负载ssd横向评测

1使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践白皮书在企业存储阵列中使用固态硬盘(SSD)是当前存储领域最热门的趋势之一.
到目前为止,在磁盘阵列控制器中搭配机械硬盘驱动器(HDD)与基于高速缓存的前端,仍然是高端应用程序数据存储的主导I/O体系结构.
然而,随着存储器芯片容量的提升和价格的下降,再加上高性能要求的应用程序越来越多,许多供应商已将SSD引入其磁盘阵列中,以提高应用程序性能.
另外,由于SSD的功耗比HDD小得多,所以还能帮助电力消耗巨大的数据中心降低能耗.
在过去25年间,CPU速度和HDD容量都在呈指数级增长,然而HDD的每秒I/O(IOPS)却仅随驱动器转速而略有提高,这制约了应用程序性能的提升.
于是,IT管理员对应用程序数据存储采用了分区和分层的做法—从速度慢、容量大的SATAHDD(第2层),到速度快、价格较高的SASHDD(第1层).
SSD可向应用程序存储体系结构中添加另一个层级(第0层).
尽管当前容量有限,但与HDD相比,SSD提供的IOPS有了一个数量级的提高.
不过在现实状况中,延迟敏感型应用程序(如银行、电子交易、网络搜索和在线预定系统等)并不能从SSD较高的IOPS性能中获得相同的益处.
特定于工作负载的I/O特征决定了应用程序能从SSD获得的性能优势.
为展示SSD阵列给现实应用程序带来的好处,戴尔实验室使用在线事务处理(OLTP)工作负载对SSD进行了测试.
数据库实施在配置了最新的DellEqualLogicPS6000阵列及SASHDD和SSD驱动器的分层存储模型中.
戴尔实验室进行了多项测试,将各种数据库元素(包括日志、临时文件和数据对象)从HDD驱动器移动到SSD驱动器并测量性能增量.
这些测试显示,在EqualLogiciSCSISAN中,通过隔离读取密集型数据集并将其移动到SSD驱动器,与移到附加的SAS驱动器相比,延迟敏感型OLTP数据库应用程序预期最多可增加约75%的事务吞吐量或者减少60%的响应时间,具体效果视用户负载而定.
本白皮书还将讨论使用DellEqualLogicPS系列阵列在OLTP环境中部署SSD的最佳实践.
2DELLEQUALLOGICPS系列分层存储DellEqualLogicPS系列重新诠释了存储的简洁性和经济性.
其按需联机扩展能力、易管理性、高级负载平衡功能,再加上创新的一价统包定价结构,皆可帮助IT管理员降低存储成本和复杂性.
EqualLogicPS系列阵列支持使用SSD、SAS和SATA驱动器的RAID10、50、5和6配置,可以提供多个存储层来满足绝大多数的性能和容量需要.
与HDD一样,在现有管理工具中SSD可视为标准驱动器,所以IT管理员可以方便地管理SSD,无需特别的流程、工具或培训.
戴尔以非常实惠的价格在EqualLogicPS系列产品线中引入SSD,将SSD的高性能和低功耗优势带给以价值为导向的企业客户.
不过,同样存储容量的SSD的定价仍比HDD高,而且对于许多客户而言,将其全部工作负载数据都存储到SSD上可能并不现实.
本白皮书旨在说明在作为总体分层存储部署战略的一部分实施SSD后可以带来的性能增益.
在本文档中,我们先介绍戴尔实验室为展示PS系列SSD阵列的性能优势而使用的工具和执行的测试,这些测试使用了运行在Oracle数据库上的OLTP工作负载,而数据库则是实施在PS6000XVSASHDD和PS6000SSSD存储层上.
然后,我们将提供通过在不同阵列间移动日志、临时文件和表空间等数据库元素所获得的各种不同存储配置的相对吞吐量和事务处理响应时间.
最后我们将提供最佳实践建议,用户将PS系列SSD阵列引入基于PS系列HDD阵列的数据库部署中时,可将这些建议作为指导.
SSD的优势与机械硬盘驱动器不同的是,固态硬盘由硅存储器芯片制成,没有活动部件.
当电源关闭时,SSD与一般硬盘一样会保存其中的数据.
计算机操作系统将这些设备视为与其他磁盘完全一样.
