Введение

По мере развития бизнеса возможности приложений с интенсивными рабочими потоками часто ограничиваются характеристиками жестких дисков (HDD). Несмотря на то, что емкости HDD резко возросли, скорость выполнения операций произвольного ввода/вывода (I/O) не увеличивалась в том же темпе. Однако, теперь возможно ускорить обработку потоков с интенсивным чтением данных, таких, как при онлайн транзакциях (On-Line Transaction Processing - OLTP), в сетевых и файловых серверах, базах данных, применяя новую технологию кэширования, Infortrend SSD Cache, которая использует высокую скорость и малую задержку твердотельных дисков для повышения скорости считывания часто требующихся жизненно важных данных. Скорость чтения для SSD значительно выше по сравнению с HDD и, следовательно, SSD Cache может существенно улучшить характеристики произвольного чтения и снизить время отклика.

Применимость настоящего документа

Семейство EonStor DS

Что такое SSD Cache?

Кэш-память - это компонент, который прозрачно накапливает данные, так что следующие обращения к ним могут обслуживаться более эффективно. Он имеет решающее значение для хранилища, особенно в применениях с интенсивным чтением данных. Без включения SSD Cache емкость кэш-памяти контроллера ограничена. SSD Cache позволяет использовать быстрые SSD для наращивания пула кэш-памяти системы хранения и накапливания часто запрашиваемых данных. С увеличением емкости SSD Cache частота попадания в кэш также увеличивается. Другими словами, все больше и больше “горячих” данных будет храниться в SSD Cache, будущие обращения к этим данным будут обслуживаться более эффективно и, следовательно, характеристики чтения будут улучшаться.

Почему Infortrend SSD Cache?

Во многих случаях, когда процентное содержание операций чтения в рабочем потоке значительно выше, чем операций записи, и происходит повторяющееся считывание небольшого количества данных, SSD Cache может дать следующие преимущества:

1.Улучшение характеристик чтения

SSD Cache использует интеллектуальный алгоритм, чтобы ускорить обработку интенсивных потоков с произвольным чтением данных, таких, как OLTP и обращения к базам данных. В таких ситуациях SSD Cache может существенно увеличить общую скорость чтения. Например, SSD Cache может в 2,5 раза увеличить значение IOPS при OLTP по сравнению с той же системой без SSD Cache. В то же время задержки также уменьшаются и, следовательно, степень улучшения характеристик зависит от действительных рабочих потоков приложения и поведения пользователя.

2.Интеллектуальное ПО и алгоритм управления

Интеллектуальное ПО автоматически анализирует модель доступа к данным и распознает последовательные и произвольные операции чтения/записи. Данные последовательного чтения или записи не заносятся в пул SSD Cache, в нем накапливаются только данные произвольного чтения, чтобы SSD использовались наиболее эффективно. Если более точно, то встроенное ПО автоматически перемещает копии наиболее часто требующихся данных из кэш-памяти контроллера в пул SSD Cache в соответствующее время. Эти “горячие” данные впоследствии будут считаны из SSD Cache, если система получит запрос на их чтение. Разработанны Infortrend алгоритм оптимизирует цикличность копирования данных в SSD, так что для этой цели можно применять и сравнительно дешевые SSD. Это решение не только улучшает характеристики чтения, но и продлевает срок службы жестких дисков за счет уменьшения количества циклов чтения и записи.

3.Простой интуитивный интерфейс пользователя

Функции SSD Cache полностью интегрированы в Infortrend SANWatch и RAIDWatch GUI. Они очень просто настраиваются, управляются и обслуживаются. Например, пользователь может наблюдать за состоянием пула SSD Cache и легко проверять оставшийся срок службы для каждого SSD.

