Производительность RAID-массивов

Делая аудит производительности систем на базе 1С, мы очень часто сталкиваемся со значительными проблемами в дисковой системе, вызванными неправильной ее архитектурой. Поэтому мы решили создать специальный RAID-калькулятор, который позволяет просчитать потенциальную производительность дисковой подсистемы и облегчить процесс ее проектирования. Конечно же, кроме дисковой подсистемы важно правильно подобрать и другие компоненты серверной платформы, процесс подбора которых хорошо описан в статье Проектирование сервера 1С.

Реализация дисковых подсистем может быть довольно разнообразная: могут использоваться локальные диски, подключенные к встроенному контроллеру, или использоваться внешний контроллер, а также могут использоваться системы SAN (СХД, Storage). Но во всех способах реализации диски объединяются в логические пулы, которые называются RAID-массивами. Такое объединение решает в основном вопрос сохранности данных, т.е. в случае выхода из строя одного из дисков логического массива – он продолжает работать без остановки сервиса, а главное без потери данных. А также объединение дисков в пул может решать вопрос производительности пула, например, RAID 0 значительно увеличивает скорость чтения, но при этом увеличивает вероятность выхода из строя массива.

Итак, RAID – это технология виртуализации данных, которая объединяет несколько дисков в логический элемент для повышения отказоустойчивости и повышения производительности.

IOPS

Важным показателем производительности дисковой подсистемы является количество элементарных операций в единицу времени (IOPS), которые может выполнить диск. Для дисковой подсистемы это операции чтения и записи данных. При планировании нагрузки для дисковой подсистемы важно представлять, какую нагрузку будет давать тот или иной сервис на дисковую подсистему. Обычно такие значения выводятся эмпирическим путем согласно уже полученного опыта на подобных проектах.

Поэтому рассчитывая количество дисков и тип RAID-массива, важно обращать внимание на нагрузку по IOPS. Важно заметить, что считается общее количество IOPS, которые потом нужно разделить на операции чтения и операции записи, так, например, на СУБД серверах разделение будет 80% на запись и 20% на чтение, а на файловых серверах наоборот 70% чтения и 30% записи, но все зависит от сервиса, который будет размещаться. Также стоит заметить, что значение IOPS для каждого диска, приведенные ниже в Таблице 1, приблизительные, поскольку разные операции дают разную нагрузку, например, последовательная запись блоками данных по 4к даст значительно больший показатель IOPS, чем случайное чтение блоками по 128К. Кроме того, производительность дисковой подсистемы измеряется не только количеством IOPS, но и очередью диска, откликом и другими счетчиками, о которых мы расскажем чуть ниже.

Таблица 1. Примерное значение IOPS в разрезе дисков

Также в расчете IOPS для RAID-массивов использовались пенальти для каждого типа массива. Например, в RAID 1 для записи данных происходит две операции на один диск и на второй диск, поэтому такой массив имеет пенальти 2. В RAID 5 для записи данных происходит 4 операции: чтение данных, чтение четности RAID, запись данных, запись четности, поэтому пенальти составляет 4. Для массивов 50, 60, 61 рассчитывался кумулятивный эффект для составляющих RAID массивов. Значение пенальти Raid приведены в Таблице 2.

Виды RAID-массивов

Существует несколько распространенных разновидностей RAID Массивов (см. Таблицу 2).

	Диаграмма (кликабельно)	Кол-во дисков	Кол-во вышедших из строя дисков	Скорость записи	Скорость чтения	Описание	RAID пенальти
RAID 0		от 2	Нет			Информация разбивается на блоки данных фиксированной длины и записывается на оба/несколько дисков поочередно.	1
RAID 1		от 2	1	Не меняется по сравнению с использованием одного диска.		Данные пишутся и на один диск, и на второй (зеркалируются).	2
RAID 5		от 3	1			Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива.	4
RAID 6		от 4	2			Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, но контрольных суммы две.	6
RAID 10		от 4	от 1 до N/2 дисков в пределах разных зеркал.			Зеркалированный массив, данные в котором записываются последовательно на несколько дисков, как в RAID 0. Эта архитектура представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого вместо отдельных дисков являются массивы RAID 1.	2
RAID 50		от 6	от 1 до 2 дисков, если выйдет одинаковое количество дисков в разных страйпах.			Массив, данные в котором записываются последовательно на несколько дисков, как в RAID 0. Однако сегментами его вместо отдельных дисков являются массивы RAID 5.	4

Таблица 2. Наиболее распространенные типы RAID-массивов

RAID 60 и 61 являются комбинированием RAID-массивов 0 и 1 соответственно, сегментами которого вместо отдельных дисков являются массивы RAID 6. Такие массивы наследуют все преимущества и недостатки составляющих их RAID-массивов. На практике наиболее распространенными RAID-массивами являются RAID 1, RAID 5 и RAID 10.

Показатели производительности дисковой подсистемы

Проверка производительности дисковой подсистемы должна проводиться на основе следующих показателей:

% Активности диска

Показывает процент общей загруженности диска. Представляет из себя сумму значений счетчиков – процент активности диска при чтении и процент активности диска при записи. При использовании RAID-массивов часто можно увидеть значения этого счетчика больше 100%.

% Бездействия диска

Показывает время простоя диска, т.е. время, в течении которого диск оставался в состоянии покоя, не обрабатывая операции чтения записи. В отличии от предыдущего показателя лежит строго в диапазоне от 100% (полный покой) до 0% (полная загрузка).

Обращений к диску

Этот показатель как раз и показывает количество IOPS. Предельные значения как раз и указаны в расчетах. Показатель можно детализировать на обращения к диску при записи и при чтении.

Среднее время обращения к диску

Среднее время в секундах, требуемое для выполнения диском одной операции чтения или записи. Складывается из значений времени на обращение при чтении и времени на обращение при записи.

Средняя длина очереди диска

Средняя длина очереди диска отображает количество операций диска, поставленное в очередь за определенный интервал времени. Это значение рассчитывается на основе закона Литтла, согласно которому количество запросов, ожидающих обработки, в среднем равняется частоте поступления запросов, умноженной на время обработки запроса.

Текущая длина очереди диска

Показывает количество операций с диском, которые ожидают обработки на текущий момент времени.

Скорость обмена с диском

Значение, которое показывает среднее количество байт на чтение/запись, отправленных на диск за одну секунду.

Средний размер одного обмена с диском

Количество байт, передаваемое за одну IOPS. Определяется как среднеарифметическое за период времени.

Расщеплений ввода/вывода на диск

Частота разбиения операций записи/чтения на несколько операций. В случае большой фрагментации диска будут запрашиваться большие блоки и вызывать увеличение показателя.

Таким образом, для правильной архитектуры дисковой подсистемы важно сформировать требования к отказоустойчивости массива, которые зависят от важности размещенной на дисках информации, а также спрогнозировать приблизительную нагрузку в IOPS для формирования надежной и производительной масштабируемой системы.

Сервисы на базе платформы 1С при работе с диском генерируют значительно большее количество операций записи, чем чтения, поэтому для максимального быстродействия дисковая подсистема должна иметь наибольшее количество IOPS и наименьшее значение пенальти для RAID-массива.

Мы в своей работе рекомендуем использовать следующие RAID массивы:

• RAID 1 для формирования дисковой подсистемы для ОС.
• RAID 10 для хранения 1С баз и данных, требования к скорости записи у которых высокие.
• RAID 5 для хранения файловых данных.