RUEN

Adaptec MaxIQ™ SSD Cache Performance Solution

12.10.2011

Увеличение производительности приложений допяти раз с помощью Adaptec MaxIQ™ SSD Cache Performance Solution

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 решения Adaptec MaxIQ™ SSD Cache Performance Solution с приложениями с большим количеством операций чтения. Преимущества MaxIQ можно продемонстрировать за счет сравнения производительности контроллера Adaptec Series 5 с кэширующим решением Max IQ SSD и точно такого же контроллера, 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 Cache Performance Solution совместно с web-приложениями, приложениями для электронной коммерции и электронной почты дало следующие результаты:

  • Повышение производительности до 11 раз при случайном чтении небольших блоков информации (при тестировании с помощью IOmeter – стандартного отраслевого инструмента)
  • Повышение производительности до 5 раз при нагрузках, генерируемых web-серверами (при тестировании с Ometer)
  • Улучшение производительности до 5 раз с точки зрения времени реакции приложений в реальной среде web-серверов
  • 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. Решение MaxIQ SSD Cache Performance Solution от компании Adaptec соответствует 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 решении Adaptec MaxIQ™ SSD Cache Performance Solution

Твердотельные диски (SSD) – устройства хранения, имеющие высокую производительность ввода-вывода. SSD используют флэш-память для хранения данных и, в отличии от традиционных дисковыхнакопителей (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 ввода-вывода 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.

Решение Adaptec MaxIQ включает в себя кэш на базе специально подготовленного SSD-накопителя Intel® и кэширующее ПО Adaptec MaxIQ. Решение позволяет значительно увеличить производительность ввода-вывода и снизить затраты без влияния на текущие операции. Решение виртуально устраняет «узкие места», возникающие между центральными процессорами, памятью и подсистемой хранения. Чтобы максимально использовать преимущества SSD, одновременно избегая их ограничений, MaxIQ 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 данных позволяет создать высокопроизводительный гибридный массив, состоящий из нескольких HDD и MaxIQ SSD. 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. 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 ввода- вывода.

Подробнее по адресу www. adaptec. com/ MaxIQ.

Методология тестирования

Для проведения сравнительных тестов производительности MaxIQ с контроллером Adaptec Series 5 было использовано приложение Iometer. 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, как увеличивается производительность при увеличении количества накопителей MaxIQ SSD в системе.

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 был отключен. 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 использовании MaxIQ. На графике 1 видны  следующие преимущества MaxIQ:

  • Улучшение производительности до 11 раз для операций случайного чтения малых блоков данных.
  • Улушение производительности до 5 раз при нагрузках web-сервера.
  • Улучшение производительности до 4 раз при нагрузках файлового сервера.
  • Улучшение производительности до 4 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.

maxIQ

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 отключенным MaxIQ SSD, затем повторялось с одним и двумя включенными MaxIQ SSD, используемыми как единый кэш-пул. Объемы данных также увеличивались в соответствии с общим размером SSD-кэша, чтобы обеспечить корректное сравнение производительностей. 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 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 5 раз при добавлении SSD- накопителей в качестве кэша.

maxIQ

maxIQ

Тестирование с использованием web-приложений

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 незfвисимой компанией-тестировщиком AppLabs. Целью тестирования было определение дополнительного количества пользователей, которое может обслуживать web-сервер, использующий решение MaxIQ.Тестовый стенд включал контроллер Adaptec Series 5 с MaxIQ, платформу Intel Tylesberg 2,9 ГГц (4 ядра), 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 эмули-рует большое количество пользователей, генерирующих трафик на web-сервер, на котором установлено решение MaxIQ.

Тестирование с использованием web-приложений

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, использующий решение MaxIQ. Тестовый стенд включал контроллер Adaptec Series 5 с MaxIQ, платформу Intel Tylesberg 2,9 ГГц (4 ядра), 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, на котором установлено решение MaxIQ.

maxIQ

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 cайтов.Исследование компании Aberdeen Group показывает, что для коммерческой деятельности плохо, если ответ web-приложения превышает 5,1 секунды. Каждая дополнительная секунда негативновлияет на удовлетворенность  пользователя, ухудшая ее на 16%. Эти параметры были использованы и при тестировании, проведенном AppLabs.Первое тестирование было проведено с выключенным MaxIQ. 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 течение45 минут. Данное тестирование доказало отличную производительность MaxIQ и продемонстрировало, что решение MaxIQ способно обеспечить увеличение в 2 раза количества пользователей, обслуживаемых наодном web-сервере, при одновременном снижении времени отклика до 5 раз, как показано на графике 5.

maxIQ

Как показано на графиках 6 и 7, скорость выполнения транзакций уменьшилась, а пропускная полоса web-сервера увеличилась в 4 раза при включении MaxIQ. 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.

maxIQmaxIQ

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, решение MaxIQ устраняет узкие места в каналах ввода-вывода, увеличивая производительность серверов до 5 раз при работе с приложениями web-серверов и электронной коммерции. Таким образом, для увеличения пропускной полосы, вместо добавления 5-и серверов, операторы ЦОД могут использовать решение MaxIQ SSD Cache Performance Solution, стоимость которого ниже в несколько раз. Дополнительные SSD-накопители MaxIQ могут просто устанавливаться в систему для расширения кэш-пула, что устраняет необходимость в увеличении количества серверов.

Ключевые преимущества MaxIQ:

  • Улучшение производительности приложений до 5 раз по сравнению с массивами, включающими только дисковые накопители.
  • 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. MaxIQустанавливается во все стандартные отраслевые платформы и обеспечивает 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 SSD-накопителей 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.

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 Adaptecпомогает ЦОД и другим вычислительным средам нового поколения решать свои деловые задачи, одновременно снижая капитальные и операционные затраты.

maxIQ


Полезное