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利用纯闪存存储加快数据库性能
Paul Feresten
Paul Feresten
高级产品营销经理
NetApp
mike phelan
Mike Phelan
产品经理
NetApp

作者:高级产品营销经理 Paul Feresten 和 EF 系列高级产品经理 Mike Phelan

对于从高频率交易到实时风险管理的许多数据库应用程序来说,几微秒的差异即有着抓住机会与失去机会的天壤之别。

由于完成 I/O 的速度对于数据库性能至关重要,因此越来越多的企业正转而采用纯闪存存储,以最大限度地降低 I/O 延迟并加快事务处理性能。

选择合适的纯闪存存储可以直接创造利润,因为闪存不仅可以显著缩短处理时间,减少需要的服务器硬件数量,降低数据库许可成本,而且还能大幅节省占地空间和能源消耗。(有关这一主题的更多信息,请阅读本期中的 《闪存凭借卓越存储性能支持世界的急速发展》。)

最大限度地提升数据库性能

多年来,数据库管理员 (Database Administrator, DBA) 一直认真规划并控制数据存储,以尽力让速度相对较慢的磁盘发挥最大性能,同时遵循在速度较快的镜像驱动器上运行繁忙的日志文件以提供最佳性能等最佳实践。DBA 还非常青睐过度配置的专用基础架构,以避免项目相互之间争用资源和响应时间无法预测的情况。

纯闪存阵列用固态磁盘 (Solid State Disk, SSD) 代替了速度较慢的机械磁盘。这对每个性能元素都产生了显著的影响。闪存 SSD 可提供比硬盘驱动器 (Hard Disk Drive, HDD) 高出几百倍的 IOPS,并将访问延迟从毫秒级缩短为微秒级。

但由于体系结构存在重大差异,因此在支持高性能数据库工作负载方面,不同的纯闪存阵列也表现出不同的能力。一个经优化的清晰数据路径对于充分利用闪存的微秒级延迟优势至关重要。非常重要的一点是,存储服务不能妨碍快速一致的性能。

NetApp EF560

全新 NetApp® EF560® 纯闪存阵列能够为业务关键型数据库提供最高的纯闪存性能。这款新平台在绝对性能和一致性能两个方面均表现不俗。EF560 在紧凑的 2U 外形规格中提供高达 650,000 次的 IOPS 和平均 800 微秒或更短的响应时间,充分证明了存储系统设计的重要性。此外,EF560 还具备随八代 SANtricity 操作系统逐步发展并经验证的可靠性和可用性。

 

NetApp EF560

EF560 可以满足要求高效率工作的 DBA 在最佳实践方面的需求。存储 CPU 专用于快速读取和写入活动,而主机资源则用于数据压缩。代码路径不会对 I/O 处理造成任何阻碍,因此阵列在负载下不仅可以提供微秒级延迟,而且即便在第 1,001 天也仍能提供与第 1 天相同的延迟,而不会出现任何意外峰值。

对于 DBA 来说,这种专用性能正好符合他们实现一致且可预测结果的期望。我们已经通过多种内部基准测试(IOPS 和吞吐量)以及 SPC-1 基准测试确定了 EF560 的性能和性价比特征,而且结果出类拔萃。

IOPS 性能

首先,我们来了解一下 EF560 在处理读取工作负载时的表现。读取工作负载是针对纯闪存阵列最常报告的工作负载类型。EF560 在 2U 机架空间内便可提供每秒高达 650,000 次的持续 I/O 操作,而且延迟只有 800 微秒。相较于 EF550,显著提升了 62.5%。如果将 500 微秒作为性能阈值,那么 EF560 仍然可以提供 628,000 次的 IOPS。

我们对 EF560 IOPS 性能特征进行了更深入的分析,帮助您针对打算运行的工作负载更好地预测性能。(测试中使用的系统是采用 48 个 SSD、RAID 5 和 8 KB 块大小的 EF560。)

