固态adaptec

MAXCACHE3.
0白皮书采用AdaptecmaxCache3.
0读写固态盘缓存解决方案降低延迟,提升应用性能高达44倍执行摘要当今的数据中心和云计算环境要求更高的I/O性能和更低延迟,以支持网络服务、文件服务、数据库、在线交易处理(OLTP)、MicrosoftExchangeServer以及高性能计算(HPC)等大规模应用.
该白皮书将重点阐述采用AdaptecmaxCache3.
0固态盘缓存解决方案能够给这些关键数据中心应用带来怎样的性能优势,以及如何从改善应用性能中实现成本节约.
从性能,平均延迟的技术指标来比较硬盘(HDD)和固态盘的差异,能将随机读写的性能提高100倍.
AdaptecmaxCache把固态盘的这种高性能优势利用在读写工作负载上,复制缓存那些需要频繁访问的数据.
下文我们将在一个100%随机读的IOmeter工作负载场景以及OLTP场景下,对比启用了maxCache3.
0和未启用maxCache3.
0的Adaptec存储控制卡,以此证明maxCache在性能和经济方面的优势.
这些量化的性能改进可运用于总拥有成本(TCO)的计算中,其中包括了资本开支(CapEx)和运营开支(OpEx)的潜在节约效果.
性能亮点加速应用性能、降低延迟、增加每台服务器的用户支持数量,这些都是数据中心和云计算环境的关键要求.
基准测试设计用于展示maxCache3.
0在理论上的最大效益,它测试的工作场景是:所有被发生的数据,都采用maxCache固态盘缓存(100%命中率),与配备8个1万转SAS硬盘,只支持硬盘的RAID阵列方案相比较得到如下结果:在RAID0配置下,每秒读取的密集型(IOPS)性能提升高达44倍在RAID5配置下,每秒读取的密集型(IOPS)性能提升高达31倍在RAID0配置下,读取密集型应用延迟降低达44倍在RAID5配置下,读取密集型应用延迟降低达31倍在典型的真实环境中,对比只采用硬盘阵列的解决方案,通过SSD和HDD传输数据的maxCache方案要有明显的优势:在RAID0配置下,混合工作负载IOPS性能提升4倍在RAID5配置下,混合工作负载IOPS性能提升4倍在RAID0配置下,混合工作负载IOPS延迟降低4倍在RAID5配置下,混合工作负载IOPS延迟降低4倍服务器可用容量提高7倍,每GB成本和每I/O成本大幅度降低介绍数据中心和云计算环境要求有针对应用调优的高密度服务器,为终端用户提供一贯的高服务质量(QoS).
通常情况下,这些服务器部署是针对某些特定应用,例如网络服务、文件服务、数据库、OLTP、MicrosoftExchangeServer和高性能计算.
数据中心和云计算应用的用户通常会签订服务等级协议(SLA),责成运营商提供预先确定的可靠性、可用性、可服务性以及性能等级.
为了满足这些要求,数据中心运营商部署具有高I/O吞吐量和高IOPS以及经过应用调优的服务器以确保遵守SLA.
违反SLA条款可能会面临严厉的经济处罚,更不用说对于任何不适当的性能或者用户体验所产生的不良的客户反应.
除了SLA要求之外,预算这一项也迫使数据中心增加每台服务器托管的用户数量,以降低每个用户的服务成本(COS)、以及新增硬件的资本开支和运营开支.
添加服务器终端用户将导致延迟增加和IOPS降低.
由于这两个问题发生在存储容量耗尽之前,所以数据中心和云计算环境不得不添加新的服务器以维持适当的服务等级,即使现有服务器尚有支持更多用户的存储容量.
这会导致较低的存储容量利用率以及更高的资本开支和运营开支(也就是维护、供电和冷却成本),并要求有更多的物理空间.
此外,为了快速响应时间以及SLA的可用性要求,和通过增加托管用户数量而降低COS,运营商会对服务器进行调优以在系统缓存中池化数据,尽管事实上用户并不会同时访问所有数据.
例如,网络服务器会更多地将那些访问频繁的网站主页放到池中.
相比一些("冷")产品,电子商务应用会将访问频繁("热")产品的图像放到查询队列中,并且更频繁地出售这些热门产品.
1.
