Évaluation en laboratoire de la baie hybride NetApp avec technologie Flash Pool Rapport d'évaluation préparé pour le compte de NetApp Introduction Les solutions de stockage Flash se multiplient et recueillent une large adhésion au sein des entreprises. Les professionnels IT doivent néanmoins étudier les différentes options de manière détaillée afin de déterminer celle qui convient le mieux à la majorité de leurs applications. Ils doivent notamment tenir compte de l'accès continu aux données, un facteur clé dans le choix d'un système de stockage dédié aux applications stratégiques. NetApp répond à ces besoins avec sa baie hybride dotée de la technologie Flash Pool et de clustered Data ONTAP. La technologie Flash Pool accélère la performance du stockage des volumes et des ressources des clients et des applications hôtes. NetApp a confié à Demartek le soin d'évaluer l'efficacité de Flash Pool avec divers types et quantités de disques durs en utilisant une charge de travail d'une base de données OLTP (traitement des transactions en ligne). Demartek a également analysé les performances de Flash Pool dans un environnement clustered Data ONTAP lors du basculement d'un nœud du cluster. Les tests reposaient sur les configurations suivantes : disque dur SAS + disque SSD pour la performance et disque dur SATA + disque SSD pour l'équilibre entre performance et capacité (efficacité du stockage). Synthèse et résultats clés La technologie NetApp Flash Pool assure une performance du stockage plus cohérente et plus rapide que celle offerte par des volumes uniquement composés de disques durs. Avec l'ajout de Flash Pool (SAS+SSD), les IOPS ont augmenté de 283 % et le coût par IOPS a baissé de 46 % par rapport aux configurations qui ne comptent que des disques durs SAS. Flash Pool (SATA+SSD) permet de diminuer le coût par IOPS et par Go par rapport à des disques durs SAS, tout en réduisant le nombre de disques rotatifs de 50 %. Dans le cadre du scénario de la charge de travail OLTP longue durée, Flash Pool a permis de diviser la latence par 66. Lors du basculement de cluster, la performance du stockage Flash Pool en mode dégradé était similaire à celle enregistrée en fonctionnement normal en termes d'iops et de bande passante, et légèrement supérieure en termes de latence.
Architecture Évaluation de la baie hybride NetApp avec technologie Flash Pool Page 2 sur 13 NetApp Flash Pool est une option de mise en cache du stockage, intégrée à la famille de produits NetApp Virtual Storage Tier et disponible pour les systèmes de stockage NetApp FAS. Flash Pool regroupe des disques SSD (Solid State Drive) et des disques durs dans un pool de stockage unique, appelé «agrégat» dans le jargon NetApp ; les disques SSD assurant une mise en cache rapide pour les volumes provisionnés sur l'agrégat Flash Pool. NetApp fournit également d'autres solutions de mise en cache Flash, telles que SSD Cache pour les baies E-Series ou Flash Cache, qui se compose d'une ou plusieurs cartes PCIe Flash installées dans un contrôleur de stockage jouant le rôle de cache pour l'ensemble du système. Mise en cache Flash Pool Figure 1. Options de la baie hybride NetApp Flash Pool est un modèle de mise en cache hybride qui regroupe des disques SSD et un type de disque dur (axé sur la performance ou la capacité) au sein d'un agrégat (un agrégat est un ensemble de groupes RAID qui stocke les données d'une ou plusieurs applications). De nombreuses charges de travail, comme OLTP, les bases de données, les services de fichiers, etc., se caractérisent par l'accès répété à un sous-ensemble du jeu de données, communément appelé point de contention. Les disques SSD de l'agrégat Flash Pool se chargent de mettre en cache dynamiquement les données fortement sollicitées. Les activités les plus «coûteuses» d'un disque dur sont liées aux E/S aléatoires. Les disques SSD de l'agrégat Flash Pool ont pour objectif de délester les disques durs des opérations répétitives d'écriture et de lecture aléatoires. Les charges de travail dépendantes des E/S de disque bénéficient ainsi d'une amélioration des IOPS et de la
Page 3 sur 13 latence. En effet, les disques durs peuvent se concentrer sur d'autres activités en laissant aux disques SSD le soin de traiter ces opérations aléatoires. Flash Pool gère automatiquement l'ajout et la suppression des données du cache selon le niveau de sollicitation du jeu de données. De plus, les données en cache sur les disques SSD sont totalement protégées par le groupe RAID et sont compatibles avec la haute disponibilité. Flash Pool garantit ainsi des performances cohérentes lors des basculements planifiés ou non. Flash Pool s'intègre parfaitement avec les fonctionnalités Data ONTAP, telles que la compression, la déduplication, etc. Dans un agrégat NetApp Flash Pool, les disques SSD assurent la mise en cache des données de tous les volumes provisionnés sur cet agrégat. Flash Pool vise plus particulièrement à accélérer les opérations répétitives de lecture aléatoire et à décharger des disques durs les opérations de remplacement aléatoire de blocs de petite taille (un type spécifique d'écritures). Même si un cache SSD Flash Pool est une entité