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利用 All Flash 儲存設備提高資料庫效能
Paul Feresten
資深產品行銷經理
Mike Phelan
EF 系列資深產品行銷經理

不論是高頻率交易或即時風險管理,對於許多資料庫應用程式來說,微秒代表的是得到機會或失去機會。

由於 I/O 完成速度是資料庫效能的關鍵,因此有越來越多企業尋求 All Flash 儲存設備來縮短 I/O 延遲及加快交易效能。

選擇適當的 All Flash 儲存設備,等同於做出大幅縮短處理時間、減輕伺服器硬體需求、降低資料庫授權成本,以及節省大量樓面空間與耗電量的結論。(如需以上論述的詳細資訊,請參閱本期另一篇文章:Flash 以卓越儲存效能滿足不耐久候的當今世界。)

讓資料庫發揮極致效能

近年來,資料庫管理員 (DBA) 審慎規劃及控制資料儲存設備,試圖讓相對緩慢的傳統磁碟盡可能發揮最大效能,他們採用的最佳實務做法包括在快速的鏡射磁碟機上執行繁瑣的記錄檔,以期產出最高效能。此外 DBA 也偏好使用過度配置資源的專屬基礎架構來避免「爭奪資源」等競爭問題與無法預期的回應時間。

All Flash Array 以固態硬碟 (SSD) 取代緩慢的機械式磁碟,這種配置在效能的各個層面均產出令人印象深刻的結果。Flash SSD 的 IOPS 比硬碟機 (HDD) 高出數百倍,同時能將存取延遲從幾毫秒縮減至幾微秒。

儘管如此,架構上的重要差異,使得各式 All Flash Array 在應用於高效能資料庫工作負載時,產生不一致的適用度結果。若要充分發揮以微秒為單位的 Flash 延遲優勢,那麼乾淨、最佳化的資料路徑將是不可或缺的環節。很重要的是,儲存服務必定不能成為快速一致效能的絆腳石。

NetApp EF560

全新 NetApp® EF560® All Flash Array 最適合用來為業務關鍵資料庫提供極致的 All Flash 效能。在絕對且一致的效能要求上,這款新平台能產出相當優異的結果。EF560 在精簡的 2U 尺寸規格內蘊藏高達 650K 的 IOPS 與 800 微秒(或更少)的平均回應時間,這印證了儲存系統設計的重要性。再者,EF560 備受肯定的可靠性與可用度承襲自八個世代的 SANtricity 作業系統開發經驗。

EF560 乃專為滿足高效能 DBA 的最佳實務應用而設計。儲存系統的 CPU 專供快速讀取與寫入活動之用,主機資源則用於壓縮作業。由於程式碼路徑中沒有阻撓處理 I/O 的障礙,因此陣列不僅能在承受負載的情況下達到以微秒為單位的延遲時間,而且到了第 1,001 天仍能維持與第 1 天相同的延遲性,完全不會出現意外激增的延遲。

對於 DBA 來說,因為磁碟一致具備這項特有效能,因此能實現一致且可預期的成果。透過多樣化的內部基準測試(IOPS 與處理量)與 SPC-1 基準測試,我們歸納出 EF560 在效能與性價比等方面的特性,其結果異常卓越。

IOPS 效能

首先,我們來檢視 EF560 對於讀取工作負載的表現,這類測試也是最常出現在 All Flash Array 報告中的數據。在 2U 機架空間內,EF560 能於 800 微秒延遲的情況下,產出每秒 650,000 次的持續 I/O 作業次數。這數據較 EF550 高出 62.5%。如果將效能臨界值設定為 500 微秒,則 EF560 依然可產出 628,000 IOPS。

我們已進一步區分 EF560 IOPS 效能的特性,以期能夠更精準地預測您要執行之工作負載的效能表現。(測試系統為搭載 48 個 SSD 並採用 RAID 5 與 8KB 區塊大小的 EF560。)

表 1) EF560 在各種讀取/寫入工作負載下的 IOPS 效能。

資料來源:2015 年 NetApp 資料

SPC-1 基準測試效能

為了提供額外的佐證,我們發表 EF560 執行Storage Performance Council 之 SPC-1 基準測試的結果,此基準測試能逼真地模擬含有高比例寫入與讀取作業的高效能資料庫需求。(如需詳細資料,請參閱右欄「關於 SPC-1 基準測試」。)在這項嚴格稽核的測試中,EF560 產出 245,011.76 SPC-1 IOPS™,且平均回應時間(簡稱為 ART,於承受 100% 負載的情況下測量)為 0.93 毫秒(即 930 微秒)。如果將 500 微秒視為臨界值,則 EF560 能在回應時間為 0.53 毫秒(530 微秒)的情況下產出 196,008.41 SPC-1 IOPS。一般客戶對於 IOPS 的需求為 80-120K,由此可知 EF560 的能力游刃有餘。

