSD-накопителей в кэш-пуле.
Тестирование производительности под нагрузкой
Сначала программа IOmeter была сконфигурирована таким образом, чтобы выполнять разные типы запросов, эмулирующие рабочие нагрузки web-сервера, файлового сервера, OLTP-системы и
нагрузки при случайных запросах на чтение. При этом MaxIQ не был
задействован. После этого такие же тесты были выполнены на той
же системе, но с включенным MaxIQ.
Тестирование проводилось на системе с контроллером Adaptec Series
5 и MaxIQ, процессором Intel Xeon 3,6 ГГц и оперативной памятью
2ГБ. В качестве операционной системы использовалась 32-разрядная
ОС Microsoft Server 2003 Enterprise Edition SP2. Для обеспечения
наилучшей производительности в системе были использованы 12
дисковых накопителей SAS-дисков Seagate 15K корпоративного
класса, сконфигурированных в массивы RAID 5, RAID 0 и RAID 10.
Использование SATA-дисков при включенном MaxIQ показало еще
более значительное увеличение производительности.
Результаты тестирования производительности под
нагрузкой
Результаты тестирования показывают увеличение производительности до 11 раз при включенном MaxIQ. На графике 1 видны
следующие преимущества MaxIQ SSD Сaching:
• Улучшение производительности до 11 раз для операций случайного
чтения малых блоков данных
• Улушение производительности до 8 раз при нагрузках web-сервера
• Улучшение производительности до 8 раз при нагрузках файлового
сервера
• Улучшение производительности до 5 раз для OLTP
Приложения, относящиеся к web-серверам и электронной коммерции,
очень требовательны к полосе пропускания и характеризуются
большим количеством операций чтения. Нагрузки при произвольном
чтении, а также нагрузки web-серверов и файловых серверов
являются наилучшими примерами приложений с превалирующими
операциями чтения и перемежающимися операциями записи.
OLTP
Файл-сервер
Нагрузка
График 1
Тестирование возможностей масштабирования
IOmeter был сконфигурирован для эмулирования нагрузок, типичных
для файлового сервера и web-сервера (т.е. нагрузок, которые наиболее характерны для приложений электронной коммерции и хостинга). Сначала тестирование выполнялось с отключенной функцией
MaxIQ SSD Caching, затем повторялось с включенной MaxIQ SSD
Caching, сначала с одним, а потом с двумя SSD-накопителями в
качестве кэша. Объемы данных также увеличи-вались в соответствии
с общим размером SSD-кэша, чтобы обеспе-чить корректное
сравнение производительностей.
Тестирование проводилось на системе с контроллером Adaptec
MaxIQ 5805Q с MaxIQ, процессором Intel Xeon 3,6 ГГц и оперативной
памятью 2ГБ. В качестве операционной системы использовалась
32-разрядная ОС Microsoft Server 2003 Enterprise Edition SP2. Для
обеспечения наилучшей производительности в системе были
использованы 12 дисковых накопителей SAS-дисков Seagate 15K
корпоративного класса, сконфигурированных в массивы RAID0.
Результаты тестирования возможностей расширения
Результаты тестирования демонстрируют увеличение количества
операций ввода-вывода при увеличении количества SSD-накопителей
в системе, используемых в качестве кэша. Как показано на графиках
2 и 3 для нагрузок типа web- и файл-сервер производительность
ввода-вывода увеличивается более чем в 7 раз при добавлении SSDнакопителей в качестве кэша.
Увеличение производительности
– Web-сервер 12 дисков SAS, RAID 10
(Операций ввода-вывода на сервер)
Для проведения сравнительных тестов производительности контроллера Adaptec Series Q с SSD-кэшированием MaxIQ и контроллера
Adaptec Series 5 было использовано приложение IOmeter.
Web-сервер
Series 5
Series 5 с MaxIQ™
Технология MaxIQ является следующим шагом в развитии стратегии
Data Conditioning Platform компании Adaptec, представляющей
собой инновационный подход к интеллектуальной маршрутизации,
оптимизации и защите данных при их движении по каналам вводавывода. Подробнее по адресу www.adaptec.com/MaxIQ.
Методология тестирования
8x
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
1
2
4
Количество SSD-накопителей
График 2: Использованы Adaptec 5805Q, SSD-накопители 100ГБ,
12 SATA HDD, размер блока 512K
Производительность MaxIQ SSD Caching СТАТЬЯ
3
Увеличение производительности приложений до 8 раз с помощью Adaptec MaxIQ™ SSD Caching
превышает 5,1 секунды. Каждая дополнительная секунда негативно
влияет на удовлетворенность пользователя, ухудшая ее на 16%. Эти
параметры были использованы и при тестировании, проведенном
AppLabs.
