Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme Dell teknik raporu Howard Shoobe, Kurumsal Depolama Teknoloji Uzmanı John Shirley, Ürün Yönetimi Dan Bock, Ürün Yönetimi
İçindekiler Yönetici özeti...3 Dell Compellent Data Progression'ın farkı nedir?...4 SSD'ler: Ne açıdan farklı?...4 Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme'nin özellikleri ve avantajları...6 Flash için optimize edilmiş çözümlerde depolama profilleriyle görevleri otomatikleştirme... 7 Özet...9 Ek bilgiler...10 Tablolar Tablo 1 Kurumsal sınıf SAS SSD sınıflandırmaları...5 Şekiller Şekil 1 Compellent Data Progression ile verileri katmanlama... 7 Şekil 2 Flash İçin Optimize Edilmiş Depolama Profili...8 Bu teknik rapor yalnızca bilgi verme amaçlıdır ve yazım hatalarıyla teknik hatalar içerebilir. İçerik olduğu gibi sağlanır ve açık veya dolaylı herhangi bir garanti içermez. 2013 Dell Inc. Tüm hakları saklıdır. Bu malzemenin, Dell Inc. şirketinin açık yazılı izni olmadan herhangi bir şekilde çoğaltılması kesinlikle yasaktır. Daha fazla bilgi için Dell'e başvurun. Dell, DELL logosu ve DELL işareti, Dell Inc. şirketinin ticari markalarıdır. Bu belgede markalar üzerinde hakkı olan kuruluşlara veya ürünlerine referansta bulunmak üzere diğer ticari markalar ve ticari isimler kullanılabilir. Dell, diğer firmaların markaları ve adlarının mülkiyetiyle ilgili hususlarda sorumluluk kabul etmemektedir. 2
Yönetici özeti Verilerdeki büyüme katlanarak artar ve düşük gecikme süresiyle yüksek I/O performansına duyulan ihtiyaç sürekli artmaya devam ederken, flash depolama daha yüksek I/O performansı sağlayarak ve HDD tabanlı depolama sistemlerinde yaygın olarak karşılaşılan dönme ve arama gecikmelerini ortadan kaldırarak etkileyici sonuçlar ortaya koyuyor. Şimdiye kadar, flash depolamanın maliyeti bu çözümün yalnızca en yüksek öncelikli iş yüklerinde performansı geliştirmek için kullanılmasına neden oldu. Dell Compellent birleşik, üst düzeyde ölçeklenebilir blok ve dosya depolaması, flash depolamanın ekonomisini değiştiriyor ve flash depolamayı daha ulaşılabilir bir fiyat noktasında OLTP sistemleri, veri depolama sistemleri, VDI dağıtımları hatta daha az kritik veri kümeleri gibi daha geniş bir dağıtım grubunun kullanımına açıyor. Daha yüksek kapasiteli, daha düşük maliyetli yoğun okuma özellikli MLC SSD'lerin kullanıma sunulması, tümüyle flash ve karma flash diziler içeren Compellent Flash için optimize edilmiş çözümleri mümkün kıldı. Bu SSD'ler Veri İlerletme geliştirmeleriyle bir araya geldiğinde, artık çok dayanıklı, yüksek performanslı, yoğun yazma özellikli SLC SSD'ler ve yoğun okuma özellikli MLC SSD genelinde verileri katmanlayabiliyor ve mevcut flash maliyeti modelini altüst ediyor. Bu katmanlama inovasyonları GB başına fiyatta dramatik bir düşüşü mümkün kılıyor ve geleneksel döner disk fiyatına etkili bir şekilde flash performansı getiriyor. 