"WhenmoreWebsitevisitorshurtyourbusiness:Areyoureadyforpeaktraffic,"EquationResearch2010MAXCACHE3.
0白皮书AdaptecmaxCache3.
02但是,至关重要的不止SLA.
终端用户和客户对于延迟以及糟糕的IOPS性能的容忍度越来越低.
参照EquationResearch:178%的网站访问者因为高峰期间该网站糟糕的性能表现而去了竞争对手的网站.
88%的网站访问者在得到糟糕的用户体验之后不太可能再返回该网站.
47%的网站访问者离开该网站时会对该公司有不积极的看法.
性能表现较差的网站可能会受到可量化的收入影响.
例如Amazon已经发现,仅仅0.
1秒的延迟就会削减1%的销售收入.
1而那些解决了延迟挑战的公司已经获得回报.
例如,根据Shopzilla的报告,网站性能改善5秒钟,页面浏览量增加25%,收入提高12%;大型金融机构利用0.
5秒的速度优势可以执行每秒数百万的订单并获得创纪录的利润.
1能够为"热"数据提供快速响应、同时为"冷"数据提供大存储容量的技术,能够带来服务器部数据数量减少的直接效果.
换句话说,服务器I/O能力方面的任何提升,都将增加每台服务器的用户数量,降低每个用户的成本.
能够提升性能、同时增加服务器可用容量的技术,会更加显著地改善每个用户的成本和每台服务器用户数等参数.
AdaptecmaxCache3.
0固态盘缓存满足了I/O密集型数据中心和云计算环境的需求,将行业标准服务器转变成具有成本效益、高性能、横向扩展的应用存储设备,优化关键用途、性能和财务指标关于AdaptecmaxCache固态缓存解决方案AdaptecmaxCache结合了用作缓存的固态盘以及AdaptecmaxCache固态盘软件,大幅度加速I/O性能并降低成本,而且不影响现有的操作.
它几乎消除了CPU、内存和存储之间可能出现的瓶颈.
与硬盘(HDD)相比,固态盘具有诸多优势,包括更高的读取带宽、更高的IOPS,更好的机械可靠性(因为没有活动部件)、更高的耐冲击性和抗震性.
不过相比HDD,提供了这些优点特性同时也遇到一些固有的局限性,例如容量有限、流写入带宽较低.
一个固态盘的寿命也直接受写运作的次数而定.
为了发挥固态盘的优势,同时抑制其局限性,maxCache固态盘缓存提供了针对读操作和写操作的性能优点.
正在申请专利的"Learned-Path"算法可以识别访问频繁的数据,通过将这些数据直接拷贝到一个经过优化的固态盘缓存池中优化读写,以便日后在收到请求后更快速的找回.
在固态盘缓存中只保存"热"数据,优化固态盘性能与容量之间的平衡.
maxCache3.
0固态盘缓存利用这种独特的、存在数据路径中的方式创建一个"热"数据"缓存池",相比只采用HDD部署,maxCache3.
0能带来性能明显的提升.
(图1).
图1.
AdaptecmaxCache3.
0部署maxCache3.
0的"Learned-Path"算法优势在于能够提高读缓存功能,支持非冗余缓存池(RAID0)场景.
在这种情况下,即使固态盘出现故障,也不会影响数据的可用性.
因为冗余RAID中配备有硬盘,所有的数据可安全地存储在硬盘RAID中.
AdaptecmaxCache3.
0还可以缓存写数据,通过缓存写入一个冗余固态盘缓存池,(RAID1E或RAID5),maxCache3.
0将固态盘缓存性能和延迟方面的优势带入读/写混合的工作负载中.
用途扩大后的固态盘缓存使maxCache3.
0成为大规模数据中心部署的理想选择,提供更显著成本节约的同时简化了硬件设计和实施.
maxCache3.
0所具有的新特性还包括磁盘优化利用(OptimizedDiskUtilization-ODU).
随着固态盘存储空间大小持续扩大,将固态盘整个空间作为缓存池的方案,就不吸引了.
这时采用ODU,可以允许固态盘被分割为一个缓存池和逻辑设备(图2).
区别于缓存池,逻辑分区可直接开放给操作系统,作为OS启动驱动器,或存储其他需要快速,低延迟访问的数据.
图2.
AdaptecmaxCache3.