Infortrend SSD Cache

Как работает Infortrend SSD Cache

Если SSD Cache включено и работает в течение некоторого времени, интеллектуальное встроенное ПО собирает статистику и немедленно обновляет записи о “температуре” данных в кэш-памяти контроллера. Основываясь на этих записях, встроенная программа автоматически копирует в соответствующее время небольшие фрагменты случайных часто требующихся данных из кэш-памяти контроллера в пул SSD Cache, используя метод последовательной записи, чтобы избежать интенсивных операций с SSD и, следовательно, увеличить срок их службы. Пока пул SSD Cache Pool не заполнится “горячими” данными, генерируемыми приложениями на хосте, метод предварительного копирования блоков на SSD с помощью зонного предсказания ускоряет операции чтения. Если размер блока данных меньше или равен 16 KB, данные копируются прямо в пул SSD, даже если они считываются только однократно. Если размер блока больше 16 KB, и программа распознает его как “горячие” данные (считываются несколько раз), то они классифицируются как часто требующиеся и сохраняются в пуле SSD. Для этих “горячих” данных будет хранится две копии - одна в SSD Cache и одна на жестких дисках.

Как правило, по получении запроса на чтение данных система проверяет, имеются ли соответствующие данные в кэш-памяти контроллера. Если запрашиваемые данные есть в кэше контроллера, система тут же возвращает их хосту. Если же запрашиваемых данных нет в кэше контроллера, то система проверяет пул SSD Cache. Если запрашиваемые данные были сохранены в SSD Cache на основании оценки их “температуры”, то система считывает эти данные прямо из SSD Cache и возвращает из хосту. В противном случае данные будут возвращены с более медленного устройства. Следовательно, чем больше попаданий в кэш, тем больше запросов будет обслужено SSD Cache, поэтому общие характеристики и среднее время отклика будут улучшаться.

Что нужно для работы SSD Cache

1. Требования к программному обеспечению и SANWatch

ПО версия 512F12 или выше

SANWatch версия 3.0.h.14 или выше

2. Лицензия на SSD Cache

SSD Cache доступно по лицензии. Infortrend также предоставляет 30-дневную пробную лицензию.

3.Соотношение между емкостью кэш-памяти контроллера и максимальным размером пула SSD Cache:

Если в системе разрешена работа SSD Cache, то кэш-память контроллера будет использовать некоторую часть пространства для сохранения “горячих” данных, и размер “горячих” записей в кэше контроллера будет определять максимальный поддерживаемый размер пула SSD. Для начальной комбинации (2 GB на контроллер) максимальный поддерживаемый размер пула SSD Cache равен 150 GB для одиночного контроллера и 300 GB для моделей с двойным избыточным контроллером.

По сравнению с SSD кэш-память контроллера более экономична. Кроме того, в кэш-память контроллера могут попадать не только считываемые, но и записываемые данные. Следовательно, мы рекомендуем пользователям EonStor DS нарастить кэш-память до 16 GB на один контроллер и приобрести подходящие SSD для кэш-пула (соответствующие вашим потребностям и бюджету), чтобы получить максимальный выигрыш в характеристиках.

4.Сброс контроллера(ов) для запуска SSD Cashe

Последний шаг запуска SSD Cache включает сброс контроллера(ов). По умолчанию, в кэш-памяти контроллера не назначается пространство для хранения “горячих” данных. Следовательно, требуется сбросить контроллер и инициализировать его так, чтобы выделить подходящее пространство для “горячих” записей. После сброса контроллера и активации функции SSD Cache управлять им очень просто. Нет необходимости сбрасывать или перегружать систему при добавлении SSD в пул или удалении из него. Эта процедура выполняется с помощью интуитивного интерфейса пользователя через SANWatch или RAIDWatch.

5.Требования к SSD

В настоящее время один контроллер поддерживаеи до 4 SSD. Если вы хотите использовать функцию SSD Cache, проверьте, пожалуйста, числится ли выбранная вами модель SSD в квалификационном списке Infortrend Qualified Vendor List (QVL). Только SSD из нашего QVL могут применяться для улучшения характеристик хранилища, как описано в этом документе.