表 1. EF560 在各种读/写工作负载下的 IOPS 性能。

 EF560 在各种读/写工作负载下的 IOPS 性能。

来源:NetApp,2015 年

SPC-1 基准测试性能

为了提供更多验证,我们发布了 EF560 运行存储性能理事会的 SPC-1 基准测试结果,该测试准确地模拟了读写百分比都很高的高性能数据库的需求。(有关详细信息,请参见边栏“关于 SPC-1 基准测试”。)在这一经过审核的测试中,在 100% 负载下进行衡量,结果 EF560 提供了 245,011.76 次 SPC-1 IOPS™ 和 0.93 毫秒(930 微秒)的平均响应时间 (Average Response Time, ART)。如果我们将 500 微秒视作一个阈值,那么 EF560 可提供 196,008.41 次 SPC-1 IOPS,响应时间为 0.53 毫秒(530 微秒)。一般客户要求 80,000-120,000 次 IOPS,这正好在 EF560 的支持范围内。

图 1. EF560 SPC-1 响应时间曲线。

EF560 SPC-1 响应时间曲线

来源: SPC-1 基准测试 EF560 执行概要

SPC-1“前十名”名单 的任何配置中,EF560 的 SPC-1 最短响应时间 (Least Response Time, LRT) 排名最高(在 10% 的负载下衡量),只有 0.18 毫秒(180 微秒)。SPC-1 LRT 代表存储系统可能实现的最短响应时间。请查看 EF560 SPC-1 执行概要或完整报告

延迟时间缩短至 1/20,机架空间减少 70%

高 IOPS 和微秒级延迟会产生重大影响吗?一家全球在线零售商需要一致的低延迟来加快支付交易的速度并提高客户满意度。该零售商还要求达到非常高的系统可靠性,因为每停机一分钟就意味着会损失大量收入。EF 系列提高了 Oracle 数据库的性能,其中管理着数量为以前 20 倍的采购资料和交易信息。请阅读成功案例

SPC-1 性价比

SPC-1 基准测试的一个主要方面在于它能以单位 SPC-1 IOPS 成本提供所测试每个配置的性价比。EF560 的单位 SPC-1 IOPS 成本为 0.54 美元,在 SPC-1 性价比™ 的“前十名”名单上排在第二位。在平均响应时间低于 1 毫秒的产品中,EF560 是排名第一的阵列。

有关 EF560 SPC-1 结果的深入分析,请阅读 Dimitris Krekoukias 在 RecoveryMonkey.org 上发布的这篇博文。

吞吐量

吞吐量或带宽是闪存阵列性能的另一个重要衡量指标。虽然对吞吐量的讨论不及 IOPS 多,但是它可以衡量阵列读取或写入顺序数据(而非随机数据)的速度。所有数据库都包含重要的顺序数据(如日志文件)。分析工作负载和内存数据可以极大地受益于快速的流式数据载入。

这是 EF560 表现突出的另一个方面。当其他闪存竞争对手吹嘘 4 GB/秒或 8 GB/秒的读取吞吐量时,EF560 可以保持 12 GB/秒的读取吞吐量和超过 6 GB/秒的写入吞吐量。

将吞吐量转化为业务优势

每秒载入一次。一家石油钻探承包商的首席信息官希望将石油钻探数据的载入速度从每分钟一次加快到每秒一次,也就是提高 60 倍。EF 系列帮助这家公司实现了其目标:在提供更多详细数据的同时,通过最新的实时分析支持其做出更加明智的决策。

报告速度加快 4 倍。房地产分析应用程序可捕获并重新组合国内房地产数据,以供银行、金融和房地产行业使用。这家房地产公司需要提高数据库的性能,以加快提供服务的速度。借助 EF 系列,这家公司现在每天可以提供四次估值更新,而以前一天只能提供一次,因而可提供更多最新数据,缩短住房贷款的审批时间并大幅提升客户满意度。请阅读成功案例

EF560 性能改进

EF560 利用了以下四项全新性能改进:

  1. 速度更快的新 CPU:EF560 采用了全新的 2.2 GHz 6 核 Intel Xeon 处理器,IOPS 几乎提高了一倍。
  2. 多核 SANtricity 支持。我们通过在核心之间拆分工作负载,对最新的 SANtricity 8.20 软件进行了优化。如此一来,进一步将响应时间缩短了 50%,这在我们最新的基准测试结果中得到证明。
  3. 延迟更短的 SSD。在我们提高容量并缩短延迟的过程中,我们继续利用 SSD 技术中的巨大进步,跻身业内最低单位 IOP 成本之列。
  4. 支持速度最快的光纤连接。除了 8 个 16 Gb 光纤通道和 8 个 10 Gb iSCSI 选项之外,EF560 还提供 8 个 12 Gb SAS 和 4 个 56 Gb InfiniBand 的扩展主机连接选项。