0磁盘优化利用(ODU)考虑到设计的直接成本,以及空间未利用情况下浪费的投资,优化可用空间对于当前和未来数据中心是非常关键的.
操作务冷读取抄写冷写入操作热数据I/O应操作SSD缓存池热写入热读取1.
"WhenmoreWebsitevisitorshurtyourbusiness:Areyoureadyforpeaktraffic,"EquationResearch2010SSD2SSD1SSD3RAID5用于数据存储用于冗余回写缓存的缓存池MAXCACHE3.
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03AdaptecmaxCache3.
0与标准固态盘和PCIe闪存卡基于闪存的存储设备的价格越来越实惠,并且被广泛用于计算环境中,但是不能将其与maxCache3.
0解决方案混为一谈.
为了在使用标准固态盘或者PCIe闪存卡时获得最高性能,应用必须通过调优在高性能固态盘或者闪存中保存那些要求更高IOPS的数据.
这就需要管理员熟悉某个特定应用,并且了解将要求更高IOPS的数据保存在固态盘上.
通过自动透明的分析,以及路由读/写数据,AdaptecmaxCache废除特定应用的手动调整方式.
此外,maxCache3.
0的灵活性是PCIe闪存卡不具备的.
采用maxCache3.
0,终端用户通过安装固态盘,可以把其性能特性和耐写性与应用最好的结合起来.
即使,maxCache固态盘失效,它也很容易地被替换.
相反,PCIe为基础的场景,一旦部分闪存失效,整个闪卡就必须被替换.
为AdaptecmaxCache3.
0推荐的固态盘针对写海量数据到固态盘的情况,maxCache3.
0需要采用企业级固态盘.
相比个人型固态盘,如超极本,笔记本和台式电脑所使用的固态盘,企业级固态盘可以提供超高的写入耐用性(闪存模块在不稳定前,总的写操作次数),支持繁重的写操作(数据中心假设每天用24小时,对比员工所用的个人电脑每天只需8小时),以及忍受极端环境条件的功能.
对于只有读缓存的场景,因为写的次数是有限的,虽然还是推荐使用企业级固态盘,但也可使用低成本的固态盘,例如较少的过渡配置的,和较低擦写次数的固态盘.
测试方法我们使用IOmeter来测量采用Adaptec7Q系列存储控制卡和硬盘对比采启动了maxCache3.
0固态盘缓存解决方案加固态盘的性能.
我们运行两组测试,首先第一组测试,是在100%只读工作负载下运行.
第二组测试,是在混合读/写工作负载的场景下运行.
这两种测试都是运行在RAID0和RAID5配置中.
读缓存性能—RAID0读取密集型应用——例如网络服务器、文件服务器、电子商务应用——从根本上受益于maxCache3.
0,显著提高IOPS性能增益.
在RAID0中,maxCache比只支持硬盘阵列的方案,提高IOPS高达44倍100%随机读的IOmeter工作负载下,RAID0性能对比(图3).
只采用HDD的配置:10个7200转转SAS硬盘,每个容量500GB,做RAID0只采用HDD的配置:10个7200转SAS硬盘,每个容量500GB,做RAID0AdaptecmaxCache3.
0配置:10个7200转SAS硬盘,每个容量500GB,6个6Gb/sSATA固态盘,每个50GB,做RAID0图3.
maxCache3.
0提高IOPS高达44倍写缓存性能—RAID5在RAID5中,比较只采用硬盘阵列的解决方案,maxCache方案提高IOPS高达31倍(图4).
100%随机读IOmeter工作负载下RAID5性能对比只采用只支持硬盘配置:10个7200转6Gb/sSAS硬盘,每个容量500GB,做RAID5AdaptecmaxCache3.
0配置:10个7200转6Gb/sSAS硬盘,每个容量500GB,6个6Gb/sSATA固态盘,每个50GB,做RAID5图4.
maxCache3.
0提高IOPS高达31倍030,00060,00090,000120,000150,00044倍的IOPS提升Fig3Fig020,00040,00060,00080,000100,00031倍的IOSASHDDsSASHDDsw/maxCacheSASHDDsSASH2,720121,3373,019IOPSIOPS030,00060,00090,000120,000150,00044倍的IOPS提升Fig3Fig4F020,00040,00060,00080,000100,00031倍的IOPS提升05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004倍的ISASHDDsSASHDDsw/maxCacheSASHDDsSASHDDsw/maxCacheSASHDDsSAS2,720121,3373,01992,183799IOPSIOPSIOPSMAXCACHE3.