但是,SSD的寻道时间接近于零,而且没有旋转延迟,这大大减少了响应时间和延迟.
受存储延迟拖累的应用程序将是SSD存储的最大受益者.
IT管理员通常会实施最佳实践来调节延迟敏感型应用程序.
常见方法是尽可能多地在服务器内存中保存应用程序数据,从而降低应用程序从物理HDD检索数据的频率,因为此过程的读写延迟比从服务器内存中检索数据长得多.
随着应用程序数据集呈指数级增长,容量有限的服务器内存最后可能仅能容纳应用程序总数据量中一小部分,而系统仍要严重依赖HDD读/写.
结果,IT管理员往往会实施以下一种或两种最佳实践来降低HDD存取时间:1.
以条带形式将应用程序数据分布在大量物理磁盘上(宽条带)2.
仅将应用程序数据写入到HDD的很小一部分上(短击)但不幸的是,这些最佳实践都会占用更多空间,增加成本(硬件、软件、电力和维护)和复杂性.
在解决方案部署中使用SSD,有助于简化存储配置和降低成本.
DellEqualLogicPS系列存储产品的优势按需联机扩展能力—无停机时间,无需重新配置硬件,性能可随容量呈线性扩展自动管理—快速设置,轻松管理—包括精简配置、负载平衡,以及快照、克隆和远程复制品的创建一价统包定价模式—有助于消除隐藏成本(含软件价格),简化采购周期使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践3EQUALLOGICPS系列存储体系结构中的SSD在以纵向扩展框架为基础的大多数传统磁盘阵列中,HDD驱动器架大多堆叠在一组冗余存储控制器的后面.
将高IOPS的SSD配置到此类存储阵列体系结构中时(图1),它们必须与其他SAS和SATAHDD共享阵列控制器资源.
因此,此类存储阵列只能在每个框架中支持几个SSD.
而EqualLogicPS系列则采用了一种独特的横向扩展对等存储体系结构(图2).
这里的"对等"是指PS系列组中的成员阵列以对等的身份协作,及享有平等的合作关系.
PS系列组中的每个成员都是全功能、高性能、高可用性的存储阵列,在自己的冗余存储控制器中拥有镜像回写高速缓存及多个存储网络连接.
PS系列组中的成员协同工作,共享资源,均匀分布负载,并共同帮助优化应用程序性能和提供全面的数据保护.
另外,如果要在PS系列组中添加或从中删除PS系列成员,并不需要复杂的管理任务,也不会影响可用性.
因此,您可以方便地向EqualLogicPS系列存储解决方案添加或从中删除磁盘、控制器、缓存和网络连接等资源,以调整其容量和性能.
EqualLogic的这种横向扩展对等体系结构可以最大限度地发挥SSD的潜力,获得更高的性能.
经济实惠的PS6000S成员可配置在一个单独的池(第0层)中,与PS系列SAS和SATAHDD阵列部署在同一SAN内,但需要配备专用控制器和网络端口资源.
另外,EqualLogicPS系列的一价统包定价模式使此SSD解决方案更实惠,更符合成本效益.
EqualLogicPS系列阵列包括快照、克隆和远程复制等高级软件功能,并能针对MicrosoftExchange、SQLServer和基于虚拟机管理程序的VMware及MicrosoftHyper-V虚拟机环境进行特定于应用程序的集成,无需另外付费.
图1-以纵向扩展框架为基础的传统体系结构中的固态硬盘зSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDHDDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDSSDззззззSSD图2-在EqualLogic横向扩展对等体系结构中的固态硬盘使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践4使用案例根据戴尔实验室的测试,使用随机的I/O模式,并且I/O以小型传输数据块(如8KB)的读取操作为主时,SSD的性能最佳.
这些I/O特征在OLTP工作负载中非常典型.
传统的HDD延迟包括寻道时间、旋转延迟和实际数据传输时间;在随机传输中,寻道和旋转延迟所花费的时间远多于数据传输时间.
SSD存储能够大幅降低寻道时间,并消除旋转延迟(因为没有活动部件),从而减少OLTP事务等待物理I/O完成的时间.
戴尔实验室以多种配置方式对EqualLogicPS6000S阵列执行了测试.
下面将简要介绍使用的工具、进行的测试,以及测试结果.
