Nowa piramida pamięci masowej

Rosnące możliwości obliczeniowe serwerów sprawiają, że konieczne staje się zwiększanie wydajności operacji wejścia-wyjścia pamięci masowej. Miniony rok na rynku serwerów i pamięci masowych obfitował w dużą liczbę premier produktów z technologią SSD (Solid State Disk), która właśnie zapewnia zwiększoną wydajność.

Wąskie gardło

Postęp związany z nieustannie zwiększającymi się możliwościami obliczeniowymi komputerów doskonale oddaje podstawowe prawo informatyki, jakim jest "Prawo Moore’a". Sercami serwerów stają się coraz wyżej taktowane i coraz bardziej wielordzeniowe procesory. Ich układy krwionośne - szyny wewnętrzne serwerów oraz interfejsy sieciowe - również oferują coraz większą przepustowość dla przepływających bitów.

Jednak na ścieżce danych od serwera do pamięci masowej istnieje jeden, jakże kluczowy element, którego tempo wzrostu wydajności jest w zasadzie niezmienne od kilkunastu lat. Oczywiście, chodzi o dysk twardy, którego pojemność, owszem podwaja się, ale liczba oferowanych operacji wejścia/wyjścia (IOPS) już niekoniecznie i pozostaje od pewnego czasu na mniej więcej tym samym poziomie. Na przeszkodzie staje mechanika dysku twardego i wynikający z jej działania czas dostępu do danych. Ten ostatni zależy w głównej mierze od dwóch czynników charakteryzujących każdy dysk twardy: czasu wyszukiwania danych oraz opóźnienia obrotowego.

Nowa piramida pamięci masowej

Dysk twardy i jego mechaniczne komponenty

Typowy czas dostępu dla dysków twardych jest mierzony w milisekundach; w najszybszych z nich wynosi ok. 5 ms. W takim czasie obecne serwery mogą wykonać miliony operacji. Podczas gdy procesor oczekuje na dane od dużo wolniejszej pamięci masowej, nie wykonuje innych obliczeń. Powstaje "wąskie gardło" w systemie, co powoduje wydłużenie czasu odpowiedzi aplikacji, dłuższe wykonywanie zadań, a w konsekwencji obniżenie produktywności i komfortu pracy użytkowników. Jeżeli jest to aplikacja obsługująca np. klientów banku, straty z niedomagań wydajnościowych systemu łatwo można przeliczyć na konkretne pieniądze.

Z pomocą w obsłudze żądań procesora przychodzi pamięć cache i RAM - w serwerze lub w kontrolerze macierzy. Jeśli dane użytkownika rezydują w pamięci cache kontrolera, są szybko odnajdywane i dostarczane do miejsca przeznaczenia; potocznie takie zdarzenie określa się jako "trafienie" (cache read hit), a czas dostępu jest wtedy mniejszy od milisekundy. Jeżeli zaś dane użytkownika nie znajdują się w pamięci cache kontrolera, muszą zostać odczytane z dysków twardych i czas odpowiedzi odpowiednio się wydłuża, czyli występuje tzw. cache read miss. Czas dostępu do danych wynosi wtedy 6-7 ms lub nawet więcej.

Cache dla danych jest sposobem na poprawę wydajności systemu. Jednak pod względem pojemności jest ona najczęściej tylko małym procentem pojemności mechanicznych dysków backendowych, a jej zwiększenie często jest kosztowne lub architektonicznie niemożliwe. W rezultacie administratorzy aplikacji oraz pamięci masowej szukają poprawy wydajności poprzez strojenie lub rekonfigurację systemów.

Nowa piramida pamięci masowej

Karta pamięci akcelerująca operacje odczytu z dysków macierzy – NetApp Performance Acceleration Module

Istnieją metody strojenia, czy też, jak kto woli, "tuningowania" wydajności podsystemu dyskowego do pracy z systemami transakcyjnymi (OLTP). Metodą zaliczaną do kategorii dobrych praktyk jest zawężenie obszaru dla operacji I/O tylko do zewnętrznej części talerza dyskowego. W ten sposób ramię dysku nie musi szukać lub zapisywać danych na położonej bliżej środka, wolniejszej części talerza. Zastosowanie tej techniki znacząco zwiększa wydajność, ale dzieje się to kosztem utraty 50-75% efektywnej przestrzeni podsystemu dyskowego. Kierując się wymogiem zapewnienia wysokiej ilości IOPS, najczęstszym rozwiązaniem jest konfiguracja dużej puli szybkoobrotowych (15 000 rpm) dysków Fibre Channel. Pojedynczy dysk FC 15k rpm o pojemności 300 GB może wykonać ok. 200 operacji wejścia-wyjścia na sekundę.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200