0白皮书AdaptecmaxCache3.
04写缓存性能介绍写缓存支持进一步扩展了maxCache3.
0给具有混合工作负载的I/O密集型应用(包括OTLP、MicrosoftExchangeServer和HPC环境)带来的好处.
maxCache3.
0在带来显著性能优势的同时还使服务器设计具有更高的容量潜力.
这些性能上的提升,是通过选用支持高容量SATAHDD的maxCache3.
0而消除了SASHDD服务器配置来实现的.
通过配置上的变化,将可用解决方案的容量从2.
4TB扩展至18TB,容量提高7倍多,数据中心每GB成本和每I/O成本大幅度降低.
写缓存性能—RAID0在RAID0中,比较只采用硬盘阵列的解决方案,maxCache提高IOPS高达4倍(图5)100%随机读IOmeter工作负载下RAID0性能对比只采用只支持硬盘配置:10个7200转6Gb/sSAS硬盘,每个容量500GB,做RAID0AdaptecmaxCache3.
0配置:10个7200转6Gb/sSAS硬盘,每个容量500GB,6个6Gb/sSATA固态盘,每个容量50GB,做RAID0图5.
maxCache3.
0提高IOPS高达4倍写缓存性能—RAID5在RAID5中,比较只采用硬盘阵列的解决方案,maxCache方案提高IOPS高达4倍(图6).
100%随机读IOmeter工作负载下RAID5性能对比只采用只支持硬盘配置:10个7200转6Gb/sSAS硬盘,每个容量500GB,做RAID5AdaptecmaxCache3.
0配置:10个7200转6Gb/sSAS硬盘,每个容量500GB,6个6Gb/sSATA固态盘,每个容量50GB,做RAID5图6.
maxCache3.
0提高IOPS高达4倍真实世界成本节省通过加速IOPS和减少延迟,maxCache3.
0支持数据中心和云计算环境,托管更多用户,每秒进行更多的交易,同时降低承担给工作负载所需的服务器数量.
这明显减少公司的资本支出,提高硬件利用率,并减少数据中心的服务器空间需求.
减少服务器有一个额外的经济效益--减少电力,冷却和维护相关的运营成本,降低总拥有成本(TCO)的解决方案(图3).
设备的运营开支(OpEx)在整个服务器寿命期间持续减少.
服务器使用的时间越长,积累节省的设备运营开支(OpEx)越多.
在真实世界,maxCache对资本支出(CapEx)和设备运营开支(OpEx)的影响上面的测试数据代表100%数据在固态盘缓存读/写的场景下,理论的最大性能效益.
然而,在真实世界中,只有一小部分的数据是"热"的,可以读出或写入到固态盘缓存.
因此,大多数的应用所能见到的效益都是小于我们上面所讨论的理论最大值.
只读环境要计算在真实世界环境中maxCache3.
0环境成本效益,我们假设90%是"热"数据(由固态盘处理),10%是"冷"数据(由硬盘处理).
在这类条件下,应用的最大性能决定于,硬盘所处理的10%冷数据所耗费的时间量.
.
我们假设固态盘比硬盘的随机读速率要快9倍,因此,比较硬盘阵列在读取热数据的速率,maxCache3.
0解决方案具有高达9倍的性能优势.
混合工作负载环境在RAID5和RAID0的混合工作负载场景中,前面介绍过在真实环境下maxCache3.
0比只支持硬盘的磁盘阵列,IOPS提高4倍,延迟减少4倍.
因此,比对相同托管用户数,相同每秒执行交易数量的数据中心和云计算环境,采用maxCache3.
0方案的基础设施,只是支持全硬盘的服务器设施的四分之一.
这种性能增长显著降低公司的资本支出(CapEx),提高硬件利用率,减少数据中心空间的需求.