Заключение

Infortrend SSD Cache представляет собой интеллектуальное решение, которое многократно улучшает характеристики хранилища, в особенности для приложений с интенсивным чтением данных, значительно снижает задержки и поддерживает большие пулы кэш-памяти. Его легко устанавливать, администрировать и обслуживать с помощью интуитивных интерфейсов пользователя от Infortrend. Мы настоятельно рекомендуем использовать его в системах с интенсивными рабочими потоками и часто повторяющимися операциями чтения.

Полный текст статьи с иллюстрациями вы можете скачать в виде pdf файла.

Серверная оптимизация ,

Системное администрирование ,

Хранение данных ,

Хранилища данных

В статьях про СХД из "конспекта админа" практически не рассматривались технологии софтовой организации дискового массива. Кроме того, за кадром остался целый пласт относительно дешевых сценариев ускорения хранилищ с помощью твердотельных дисков.

Поэтому в этой статье рассмотрю три неплохих варианта использования SSD-дисков для ускорения подсистемы хранения.

Почему просто не собрать массив из SSD – немного теории и рассуждений на тему

Чаще всего твердотельные накопители рассматривают просто как альтернативу HDD, с большей пропускной способностью и IOPS. Однако, такая замена "в лоб" часто стоит слишком дорого (брендовые диски HP, например, стоят от $2 000), и в проект возвращаются привычные накопители SAS. Как вариант, быстрые диски просто используются точечно.

В частности, удобным выглядит использование SSD для системного раздела или для раздела с базами данных – с конкретным выигрышем в производительности можно ознакомится в . Из этих же сравнений видно, что при использовании обычных HDD узким местом является производительность диска, а в случае SSD сдерживать будет уже интерфейс. Поэтому замена одного лишь диска не всегда даст такую же отдачу, как комплексный апгрейд.

В серверах используют SSD с интерфейсом SATA, либо более производительные SAS и PCI-E. Большинство представленных на рынке серверных SSD с интерфейсом SAS продаются под брендами HP, Dell и IBM. К слову, даже в брендовых серверах можно использовать диски OEM-производителей Toshiba, HGST (Hitachi) и других, которые позволяют сделать апгрейд максимально дешевым при схожих характеристиках.

С широким распространением SSD был разработан отдельный протокол доступа к дискам, подключенным к шине PCI-E – NVM Express (NVMe). Протокол разработан с нуля и значительно превосходит своими возможностями привычные SCSI и AHCI. С NVMe обычно работают твердотельные диски с интерфейсами PCI-E, U.2 (SFF-8639) и некоторые M.2, которые быстрее обычных SSD более чем вдвое . Технология относительно новая, но со временем она обязательно займет свое место в самых быстрых дисковых системах.

Немного про DWPD и влияние этой характеристики на выбор конкретной модели.

При выборе твердотельных дисков с интерфейсом SATA следует обращать внимание на параметр DWPD, который определяет долговечность диска. DWPD (Drive Writes Per Day) – это допустимое количество циклов перезаписи всего диска в сутки на протяжении гарантийного периода. Иногда встречается альтернативная характеристика TBW/PBW (TeraBytes Written, PetaBytes Written) – это заявленный объем записи на диск на протяжении гарантийного периода. В SSD для домашнего использования показатель DWPD может быть меньше единицы, в так называемых "серверных" SSD - 10 и более.

Такая разница возникает из-за разных типов памяти:

SLC NAND . Самый простой тип – в каждой ячейке памяти хранится один бит информации. Поэтому такие диски надежны и обладают хорошей производительностью. Но приходится использовать больше ячеек памяти, что негативно влияет на стоимость;

MLC NAND . В каждой ячейке хранится уже два бита информации – самый популярный тип памяти.

eMLC NAND . То же самое что и MLC, но повышена устойчивость к перезаписи благодаря более дорогим и качественным чипам.

