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Le cluster FAS6200 offre des performances exceptionnelles d'E/S de niveau bloc avec une latence faible
Dimitris Krekoukias
Ingénieur système

NetApp® Data ONTAP® 8 Cluster-Mode est la seule plateforme de stockage évolutive unifiée du marché, capable de prendre en charge les protocoles NAS et SAN au sein du même cluster. Cette édition de Tech OnTap® propose également un autre article qui s'attelle à détailler une étude de cas sur le déploiement de la version Cluster-Mode par un fournisseur de services clouds en plein essor. De précédents articles Tech OnTap ont présenté les fonctionnalités de la version Cluster-Mode, ainsi que ses performances et son évolutivité démontrées dans le cadre du banc d'essai SPECsfs NFS. Un cluster composé de 24 systèmes FAS6240 a réalisé plus de 1,5 million d'opérations SPECsfs2008_nfs.v3 par seconde avec une latence faible.

Les performances impressionnantes en matière de service de fichiers de la plateforme Cluster-Mode ont évidemment attisé la curiosité des utilisateurs quant aux performances escomptées dans le cas de charges de travail de niveau bloc. NetApp a récemment publié un banc d'essai SPC-1, dans lequel un cluster FAS6240 de six nœuds a pu effectuer plus de 250 000 IOPS™ SPC-1 (le cluster reprenait quelques composants identiques à ceux utilisés dans le cadre de nos tests SPECsfs). En associant un nombre important d'IOPS et une latence faible, nous avons pu atteindre les meilleurs résultats SPC-1 pour un système de stockage d'entreprise sur disque.

Présentation de l'architecture de PeakColo.

Figure 1) IOPS SPC-1 pour un cluster NetApp FAS6240 à six nœuds.

Dans cet article, je me pencherai sur le banc d'essai SPC-1 et notamment sur l'importance de la latence. J'analyserai ensuite plus en détail les résultats de NetApp et de ses concurrents, et j'évoquerai les différences entre les systèmes de stockage Flash et ceux basés sur disque.

Banc d'essai SPC-1

L'organisation Storage Performance Council (SPC) rassemble des fournisseurs de systèmes de stockage, des intégrateurs et des établissements universitaires dans le but de définir, standardiser et promouvoir des bancs d'essai sur le stockage. Le banc d'essai SPC-1 de Storage Performance Council est une analyse complexe et auditée du niveau bloc qui répond aux normes du secteur. Il s'intéresse aux sous-systèmes de disques mêlant différents types d'E/S : écriture, écrasement, écriture après lecture, lecture après écriture, zones réactives et opérations aléatoires et séquentielles. Au total, les écritures représentent près de 60 % des charges de travail, ce qui constitue un défi de taille pour les systèmes de stockage. Les E/S affichent des tailles très diverses.

SPC-1 est certainement le meilleur banc d'essai disponible pour comprendre à quel point les bases de données exercent une pression considérable sur les systèmes de stockage. Lors de la phase d'élaboration du banc d'essai, SPC s'est penché sur la manière dont les diverses applications accédaient au système de stockage. L'organisation a ensuite modelé la charge de travail en fonction des résultats obtenus. Les opérations très variées étudiées sont représentatives d'une vaste gamme d'applications, soit environ la moitié de toutes les applications commerciales disponibles.

Les types d'accès identifiés dans SPC-1 donnent lieu à des zones réactives qui représentent une proportion non négligeable de la charge de travail globale. De telles zones réactives peuvent être partiellement mises en cache (si le cache est suffisamment grand) ou stockées sur des disques SSD si le système testé est doté d'un système de hiérarchisation automatique du stockage (AST) suffisamment granulaire et intelligent.

Bien qu'aucun banc d'essai ne soit absolument parfait, SPC-1 est probablement le meilleur banc d'essai standardisé en termes d'évaluation des performances des E/S de niveau bloc aléatoires et en termes de comparaison des résultats de différents fournisseurs. Si un système de stockage obtient de bons résultats dans le banc d'essai SPC-1, il fera généralement preuve d'excellentes performances dans le cas de charges de travail sensibles à la latence et évoluant dynamiquement (les bases de données en général et OLTP en particulier, de même que la messagerie et la virtualisation). Vous pouvez également lire l'intégralité des spécifications si vous souhaitez assouvir votre curiosité débordante.

