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La visión del ingeniero: cómo ha conseguido el FAS3100 la perfecta relación entre precio y rendimiento

Los sistemas de almacenamiento de gama baja se centran principalmente en lograr el menor coste, mientras que los de gama alta están optimizados para ofrecer el máximo rendimiento y escalabilidad. Entre ambos extremos hay un creciente sector intermedio cuyo objetivo es optimizar ambas características y ofrecer la mejor relación precio-rendimiento.

Este fue nuestro reto con las nuevas series FAS3100 y V3100: optimizar la plataforma para mejorar considerablemente el rendimiento de la gama media y a la vez aumentar su capacidad y escalabilidad.

Las notables mejoras en rendimiento y en la relación precio-rendimiento, como demuestran los benchmarks, se deben a:

  • Un nuevo chasis más económico y un diseño preparado para alta disponibilidad basado en dos fuentes de alimentación
  • El diseño del chasis del FAS3100 nos permitió dedicarnos a mejorar el núcleo del sistema de almacenamiento: el procesador y la memoria
  • Optimizaciones del software

En este artículo describiremos cuáles son los cambios realizados en la plataforma FAS3100 y analizaremos su rendimiento en los benchmarks SPC-1, SFS y Exchange.

¿Qué es la serie FAS3100?

La nueva serie consta de dos modelos: el FAS3140 (que está destinado a sustituir al FAS3020 y al FAS3040) y el FAS3170 (que sustituye al FAS3070). Los sistemas V-Series equivalentes ofrecen ventajas parecidas a las de las plataformas de almacenamiento antiguas de IBM, Hitachi Data Systems, HP, EMC, Fujitsu y 3PAR.

  FAS3020 FAS3040 FAS/V3140 FAS3070 FAS/V3170
Procesadores 2 × 32 bits
(2 de un solo núcleo)
4 × 64 bits
(4 de un solo núcleo)
2 × 64 bits
(2 de doble núcleo)
4 × 64 bits
(4 de doble núcleo)
4 × 64 bits
(4 de doble núcleo)
Memoria 4 GB 8 GB 8 GB 16 GB 32 GB
NVRAM NV5 (1 GB) NV6 (1 GB) NV7 (1 GB) NV6 (1 GB) NV7 (4 GB)
Ranuras de expansión 6 × PCI-X 6 × PCIe 8 × PCIe 6 × PCIe 8 × PCIe
I/OI/O integrada 8 × GbE
8 × 2 Gb FC
8 × GbE
8 × 4 Gb FC
4 × GbE
8 × 4 Gb FC
8 × GbE
8 × 4 Gb FC
4 × GbE
8 × 4 Gb FC
Núm. máx. unidades de disco 168 336 420 504 840
Capacidad máxima 84 TB 336 TB 420 TB 504 TB 840 TB
Data ONTAP 7.0 + 7.2.1 + 7.2.5 + 7.2.1 + 7.2.5 +

Tabla 1) Comparaci de disco modelos: el FAS3140 (que está destinado a sustituir al FAS3020 y al FAS3040) y el FAS3170 (que sustitucontroladora doble).

Diseño consolidado del chasis

El chasis de la serie FAS3100 es un diseño nuevo dos en uno que aloja dos controladoras en una sola caja para configuraciones activo-activo. Este diseño era lógico dado que la inmensa mayoría de los clientes actuales de la serie FAS3000 adquieren sus sistemas con esta configuración. El chasis sigue disponiendo de alimentación y refrigeración redundantes, pero precisa menos fuentes de alimentación y otros componentes, lo que lo convierte en una solución más económica que la de dos chasis independientes de la generación anterior.

Chasis de la serie FAS3100 comparado con la configuración activo-activo anterior

Figura 1) El chasis de la serie FAS3100 comparado con la configuración activo-activo anterior.

El nuevo chasis tiene varias ventajas adicionales:

  • Un backplane integrado reduce el cableado externo. La comunicación mediante latidos (usada en configuraciones activo-activo) entre las dos controladoras es posible gracias a una conexión Infiniband integrada en el backplane. Dos fuentes de alimentación más pequeñas también ayudan a reducir el número de cables eléctricos.
  • Las configuraciones de una sola controladora pueden ampliarse fácilmente a configuraciones activo-activo con sólo conectar un segundo controladora.

Las mejoras en el procesador, memoria y chipset aumentan el rendimiento

El eficaz diseño del chasis del sistema nos ha permitido centrarnos en mejorar los procesadores, chipsets de I/O, memoria y NVRAM, los componentes que afectan al rendimiento. La utilización de procesadores más rápidos, chipsets de I/O más nuevos y la adición de más memoria es lo que produce la significativa mejora en el rendimiento que obtenemos en la serie FAS3100 en comparación con el de la serie FAS3000, como se describe más adelante.