测试工具和配置为测定EqualLogicPS6000S阵列的性能,戴尔实验室使用了两种工具—OracleI/ONumbers(ORION),和QuestSoftware的BenchmarkFactory.
ORION(OracleI/ONumbers)ORION是一种模拟OracleI/O工作负载的工具.
在本研究中测试了小型随机I/O工作负载;它以典型OLTP应用程序为模拟对象,其中的多数I/O操作为随机读写,而且I/O大小等于数据库块大小,通常为8KB.
测试结果包括吞吐量(以IOPS衡量)和I/O响应时间,这两项是用于比较存储子系统性能的关键标准.
ORION可以在不同的I/O负载级别运行测试,以测定IOPS和I/O延迟等性能指标.
负载级别以待处理的异步I/O数量来衡量.
ORION测试采用了一个PS6000S阵列和一个PS6000XV阵列,以70%的小型随机读取I/O和30%的小型随机写入I/O来模拟典型的OLTP工作负载.
本测试在三个70GB原始卷上运行,模拟由Oracle自动存储管理(ASM)执行的条带化产生的效果,该功能允许Oracle数据库优化对多个存储卷的读写.
表1A摘要列出了ORION测试的配置.
BenchmarkFactoryQuestSoftware的BenchmarkFactoryTPC-C是一种负载生成实用程序,它根据给定的用户数量模拟数据库上的OLTP用户和事务.
在此测试中使用的数据库配置是一个2节点的Oracle11g(11.
1.
0.
7)RealApplicationCluster(RAC).
数据库的总架构规模为130GB,由BenchmarkFactory填充数据.
测试结果包括平均事务响应时间和每秒事务量(TPS)等指标.
表1B摘要列出了BenchmarkFactory测试的配置.
ORION测试的硬件和软件配置服务器一台DellPowerEdge2950服务器,配有:两颗英特尔赛扬四核3.
16GHzCPU32GBRAM4个处理iSCSI流量的千兆英特尔PRO/1000NIC端口外部存储DellEqualLogicPS6000XV或PS6000SRAID10,每成员配2个备用磁盘PS6000XV配备15KRPMSAS磁盘;PS6000S配备50GBSSD磁盘固件:HighlandParkBetaGold4.
1.
1(R88972)卷配置3个70GB的卷操作系统和设备驱动程序带SP2的MicrosoftWindows2003Serverx64R2EnterpriseEditionMicrosoftiSCSI启动程序2.
0.
8EqualLogicMultipathI/ODeviceSpecicModule(DSM)3.
2测试版存储网络2台叠加的DellPowerConnect6248千兆以太网交换机,用于iSCSISAN测试软件ORION版本:10.
2.
0.
1.
0表1A:ORION测试配置使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践5存储网络配置ORION和BenchmarkFactory测试都部署了两个DellPowerConnect6248千兆以太网交换机,以将主机服务器连接至存储子系统,并将iSCSISAN流量与公共和专用局域网流量隔离开.
两个千兆以太网交换机叠加起来,以便为交换机间网络提供高带宽.
执行了以下EqualLogic网络最佳实践:启用流量控制启用生成树协议(STP)端口快速功能启用广播和多播风暴控制禁用单播风暴控制启用巨型帧测试结果ORIONOLTP工作负载结果图3和图4显示了ORION测试结果,该测试使用典型OLTPI/O工作负载:70%的小型随机读取I/O,30%的小型随机写入I/O.
图3显示了不同负载级别下的IOPS.
图4显示了不同负载级别下的I/O延迟.
所有结果都进行了标准化处理,在此提供这些结果的唯一目的是对PS6000S和PS6000XV进行比较.
它们并不代表其中任何一个存储系统的最大容量.
如图3和图4所示,针对小型随机I/O混合读/写OLTP工作负载,在较高负载级别时PS6000S提供的IOPS是PS6000XV的大约2.
5至3倍,在较低负载级别时是后者的12倍.
BenchmarkFactoryTPCC结果戴尔实验室通过改变各种Oracle数据库组件的位置,对EqualLogiciSCSISAN执行了多项测试.
图5显示了11gRAC数据库的体系结构概况.
如图5所示,EqualLogic存储组包括两个成员:一个PS6000XV和一个PS6000S,每个阵列分别创建了一个池.