Le banc d'essai SPC-1 ne s'intéresse pas du tout au débit : vous ne trouverez pas d'indications quant au nombre maximum de Go/s.

Interprétation des résultats du banc d'essai

Interpréter les résultats des bancs d'essai est une tâche complexe. Un seul chiffre sur les IOPS ne sera pas révélateur de la situation globale. Vous devez analyser un certain nombre d'aspects quand vous étudiez un rapport SPC-1.

Durabilité. Tous les bancs d'essai SPC-1 exécutent un test de durabilité qui s'étend sur huit heures au minimum. Recherchez les IOPS constamment élevées et durables. Les performances ne doivent pas décliner pendant cette période de temps. En outre, plus le test de durabilité est long, plus les résultats sont représentatifs.

IOPS/disque. Cette valeur indique la manière dont le système de stockage exploite efficacement le matériel sous-jacent : 500 IOPS/disque sont deux fois plus efficaces que 250 IOPS/disque. Si le système de stockage est capable d'utiliser les disques plus efficacement, vous aurez besoin d'un nombre plus limité de disques pour atteindre un niveau donné de performances, ce qui se traduit par une baisse des coûts et un encombrement physique moindre.

Temps de réponse (latence). Le temps de réponse dans le banc d'essai SPC-1 mesure le temps nécessaire à une transaction d'E/S standard du point de vue de l'application. Plus le temps de réponse est court (plus vous obtenez une réponse rapidement), mieux c'est. Il est possible (mais non souhaitable) d'avoir un nombre important d'IOPS et un temps de réponse élevé. Dans le cas de transactions concernant les bases de données, le temps de réponse maximal pour atteindre de bonnes performances en termes de lectures s'élève à 10 millisecondes (au-delà de 20 millisecondes, certains fournisseurs tels que Microsoft estiment la base de données « défaillante »). Les écritures, quant à elles, doivent être réalisées bien plus rapidement et les écritures dans les journaux doivent être quasiment instantanées.

Voici certains aspects qui ont poussé NetApp à viser de bons résultats à faible latence. Pour en savoir plus sur les IOPS et la latence, consultez mon récent bulletin de blog.

Coût par opération. Cette valeur indique la somme que vous devez dépenser pour chaque opération. Il s'agit pour l'essentiel du prix total du système divisé par le nombre d'IOPS SPC-1 réalisées. Toutefois, sachez que certains fournisseurs se basent sur des prix remisés, alors que d'autres prennent en compte le tarif standard, ce qui peut fausser les résultats.

Protection RAID. Quel type de protection RAID a été utilisé lors du test ? La plupart des résultats SPC-1 utilise la mise en miroir (RAID 10 ou RAID 1+O) pour éliminer les frais de parité. Dans le monde réel, cela signifie que vous dépenserez considérablement plus pour l'achat de disques que vous ne le feriez pour atteindre une capacité utile similaire avec une protection RAID à simple ou double parité.

Matériel requis. La configuration matérielle est-elle complexe ? Quels types de disques ont été utilisés ? Est-ce un système que vous êtes susceptible de déployer réellement, ou est-ce un système conçu pour atteindre de bons résultats dans le cadre du banc d'essai ?

Résultats de NetApp SPC-1

Les résultats de NetApp SPC-1 sont présentés en Figure 1 ci-dessus. Nous avons utilisé un cluster FAS6240 de 6 nœuds (3 paires haute disponibilité), disposant chacun d'un module Flash Cache de 512 Go (configuration standard pour FAS6240) et d'un total de 432 disques (disques SAS de 450 Go, 15 000 tr/min, 72 par contrôleur).

Flash Cache est un composant de NetApp Virtual Storage Tier (VST) ; les données fortement sollicitées sont automatiquement lues via Flash. Étant donné qu'un seul contrôleur FAS6240 peut prendre en charge jusqu'à 3 To de Flash Cache, limiter chaque nœud de cluster à une seule carte de 512 Go (fournie d'office avec le système) peut paraître insignifiant, comparé à ce qui pourrait être déployé au sein d'une configuration classique de data center.