• TLC NAND . В каждой ячейке хранится по три бита информации – диск максимально дешев в производстве, но обладает наименьшими производительностью и долговечностью. Чтобы компенсировать потери по скорости, для внутреннего кэша часто используется память SLC.

Таким образом, при точечной замене обычных дисков твердотельными логично использовать MLC-модели в RAID 1, что даст отличную скорость при том же уровне надежности.

Считается, что использование RAID совместно с SSD – не лучшая идея. Теория основывается на том, что SSD в RAID изнашиваются синхронно и в определенный момент могут выйти из строя все диски разом, особенно при ребилде массива. Однако, с HDD ситуация точно такая же. Разве что, испорченные блоки магнитной поверхности не дадут даже прочитать информацию, в отличие от SSD.

По-прежнему высокая стоимость твердотельных накопителей заставляет задуматься об альтернативном их использовании, помимо точечной замены или использования СХД на базе одних лишь SSD.

Расширяем кэш RAID-контроллера

От размера и скорости кэша RAID-контроллера зависит скорость работы массива в целом. Расширить этот кэш можно с помощью SSD. Технология напоминает решение от Intel.

При использовании подобного кэша данные, которые используются чаще, хранятся на кэширующих SSD, с которых производится чтение или дальнейшая запись на обычный HDD. Режимов работы обычно два, аналогично привычному RAID: write-back и write-through.

В случае write-through ускоряется только чтение, а при write-back – чтение и запись.

Подробнее об этих параметрах вы можете прочитать под спойлером.

При настройке кэша write-through запись проводится как в кэш, так и на основной массив. Это не влияет на операции записи, но ускоряет чтение. К тому же, перебои питания или всей системы для целостности данных уже не так страшны;

• Настройка write-back позволяет записывать данные сразу в кэш, что ускоряет операции чтения и записи. В RAID-контроллерах эту опцию можно включить только при использовании специальной страхующей энергонезависимую память батарейки, либо при использовании флэш-памяти. Если же применять в качестве кэша отдельный SSD, то проблема с питанием уже не стоит.

Для работы обычно требуется специальная лицензия или аппаратный ключ. Вот конкретные названия технологии у популярных на рынке производителей:

LSI (Broadcom) MegaRAID CacheCade. Позволяет использовать до 32 SSD под кэш, суммарным размером не более 512 ГБ, поддерживается RAID из кэширующих дисков. Есть несколько видов аппаратных и программных ключей, стоимость составляет около 20 000 р;

Microsemi Adaptec MaxCache. Позволяет использовать до 8 SSD в кэше в любой конфигурации RAID. Отдельно лицензию покупать не нужно, кэш поддерживается в адаптерах серии Q;

• HPE SmartCache в серверах ProLiant восьмого и девятого поколения. Актуальная стоимость доступна по запросу.

Схема работы SSD-кэша предельно проста – часто используемые данные перемещаются или копируются на SSD для оперативного доступа, а менее популярная информация остается на HDD. Как итог, скорость работы с повторяющимися данными значительно возрастает.

В качестве иллюстрации работы RAID-кэша на базе SSD можно привести следующие графики:

StorageReview – сравнение производительности разных массивов при работе с базой данных: использованы обычные диски и их альтернатива на базе LSI CacheCade.

Но если есть аппаратная реализация, то наверняка существует и программный аналог за меньшие деньги.

Быстрый кэш без контроллера

Помимо программного RAID существует и программный SSD-кэш. В Windows Server 2012 появилась интересная технология Storage Spaces, которая позволяет собирать RAID-массивы из любых доступных дисков. Накопители объединяются в пулы, на которых уже размещаются тома данных – схема напоминает большинство аппаратных систем хранения. Из полезных возможностей Storage Spaces можно выделить многоярусное хранение (Storage Tiers) и кэш записи (write-back cache).

Storage Tiers позволяет создавать один пул из HDD и SSD, где более востребованные данные хранятся на SSD. Рекомендованное соотношение количества SSD к HDD 1:4-1:6. При проектировании стоит учитывать и возможность зеркалирования или четности (аналоги RAID-1 и RAID-5), так как в каждой части зеркала должно быть одинаковое количество обычных дисков и SSD.