1 Dell Compellent Storage Center dizileri, depolama performansını ve kapasiteyi optimize etmek için birkaç yıldır benzersiz bir RAID ve katmanlama yöntemleri uygulamasından (Dell Compellent Data Progression) yararlanıyordu. Daha yüksek performanslı denetleyicilerin ortaya çıkması ve SSD'lerin hızlı şekilde benimsenmesiyle birlikte, Dell, flash sürücüler için optimize edilmiş yeni bir Veri İlerletme düzeyine sahip oldu. Yoğun yazma ve okuma özellikli SSD'ler ve Flash için optimize edilmiş Veri İlerletme, Storage Center dizilerinin diğer depolama çözümlerinin getirdiği maliyetin küçük bir bölümüyle büyük miktarlarda yüksek performanslı katı hal depolama sunmasına olanak sağladı. Bu teknik raporda Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme'yi tanıtmak için Dell'in geçerli Veri İlerletme teknikleri özetleniyor, SSD'lerin üst düzey bir açıklaması yapılıyor ve Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme'nin nasıl uygulandığı açıklanıyor. 1 Temmuz 2013'te Dell tarafından şirket içinde yapılan ve Dell Compellent flash için optimize edilmiş ve dönen disk ABD liste fiyatları analizi temelinde, Dell Compellent tümüyle flash çözümü, bunun yerine alabilecek 15K disk sürücüsü çözümünden daha düşük maliyetlidir. 3
Dell Compellent Data Progression'ın farkı nedir? Dell Compellent Data Progression tümüyle otomatiktir ve depolama katmanıyla tümleştirilmiştir. Katmanlama yazılımı verileri sanallaştırır ve gerçek zamanlı sistem zekası kullanarak çok ayrıntılı bir düzeyde, ilke odaklı profiller temelinde bunları taşır. Data Progression, fiili kullanım ve performans gereksinimleri temelinde verileri kullanıcı müdahalesi olmaksızın otomatik olarak optimum depolama katmanına ve/veya RAID düzeyine geçirir. Data Progression, meta verileri kullanarak bir bloğa yoğun erişim olup olmadığını ve bu erişimin normalde nasıl gerçekleştiğini saptayabilir. Data Progression yoğun olarak kullanılan blokları yüksek performanslı bir diske yerleştirebilir. Blok etkin değilse, Data Progression bunu daha düşük maliyetli, yüksek kapasiteli bir diske geçirebilir. Zaman alıcı ve karmaşık disk havuzu yönetimi gerektiren diğer dizilerden farklı olarak, Data Progression doğru verileri doğru zamanda doğru konuma ve doğru maliyetle yerleştirir. Geleneksel Compellent Data Progression modeli günde bir kez çalıştırılır ve iki öncelikli işlev gerçekleştirir: 1) Yeni oluşturulan salt okunur (yeniden yürütme) veri sayfalarının, verimli alan kullanımı sağlayan bir RAID türüne (normalde RAID 10'dan RAID 5 veya 6'ya) RAID düzeyinde geçişini gerçekleştirir. Bu geçiş verilerin RAID yazma gecikmesi olmadan en hızlı şekilde yazılmasını ve ardından daha verimli alan kullanımı getiren RAID 5 veya 6'ya taşınmasını sağlar. Bu yöntem, eşlik hesaplamalarının getirdiği yazma gecikmesini maskelemek üzere yazma önbelleği kullanılması gereğini en aza indirir. 2) Veri sayfalarını erişim sıklığı temelinde yüksek performanslı ve yüksek kapasiteli disk katmanları arasında taşır. En sık erişilen veriler optimum performanslı disk katmanında ve daha seyrek erişilen veriler de optimum kapasiteli disk katmanında tutulur. Etkin kullanımı olmayan ve yeniden yürütme (anlık görüntü) için tutulan veriler otomatik olarak optimum kapasiteli katmanda depolanır. Bu iki işlevde önerilen profil temel alınmıştır; bununla birlikte, belirli uygulamaların gereksinimlerini karşılamak için başka özel profil ayarları oluşturabilirsiniz. SSD'ler: Ne açıdan farklı? Veri merkezinde flash depolama HDD depolamanın yerine hemen kullanılabilse de, temelde çok farklı performans, maliyet ve veri saklama özelliklerine sahip olan farklı bir ortamdır (manyetik ortam yerine silikon veya elektronik NAND geçitleri). Bu özellikler veri merkezinizdeki uygulama iş