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Aus dem Blickwinkel unserer technischen Experten:
Wie mit der FAS3100 Serie ein perfektes Preis/Leistungsverhältnis erzielt wurde

Wenn es um Storage-Systeme geht, ist das Hauptkriterium beim Low-End der möglichst niedrige Preis, wohingegen der High-End Sektor auf eine optimale Performance und Skalierbarkeit abzielt. Zwischen diesen beiden Polen hat sich ein zunehmend wichtiger Midrange-Storage-Sektor entwickelt: von Midrange-Storage-Systemen wird einerseits eine Optimierung der angesprochenen Eigenschaften und andererseits das bestmögliche Preis/Leistungsverhältnis gefordert.

Diesen Ansprüchen versuchte man bei der Entwicklung der neuen FAS3100 Serie und V3100 V-Series gerecht zu werden: die Plattform sollte optimiert werden, um die Midrange-Performance deutlich zu verbessern, während gleichzeitig Kapazität und Skalierbarkeit gesteigert werden sollten.

Die substantiellen Verbesserungen bei Performance und Preis/Leistungsverhältnis, die sich in führenden Benchmarks widerspiegelten, sind auf folgende Faktoren zurückzuführen:

  • Neues kosteneffiziente Einzelgehäuse und HA-ready Design mit zwei Netzteilen
  • Ein Gehäuse-Design, das eine Konzentration auf Verbesserungen der Kernkomponenten des Storage-Systems, dem Prozessor und den Speichersubsystemen, zulässt.
  • Optimierte Software

In diesem Artikel werden wir die Veränderungen, die an der FAS3100 Plattform realisiert wurden, detailliert erläutern und die nach SPC-1, SFS und Exchange Benchmarks getestete Performance diskutieren.

Was bietet die neue FAS3100 Serie?

Die neue Serie besteht aus zwei Modellen: dem FAS3140 System (das die Modelle FAS3020 und FAS3040 ersetzen soll) und dem FAS3170 System (welches das Modell FAS3070 ersetzt). Die Gegenstücke der V-Series bieten ähnliche Leistungen wie Front-End Legacy Storage-Systeme von IBM, Hitachi Data Systems, HP, EMC, Fujitsu und 3PAR.

  FAS3020 FAS3040 FAS/V3140 FAS3070 FAS/V3170
Prozessoren 2 × 32-bit
(2 Single-Core)
4 × 64-bit
(4 Single-Core)
2 × 64-bit
(2 Dual-Core)
4 × 64-bit
(4 Dual-Core)
4 × 64-bit
(4 Dual-Core)
Memory 4GB 8GB 8GB 16GB 32GB
NVRAM NV5 (1GB) NV6 (1GB) NV7 (1GB) NV6 (1GB) NV7 (4GB)
Erweiterungs- steckplätze 6 × PCI-X 6 × PCIe 8 × PCIe 6 × PCIe 8 × PCIe
Onbord I/O 8 × GbE
8 × 2Gb FC
8 × GbE
8 × 4Gb FC
4 × GbE
8 × 4Gb FC
8 × GbE
8 × 4Gb FC
4 × GbE
8 × 4Gb FC
Max. Festplatten 168 336 420 504 840
Max. Rohkapazität 84TB 336TB 420TB 504TB 840TB
Data ONTAP 7.0 + 7.2.1 + 7.2.5 + 7.2.1 + 7.2.5 +

Tabelle 1) Vergleich der FAS3100 Serie mit der FAS3000 Serie. (Alle Angaben gelten für Dual-Controller, Aktiv/Aktiv Konfigurationen.)

Konsolidiertes Gehäuse-Design

Das neue Chassis der FAS3100 Serie ist ein neues, two-in-one Design, das für Aktiv/Aktiv Konfigurationen zwei Controller in einem Gehäuse beherbergt. Dieser Ansatz war eine logische Konsequenz aus unserer Ausrichtung auf die Kunden der FAS3000 Serie, die ihr System mehrheitlich in dieser Konfiguration gekauft haben. Das Gehäuse bietet außerdem redundante Netzteile und Lüfter; insgesamt sind bei dieser kosteneffektiveren Bauweise aber weniger Stromanschlüsse und weniger Komponenten erforderlich als für die zwei Einzelchassis der Vorgänger-Generation.