unique au sein de l'agrégat, les caches de lecture et d'écriture correspondent à deux entités distinctes pour les besoins de la configuration et de la gestion des données en cache. Mise en cache des lectures Flash Pool Flash Pool met en cache les demandes de lecture aléatoire de toutes tailles. Cette opération améliore considérablement les temps de réponse des E/S de lecture pour les volumes provisionnés sur un agrégat Flash Pool où cette fonctionnalité est activée. Il est toutefois possible d'exclure certains volumes du cache de lecture Flash Pool. Mise en cache des écritures Flash Pool La mise en cache des écritures Flash Pool consiste à mettre en cache les remplacements de données aléatoires lorsque la taille des opérations est inférieure ou égale à 16 Ko. La mise en cache des remplacements aléatoires de blocs de petite taille permet de transférer les opérations d'écriture qui peuvent consommer de nombreux cycles d'e/s des disques durs sur des données qui ne seront plus valides après le prochain remplacement. En outre, les opérations de lecture après écriture sont également gérées par les disques SSD. Les environnements OLTP de bases de données enregistrent des écritures aléatoires (répétitives) très fréquentes dont la taille d'e/s est relativement faible. Dans le cas des applications de bases de données, les disques durs peuvent cependant ralentir les nombreuses écritures aléatoires. Celles-ci sont transférées vers les disques SSD, tout comme les opérations de lecture après écriture (des lectures associées à des écritures sur les disques SSD).
Page 4 sur 13 Flash Pool n'accélère pas les écritures standard, étant donné que le système d'exploitation Data ONTAP est déjà optimisé pour l'écriture grâce au cache d'écriture et à la mémoire non volatile (NVRAM ou NVMEM). Clustered Data ONTAP Les systèmes de stockage NetApp peuvent prendre en charge deux nœuds ou plus dans un cluster de stockage unique grâce à clustered Data ONTAP. Le cluster forme un pool partagé de ressources de stockage disponibles pour les applications, les hôtes SAN et les clients NAS. Le pool partagé apparaît comme une image système unique pour une gestion centralisée de l'ensemble du cluster par le biais d'une interface utilisateur graphique ou d'une interface de ligne de commande. Cette architecture de stockage en cluster présente trois avantages : Tolérance aux pannes en cas de perturbation sur un nœud, afin de préserver l'accès aux données pour les applications et les clients hôtes Croissance en mode scale-out, qui permet d'ajouter des contrôleurs au cluster de stockage en toute transparence Continuité de l'activité, même lors des mises à niveau des logiciels et du firmware par exemple
Tests d'efficacité de Flash Pool Évaluation de la baie hybride NetApp avec technologie Flash Pool Page 5 sur 13 Pour déterminer l'efficacité de NetApp Flash Pool, deux scénarios de test ont été élaborés. Flash Pool jouant le rôle de cache SSD, la latence des charges de travail qui accèdent au système de stockage de données sur les disques durs internes devrait s'améliorer de façon significative. S'agissant d'un système de stockage en cluster, les conditions en cas de défaillance d'un nœud devraient également s'améliorer, notamment lors du basculement, du retour arrière et du fonctionnement en mode dégradé. Le premier scénario de test compare l'efficacité de Flash Pool enregistrée avec divers types et quantités de disques durs en utilisant une charge de travail OLTP (traitement des transactions en ligne). Ce test a pour objectif de démontrer que la latence s'améliore, alors que les IOPS et la bande passante restent stables. Le second scénario de test porte sur la performance lors du basculement d'un cluster de stockage. Nous avons constaté que les données en cache étaient permanentes et restaient «chaudes» pendant le basculement, comme le montrent les données de performance. Les deux scénarios ont fait appel au même type de charge de travail applicative, mais avec des paramètres différents. Il s'agissait d'une charge de travail OLTP de base de données comportant des lectures répétitives et quelques remplacements. Une série de charges de travail volumineuses (IOPS plus élevées) a été exécutée pour les charges de travail OLTP longue durée avec divers types de disques durs afin de présenter les avantages de Flash Pool dans ces conditions. Une charge de travail moins volumineuse (IOPS plus faibles) a été exécutée lors des tests de basculement/retour arrière. Son volume était néanmoins suffisant pour exercer une charge raisonnable sur le système de stockage et réaliser les tests correspondants. Cette charge de travail OLTP particulière dispose d'un jeu de travail qui se déplace dans toute la base de données au fil du temps. Cette charge de travail est fortement exigeante en cache, dans la mesure où elle implique des accès répétés au jeu de travail lors de son déplacement au sein du jeu de données. Ces charges de travail ont été initialisées avant de procéder aux mesures. Dans le cadre du test de basculement/retour arrière haute disponibilité du cluster de stockage, la charge de travail a été exécutée dans un état stable, au début du basculement.