De même, l'utilisation de seulement 72 disques par contrôleur tend à être minimaliste quand on sait qu'un seul contrôleur FAS6240 peut en accepter jusqu'à 1440. Enfin, les disques employés étaient des disques SAS de 450 Go à 15 000 tr/min. Il convient par ailleurs de souligner que la technologie RAID-DP, qui correspond à l'implémentation RAID 6 à double parité de NetApp, a été utilisée dans l'ensemble des tests. Cette configuration est cohérente avec les habitudes des consommateurs (RAID-DP est utilisé par défaut chez NetApp). Le Tableau 1 récapitule les résultats du banc d'essai concernant les mesures décrites plus haut.

Tableau 1) Performances de NetApp par rapport aux principales mesures SPC-1.

Cluster NetApp FAS6240 à 6 nœuds
IOPS SPC-1250 039,67
IOPS SPC-1/disque579
Temps de réponse (latence)3,35 ms
Coût par opération6,69 USD (prix standard)
Protection RAIDRAID-DP (RAID 6 double parité)
Nombre total de disques442
Contrôleurs6

De plus, nous n'avons constaté aucune dégradation des performances au fil du temps lorsque nous avons testé la durabilité ou la reproductibilité. Comme vous le verrez dans la prochaine section, ces résultats sont très bons, notamment en termes d'IOPS en cas de temps de réponse faible (latence).

Comparaison avec les résultats SPC-1 d'autres entreprises leaders

Nous avons analysé les principaux résultats SPC-1 des systèmes de stockage sur disque en fonction d'un temps de réponse plafonné à environ 3 millisecondes. Il s'avère que NetApp se classe parmi les meilleurs systèmes sur disque en cas de faible latence des IOPS. NetApp peut atteindre des performances proches de celles de Flash avec une configuration reposant majoritairement sur des disques durs.

Le temps de réponse maximal de 3 millisecondes coïncide avec les besoins des bases de données à faible latence, telles que celles utilisées par les entreprises du domaine financier. Pour une grande majorité de charges de travail des bases de données, des latences très faibles pour les E/S améliorent considérablement le fonctionnement des bases de données.

Vous trouverez une analyse plus exhaustive commentée dans mon récent bulletin de blog portant sur ces résultats.

Nous avons comparé les systèmes de stockage suivants (les liens ci-dessous vous dirigent vers le banc d'essai SPC-1 complet concernant chaque système de stockage) :

Tableau 2) Comparaison du cluster NetApp à d'autres résultats SPC-1 majeurs.

 Cluster FAS6240HDS VSPHuawei S8100IBM SVC+V7000IBM SVC+DS8000HP 3Par
IOPS SPC-1250 039,67269 506,69300 062,04520 043,99380 489,30450 212,66
Temps de réponse (ms)3,35 ms5,85 ms7,08 ms7,39 ms7,64 ms13,67 ms
Tarif standard (USD)1 672 602 USD4 934 872 USD2 311 568 USD5 846 630 USD13 672 255 USD5 885 148 USD
USD/OP6,6918,317,7011,2435,9313,07
IOPS (~3 ms)*250 039,67
(3,35)
242 567,41
(3,23)
150 000,17
(3,60)
259 998,37
(2,71)
190 253,20
(2,96)
225 079,30
(3,29)
Nb de contrôleurs68168+326+48
Nb de disques43211521152192020481920
IOPS/disque579234260271186234
Type de RAIDRAID-DPRAID 10RAID 10RAID 10RAID 10RAID 10

*Nous avons obtenu ces chiffres en situant le point de données de chaque résultat le plus proche possible d'un temps de réponse de 3 ms et en relevant les IOPS à ce stade (le temps de réponse exact est indiqué pour chaque point de données).

IOPS SPC-1, IOPS/disque et coût/opération

Le Tableau 2 compare divers aspects des résultats SPC-1 obtenus par six systèmes. Il faut admettre que certains systèmes atteignent un nombre plus élevé d'IOPS SPC-1 brutes (première ligne) que le cluster NetApp FAS6240. Toutefois, NetApp est à même d'offrir plus de deux fois plus d'IOPS/disque que les autres fournisseurs et présente le meilleur rapport coût/opération en prenant en compte le tarif standard. Nous avons standardisé la tarification au sein du tableau pour refléter le tarif standard pour toutes les configurations (certains fournisseurs indiquent des prix remisés dans leurs envois à SPC, ce qui empêche toute comparaison sans standardisation).