yüklerinizin ekonomisini ve çalışmasını etkileyebilir. SSD'nin çekirdek bileşeni NAND flash'tır. İki temel NAND flash türü SLC ve MLC'dir. HDD depolamadaki manyetik ortamdan farklı olarak, flash depolamada yeni verilerin yazılabilmesi veya "programlanabilmesi" için daha önce depolanmış verilerin silinmesi gerekir; bu işlem Program Silme Döngüsü (PE/C) olarak bilinir. NAND için maksimum PE/C sayısı teknolojiye bağlıdır (SLC veya MLC). Normalde bu NAND hücresi başına birkaç bin düzeyindedir ve bu düzeye ulaşıldıktan sonra flash depolamanın performansı ve güvenilirliği garanti edilemez. Flash teknolojisinin bu özelliği, flash sürücü üzerinde gerçekleştirilebilecek yazma işlemlerinin sayısını sınırlamaktadır. 4
SLC NAND'deki her hücre, tek bir bit veri depolayabilir. Bu, SLC sürücülere daha hızlı yazılmasını ve daha yüksek hücre dayanıklılığına ulaşılmasını sağlarken, sürücülerin MLC eşdeğerlerinden daha pahalı olmasına da neden olur. Hücre dayanıklılığı, ortama yeniden yazabilme sayısı (silinme ve programlanma) olarak tanımlanır. Öte yandan MLC NAND, hücre başına birden çok bit depolayabilir. Bunun sonucunda önemli ölçüde yüksek bir bellek yoğunluğu elde edilir ve dolayısıyla maliyet düşer. Bu sonuç daha düşük yazma hızları ve önemli ölçüde düşük hücre dayanıklılığı pahasına elde edilir. Bununla birlikte, MLC NAND yine de olağanüstü bir rastgele yazma performansına sahiptir. Sabit sürücülerde olduğu gibi, SSD'ler normalde iki farklı pazara yönelik olarak geliştirilir ve satılır: kurumsal ve kişisel depolama. Normal olarak kurumsal sınıf SSD'ler, geçici olmayan yazma önbelleği, ciddi miktarda NAND aşırı provizyonu, daha fazla yazma kanalı ve 6 GB çift bağlantı noktalı SAS arabirimi gibi tüketici ürünlerinde bulunmayan özelliklere sahiptir. Veri bütünlüğü, yüksek kullanılabilirlik ve kurumsal sınıf performans için bu özelliklerin hepsi önemlidir. Kurumsal sınıf SAS SSD'ler için Compellent iki sınıflandırma kullanır: yoğun yazma özellikli ve yoğun okuma özellikli. Bu iki sürücü türü arasındaki asıl farklılıklar dayanıklılık belirtimleri, kapasiteleri ve maliyetleridir. Compellent, yoğun yazma özellikli SSD'leri beş yılı aşkın bir süredir kullanmaktadır ve bu sürücülerin dayanıklılık özellikleri sayesinde, depolama dizisinin kullanım ömrü boyunca yıpranma olasılıklarının düşük olduğunu bulmuştur. Bu raporda, yoğun yazma özellikli SSD terimi SLC SSD için ve yoğun okuma özellikli SSD terimi de MLC SSD için kullanılmaktadır. Tablo 1 Kurumsal sınıf SAS SSD sınıflandırmaları SSD sınıflandırması GB başına maliyet Yazma dayanıklılığı Kapasite Yazma performansı Yoğun yazma özellikli $$$$ ++++++++++ ++ ++++++++++++ Yoğun okuma özellikli $ + ++++++ +++ SSD'lerin maliyetinin HDD'lere göre daha hızlı düşüş göstermesiyle, yüksek performanslı depolama için yoğun okuma özellikli SSD'ler kısa süre içinde 15K sabit sürücülerin yerini alabilir. Standart bir dizide yoğun okuma özellikli tek MLC SDD katmanı kullanmanın getirdiği sorunlar, bunların kısa sürede yıpranma olasılığı ve ağır iş yükleri altında yazma performanslarının zarar görmesidir. Compellent'ın tek muhafazada iki tür flash sürücünün dağıtıldığı yenilikçi yaklaşımında, flash SLC SSD'lerle MLC SSD'ler genelinde katmanlanır. Böylelikle, GB başına üstün bir fiyata ulaşmak için bu SSD'lerin öznitelikleri birleştirilerek daha yüksek kapasite ve daha az dayanıklılık ama ciddi düzeyde düşük bir fiyat elde edilir. 2 2 GB başına 5 Doların altında bir fiyatla tümüyle flash çözümü. Haziran 2013 itibarıyla Gartner Inc, CP Storage'dan alınan ABD'nin rekabetçi liste fiyatları. Piyasa fiyatı hesaplanırken tüm rakip sistemler ve Dell Compellent için yaklaşık %50 indirim yapıldığı varsayılmıştır. 5