Page 6 sur 13 Résultats avec la charge de travail OLTP longue durée Les charges de travail OLTP longue durée (12 heures d'exécution) visaient à illustrer les conséquences de l'accélération Flash Pool dans différentes configurations, notamment avec des disques durs SAS et avec des disques durs SATA en petit et grand nombres. Les configurations étaient les suivantes : Référence : grande configuration de disques durs SAS de 450 Go et pas d'accélération Flash Test 1 : grande configuration de disques durs SAS de 450 Go et de disques SSD de 200 Go («Perf. SAS») Test 2 : grande configuration de disques durs SATA de 1 To et de disques SSD de 200 Go («Perf. SATA») Test 3 : petite configuration de disques durs SATA de 1 To et de disques SSD de 200 Go («Efficacité SATA») Remarque : l'objectif de ces tests n'est pas de présenter les valeurs maximales en termes d'iops et de débit que le système peut atteindre, mais de proposer une charge de travail stable qui met en avant l'impact du cache Flash Pool. Cas d'utilisation Objectifs Configuration SAS - Référence Accélération des perf. SAS+SSD Accélération des perf. SATA+SSD Efficacité du stockage SATA+SSD Efficacité du stockage SATA+SSD n 2 Il s'agit de la configuration de référence qui permet d'établir une comparaison lors des différents tests Ajout de disques SSD à la configuration de référence pour atteindre des IOPS plus élevées et un meilleur coût par IOPS Passage d'une configuration SAS à une configuration SATA+SSD pour atteindre des IOPS plus élevées et un meilleur coût par IOPS et par Go que la configuration de référence Baisse équilibrée des coûts par IOPS et par Go par rapport à la configuration de référence Les disques SATA de 3 To affichent des performances similaires aux disques SATA de 1 To. La capacité est donc plus grande, et le coût par Go plus intéressant. 8 tiroirs SAS de 450 Go à 10 000 tr/min 8 tiroirs SAS de 450 Go, 2 tiroirs SSD de 200 Go 12 tiroirs SATA de 1 To, 2 tiroirs SSD de 200 Go 4 tiroirs SATA de 1 To, 1 tiroir SSD de 200 Go 4 tiroirs SATA de 3 To, 1 tiroir SSD de 200 Go Les grandes configurations de disques durs SAS et SATA utilisaient au total huit tiroirs disques composés de 192 disques durs et de 48 disques SSD. Parmi eux, 160 disques durs étaient dédiés aux données et 44 disques SSD étaient destinés au cache Flash Pool. La petite configuration était deux fois plus petite. Elle ne comptait que quatre tiroirs disques et moitié moins de disques disponibles et utilisés.
Page 7 sur 13 Comme évoqué précédemment, NetApp Flash Pool exploite les disques SSD pour mettre en cache les données de tous les volumes provisionnés sur cet agrégat. Flash Pool vise plus particulièrement à accélérer les opérations répétitives de lecture aléatoire et à transférer les opérations de remplacement aléatoire de blocs de petite taille. Deux comportements ressortent de cette approche de mise en cache : Le cache SSD passe par une phase de montée en charge qui s'accompagne d'une baisse progressive de la latence. Au terme de cette phase, la latence globale a nettement diminué par rapport à une configuration équivalente composée uniquement de disques durs. Par ailleurs, les IOPS se stabilisent à ce stade. Les trois configurations ont permis de maintenir divers débits d'e/s sur la durée. Les IOPS de chaque configuration sont relativement intéressantes, mais pas autant que la latence. Flash Pool la réduit considérablement, et ce, assez rapidement compte tenu de la durée du test. La base de données se composait d'environ 22 To de données et de 3,2 To de journaux. Les bases de données et les journaux étaient répartis de manière homogène sur les volumes de stockage. Chaque nœud du cluster NetApp FAS6240 disposait de son propre volume racine dédié à Data ONTAP et de douze volumes de données chacun doté d'une LUN. La taille de bloc moyenne des E/S des charges de travail applicatives avoisinait 8 Ko. Au total, les lectures représentaient environ 39 % et les écritures 61 % des opérations.