Das Chassis der neuen FAS3100 Serie im Vergleich zur vorherigen Aktiv/Aktiv Konfiguration

Abbildung 1) Das Chassis der neuen FAS3100 Serie im Vergleich zur vorherigen Aktiv/Aktiv Konfiguration

Das neue Chassis bietet einige zusätzliche Pluspunkte:

  • Dank einer integrierten Backplane wurde die externe Verkabelung reduziert. Die Heartbeat Kommunikation zwischen den beiden Controllern (die bei Aktiv/Aktiv Konfigurationen zum Einsatz kommt) läuft über eine in die Backplane eingebaute Infiniband-Verbindung. Da so zwei Stromanschlüsse eingespart werden, sind auch weniger Netzkabel vorhanden.
  • Ein Upgrade von einer Einzel-Controller Konfiguration auf eine Aktiv/Aktiv Konfiguration ist durch Anschließen eines zweiten Controllers problemlos möglich.

Prozessor-, Memory- und Chipset-Upgrades für eine optimierte Performance

Dank kosteneffizientem Chassis-Design, können wir uns bei dieser Serie auf die Verbesserung von Prozessoren, I/O Chipset, Speicher und NVRAM konzentrieren, kurzum auf diejenigen Komponenten, die die Performance beeinflussen. Denn nur in Kombination mit schnelleren Prozessoren, den neuesten I/O Chipsets und mehr Speicher kann das Potenzial erheblicher Performance-Steigerungen, die die FAS31000 Serie im Gegensatz zur FAS300 Serie bietet, voll ausgeschöpft werden. Dazu später im Detail.

Prozessorauswahl
Für den Midrange-Storage-Bereich, wählen wir nicht die neuesten bleeding-edge Prozessoren mit der höchsten Frequenz, sondern solide, bewährte Prozessoren, die wirtschaftlich Sinn machen. Bei der Wahl des Prozessors gibt es zwei grundlegend unterschiedliche Optionen: entweder wählt man die neuesten und schnellsten Prozessoren, wobei man sich auf einen schnellen Wechsel der Prozessor-Generationen einstellen muss, oder man stützt sich auf die so genannte Embedded Roadmap, bei der die Prozessoren über einen längeren Zeitraum unverändert lieferbar sind und unterstützt werden.

Für die FAS3100 Serie haben wir uns für einen 64-bit Dual-Core-Prozessor der Embedded-Prozessor-Roadmap entschieden; bei diesen Systemen fallen während einiger Jahre nach Auslieferung keine Änderungen an den Prozessorsubsystemen an. Dadurch wird die Notwendigkeit für häufige Prozessorqualifikation verringert und es entstehen weniger Probleme aufgrund komplexer Supportanforderungen. Enterprise-Kunden verwenden in der Regel eine bestimmte standardisierte Storage-Plattform und wollen beim Kauf der Plattform eine längerfristigere Entscheidung treffen; diese Strategie hilft uns somit auch, den Ansprüchen unserer Kunden entgegen zu kommen.

I/O Chipset
Die FAS3100 Serie verwendet neuere HyperTransport Chipsets als jene, die ursprünglich mit der FAS6000 Produktfamilie eingeführt wurden. (Der Einsatz von HyperTransport Chipsets bei NetApp wurde genauer in einem früheren Tech OnTap Artikel über das FAS6070 System) beschrieben). Die I/O-Merkmale der neueren HyperTransport Chipsets sind jenen der Vorgänger-Generation sehr ähnlich, sie bieten jedoch mehr Buffer Credits für PCI-Transaktionen, was bei hoher I/O-Last zu einer besseren Performance verhilft.

Memory und NVRAM
Schließlich wurden die Hardware-Investitionen in die FAS3100 Serie mit einer Erweiterung von Speicher und NVRAM beim FAS3170 Modell abgerundet. Ein Dual-Controller System verfügt nun über 32GB Memory (16GB pro Controller); beim FAS3070 waren es zum Vergleich nur 16GB. Wir haben außerdem einen etwas schnelleren Memorytyp gewählt, um Engpässe in diesem Bereich möglichst zu vermeiden. Während beide Systeme DDR2 SDRAM verwenden, kamen beim FAS3070 Modell DDR2-400 zum Einsatz, während das Modell FAS3170 DDR2-667 DIMMs verwendet.