最初,OracleRAC数据库位于SAS存储池内的以下三个卷上:юIOPSюI/O1PS6000S1PS6000S1PS6000S1PS6000SююI/O图3–OLTP工作负载的IOPS与负载图4–OLTP工作负载的延迟与负载BENCHMARKFACTORY测试的硬件和软件配置服务器两台DellPowerEdgeM710刀片式服务器,配有:两颗英特尔赛扬四核2.
67GHzCPU24GBRAM4个处理iSCSI流量的1GbBroadcomNetXtremeIINIC端口外部存储DellEqualLogicPS6000XV或PS6000SRAID10,每成员配2个备用磁盘PS6000XV配备15KRPMSAS磁盘;PS6000S配备50GBSSD磁盘固件:HighlandParkBetaGold4.
1.
1(R88972)卷配置一个170GB的卷;一个100GB的卷;一个80GB的卷操作系统和设备驱动程序带SP2的MicrosoftWindows2003Serverx64R2EnterpriseEditionMicrosoftiSCSI启动程序2.
0.
8EqualLogicMultipathI/ODeviceSpecicModule(DSM)3.
2测试版存储网络2台叠加的DellPowerConnect6248千兆以太网交换机,用于iSCSISAN测试软件QuestBenchmarkFactory5.
7.
1,配备Oracle64位11.
1.
0.
7EERAC表1B:BenchmarkFactory测试的硬件和软件配置使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践61GB的卷,用于承载OracleClusterware文件,包括OracleClusterRegistry(OCR)和ClusterSynchronizationServices(CSS)表决磁盘.
此卷格式化为数据库服务器操作系统中的一个原始分区.
170GB的卷,用于承载数据库文件,包括联机重做日志文件、控制文件和临时表空间.
此卷格式化为一个Oracle自动存储管理(ASM)磁盘组.
20GB的卷,用于承载OracleFlashRecoveryArea,后者存储存档的重做日志文件.
此卷也格式化为一个OracleASM磁盘组.
创建了一个BenchmarkFactoryTPC-C架构,其中填充大约130GB的数据,包括表和索引.
让所有数据库文件最初都驻留在PS6000XV的SAS存储池中,测得基准性能特征.
通过使用在此最初测试期间收集的统计数据,我们确定了适用于SSD磁盘的读取密集型数据库对象.
确定SSD部署的适用对象Oracle数据库具有高I/O要求的元素,包括联机重做日志文件、还原表空间和临时表空间.
另外,读取密集型数据库对象也是移动到SSD的理想对象.
Oracle的AutomaticWorkloadRepository(AWR)是一个性能收集工具,随当前Oracle数据库版本提供.
通过此工具得到的报告用于确定读操作最密集的数据库对象.
在最初的BenchmarkTPC-C测试期间生成的AWR报告中,使用分段I/O统计数字部分报告的信息,可以确定放置在SSD上时能获得性能好处的具体对象.
表2和表3列出了逻辑读取和物理读取操作最多的段.
应考虑将这些段作为放置到SSD上的备选对象.
在我们的具体例子中,我们选择将涉及读操作最多的三个索引(C_ORDER_LINE_I1、C_ORDER_I1和C_STOCK_I1)移到SSD.
三个索引的总大小约为12GB,是总架构规模的大约10%.
如图5所示,在PS6000S阵列上的SSD存储池中创建了两个卷:在PS6000S阵列上创建了100GB的卷,并将其格式化为ASM磁盘组.
然后将联机重做日志文件、还原数据文件和临时文件从PS6000XV磁盘组移动到新创建的磁盘组.
又创建了一个80GB的卷并格式化为ASM磁盘组.
然后将上面确定的三个读取密集型索引移到此80GBASM磁盘组.
DellEqualLogiciSCSISANOracleClusterware*FRASSD1SSD2SASSSD*OracleClusterRegistry(OCR)ClusterSynchronizationServices(CSS)хDellPowerEdgeOracle图5–二节点Oracle11gR1RAC数据库用于BenchmarkFactoryTPC-C测试的体系结构使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践7执行以下TPC-C测试:1.
第1次:所有数据库文件都在一个PS6000XV中.
2.
第2次:将联机重做日志文件、还原表空间、临时表空间和三个索引移到PS6000XV,数据库的其余部分放到另一个PS6000XV阵列上自己的池中.