Fig4Fig5Fig631倍的IOPS提升05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004倍的IOPS提升05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004xIncreaseinIOPSsSASHDDsw/maxCacheSASHDDsSASHDDsw/maxCacheSASHDDsSASHDDsw/maxCache01992,1837993,6088643,521IOPSIOPS升Fig4Fig5Fig6020,00040,00060,00080,000100,00031倍的IOPS提升05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004倍的IOPS提升05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004xIncreaseinIOPS/maxCacheSASHDDsSASHDDsw/maxCacheSASHDDsSASHDDsw/maxCacheSASHDDsSASHDDsw/maxCache3373,01992,1837993,6088643,521IOPSIOPSIOPSMAXCACHE3.
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05CopyrightPMC-Sierra,Inc.
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germany@pmcs.
comSingapore:+65-92351044减少服务器数量有一个额外的经济效益--减少电力,冷却和维护相关的运营成本,降低总拥有成本(TCO)的解决方案(图7).
设备运营开支(OpEx)在整个服务器寿命期间持续减少.
所以服务器使用时间越长,会积累节省的更多的设备运营开支(OpEx).
*估算单元硬件的成本为15,000美元,零软件授权费**估算每个服务器需要800w的电力,平均国家DOE千瓦(kWH)每小时0.
11美元图7.
硬件投资利用率方面合格的影响上面展示的性能提升效果,看起来最好是建设一个只支持固态盘的RAID阵列来替代混合固态盘和硬盘的方案.
但请记住,标准固态盘的存储容量相比硬盘还是很小,使得每GB成本比较高.
添加太多的固态硬盘会大幅增加资本支出.
AdaptecmaxCache3.
0提供固态盘性能和硬盘容量之间的最佳平衡方案,以此解决数据中心和云计算运营商所面临的独特挑战.
采用AdaptecmaxCache3.
0固态盘缓存,数据中心既可以拥有旋转介质(硬盘驱动器)所具备的超大存储容量优势,同时也可以获的固态盘给于的I/O性能提升.
总结数据中心运营商和云应用正面临着提升服务器性能以满足高吞吐应用需求以及用户群不断增长的持续挑战.
与此同时,空间、供电和冷却的限制要求数据中心找出在成本、空间和能源方面最优化的产品来提升服务器的I/O和工作负载能力.
正如以上测试所强调的,maxCache3.
0为网络服务器和电子商务应用提供了高达44倍更好的服务器性能,从而降低延迟并缓解I/O瓶颈.
这种性能潜力让数据中心用一个启用maxCache3.
0的服务器解决方案就可以代替13台"标准"服务器,大幅度削减资本开支和运营开支.
AdaptecmaxCache3.
0还可以用高容量SATA配置取代SAS硬盘配置,交付更高的应用性能和解决方案容量,让数据中心运营商进一步优化他们的硬件投资.
AdaptecbyPMC的创新解决方案在数据通过I/O路径时对其进行智能路由、优化和保护,从而提供出色的性能.
AdaptecbyPMC的maxCache3.
0固态盘缓存解决了下一代数据中心的业务挑战,在实现云计算扩展的同时将环境和财务成本将至最低maxCache3.
0传统方法20台服务器,1个机架$294,000*系统成本$121,000**4年OPEX成本6台服务器加24个固态盘,1个机架$110,000*系统成本$35,000**4年OPEX成本maxCache3.
0的关键优点包括:采用maxCache3.
0固态盘缓存的Adaptec7Q系列存储控制卡提供了以下好处:比只采用HDD的解决方案快近44倍:AdaptecmaxCache3.
0固态盘缓存软件完善了"Learned-Path"算法,该算法可以识别访问频繁("热")的数据,通过将这些数据直接拷贝到一个经过优化的固态盘缓存池中,以便日后在收到请求后更快速的找回,以此优化应用性能.
部署写缓存:AdaptecmaxCache3.
0固态盘缓存软件提供了写缓存功能以强化给应用工作负载带来的好处.
AdaptecmaxCache3.
0利用固态盘的写性能优势,提供了额外的工作负载性能提升.
削减资本和运营开支:AdaptecmaxCache固态盘缓存利用更少的硬件提高IOPS性能降低资本开支,从而显著地削减能源和维护相关的运营开支.
选用固态盘降低成本,提高灵活性:采用maxCache3.
0固态盘缓存的Adaptec7Q存储控制卡可以将任何企业级固态盘用作缓存,支持更多厂商并降低成本.
这些控制卡已经经过最新推出的一些企业级固态盘产品的认证,能够发挥其更高的性能、企业级特性和耐用性.