(Операций ввода-вывода на сервер)
Увеличение производительности
– Файл-сервер 12 дисков SAS, RAID 10
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
1
2
Сначала тест был запущен с выключенным MaxIQ SSD Caching.
В его ходе измерялись полоса пропускания, скорость выполнения
транзакций и время реакции, при этом повышалось количество
пользователей до того момента, пока время ответа сервера не
превысило 5,1 секунды. Затем этот же тест был выполнен с включенным MaxIQ, чтобы зафиксировать увеличение количества
пользователей, снижение времени реакции и увеличение полосы
пропускания. По достижении пиковой нагрузки в виде количества
пользователей в каждом из тестов, система работала еще в течение
45 минут.
4
Количество SSD-накопителей
График 3: Использованы Adaptec 5805Q, SSD-накопители 100ГБ,
12 SATA HDD, размер блока 512K
Данное тестирование доказало отличную производительность MaxIQ
и продемонстрировало, что решение MaxIQ способно обеспечить
увеличение в 2 раза количества пользователей, обслуживаемых на
одном web-сервере, при одновременном снижении времени отклика
до 5 раз, как показано на графике 5.
Время отклика web-сервера
(чем меньше, тем лучше)
Тестирование с использованием web-приложений
Тестовый стенд включал контроллер Adaptec Series 5 с MaxIQ,
платформу Intel Xeon 3,6 ГГц, оперативную память 2ГБ и ОС Red
Hat 5, установленную на RAID-массиве. Для эмуляции типичного
сервера, используемого в ЦОД и средах «облачных» вычислений,
система включала три SATA-диска Western Digital в массиве RAID
5. Как видно на диаграмме 4, тестовый стенд эмулирует большое
количество пользователей, генерирующих трафик на web-сервер c
MaxIQ SSD Caching.
Web-сервер
Генераторы
web-нагрузки
Контроллер
Adaptec
Гигабитный
маршрутизатор
15
10
В 5 раз ниже
5
0
Series 5
Series 5 с MaxIQ™
График 5
Как показано на графиках 6 и 7, скорость выполнения транзакций
уменьшилась, а пропускная полоса web-сервера увеличилась в 4 раза
при включении MaxIQ SSD Caching. Тестирование также показало,
что интеллектуальный алгоритм определял наиболее часто читаемые данные и кэшировал их для дальнейшего использования, еще
более увеличивая пропускную способность web-сервера с MaxIQ.
График 4
На web-сервере было размещено 8300 web-сайтов, содержащих множество страниц, что в сумме составило более 40ГБ данных. Трафик
генерировался путем эмуляции нажатий пользователями на ссылки
на страницах этих сайтов.
Исследование компании Aberdeen Group показывает, что для
коммерческой деятельности плохо, если ответ web-приложения
Количество транзакций
Скорость выполнения
транзакций на web-сервере
Устройство
хранения
данных
Консоль
управления
нагрузкой
20
Время отклика
Практическая польза решения наиболее очевидна при его тестировании в условиях реальной нагрузки. Доказательства отличной
производительности MaxIQ были выявлены при его тестировании
в условиях реальных приложений web-серверов, проведенном независимой компанией-тестировщиком AppLabs. Целью тестирования
было определение дополнительного количества пользователей,
которое может обслуживать web-сервер при добавлении в него
MaxIQ SSD Caching.
4x
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Series 5
Series 5 с MaxIQ™
График 6
Производительность MaxIQ SSD Caching СТАТЬЯ
Увеличение производительности приложений до 8 раз с помощью Adaptec MaxIQ™ SSD Caching
Пропускная способность
приложений Web-сервера
4x
Пропускная способность
120
100
80
60
• Улучшение производительности приложений до 8 раз по
сравнению с массивами, включающими только дисковые
накопители.
20
0
Series 5
Series 5 с MaxIQ™
График 7: SSD-кэширование
Повышение производительности ввода-вывода при
случайном чтении
Рисунок 8 показывает впечатляющее 12-кратное увеличение
производительности (в операциях ввода-вывода в секунду) при
использовании контроллера Adaptec MaxIQ 5805Q с 4-мя SSDнакопителями Samsung емкостью 100ГБ в кэше для чтения.
(Операций ввода-вывода на сервер)
Производительность случайного чтения
12 накопителей SATA, RAID 0
• Экономия до 50% капитальных и операционных затрат
за счет увеличения количества пользователей на сервер и
снижения количества серверов, необходимых для обеспечения
определенного уровня предоставляемого сервиса.