Dell, Compellent depolama mimarisinde flash kullanımını geliştirmek için aşağıdaki iyileştirmeleri yapmıştır: SSD'lerde sağlanan performansı ve düşük gecikme süresini optimize etmek için Store Center belleniminin temel yönleri yeniden yazılmıştır Yoğun yazma özellikli SSD'lerin dayanıklılığıyla yoğun okuma özellikli SSD'lerin değerinden yararlanmak üzere, Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme oluşturulmuştur Özellikle flash için yönetim ve izleme özellikleri eklenmiştir; örneğin, artık dizidekiher SSD'de yıpranmayı izleyebilirsiniz Flash depolama performansının daha hassas bir görünümünü sağlamak üzere Dell Compellent Enterprise Manager ve Storage Center kullanıcı arabirimlerini milisaniyenin altında bir performans izleme özelliği eklenmiştir Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme'nin özellikleri ve avantajları Hem yoğun yazma özellikli hem de yoğun okuma özellikli SSD'lerden optimum kazanç elde etmek için, Dell özellikle SSD'lerle kullanmak üzere Compellent Veri İlerletme'ye bazı özellikler eklemiştir: İyileştirilmiş Veri İlerletme Çeşitli SSD türlerinin performansını maksimum düzeye çıkaran özellikler Dayanıklılık yönetim özellikleri Flash için uyarlanmış yeni varsayılan depolama profilleri ve sayfa boyutları Yeni izleme ve yönetim özellikleri Geleneksel Veri İlerletme algoritmaları RAID düzeylerini ve veri katmanlamayı optimize etmek üzere günde yalnızca bir kez çalıştırılabilirken, Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme gün boyunca verileri katmanlar arasında taşıma özelliğine sahiptir. Örnek vermek gerekirse, kısa süre önce bir yeniden yürütme işleminde dondurulmuş olan veriler artık salt okunurdur ve depolamanın yoğun okuma özellikli katmanına taşınmak için çok uygun bir adaydır. Bunların tümü, ana bilgisayarı çok az etkileyerek veya hiç etkilemeden arka planda işlenir. 6
Şekil 1 Compellent Data Progression ile verileri katmanlama Flash için optimize edilmiş çözümlerde depolama profilleriyle görevleri otomatikleştirme Compellent'ın özelliklerinden biri olan depolama profili, daha önce manuel olarak yapılan görevleri otomatikleştirir. Depolama yöneticisi yeni birim oluşturabilir ve verilerin düzgün yerleştirildiğinden emin olmak için bu birime bazı öznitelikler uygulayabilir. Örneğin, bir birimi yüksek öncelikli olarak belirleyip yüksek performanslı depolamaya yerleştirebilir ve bu arada da verilerin etkinlik düzeyine bağlı olarak onu yüksek performanslı depolamada tutma veya optimum maliyetli depolamaya geçirme seçeneğini belirtebilirsiniz. Alternatif olarak, yedeklemeler için verileri doğrudan optimum maliyetli depolama olan Katman 3'e yerleştirmek üzere tasarlanmış bir profil seçebilirsiniz. Storage Center 6.4'te verileri en uygun sürücü türlerine yerleştirmek üzere iki yeni profil eklenmiştir: Flash İçin Optimize Edilmiş ve optimum maliyetli veya Düşük Öncelikli (Katman 3) depolama profilleri. Flash İçin Optimize