Das Model FAS3170 wurde mit 4GB für die Aktiv/Aktiv Controller Konfigurationen außerdem mit mehr NVRAM aufgestattet (1GB beim Vorgänger FAS3070). Dies war nötig, um das Gleichgewicht mit der erweiterten Memory Konfiguration zu erhalten. NetApp Systeme verwenden NVRAM für temporäre Cache Writes auf Disk. Batching Writes ermöglicht das Schreiben des Großteils der Daten in effizienten Streifen, inklusive Parity, anstatt der viel langsameren Read-Modify-Write Operation.

Software-Optimierung
Wird eine Hardware-Plattform mit neuen Features ausgestattet, muss auch die Software angepasst werden, um diese neuen Features voll nutzen zu können. Die NetApp Software wurde somit optimiert, um das Potenzial dieser neuesten Multi-Core-Chipsets, voll ausschöpfen zu können; dieFAS3100 Serie nutzt diese Verbesserungen wirksam mit Data ONTAP 7.3. Alle in diesem Artikel behandelten FAS3170 Benchmarks wurden mit Data ONTAP 7.3 zur Maximierung der Performance erreicht.

Verbesserte Erweiterungsmöglichkeiten
Was die allgemeine Erweiterbarkeit im Vergleich zu den vorherigen Modellen betrifft, unterstützt die FAS3140 84 Disks mehr als der FAS3040 bei maximal 420 Spindeln (420TB bei Verwendung von 1TB Laufwerken); die FAS3170 unterstützt sogar 336 Disks mehr als der FAS3070 bei maximal 840 Spindeln (840TB).

Desweiteren wurde auf beiden Modellen die NVRAM von einem PCIe Slot auf das Motherboard verschoben. Somit wurde ein zusätzlicher PCIe Steckplatz freigegeben, das macht vier Slots pro Controller, also bei Aktiv/Aktiv Konfigurationen insgesamt acht Erweiterungssteckplätze. Diese Steckplätze können dazu verwendet werden, zusätzliche Netzwerk-Ports oder auch das neue Performance Acceleration Module zu unterstützen; dies ist ein intelligenter Read-Cache, der Latenz reduziert und den I/O Durchsatz verbessert, ohne dass zusätzliche schnelle Festplatten erforderlich sind.

FAS3100: Preis/Leistungsverhältnis

Wir haben die Performance der neuen FAS3100 Plattform anhand von drei unterschiedlichen Benchmarks aufgezeigt:

  • SPC-1, zur Bewertung der SAN Performance bei Verwendung eines Branchenbenchmarks, der für OLTP- Datenbank-Aktivität typischen Workload generiert.
  • SFS97, zur Bewertung der NAS Performance (NFS Protokoll)
  • Das Microsoft Exchange Solution Reviewed Program (ESRP), um festzustellen, wie viele Exchange User das Storage-System unterstützen kann.

SPC-1 Preis/Leistungsverhältnis
Eine vollständige Beschreibung des SPC-1 Benchmarks wurde kürzlich in einem Tech OnTap Artikel geliefert, in dem die Performance der Vorgängerserie FAS3040 mit dem EMC CX3 Model 40 verglichen wurde. In diesem Test erreichte die FAS3040 30,985.90 SPC-1 IOPS bei Kosten/IOP von $13.61; der EMC lag bei $20.72. (Mit Snapshot Technologie auf beiden Plattformen fällt die Differenz bei den Kosten/IOP noch deutlicher zugunsten von NetApp aus - NetApp erreicht $14.89 im Vergleich zu $54.49 für EMC.)

Das neue FAS3170 Modell erreichte einen Gesamtwert von 60,515.34 SPC-1 IOPS, womit die für das FAS3040 System veröffentlichten Resultate fast verdoppelt werden konnten. Das Preis/Leistungsverhältnis lag bei $10.01/SPC-1 IOPS, was eine deutliche Verbesserung gegenüber früher veröffentlichten Performance Werten darstellt.

 

NetApp deduplication

Abbildung 2) SPC-1 Resultate FAS3040 im Vergleich zur FAS3170.