Selección del procesador
Para el almacenamiento de gama media no hemos elegido los procesadores de última generación que funcionan a las frecuencias más elevadas, sino que buscamos procesadores sólidos y acreditados que tuvieran un precio razonable. Los proveedores de procesadores ofrecen dos planes de actuación: uno consiste en adquirir los procesadores más nuevos y más rápidos (en que las generaciones de procesadores aparecen y desaparecen rápidamente) y el otro es que se comprometan a dar soporte a procesadores individuales durante periodos de tiempo más largos.

Para la serie FAS3100 hemos elegido procesadores de 64 bits de doble núcleo de la segunda alternativa, lo que nos permite poder comercializar estos sistemas sin tener que realizar cambios en el subsistema de proceso durante varios años. Esto reduce el riesgo de tener que modificar el procesador con más frecuencia, lo que incrementa la complejidad del mantenimiento con el tiempo. Los clientes empresariales se estandarizan en una plataforma concreta de almacenamiento y desean adquirir esta plataforma durante un extenso periodo de tiempo, por lo que esta estrategia también nos permite ofrecer un mejor servicio a estos clientes.

Chipset de I/O
La serie FAS3100 utiliza un chipset HyperTransport™ de una generación más nueva que el que se anunció originalmente para la familia FAS6000. (El uso de chipsets HyperTransport por parte de NetApp se describió detalladamente en un artículo anterior de Tech OnTap sobre el FAS6070). Aunque las características del nuevo chipset de I/O HyperTransport son muy parecidas a las de la generación anterior, el mayor número de créditos de búfer para transacciones PCI de este chipset mejora el rendimiento para operaciones de I/O intensivas.

Memoria y NVRAM
La última aportación de hardware que hemos hecho para la serie FAS3100 ha sido aumentar la cantidad de memoria y NVRAM del FAS3170. Un sistema de controladora doble ahora tiene 32 GB de memoria (16 GB por controladora) en vez de los 16 GB del FAS3070. La memoria que elegimos es algo más rápida para reducir aún más los cuellos de botella. Aunque ambos sistemas usan memoria DDR2 SDRAM, el FAS3070 utilizaba DDR2-400 mientras que el FAS3170 utiliza módulos DIMM DDR2-667.

Además, en el FAS3170 la memoria NVRAM ha pasado a ser de 4 GB en configuraciones de controladora activo-activo (1 GB en el FAS3070). Esto se ha hecho para mantener el equilibrio con la mayor cantidad de memoria. Los sistemas de NetApp usan la NVRAM para almacenar temporalmente en memoria caché operaciones de escritura en disco. Las operaciones de escritura por lotes permiten que la mayoría de los datos se escriban en segmentos de forma eficiente, incluyendo datos de paridad, a diferencia de las operaciones mucho más lentas de tipo leer-modificar-escribir.

Software optimizado
En cualquier plataforma de hardware, cuando se agregan nuevas características, hay que optimizar el software para poder sacarles partido. El software de NetApp® se ha optimizado para poder aprovechar al máximo los últimos chipsets de varios núcleos; la serie FAS3100 se beneficia de estas mejoras con Data ONTAP® 7.3. En los benchmarks realizados con el FAS3170 descritas en este artículo se ha utilizado Data ONTAP 7.3 para maximizar el rendimiento resultante.

Mayores posibilidades de ampliación
Por lo que hace a las posibilidades de ampliación con respecto a los modelos anteriores, el FAS3140 admite 84 discos más que el FAS3040, lo que representa un máximo de 420 discos (420 TB usando unidades de 1 TB), mientras que el FAS3170 admite 336 discos más que el FAS3070 hasta un máximo de 840 discos (840 TB).

También hemos trasladado en ambos modelos la memoria NVRAM desde una ranura PCIe hasta la placa base. Esto deja disponible una ranura PCIe más: cuatro ranuras en cada controladora, lo que suma un total de ocho ranuras de expansión en configuraciones activo-activo. Estas ranuras pueden usarse para añadir puertos de red adicionales o el nuevo módulo de aceleración del rendimiento, una memoria caché inteligente de lectura que reduce la latencia y mejora la velocidad de I/O sin necesidad de usar más unidades de disco rápidas.

FAS3100: relación precio-rendimiento demostrada

Hemos demostrado cuál es el rendimiento de la nueva plataforma FAS3100 utilizando tres benchmarks diferentes:

  • SPC-1, para evaluar el rendimiento de SAN mediante un benchmark estándar del sector que genera cargas de trabajo típicas de la actividad de una base de datos OLTP
  • SFS97, para evaluar el rendimiento de NAS (protocolo NFS)
  • Exchange Solution Reviewed Program (ESRP) de Microsoft®, para establecer el número de usuarios de Exchange que puede dar cabida el sistema de almacenamiento

Relación precio-rendimiento de SPC-1
En el reciente artículo de Tech OnTap se describía exhaustivamente el benchmark SPC-1 comparando el rendimiento del FAS3040 de la generación anterior con el del sistema EMC CX3 modelo 40. En ese benchmark, el FAS3040 obtuvo 30.985,90 SPC-1 IOPS™ y un coste por IOP de 13,61 dólares en comparación con los 20,72 dólares del modelo de EMC. (Con la tecnología Snapshot activada en ambas plataformas, el coste por IOP favorecía a NetApp aún más, siendo de 14,89 dólares en comparación con los 54,49 dólares del modelo de EMC).