Edilmiş depolama profili tüm yazma işlemlerini yüksek performanslı RAID 10 Katman 1 depolamasına (flash) yönlendirir. Talebe bağlı Veri İlerletme, yeniden yürütme veya yoğun okuma özellikli verileri otomatik olarak RAID 5'e dönüştürür ve bunları olağanüstü okuma özelliklerine sahip Katman 2 yoğun okuma özellikli flash depolamaya yerleştirir. Optimum maliyetli depolama profili, yöneticinin yedekleme, arşivleme gibi optimum maliyetli uygulamalar ve düşük öncelikli uygulamalar için bir birim oluşturmasına olanak tanır. Flash İçin Optimize Edilmiş depolama profili, hem yoğun okuma hem de yoğun yazma özellikli SSD'ler içeren bir muhafaza için en verimli depolamadır. Flash İçin Optimize Edilmiş profili, tüm yazma işlemlerinin yoğun yazma özellikli Katman 1 sürücülerde yapılmasını ve okuma işlemlerinin de yoğun okuma özellikli Katman 2 sürücülere yönlendirilmesini güvence altına alır. Katman 1'in kapasitesi %95 doluluğa ulaşırsa, Storage Center bir alan yönetim yeniden yürütmesi oluşturur ve Katman 1'de alan boşaltmak için bunu hemen Katman 2'ye taşır. 7
Flash İçin Optimize Edilmiş disk klasörü ve depolama profili varsayılan sayfa boyutu, flash için optimize edilmiş çözümde optimum performans için otomatik olarak 512 KB'a ayarlanır. Standart türde disk klasörünün varsayılan sayfa boyutu 2 MB olarak kalır. Şekil 2 Flash İçin Optimize Edilmiş Depolama Profili Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme, bir dizi ortamı barındıracak şekilde tasarlanmıştır: Hem yoğun okuma hem de yoğun yazma özellikli SSD'ler içeren tümüyle flash diziler SSD'ler (yoğun okuma ve yoğun yazma özellikli) ve dönen diskler içeren karma diziler Yalnızca geleneksel yoğun yazma özellikli SSD'ler içeren, dönen diskleri olan veya olmayan diziler Bu ortamların her birinde, yazma verileri RAID 10'da yoğun yazma özellikli SSD katmanına yönlendirilir. Bu, mümkün olan en düşük gecikmeli yazma işlemleri sağlamaya yönelik, geleneksel Veri İlerletme modeline uygundur. Her yeniden yürütme alındığında, Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme dondurulmuş yeniden yürütme sayfalarının RAID 10'dan RAID 5'e RAID düzeyi geçişini yapar ve sonra da dondurulmuş RAID 5 sayfalarını yoğun yazma özellikli SSD katmanından yoğun okuma özellikli SSD katmanına taşır. Yoğun yazma özellikli katmanda RAID 10 yazma işlemlerine yeterli yazma kapasitesinin sağlandığından emin olmak için, Compellent dizisi bu katmanda boş alan yüzde 5'in altına her düştüğünde bir alan yönetimi yeniden yürütmesi alır. Flash için optimize edilmiş çözüm, optimum performanslı iş yükünü hedefler. Flash için optimize edilmiş çözümün yoğun yazma ve yoğun okuma özellikli SSD'lerin karma olarak kullanıldığı, tümüyle flash depolamadan oluştuğu durumlarda, dondurulmuş salt okunur veri sayfaları yoğun yazma özellikli SSD'den yoğun okuma özellikli SSD'ye taşınır. Bu yöntemle, Storage Center okuma özellikli SSD'nin getirdiği optimum okuma performansı ve uygun maliyet sağlarken, yıpranma dezavantajlarını da azaltır. Flash için optimize edilmiş çözümde, 2 MB olan varsayılan sayfa boyutu otomatik olarak 512 KB'a değiştirilir. Bu daha küçük sayfalar, yoğun okuma özellikli katmanlarla yoğun yazma özellikli katmanlar arasındaki katmanlama için bant genişliğinin azaltılmasını sağlar. 8