Кэш записи в Storage Spaces ничем не отличается от обычного write-back в RAID-массивах. Только здесь необходимый объем "откусывается" от SSD и по умолчанию составляет один гигабайт.

Недавно я столкнулся с проблемой ускорения работы дисковой подсистемы, которая предусмотрена в ультра буке Lenovo U 530 (и других подобных моделей). А началось все с того, что выбор пал на этот ноутбук для замены более старого.

Данная серия имеет несколько конфигураций, которые можно посмотреть по этой ссылке: http ://shop .lenovo .com /ru /ru /laptops /lenovo /u -series /u 530-touch /index .html #tab -"5E =8G 5A :85_E 0@0:B 5@8AB 8:8

Я взял вариант с процессором Intel Core -I 7 4500U , 1Тб HDD + 16 Гб SSD кэша.

Примечание: в данном ультрабуке и аналогичных используется SSD в формате M2: http://en.wikipedia.org/wiki/M.2

В дальнейшем при работе с ним как то присутствие кэша не наблюдалось, начал разбираться как же все это работает?

В чипсетах Intel (в частности Intel Series 8) имеется такая технология как Intel rapid storage technology (подробнее о ней можно прочитать по этой ссылке: http ://www .intel .ru /content /www /ru /ru /architecture -and -technology /rapid -storage -technology .html ).

В этой технологии есть функция Intel ® Smart Response , которая и позволяет использовать вариант гибридного SSHD или же HDD + SDD для ускорения дисковой подсистемы.

Если вкратце - то она позволяет хранить часто используемые файлы на SSD диске и при последующих запусках файлов читать их с SSD диска, что заметно улучшает производительность всей системы в целом (подробнее о Smart Response по этой ссылке:

2)Использовать технологию Windows ReadyBoost (http://ru.wikipedia.org/wiki/ReadyBoost)

3)Использовать вариант ExpressCache

Примечание: многие наверняка видели инструкции в интернете по переносу файла гибридизации на SSD, так вот, на своем опыте проверил, это НЕ РАБОТАЕТ, так как даже в этом случае, когда Вы создаете раздел гибридизации, все равно используется технология Intel Rapid Storage . Другими словами, режим гибридизации уже невиндовый , а управляет им данная интеловская технология, а поскольку у нас она не работает, то кроме бесполезного раздела гибридизации на SSD Вы ничего не получите, соответственно работать это не будет.

А теперь опишу более подробно, как настроить каждый из трех вариантов.

1.Использовать стороннюю утилиту от SanDisk - ExpressCache

Распишу по пунктам действия:

Если Вы еще ни разу не пользовались этой утилитой, то делаем следующее:

1)Скачиваем ее, например отсюда: http ://support .lenovo .com /us /en /downloads /ds 035460

2)Заходим в “Управление дисками” и удаляем все разделы с SSD диска;

3)Устанавливаем программу Express Cache на компьютер, перезагружаемся и все готово) Программа сама сформирует нужный раздел и будет его использовать.

4)Чтобы проверить работу, вызываем командную строку в режиме администратора, и вводим eccmd.exe -info

5)В результате, должна быть похожая картинка:

Рисунок 6 - проверка работы кэша при запуске утилиты eccmd.exe -info

2.Использовать технологию Windows ReadyBoost

Для использования этой технологии необходимо:

2)Создаем один основной раздел на SSD ;

3)Новый раздел появится в виде нового диска со своей буквой. Заходим в Мой компьютер и жмем правой кнопкой на диске и в меню выбираем “свойства”, далее вкладку “Ready Boost ”.

4)Во вкладке выделяем опцию “Использовать это устройство” и ползунком выделяем все имеющееся пространство.

После этого SSD будет ускорять работу файловой системы используя технологию Microsoft Windows Ready Boost .