圖 1) EF560 SPC-1 回應時間曲線。

EF560 規格。

資料來源: SPC-1 基準測試 EF560 執行摘要

EF560 產出的 SPC-1 最短回應時間(簡稱為 LRT,於承受 10% 負載的情況下測量)比 SPC-1「前十名」清單 中的所有組態都低,其數據為 0.18 毫秒(180 微秒)。 SPC-1 LRT 代表儲存系統發出回應的最短回應時間。歡迎檢閱

縮短 20 倍的延遲時間並減少 70% 機架空間
高 IOPS 與以微秒為單位的延遲時間會帶來什麼不同?某家全球線上零售商需要一致的低延遲來縮短付款交易時間,以及提高客戶滿意度。由於停機的每分鐘都意味著鉅額營收損失,因此這家零售商也需要非常高的系統可靠性。EF 系列能大幅改善控管採購設定檔與交易的 Oracle 資料庫效能,使得提升後的效能比以往高出 20 倍之多。閱讀成功案例

EF560 SPC-1 執行摘要完整報告

SPC-1 性價比

SPC-1 基準測試的主要用途,在於它能針對每個受測組態提供以 $/SPC-1 IOPS 為基準的性價比數據。EF560 的每 SPC-1 IOPS 價格僅 0.54 美元,在 SPC-1 Price-Performance™ 「前十名」清單中所有受測組態中排名第 2 。如果您細看平均回應時間低於 1 毫秒的結果,則 EF560 是第 1 名陣列。

如需 EF560 SPC-1 結果的深入探討,請閱讀 Dimitris Krekoukias 在 RecoveryMonkey.org 發表的部落格文章

處理量

處理量或頻寬是評估 Flash 陣列效能的另一個重要面向。儘管處理量的討論程度不及 IOPS,不過它是測量陣列讀取或寫入循序(而非隨機)資料之表現的依據。所有資料庫都擁有重要的循序元件(如記錄檔),分析類工作負載與記憶體內資料庫都能從快速串流的資料擷取中獲得巨大效益。

這是 EF560 表現突出的另一個領域。儘管其他 Flash 競爭廠商宣稱擁有 4GB/秒或 8GB/秒的讀取處理能力,不過 EF560 能維持 12GB/秒的讀取處理量與超過 6GB/秒的寫入處理量。

將處理量轉化成商業優勢

分秒必爭的資料擷取效率:某家石油探勘承包商的資訊長想要將鑽油機資料的擷取速度從每分鐘一次加快到每秒一次,亦即提升的幅度高達 60 倍。EF 系列藉由提供更詳細的資料與精細度達每秒鐘的即時分析,輕鬆實現這項目標,協助這家公司制訂更好的決策。

報告能力提升 4 倍:有個不動產分析應用程式會擷取全國的不動產資料,然後將資料重新封裝後提供給銀行、金融及不動產等產業。這家不動產公司需要提升資料庫效能來加快服務速度,而在 EF 系列的協助之下,這家公司現在每天能提供四次鑑價更新資訊(以往每天只能提供一次)。這樣一來,他們不僅能取用較新的資料、縮短房貸的核准時間,還能大幅提高客戶滿意度。閱讀成功案例

EF560 效能增強措施

EF560 採用以下四項效能增強措施:

  1. 速度更快的全新 CPU:EF560 採用最新 2.2GHz 6 核心 Intel Xeon 處理器,幾乎能增加一倍的 IOPS。
  2. 多核心 SANtricity 支援:藉由將工作負載分散到各個核心,我們的最新版 SANtricity 8.20 軟體也充分最佳化。此舉進一步縮短 50% 的回應時間,如同我們在最新基準測試結果中舉證的數據。
  3. 較低延遲的 SSD:隨著我們增加容量及縮短延遲時間,實現業界最低 $/IOP 的同時,我們仍持續善用 SSD 技術業界令人驚訝的改良成效。
  4. 支援最快速的光纖連線:除了提供 8 個 16Gb 光纖通道與 8 個 10Gb iSCSI,EF560 另附有一組適用於 8 個 12Gb SAS 與 4 個 56Gb InfiniBand 的主機連線擴充選項。