Die vollständigen SPC-1 Ergebnisse können Sie unter folgenden Links einsehen:

SFS97
Die Leistungsfähigkeit der FAS3100 Serie wurde auch nach SPECsfs97_R1.v3 getestet; letzterer zielt auf den File Service Workload ab und konzentriert sich auf den Durchsatz (Operationen/Sekunde) der NFS Version 3 im Verhältnis zur Latenz. Die FAS3170 erreichte auch hier neue Rekordwerte und zeigte mit einem maximalen Durchsatz von 137,306 Operation/Sekunde eine fast 60%ige Verbesserung gegenüber der Vorgänger-Generation FAS3070. Die Verzögerungen für alle gemessenen Datenpunkte waren also extrem kurz; die Gesamtantwortzeit (ORT) betrug 0.94 Millisekunden für die FAS3170 mit einem Spitzenwert von nur 2.1 Millisekunden für den letzten Datenpunkt, im Vergleich zu einer Gesamtantwortzeit von 1.16ms bei der FAS3070 mit einem Spitzenwert von 2.9ms. SFS97 Resultate für die FAS3070 Serie im Vergleich zur FAS3170 Serie.

NetApp deduplication

Abbildung 3) SFS97 Resultat: FAS3070 im Vergleich zur FAS3170.

Exchange Performance
Viele Kunden nutzen Midrange Storage für das Hosting von Microsoft Exchange. Die Anzahl unterstützter Exchange User wurde für jedes Storage-System gemäß den Microsoft ESRP-Richtlinien bewertet. Bei diesem Assessment konnte das Modell FAS3170 die Anzahl der unterstützten User im Vergleich zum Vorgängermodell FAS3070 fast verdoppeln und überschritt die Marke von 50.000 Exchange Usern, wobei 188 Festplatten verwendet wurden, um die ESRP-Richtlinien bezüglich Durchsatz und Latenz zu erfüllen. Das High-End System EMC Symmetrix DMX3 unterstützt in etwa 84,000 ESRP Exchange User, benötigt jedoch 448 Festplatten, um die ESRP-Richtlinien bezüglich Durchsatz und Latenz zu erfüllen. Aus dem Blickwinkel des Preis/Leistungsverhältnisses, sind wir sehr zufrieden mit den ESRP Resultaten, die das FAS3170 Modell erzielt hat. Zu den vollständigen NetApp Resultaten.

Microsoft ESRP: veranschaulicht die Anzahl von unterstützten Exchange Usern pro Plattform.

Abbildung 4) Microsoft ESRP: veranschaulicht die Anzahl unterstützter Exchange User pro Plattform

Fazit

Die Optimierung des Designs von Midrange-Storage-Systemen ist schwieriger, als das Design von High-End-Storage. Bei der Implementierung des Designs stehen die Bedürfnisse des Kunden im Vordergrund und daher müssen Preis und Leistung im Gleichgewicht gehalten werden. Die neue NetApp FAS3100 Serie wurde entwickelt (parallel zu den Virtualisierungsengines der V3100 Series für den Front-End Legacy Storage), um ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Preis zu erzielen. Dies wird durch die beeindruckende Performance und das außergewöhnliche Preis/Leistungsverhältnis der Plattform bekräftigt, wie anhand von Branchenbenchmarks gezeigt werden konnte. Die FAS3170 erreicht eine doppelt so hohe SPC-1 Performance wie die FAS3040 und kann zusätzlich mit einer 25%igen Verbesserung des Preis/Leistungsverhältnisses aufwarten. ($10.01/SPC-1 IOPS vs. $13.61/SPC-1 IOPS). Diese Plattform erzielt weiters eine 40% höhere SFS97 Performance und unterstützt doppelt so viele Exchange User wie die FAS3070. Beide Systeme sind ab sofort erhältlich.

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Joe Jerebic

Mark Insley
Senior Engineer, Platform Hardware
NetApp

Mark (Foto links) ist als Engineer in einer Schlüsselposition in der Midrange Plattform Gruppe tätig und für die FAS3000 Serie verantwortlich. Er zeichnet außerdem verantwortlich für das elektronische Design der Plattformen FAS3020/FAS3050, FAS3040/FAS3070 und FAS3140/FAS3170. Bevor er zu NetApp kam, war Mark in verschiedenen Positionen als Hardware- und Software-Designer tätig, unter anderem war er an der ursprünglichen Sun SPARCStation-1 beteiligt.

 

Lee Stork
Senior Engineer,
NetApp

Lee's Karriere im Performance Engineering begann vor über 15 Jahren bei Tandem Computers, wo Lee sich mit Prozessor-, Betriebssystem- und Datenbankproblemen beschäftigte. In den letzten drei Jahren hat er bei NetApp intensiv an der FAS6080, der FAS3000 und der FAS3100 Serie gearbeitet. Er hat die Universität Nebraska mit einem Bachelor-Diplom in Elektrotechnik abgeschlossen.

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