Не знаю, насколько она эффективна для работы с SSD , так как изначальное ее предназначение было - использование в качестве устройств хр анения обычные NAND Flash в виде брелоков, а скорость доступа к таким устройствам намного ниже, чем у mSATA SSD

3.Использовать вариант ExpressCache + перенос SWAP файла на отдельный раздел SSD .

На мой взгляд - это самый оптимальный для данного случая метод, так как, с одной стороны мы ускоряем работу со свопом, перенеся его на SSD , а так же обеспечиваем работу с кэшем. Данный метод скорее подходи для ультра буков с объемом SSD 16 и более Гб.

Как это сделать?

1)Заходим в “Управление дисками” и удаляем все разделы с SSD диска;

2)На SSD нужно два раздела, один делаем сами, второй делается программой Express Cache ;

3)Создаем раздел для свопа, например: 6 Гб вполне достаточно для ультра бука с 8Гб ОЗУ (RAM);

5)Теперь нам нужно перенести своп с диска C : на новый диск SSD . Для этого заходим в параметры Системы, далее “Дополнительные параметры системы”.

Рисунок 8- Дополнительные параметры системы

Во вкладке “Дополнительно” нажимаем на кнопку “Параметры* ”, вкладка “Дополнительно** ” и далее кнопку “Изменить** ”. Отключаем “Автоматический режим*** ”, затем из списка выбираем нужный для нас диск со свопом, а затем пробуем выбрать опцию “Размер по выбору системы*** ” и нажимаем кнопку “Задать*** ”. Если система ругнулась, то это, скорее всего из-за того, что диск в 6Гб. система считает слишком маленьким, но если Вы посмотрите снизу в окне рекомендуемый размер файла, то он будет колебаться в районе 4,5 Гб, что даже меньше нашего раздела, поэтому делаем следующее - выбираем опцию “Указать размер*** ” и в поле “Исходный размер*** ” записываем тот рекомендуемый снизу размер файла. В поле “Максимальный размер*** ” можно написать весь объем раздела, затем жмем кнопку “Задать*** ”.
Далее, нам нужно отключить уже имеющийся своп, для этого из списка дисков выбираем на том, где в данный момент располагается своп (например C :), и ниже в опциях выбираем - “Без файла подкачки*** ”, а затем “Задать*** ”.
Все -т еперь у Вас файл подкачки будет располагаться на SSD диске.
Ждем “Ок *** ” и перегружаем компьютер.

6)Можно проверить, есть ли файл на диске или нет, заходим на диск C : (в проводнике должна быть включена функция видимости скрытых файлов или с помощьюTotal Commander ).

Рисунок 12 - Видимость SWAP раздела SSD

Файл подкачки называется pagefile . sys , он должен быть на новом диске, а на старом его быть не должно.

7)Теперь нужно установить раздел для кэширования, для этого делаем все, что было описано в пункте 1.

В итоге после проделанных действий мы получаем ускорение всей системы в целом.

Рисунок 13 - Разделы на SSD для SWAP и SSD кэша

Желаю Вам быстрой производительности Вашей системы и долгой работы SSD J

Буду рад комментариям к моей статье и всяческим рецензиям) Спасибо!

• Сравнение производительности различных типов серверных накопителей (HDD, SSD, SATA DOM, eUSB)
• Сравнение производительности новейших серверных RAID-контроллеров Intel и Adaptec (24 SSD)
• Сравнение производительности серверных RAID-контроллеров
• Производительность дисковой подсистемы серверов Intel на базе Xeon E5-2600 и Xeon E5-2400
• Таблицы сравнительных характеристик: RAID-контроллеры , Серверные HDD , Серверные SSD
• Ссылки на разделы прайс-листа: RAID-контроллеры , Серверные HDD , Серверные SSD

Большинство серверных приложений работают с дисковой подсистемой сервера в режиме случайного доступа, когда данные читаются или записываются небольшими блоками размером несколько килобайт, а сами эти блоки могут располагаться в дисковом массиве случайным образом.