EF560 管理功能與可用度增強措施

EF560 管理功能與可用度改良措施包括:

  • 線上磁碟機韌體升級
  • 磁碟機疏散裝置(複製即將故障之磁碟機內的資料)
  • DDP 重要區段重建(稍後有更詳細的討論)

EF560 在 2U 磁碟櫃中裝載雙主動式控制器,可配置最多 120 個 SSD(目前提供 400GB、800GB 及 1.6TB 等容量選擇)。單一陣列的原始容量最高可達 192TB。您可以使用動態磁碟資源池 (DDP) 或 RAID 0、1、5、6 及 10,來設定 Volume 中的 SSD 數量。

圖 2) EF560 規格。

EF560 規格。

資料來源:2015 年 NetApp 資料

選擇資料保護方法

EF560 的目標之一是完整地歸納出效能與作業的特性,使您能夠簡易選擇最符合需求的組態。隨著 DPP 受歡迎的程度激增(35% 的 EF 系列部署環境已在使用),我們也提供何時該選擇 DPP 或其他 RAID 等級的指引。

若要選擇合適的資料保護措施,請先檢視您的需求,然後如圖 2 所示想像各效能區的每項可行保護機制。接著再選擇能提供所需之效能與容量的保護等級。

圖 3) EF560 在使用 RAID5、DDP 及 RAID 10 時的效能。

EF560 規格。

資料來源:2015 年 NetApp 資料

請注意,上圖是以 8KB 區塊大小、75% 讀取與 25% 寫入,以及 0.6 毫秒(600 微秒)延遲上限的工作負載為基準。增加寫入百分比會使各項技術的分格線向下移動。

DBA 的資料庫效能選擇

如果您正要尋求 All Flash Array 來提供快速、一致的效能,那麼架構是不容錯過的細節。EF560 All Flash Array 採用專屬效能架構,最適合用於業務關鍵高效能資料庫。EF560 憑藉將近 100 萬部儲存系統安裝數的輝煌記錄與超越 99.999 的極高可靠性,無疑是重視效能的 DBA 最能信賴的理想首選。

資源

NetApp 資深產品行銷經理 Paul Feresten 和 NetApp 產品經理 Mike Phelan

Paul 於 2005 加入 NetApp行列,目前負責行銷固態技術。他先前曾負責核心 NetApp 軟體,包括 Data ONTAP、安全多重租戶共享及儲存效率。Paul 在產品管理、銷售、行銷及執行管理等方面擁有超過 30 年的資歷。在加入 NetApp 前,Paul 先後任職於 Data General、Digital Equipment Corporation、MSI Consulting 與 SEPATON 等公司。他擁有波士頓大學理學學士學位與百森大學 MBA。

Mike 於 2012 年 4 月加入 NetApp,目前擔任 EF 系列的產品經理。先前還是技術行銷工程師時,Mike 曾測試過 E 系列與 EF 系列等產品的許多先進功能,並以此為題撰寫文章、推廣教育訓練及製作簡報。他從事的工作領域相當廣泛,涵蓋 SSD 快取、動態磁碟資源池及非同步遠端磁碟區鏡射。

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關於 SPC-1 基準測試

Storage Performance Council 的 SPC-1 是一項嚴格稽核的產業標準 SAN 基準測試,其中混合了規模不一的大量隨機 I/O 工作負載來測試儲存設備的效能表現。受測的工作負載同時涵蓋應用程式的查詢與更新作業特性,例如 OLTP 與資料庫工作負載。SPC-1 基準測試比一般小區塊讀取工作負載還嚴苛許多,事實上,約有 60% 的工作負載是寫入,這對 Flash 儲存設備來說是相當嚴峻的挑戰。

DDP 重要區段重建

EF 系列與 E 系列均採用動態磁碟資源池 (DDP) 技術,能將資料、同位元檢查資訊及備用容量平均分配到整個資源池內的磁碟機上,達到簡化設定、消除熱點及充分運用容量的效果。

最新推出的 SANtricity 還在 DDP 中加入重要區段重建功能,如果兩部磁碟機同時故障,則 SANtricity 會自動識別這兩部故障磁碟機上用於資料等量磁碟區的區段,並優先重建這些區段以避免資料暴露在風險中。

 
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