EF560 易管理性和可用性增强

EF560 易管理性和可用性增强包括:

  • 联机驱动器固件升级
  • 驱动器清空程序(从故障驱动器中复制数据)
  • DDP 重要区块重建(很快将详细介绍此功能)

EF560 在 2U 机架中配备双主动控制器并且最多可配置 120 个 SSD(目前提供 400 GB、800 GB 和 1.6 TB 三种容量)。一个阵列可提供高达 192 TB 的原始容量。在使用动态磁盘池 (Dynamic Disk Pool, DDP) 或者 RAID 0、1、5、6 和 10 的卷中配置 SSD。

图 2. EF560 规格。

EF560 规格。

来源:NetApp,2015 年

选择数据保护方法

对于 EF560,我们的目标之一是全面地确定性能和运行特征,以便于您根据需求轻松地选择最佳配置。随着 DDP 的迅速普及(35% 的 EF 系列部署已经在使用它),我们还提供了有关何时选择 DDP,而不选择其他 RAID 级别的指导。

要选择合适的数据保护,请分析您的需求并设想可行的保护方案(如图 2 中所示的性能分区)。然后,根据您所需的性能和容量选择保护级别。

图 3. EF560 在使用 RAID 5、DDP 和 RAID 10 时的性能。

EF560 在使用 RAID 5、DDP 和 RAID 10 时的性能。

来源:NetApp,2015 年

请注意,此数值是基于块大小为 8 KB,读取和写入分别占 75% 和 25%,且延迟上限为 0.6 微秒(600 毫秒)的工作负载。提高写入百分比会向下移动每项技术的分界线。

DBA 提高数据库性能的理想选择

如果您希望从纯闪存阵列中获得快速一致的性能,请仔细了解其架构。EF560 纯闪存阵列具有适合业务关键型高性能数据库的专用性能架构。凭借原先接近 100 万的存储系统安装量和超过 99.999% 的可靠性,EF560 具有一个性能值得 DBA 信赖的架构。

资源

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Paul Feresten,NetApp 高级产品营销经理

Paul 于 2005 年加入 NetApp,目前负责固态技术营销工作。他以前负责 NetApp 核心软件,包括 Data ONTAP、安全多租户和存储效率功能。Paul 在产品管理、销售、营销和执行管理方面拥有 30 多年的经验。加入 NetApp 之前,Paul 曾在 Data General、Digital Equipment Corporation、MSI Consulting 和 SEPATON 任职。他拥有波士顿大学的理学学士学位和巴布森商学院的工商管理硕士学位。

Mike Phelan ,NetApp 产品经理

Mike 于 2012 年 4 月加入 NetApp,目前是 EF 系列的产品经理。之前担任技术营销工程师一职时,Mike 对 E 系列和 EF 系列产品的许多高级功能进行了测试,撰写过这方面的文章并提供过相关培训和演讲。他曾广泛地研究 SSD 缓存、动态磁盘池和异步远程卷镜像等技术。

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阅读以下博文,了解大家对全新 EF560 的看法:

关于 SPC-1 基准测试

SPC-1 是存储性能理事会推出的一项经过审核的行业标准 SAN 基准测试,用于衡量存储对一组主要由各种大小的随机 I/O 构成的工作负载的处理情况。工作负载包括 OLTP 和数据库等应用程序的查询和更新操作特征。SPC-1 基准测试的要求远比通常的小型块读取工作负载苛刻得多。事实上,大约 60% 的工作负载是写入,因而该基准测试对于闪存存储来说很有挑战性。

DDP 重要区块重建

EF 系列和 E 系列都采用动态磁盘池 (DDP) 技术,该技术可以在整个驱动器池中平均分配数据、奇偶校验信息和备用容量,从而简化设置,消除热点并最大限度地提高容量利用率。

在最新的 SANtricity 版本中,为 DDP 增加了重要区块重建功能。如果两个驱动器同时发生故障,SANtricity 会自动识别在两个故障驱动器上具有数据条带的区块并首先重建这些区块,从而将风险降至最低。

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