Жесткие диски имеют среднее время доступа к произвольному блоку данных порядка нескольких миллисекунд. Это время необходимо для позиционирования головки диска над нужными данными. За одну секунду жесткий диск может прочитать (или записать) несколько сотен таких блоков. Этот показатель отражает производительность жесткого диска на случайных операциях ввода-вывода и измеряется величиной IOPS (Input Output per Second, операций ввода-вывода в секунду). То есть производительность случайного доступа для жесткого диска составляет несколько сотен IOPS.

Как правило, в дисковой подсистеме сервера несколько жестких дисков объединяются в RAID-массив, в котором они работают параллельно. При этом скорость операций случайного чтения для RAID-массива любого типа возрастает пропорционально количеству дисков в массиве, а вот скорость операций записи зависит не только от количества дисков, но также и от способа объединения дисков в RAID-массив.

Довольно часто дисковая подсистема является фактором, который ограничивает быстродействие сервера. При большом количестве одновременных запросов дисковая подсистема может достичь предела своей производительности и увеличение объема оперативной памяти или частоты процессора не даст никакого эффекта.

Радикальным способом увеличения производительности дисковой подсистемы является использование твердотельных накопителей (SSD-накопителей), в которых информация записывается в энергонезависимую flash-память. У SSD-накопителей время доступа к произвольному блоку данных составляет несколько десятков микросекунд (то есть на два порядка меньше, чем у жестких дисков), благодаря чему производительность даже одного SSD-накопителя на случайных операциях достигает 60"000 IOPS.

На следующих графиках приведены сравнительные показатели производительности RAID-массивов из 8-ми жестких дисков и 8-ми SSD-накопителей. Приведены данные для четырех различных типов RAID-массивов: RAID 0, RAID 1, RAID 5 и RAID 6. Чтобы не перегружать текст техническими подробностями, информацию о методике тестирования мы поместили в конце статьи.

Из диаграмм видно, что применение SSD-накопителей повышает производительность дисковой подсистемы сервера на операциях произвольного доступа от 20 до 40 раз. Однако широкому использованию SSD-накопителей мешают следующие серьезные ограничения.

Во-первых, современные SSD-накопители имеют небольшую емкость. Максимальная емкость жестких дисков (3TB) превосходит максимальную емкость серверных SSD-накопителей (300GB) в 10 раз. Во-вторых, SSD-накопители примерно в 10 раз дороже жестких дисков, если сравнивать стоимость 1GB дискового пространства. Поэтому построение дисковой подсистемы из одних только SSD-накопителей в настоящее время применяется довольно редко.

Однако можно использовать SSD-накопители в качестве кэш-памяти RAID-контроллера. О том, как это работает и что дает, давайте поговорим подробнее.

Дело в том, что даже в довольно большой дисковой серверной подсистеме емкостью в десятки терабайт объем "активных" данных, то есть данных, которые используются наиболее часто, относительно невелик. Например, если Вы работаете с базой данных, которая хранит записи за длительный период времени, активно использоваться скорее всего будет только небольшая часть данных, которая относится к текущему временному интервалу. Или если сервер предназначен для хостинга Интернет-ресурсов, большая часть запросов будет относиться к небольшому числу наиболее посещаемых страниц.

Таким образом, если эти "активные" (или "горячие") данные будут находиться не на "медленных" жестких дисках, а в "быстрой" кэш-памяти на SSD-накопителях, производительность дисковой подсистемы возрастет на порядок. При этом Вам не нужно заботится о том, какие данные должны быть размещены в кэш-памяти. После того, как в первый раз контроллер прочитает данные с жесткого диска, он оставит эти данные в кэш-памяти SSD и повторное чтение будет выполняться уже оттуда.

Более того, кэширование работает не только при чтении, но и при записи. Любая операция записи будет записывать данные не на жесткий диск, а в кэш-память на SSD-накопителях, поэтому операции записи также будут выполняться на порядок быстрее.