SSD'ler (yoğun yazma ve yoğun okuma özellikli) ve dönen disklerden oluşturulmuş karma flash çözümü, daha geleneksel bir kullanım örneğinde hem önemli ölçüde iyileştirilmiş performans getirir hem de maliyete daha fazla önem verilen fiyat hedeflerinin tutturulmasını sağlar. Tümüyle flash çözümlerde olduğu gibi, Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme her yeniden yürütmede yoğun yazma özellikli SSD'lerden yoğun okuma özellikli SSD'lere RAID düzeyi geçişi ve veri geçişi gerçekleştirir. Geleneksel Veri İlerletme, verileri SSD katmanıyla dönen disk arasında katmanlamak için günde bir kez çalıştırılır. Karma dizinin daha geleneksel konumlandırmasına uygun olarak, aynı tümüyle flash dizilerde olduğu gibi varsayılan sayfa boyutu 512 KB olarak değiştirilir. Bu da hem SSD'ler hem de dönen ortamlar için en iyi optimizasyona olanak tanır. Yoğun yazma özellikli SLC SSD'lerden ve dönen disklerden yararlanan bir diziye sahip müşteriler için, Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme yoğun yazma özellikli SSD'de en iyi performans ve alan kullanımı birleşimini sağlar. Diğer senaryoların her ikisinde de olduğu gibi, her yeniden yürütmeden sonra veri sayfaları RAID 10'a yazılır ve RAID 5 Katman 1'e geçirilir. Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme, Katman 1 RAID 10'un yeni gelen yazma işlemleri için boş tutulmasına yardımcı olur ve dizilerde daha az SSD'yle yüksek performansın daha tutarlı bir şekilde sürdürülmesini sağlar. Karma dizilerde olduğu gibi, Veri İlerletme verilerin SSD katmanıyla dönen ortam katmanları arasında geçişini sağlamak için günde bir kez çalıştırılır. Özet Rakip diziler giderek daha büyük önbellek havuzları kullanıp arka uç dar boğazlarını maskelerken, Dell endüstri lideri Veri İlerletme teknolojisini geliştirmeye devam ediyor. Yeni Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme algoritmaları, hem büyük önbelleğin hem de akıllı katmanlamanın en iyi özelliklerinin bir birleşimini sunuyor. Flash İçin Optimize Edilmiş Veri İlerletme'nin kullanıldığı bir flash havuzu terabaytlarca yüksek performanslı SSD sağladığından, rekabet üstünlüğüne sahip maliyet yapılarında yoğun okuma özellikli SSD'lerden ve akıllı veri katmanlamadan yararlanıyor. Gelişmiş I/O ve düşük gecikme süresiyle, kurumsal uygulamalarda performansı iyileştirin. Dell Compellent Flash İçin Optimize Edilmiş çözümlerin eşsiz veri katmanlama yöntemi, ortamınızda yer alan daha çok uygulamaya yüksek hızlı SSD performansı getirmenizi sağlarken, flash için optimize edilmiş diğer çözümlere göre maliyetlerinizi önemli ölçüde düşürmenize de yardımcı oluyor. 9
Ek bilgiler Dellstorage.com/Compellent Dell.com/Compellent Storage Switzerland Laboratuvar Doğrulaması: Karma Tümüyle Flash Dizi Daha Güvenli Yüksek Performans Sağlıyor Dell Compellent Flash için optimize edilmiş çözümlerle depolamanın ekonomisini değiştirme çözüm özeti Compellent Flash için optimize edilmiş çözümlerle yeni depolama ekonomileri teknik raporu Dell Compellent Flash İçin Optimize Edilmiş Çözümler özellikler sayfası Dell Compellent SC200 ve SC220 Muhafazaları özellikler sayfası Dell Compellent SC280 Yoğun Muhafazası özellikler sayfası Dell Compellent Ürün Ailesi Compellent ile Verimli Depolama Birleştirme çözüm özeti Flash Depolamayı Benimseme yönetici özeti Doğru veriler doğru maliyetle, doğru zamanda doğru konumda. 10