Page 8 sur 13 Les charges de travail ont été conçues pour des IOPS et une bande passante stables, les paramètres étant ajustés pour chaque type de disque dur. IOPS Débit (Mo) Comparaison Performances Comparaison avec la IOPS avec la config. Par nœud config. de de référence référence SAS - Référence 60 000 123 Accélération des perf. SAS+SSD 170 000 283 % 360 293 % Accélération des perf. SATA+SSD 150 000 250 % 300 244 % Efficacité du stockage SATA+SSD 70 000 117 % 150 122 % Efficacité du stockage SATA+SSD n 2 70 000 117 % 150 122 % Capacité brute Coût par IOPS Coût par Go Comparaison Comparaison Comparaison Capacité et coûts avec la avec la avec la Go config. de config. de config. de référence référence référence SAS - Référence 86 400 Accélération des perf. SAS+SSD 86 400-46 % Accélération des perf. SATA+SSD 288 000 333 % -33 % -49 % Efficacité du stockage SATA+SSD 96 000 111 % -18 % -14 % Efficacité du stockage SATA+SSD n 2 288 000 333 % -1 % -65 %
Résultats pour OLTP IOPS Évaluation de la baie hybride NetApp avec technologie Flash Pool Page 9 sur 13 Résultats pour OLTP Mo/sec
Résultats pour OLTP Latence Évaluation de la baie hybride NetApp avec technologie Flash Pool Page 10 sur 13 Vous remarquerez que la latence diminue considérablement lors de chaque test, peu importe les IOPS ou les Mo/sec affichés ci-dessus. Les données relatives à la latence moyenne ont été recueillies toutes les minutes. La latence moyenne initiale était relativement élevée, comme le montre le graphique ci-dessus. Cependant, les volumes ayant été créés avec une mise en cache SSD Flash Pool, la latence a immédiatement chuté et a continué sur cette lancée jusqu'à ce que le cache soit totalement monté en charge.
Page 11 sur 13 Le tableau ci-dessous présente les statistiques relatives à la durée d'exécution et à la latence. Durée totale d'exécution (minutes) Durée d'exécution à laquelle la latence a commencé à avoisiner les 3 ms (minutes) Latence moyenne après la montée en charge du cache (millisecondes) Perf. SAS 720 32 3775 Efficacité SATA 720 337 3799 Perf. SATA 720 102 3536
Page 12 sur 13 Résultats du basculement/retour arrière haute disponibilité du cluster de stockage Dans le cadre des tests du basculement/retour en arrière du cluster, nous avons utilisé un cluster à deux nœuds exécutant une charge de travail aux performances légèrement inférieures par rapport aux tests précédents. Ceci s'explique par la disponibilité du système au moment des tests. Cependant, pour tester le basculement de cluster et les activités connexes, nous avions besoin d'une charge de travail représentative, mais pas nécessairement identique. Résultats du test de basculement/retour arrière haute disponibilité du cluster de stockage Pour évaluer l'efficacité de la solution Flash Pool avec clustered Data ONTAP, nous avons comparé la performance en mode normal (alors que les deux nœuds fonctionnaient normalement) et en mode de basculement (en mode dégradé). Les résultats en termes d'iops et de Mo/sec se sont révélés quasiment identiques.
Résumé et conclusion Évaluation de la baie hybride NetApp avec technologie Flash Pool Page 13 sur 13 Flash Pool améliore considérablement la performance et assure une latence cohérente pour les applications de bases de données. Cette technologie est donc bien plus avantageuse que les volumes de stockage composés uniquement de disques durs. Dans le cadre du scénario de la charge de travail OLTP longue durée, Flash Pool a permis de diviser la latence par 66. Lors du basculement de cluster, la performance du stockage Flash Pool en mode dégradé était similaire à celle enregistrée en fonctionnement normal en termes d'iops et de bande passante, et légèrement supérieure en termes de latence. Avec l'ajout de Flash Pool (SAS+SSD), les IOPS ont augmenté de 283 % et le coût par IOPS a baissé de 46 % par rapport aux configurations qui ne comptent que des disques durs SAS. Flash Pool (SATA+SSD) permet de diminuer le coût par IOPS et par Go par rapport à des disques durs SAS, tout en réduisant le nombre de disques rotatifs de 50 %. Une baie hybride Flash Pool assure des performances supérieures et à moindre coût par rapport à une solution ne comptant que des disques durs. Elle permet en outre de choisir entre la performance uniquement (SAS+SSD) et un équilibre entre performance et capacité (SATA+SSD). La version la plus récente de ce rapport est disponible à cette adresse http://www.demartek.com/demartek_netapp_hybrid_array_with_flash_pool_technology_evaluation_ 2014-05.html sur le site Web Demartek. NetApp, le logo NetApp, Data ONTAP, Flash Cache et Flash Pool sont des marques déposées ou des marques commerciales de NetApp, Inc. aux États-Unis et/ou dans d'autres pays. Demartek est une marque déposée de Demartek, LLC. Toutes les autres marques commerciales sont la propriété de leur détenteur respectif.