Практически механизм кэширования на SSD-накопителях может быть реализован на любом шести-гигабитном RAID-модуле или RAID-контроллере Intel второго поколения на базе микроконтроллера LSI2208: RMS25CB040, RMS25CB080, RMT3CB080, RMS25PB040, RMS25PB080, RS25DB080, RS25AB080, RMT3PB080. Эти RAID-модули и контроллеры применяются в серверах Team на базе процессоров Intel E5-2600 и E5-2400 (платформа Intel Sandy Bridge).

Чтобы использовать режим SSD-кэширования, необходимо установить на RAID-контроллер аппаратный ключ AXXRPFKSSD2. Кроме поддержки SSD-кэширования, этот ключ также ускоряет работу контроллера с "чистыми" SSD-дисками, когда они используются не в качестве кэш-памяти, а как обычные накопители. В этом случае можно достичь производительности на операциях случайного чтения-записи в 465"000 IOPS (режим FastPath I/O).

Давайте посмотрим на результаты тестирования производительности все того же массива из восьми жестких дисков, но уже с использованием четырех SSD-накопителей в качестве кэш-памяти и сравним их с данными этого массива без кэширования.

Мы выполнили тестирование для двух вариантов организации SSD-кэш. В первом варианте 4 SSD-накопителя были объединены в RAID-массив нулевого уровня (R0), а во-втором случае из этих 4-х SSD-накопителей был образован зеркальный массив (R1). Второй вариант немного медленнее на операциях записи, зато он обеспечивает резервирование данных в SSD-кэш, поэтому предпочтительнее.

Интересно, что производительность чтения и записи практически не зависит от типа "основного" RAID-массива жестких дисков, а определяется только скоростью работы SSD-накопителей кэш-памяти и типом ее RAID-массива. Более того, "кэшированный" RAID 6 из жестких дисков на операциях записи оказывается быстрее, чем "чистый" RAID 6 из SSD-накопителей (29"300 или 24"900 IOPS против 15"320 IOPS). Объяснение простое - фактически мы измеряем производительность не RAID 6, а RAID 0 или RAID 1 кэш-памяти, а эти массивы быстрее на записи даже при меньшем числе дисков.

В качестве кэш-памяти можно использовать и один SSD-накопитель, однако мы рекомендуем этого не делать, поскольку не обеспечивается резервирование данных кэш-памяти. В случае выхода такого SSD-накопителя из строя, целостность данных будет нарушена. Для SSD-кэширования лучше использовать как минимум два SSD-накопителя, объединенный в RAID-массив первого уровня ("зеркало").

Надеемся, что информация, изложенная в данной статье, поможет Вам в выборе эффективной конфигурации дисковой подсистемы сервера. Кроме того, необходимую техническую консультацию всегда готовы оказать наши менеджеры и инженеры.

Конфигурация тестового стенда и методика тестирования

Серверная платформа — Team R2000GZ
Расширитель SAS-портов Intel RES2CV360 36 Port Expander Car
RAID-контроллер — Intel RS25DB080 с ключом AXXRPFKSSD2
HDD — 8 дисков SAS 2,5" Seagate Savvio 10K.5 300GB 6Gb/s 10000RPM 64MB Cache
SSD — 8 или 4 накопителя SSD SATA 2.5" Intel 520 Series 180GB 6Gb/s

Тестирование выполнялось при помощи программы Intel IO Meter.

Для каждого варианта аппаратной конфигурации выбирались оптимальные настройки кэш-памяти контроллера.

Объем виртуального диска для тестирования — 50GB. Такой объем был выбран для того, чтобы тестируемый диск мог полностью поместится в SSD-кэш.

Прочие параметры:
Strip Size — 256KB.
Размер блока данных для последовательных операций — 1MB.
Размер блока данных для операций случайного доступа — 4 KB.
Глубина очереди — 256.