El nuevo FAS3170 ha obtenido 60.515,34 SPC-1 IOPS, lo que prácticamente dobla los resultados publicados para el FAS3040. La relación precio-rendimiento demostrada es de 10,01 dólares/SPC-1 IOPS, una importante mejora respecto a los valores de rendimiento publicados anteriormente.

 

Deduplicación de NetApp

Figura 2) Resultados del benchmark SPC-1 para el FAS3040 y el FAS3170.

Los resultados completos de SPC-1 pueden consultarse en los enlaces siguientes:

SFS97
El rendimiento del FAS3100 también se ha evaluado usando el benchmark SPECsfs97_R1.v3, que está orientada hacia cargas de trabajo de servicio de ficheros y centrada en la comparación entre velocidad (operaciones/segundo) y latencia en NFS versión 3. El FAS3170 también alcanzó mayores cotas en este benchmark, mostrando una mejora aproximada del 60% con respecto a la generación anterior, la serie FAS3070, con una velocidad máxima de 137.306 operaciones/segundo. La latencia medida para todos los puntos de datos también fue extremadamente baja, lográndose un tiempo de respuesta global (ORT) de 0,94 ms en el FAS3170 con un máximo de 2,1 milisegundos en el último punto de datos, en comparación con el ORT de 1,16 ms del FAS3070 con un máximo de 2,9 ms. Resultados de SFS97 para el FAS3070 comparados con los del FAS3170.

Deduplicación de NetApp

Figura 3) Resultados del benchmark SFS97 para el FAS3070 comparados con los del FAS3170.

Rendimiento de Exchange
Muchos clientes utilizan sistemas de almacenamiento de gama media para alojar Microsoft Exchange. El número de usuarios de Exchange admitido por cada sistema de almacenamiento se evaluó según las normas estipuladas por el programa ESRP de Microsoft. Según esta evaluación, el FAS3170 dobló el número de usuarios admitidos con respecto al modelo FAS3070 anterior, pudiéndose escalar hasta más de 50.000 usuarios de Exchange utilizando 188 unidades de disco para satisfacer las normas de velocidad de transferencia y latencia de ESRP. En comparación, el sistema Symmetrix DMX3 de EMC admite unos 84.000 usuarios de Exchange según ESRP, pero utiliza 448 unidades de disco para satisfacer las normas de velocidad de transferencia y latencia de ESRP. Desde el punto de vista de la relación precio-rendimiento, estamos muy satisfechos con los resultados conseguidos por el FAS3170 en el benchmark ESRP. Consulte todos los resultados de NetApp.

Prueba ESRP de Microsoft que muestra el número de usuarios de Exchange admitidos por cada plataforma

Figura 4) Benchmark ESRP de Microsoft que muestra el número de usuarios de Exchange admitidos por cada plataforma.

Conclusión

Optimizar el diseño de sistemas de almacenamiento de gama media es más sutil que diseñar un almacenamiento de gama alta. La implementación del diseño se hace pensando en las necesidades del cliente y, por lo tanto, se ha de buscar un delicado equilibrio entre rendimiento y precio. La nueva serie FAS3100 de NetApp —junto con la serie V3100 para plataformas de almacenamiento antiguas— se ha diseñado para lograr el equilibrio entre rendimiento y precio. Esto queda confirmado por el impresionante rendimiento y relación precio-rendimiento de la plataforma, como demuestran los benchmarks estándar del sector. El FAS3170 dobla el rendimiento del FAS3040 en el benchmark SPC-1 y mejora un 25% la relación precio-rendimiento (10,01 dólares/SPC-1 IOPS frente a 13,61 dólares/SPC-1 IOPS). El rendimiento de esta misma plataforma también es un 40% superior en el benchmark SFS97 y admite el doble de usuarios de Exchange que el FAS3070. Ambos sistemas ya están a la venta.

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Joe Jerebic

Mark Insley
Ingeniero Senior de hardware
NetApp

Mark (a la izquierda) es uno de los principales ingenieros del grupo de plataformas de gama media y responsable de la serie FAS3000. Fue responsable del diseño eléctrico del FAS3020/FAS3050, el FAS3040/FAS3070 y el FAS3140/FAS3170. Antes de trabajar para NetApp, Mark ocupó distintos puestos como diseñador de hardware y software, habiendo trabajado también en el Sun™ SPARCStation-1 original.

 

Lee Stork
Ingeniero Senior
NetApp

La trayectoria profesional de Lee en el campo de la ingeniería del rendimiento empezó hace 15 años, en Tandem Computers, donde se encargó de estudiar los problemas relacionados con procesadores, sistemas operativos y bases de datos. En los últimos tres años, en NetApp, ha trabajado básicamente en las series de plataformas FAS6080, FAS3000 y FAS3100. Es licenciado en ingeniería eléctrica por la Universidad de Nebraska.

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