وقتی تاخیر دیسک در زمان اوج ترافیک شروع به افزایش می‌کند و برنامه‌ها برای عملیات خواندن و نوشتن صف می‌کشند، مشکل به ندرت قدرت پردازش است. در محیط های تولیدی که برای تولید در نظر گرفته شده است، محدودیت معمولاً در لایه ذخیره سازی رخ می دهد. معاملات متوقف می شود. ماشین های مجازی متوقف می شوند. پایبندی به پایگاه‌های داده بیشتر طول می‌کشد. آنچه به نظر می رسد کندی کلی سیستم است، اغلب یک گلوگاه عملکرد ذخیره سازی است که رفتار را در زیر سطح شکل می دهد.
هنگام استقرار یک سرور اختصاصی که از پلتفرم‌های تجارت الکترونیک، سیستم‌های ERP، برنامه‌های کاربردی SaaS، پایگاه‌های اطلاعاتی مالی یا بارهای کاری هوش مصنوعی پشتیبانی می‌کند، معماری ذخیره‌سازی تعیین می‌کند که آیا عملکرد به آرامی مقیاس می‌شود یا با همزمانی خرابی.
درک تنگناهای IO سرور مستلزم نگاه کردن فراتر از ظرفیت دیسک خام و تمرکز بر سقف های توان عملیاتی، ثبات تاخیر، طراحی RAID، معماری کنترلر و انتخاب رسانه ذخیره سازی است.
شکاف بزرگ بین محاسبات و ذخیره سازی
پردازنده های مدرن قدرت بسیار زیادی را برای پردازش موازی فراهم می کنند. پهنای باند حافظه همچنان در حال افزایش است. خطوط PCIe چند برابر می شوند. با این حال، پیشرفت ها در عملکرد دیسک از لحاظ تاریخی با سرعت کمتری حرکت کرده است.
این شکاف کارایی رو به رشد یک عدم تعادل ساختاری ایجاد می کند. برنامه‌ها درخواست‌های IO را سریع‌تر از سیستم‌های ذخیره‌سازی انجام می‌دهند. با افزایش موازی سازی، تأخیر به طور نامتناسبی افزایش می یابد. عمق صف افزایش می یابد. در نهایت، کاربران سرعت خواندن و نوشتن آهسته در سرور را تجربه می کنند، حتی زمانی که استفاده از CPU طبیعی به نظر می رسد.
گلوگاه در اندازه ذخیره سازی نیست. این در مورد سرعت انتقال داده ها تحت بارگذاری پایدار است.
مسائل مربوط به عملکرد دیسک: محدودیت های مکانیکی و اشباع کنترلر
آرایه‌های مبتنی بر HDD سنتی با زمان‌های جستجوی مکانیکی و تاخیرهای چرخش محدود می‌شوند. حتی درایوهای SAS کلاس سازمانی تحت شرایط IO تصادفی بالا با مشکل مواجه هستند.
درایوهای SSD تاخیر مکانیکی را حذف می کنند، اما به طور خودکار مشکلات عملکرد دیسک را از بین نمی برند. کنترل‌کننده‌های ذخیره‌سازی، ناکارآمدی میان‌افزار، محدودیت‌های حافظه پنهان و تنگناهای گذرگاه می‌توانند توان عملیاتی را محدود کنند.
دلایل رایج محدودیت های ذخیره سازی عبارتند از:
- اشباع کنترلر که در آن همه قیف های IO از واحدهای CPU محدود عبور می کنند
- ظرفیت ناکافی IOPS نسبت به تقاضای حجم کار
- خط PCIe در حال تخصیص است
- ثبت گزارش پایگاه داده سنگین با محاسبات برابری عظیم بنویسید
- محیط های مجازی که بارهای کاری ثابت را در مدل های دسترسی تصادفی ترکیب می کنند
اثر مجازی سازی IO blender به ویژه مرتبط است. هنگامی که چندین ماشین مجازی فضای ذخیره‌سازی را به اشتراک می‌گذارند، درخواست‌های متوالی تصادفی می‌شوند و توانایی کنترل‌کننده‌ها برای بهینه‌سازی ادغام خواندن و نوشتن را کاهش می‌دهند.
عملکرد ذخیره‌سازی RAID: حفظ تعادل و سرعت
پیکربندی RAID مستقیماً بر توان عملیاتی تأثیر می گذارد.