IOPS à faible latence

Lorsque vous comparez les performances maximales de tous les systèmes à une latence de 3 ms (en gras dans le tableau), seul un système, IBM SVC avec V7000, surpasse le système NetApp, et ce de 4 % seulement. Ce système coûte 3,5 fois plus cher que le cluster NetApp (tarif standard) et s'avère bien plus complexe. En effet, il est composé de 8 moteurs de virtualisation SVC, de 16 systèmes V7000 (chacun comptant 2 contrôleurs SVC et 2 contrôleurs RAID) et de 1920 disques de 146 Go à 15 000 tr/min (ce n'est pas certainement pas un disque que vous achèteriez de nos jours). Ce système implique énormément de configuration, de gestion et d'alimentation comparé au cluster NetApp doté de 6 contrôleurs avec 432 disques.

Complexité du système

Le cluster NetApp FAS6240 est capable d'atteindre de bons résultats en exploitant moins de matériel et un nombre réduit de disques par rapport aux autres systèmes de stockage présentés ici. C'est également la seule baie de stockage testée avec la technologie RAID à double parité, toutes les autres utilisant la mise en miroir. Les avantages sont les suivants : gestion plus simple et moins fastidieuse, coûts énergétiques plus faibles et configuration bien plus réaliste.

Qu'en est-il de Flash ?

Même s'il existe des résultats SPC-1 pour des systèmes totalement basés sur DRAM et Flash qui atteignent un nombre élevé d'IOPS avec des temps de réponse très bas, ces systèmes n'offrent jusqu'à présent ni les fonctionnalités ni la capacité que recherchent les entreprises pour ces IOPS. Si vous avez besoin d'un nombre très important d'IOPS avec une capacité très faible, les solutions intégralement Flash ou DRAM valent certainement la peine d'être étudiées, mais il conviendra de faire des compromis.

NetApp propose également des solutions totalement Flash. Toutefois, dans un futur proche, le marché restera fermement attaché aux systèmes de stockage sur disque ou combinant des disques et la technologie Flash, dès lors que les besoins en capacité excèdent plusieurs dizaines de téraoctets. Le Tableau 3 met en évidence la différence de coût en se reposant sur un calcul grossier du coût approximatif par To de capacité brute.

Tableau 3) Coût selon la capacité : baies DRAM et Flash opposées au cluster NetApp.

 Cluster NetApp FAS6240Kaminario K2-DTMS RAMSAN-630
Capacité brute 193 To3,4 To14 To
Prix 1 672 602 USD490 760 USD419 292 USD
Prix/To8 666 USD140 217 USD29 949 USD

Conclusion

NetApp exploite ce résultat SPC-1 pour prouver que Data ONTAP 8 Cluster-Mode offre des performances exceptionnelles pour les charges de travail SAN et NAS. La solution Cluster-Mode présente les avantages suivants :

  • Latence faible (temps de réponse) associée à des performances élevées
  • Clusters unifiés et évolutifs dynamiquement pour FC, iSCSI, NFS et CIFS
  • Excellent rapport prix/performances
  • Continuité de l'activité, par exemple lors des transferts de données entre des nœuds du cluster (y compris CIFS, ce qui est pratiquement impossible en temps normal)
  • Jeu complet de fonctionnalités Data ONTAP, dont optimisation de l'écriture, reconnaissance des applications, copies Snapshot™, déduplication, compression, réplication, provisionnement fin, Virtual Storage Tiering et bien plus encore
  • Possibilité d'utiliser le même matériel pour Cluster-Mode et 7-Mode, dont les plateformes V-Series qui virtualisent les baies de stockage des autres fournisseurs
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Par Dimitris Krekoukias, Ingénieur système

Dimitris Krekoukias affiche une expérience de plus de 17 ans dans le secteur informatique et maîtrise aussi bien le stockage, les sauvegardes et restaurations à grande échelle et la virtualisation, que les systèmes en parallèle et l'informatique hautes performances. Depuis qu'il a rejoint l'équipe NetApp il y a 3 ans, il œuvre en qualité d'expert dans le domaine des performances et de la concurrence. Il publie régulièrement des bulletins de blog sur les performances et sur d'autres sujets à cette adresse www.recoverymonkey.org.

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