• Повышение степени утилизации серверов и подсистем
хранения за счет патентованного алгоритма Learned-Path
Algorithm, при помощи которого определяются часто читаемые
(«горячие») данные, которые перемещаются на SSD для более
быстрого доступа к ним в дальнейшем.
• Бесшовная совместимость со стандартными серверами, системами хранения и операционными системами. MaxIQ можно
использовать во всех стандартных платформах и обеспечивать
независимое от типа приложений кэширование, не требующее
внесения изменений в архитектуры систем хранения, программное обеспечение или операционные системы.
• Гибкое масштабирование размеров кэша MaxIQ SSD – кэш
может быть увеличен за счет подключения до четырех SSDнакопителей MaxIQ к одному контроллеру. Устройства MaxIQ
могут в любое время быть удалены или заменены, что не
повлияет на целостность данных, так как все данные хранятся
на дисковом накопителе или массивах.
0
1
2
4
Количество SSD-накопителей
Рисунок 8: Использованы Adaptec 5805Q,
SSD-накопители 100ГБ, 12 SATA HDD, размер блока 512K
Подведем итоги
Операторы ЦОД и «облачных» приложений постоянно стремятся к
улучшению производительности серверов, чтобы соответствовать
требованиям приложений, генерирующих большой объем операций
ввода-вывода, и растущей пользовательской базы. В то же время,
ограничения, налагаемые имеющимся в распоряжении физическим
пространством, доступной мощностью для питания и охлаждения,
требует от ЦОД находить решения, которые наиболее эффективно
используют все эти имеющиеся ресурсы и позволяют увеличивать
производительность ввода-вывода серверов.
Как демонстрируют выше результаты тестирований, технология
MaxIQ устраняет узкие места в каналах ввода-вывода, увеличивая
производительность серверов до 8 раз при работе с приложениями
web-серверов и электронной коммерции.
Adaptec, Inc.
691 South Milpitas Boulevard
Milpitas, California 95035, USA
Тел.: (+1) 408 945-8600
Факс: (+1) 408 262-2533
Таким образом, для увеличения пропускной полосы, вместо
добавления 8-и серверов, сотрудники ЦОД могут использовать
технологию MaxIQ SSD Caching с одним SSD, стоимость которого ниже в несколько раз. Дополнительные SSD-накопители
MaxIQ могут просто устана-вливаться в систему для расширения кэш-пула, что устраняет необходимость в увеличении
количества серверов.
Ключевые преимущества MaxIQ:
40
50000
45000
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
4
Компания Adaptec продолжает быть лидером отрасли, предлагая
инновационные решения, которые обеспечивают отличную производительность за счет интеллектуальной маршрутизации, оптимизации и защиты данных при их движении по каналам ввода-вывода.
Решение MaxIQ SSD Cache Performance Solution от компании Adaptec
помогает ЦОД и другим вычислительным средам нового поколения
решать свои деловые задачи, одновременно снижая капитальные и
операционные затраты. Intel Xeon 3,6ГГц 2 ГБ DDR2-400
Конфигурации тестовых систем
Тестирование нагрузки и возможностей масштабирования
SMC X6DH3-G2; 3.6ГГц Xeon; 2 ГБ Memory DDR2-400
HDD
Seagate Barracuda ES SATA - ST3250620NS SATA 3.0 ГБ/s - Firmware: 3.AEG - 238475 MB
SSD
Samsung MCC0E1HG5MXP (100 ГБ); Hot Data: 4SSD 320 ГБ / 2SSD - 160 ГБ / 1SSD - 80 ГБ
Контроллер
Adaptec RAID 5805Q
Сервер
Конфигурация
ОС
RAID 0/5/6/10/50
Microsoft Server 2003 Enterprise Edition 32-bit SP2
Adaptec – Россия
Тел.: +7 (495) 646 81 32
Email: [email protected]
Web: www.adaptec.ru
Copyright 2010 Adaptec, Inc. Все права защищены. Adaptec, логотип Adaptec, знак Unified Serial и Storage Manager являются торговыми марками Adaptec, Inc., которые могут быть
зарегистрированы в различных юрисдикциях. Windows, Windows 2000, Windows Server 2003 и Windows XP являются зарегистрированными торговыми марками Microsoft Corporation,
используемыми в соответствии с лицензией. Другие торговые марки являются собственностью соответствующих владельцев. Информация, предоставляемая Adaptec, Inc. является достоверной
на момент печати, однако Adaptec Inc. не несет ответственности за любые ошибки, которые могут появиться в этом документе. Adaptec Inc. оставляет за собой право вносить изменения в
конструкцию или спецификацию без дополнительного предупреждения. Информация может быть изменена без дополнительного предупреждения.
Part Number: 667140-011RU Напечатано в Европе 05/10 6635_1.6