3.
第3次:将联机重做日志文件、还原表空间、临时表空间和三个索引移到PS6000S,数据库的其余部分留在PS6000XV中.
图6和图7用图表显示了从上面的三次测试中得出的标准化结果.
图6和图7中的蓝线表示第1次测试的结果,在此测试中所有Oracle文件都在一个PS6000XV上.
这两个图中的红线表示第2次测试的结果,在此测试中临时表空间、还原表空间、联机重做日志文件和三个读取密集型索引都在一个PS6000XV上,而Oracle文件/数据集的其余部分在第二个PS6000XV上.
最后,这两个图中的绿线表示第3次测试的结果,在此测试中临时表空间、还原表空间、联机重做日志文件和三个读取密集型索引都在一个PS6000S上,而Oracle文件/数据集的其余部分在PS6000XV上.
从图6可得出以下结论:隔离OracleOLTP应用程序中的读取密集型数据集,并将其从PS6000XV中的SAS磁盘移到附加PS6000S中的SSD磁盘,与移到另一PS6000XV中的SAS磁盘相比,最多可减少60%的应用程序事务响应时间,具体效果视用户负载而定.
从图7可得出以下结论:隔离OracleOLTP应用程序中的读取密集型数据集并将其从PS6000XV中的SAS磁盘移到附加PS6000S中的SSD磁盘,与移到另一PS6000XV中的SAS磁盘相比,最多可增加约75%的应用程序事务吞吐量,具体效果视响应时间而定.
所有者表空间名称对象名称对象类型物理读取占总数百分比QUESTQUESTDATAC_ORDER_LINE_I1INDEX32,623,71257%QUESTQUESTDATAC_ORDER_I1INDEX11,026,78419%QUESTQUESTDATAC_STOCK_I1INDEX6,391,04011%QUESTQUESTDATAC_STOCKTABLE1,804,9123%QUESTQUESTDATAC_ITEM_I1INDEX970,8321%所有者表空间名称对象名称对象类型物理读取占总数百分比QUESTQUESTDATAC_ORDER_I1INDEX2,758,00945%QUESTQUESTDATAC_STOCK_I1INDEX1,635,64027%QUESTQUESTDATAC_STOCKTABLE787,72713%QUESTQUESTDATAC_CUSTOMERTABLE142,0562%QUESTQUESTDATAC_ORDERTABLE123,5682%表2:按逻辑读操作数划分的段表3:按物理读操作数划分的段1=1xPS6000XV2=2xPS6000XV3=1xPS6000XV+1xPS6000Sюю图6-事务响应时间与用户负载1=1xPS6000XV2=2xPS6000XV3=1xPS6000XV+1xPS6000Sюю图7-每分钟事务与响应时间使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践8总结随着CPU处理能力呈指数级提升,对于许多具有高性能要求的应用程序系统而言,瓶颈问题已经转移到了磁盘I/O,因为磁盘性能改进赶不上CPU速度的提高.
有了EqualLogiciSCSISAN中以第0层SSD为基础的阵列,通过隔离读取密集型数据集并将其从SAS磁盘移到SSD,与移到附加的SAS磁盘相比,延迟敏感型OLTP数据库应用程序最多可增加约75%的事务吞吐量或者减少60%的响应时间,具体效果视用户负载而定.
参考资料1.
DellEqualLogic白皮书—"PS系列体系结构":http://www.
equallogic.
com/resourcecenter/assetview.
aspxid=47112.
戴尔技术白皮书—"在DellEqualLogicPS5000XViSCSI存储上部署Oracle数据库":http://www.
dell.
com/downloads/global/solutions/oracle_ps5000xv_ref_cong.
pdfc=us&cs=555&l=en&s=biz3.
Oracle真知灼见—"这就是闪存上的数据库":http://www.
oracle.
com/technology/deploy/performance/pdf/OracleFlash15.
pdf使用DELLEQUALLOGICPS系列在OLTP环境中部署固态硬盘(SSD)的优势与最佳实践9简化存储,尽在http://AP.
DELL.
COM/EqualLogic2009DellInc.
WP917_USA_040809此白皮书仅供参考,可能包含排版错误和技术上的不准确性.
内容按原样提供,不含任何形式的明示或暗示保证.