RAID 5 و RAID 6 برابری را معرفی می کنند. در بارهای سنگین نوشتن، محاسبه برابری تأخیر را افزایش می دهد و می تواند گلوگاه ها را افزایش دهد. در طول عملیات بازیابی، کاهش عملکرد حتی بیشتر قابل مشاهده است.
RAID 10 همچنین نوارهای داده را منعکس می کند و ثبات نوشتن قوی تر و تأخیر کمتری را برای سیستم های تراکنش ارائه می دهد. اگرچه به دیسک های اضافی نیاز دارد، اما به طور کلی عملکرد ذخیره سازی RAID قابل پیش بینی بیشتری را در محیط های همزمان بالا ارائه می دهد.
بهینه سازی ظرفیت قابل استفاده به جای رفتار IO یک اشتباه رایج معماری است. در بارهای کاری تولید، طراحی ذخیره سازی باید ثبات بار را در اولویت قرار دهد.
عملکرد NVMe در مقابل SSD: رابط مهم است
همه درایوهای فلش یکسان کار نمی کنند. تفاوت بین عملکرد NVMe و SSD در رابط کاربری و معماری فرمان نهفته است.
SATA SSD در محدوده محدودیت های رابط قدیمی کار می کند. NVMe از PCIe استفاده می کند و از صف های موازی عمیق پشتیبانی می کند و تأخیر را تا حد زیادی کاهش می دهد و عملکرد پایدار را افزایش می دهد.
برای تراکنش‌های با فرکانس بالا، استنتاج هوش مصنوعی، برنامه‌های کاربردی کانتینری و بارهای کاری تحلیلی، ذخیره‌سازی NVMe تضمین می‌کند که منابع محاسباتی منتظر تحویل داده نیستند. هنگامی که توان ذخیره سازی نمی تواند با سرعت پردازش مطابقت داشته باشد، عملکرد سیستم بدون توجه به سرمایه گذاری پردازنده بالا می رود.
لکه های تنگ ناشی از مش و پارچه
عملکرد ذخیره سازی سرور اختصاصی نیز می تواند تحت تأثیر معماری شبکه قرار گیرد. در SAN یا محیط‌های توزیع‌شده، پهنای باند آپلینک کافی، لایه‌های سوئیچینگ بیش از حد مجاز، یا ناکارآمدی مسیریابی برون مرزی می‌توانند ورودی موثر را محدود کنند.
برای استقرار آسیا-اقیانوسیه، تأخیر بین سرزمین اصلی چین و مسیرهای بین‌المللی، پیچیدگی بیشتری می‌افزاید. ارسال مجدد بسته و ازدحام مسیر می تواند به طور غیر مستقیم تاخیر ذخیره سازی را افزایش دهد.
زیرساخت اختصاصی با مسیریابی بهینه و تخصیص پهنای باند کنترل شده به تثبیت عملکرد IO در سراسر مناطق کمک می کند.
هم ترازی بار کاری و الگوهای IO
بارهای کاری مختلف رفتارهای IO متفاوتی ایجاد می کنند:
- پایگاه‌های داده OLTP عملیات‌های تصادفی کوچکی را تولید می‌کنند که فشرده‌اند
- سیستم‌های استریم و پشتیبان‌گیری رسانه بر توان عملیاتی بالای متوالی متکی هستند
- خطوط لوله هوش مصنوعی به خواندن طولانی و پهنای باند بالا نیاز دارند
- سیستم های ورود به سیستم الگوهای ثبت سنگین غیرفعال را ایجاد می کنند
عدم تطابق بین مدل حجم کاری و پیکربندی ذخیره سازی، دلیل اصلی تنگناهای IO سرور است. مقیاس بندی ظرفیت بدون پرداختن به تراز مدل دسترسی به ندرت نوسانات عملکرد را برطرف می کند.
بازیابی ویندوز و خطر یک وضعیت تخریب شده
با افزایش اندازه دیسک، زمان بازیابی RAID افزایش می یابد. در طول بازسازی، آرایه‌ها در حالت تخریب کار می‌کنند و فشار بیشتری بر دیسک‌های باقی‌مانده وارد می‌کنند و توان عملیاتی موجود را کاهش می‌دهند.
پنجره های بازیابی طولانی مدت قرار گرفتن در معرض را افزایش می دهد و می تواند گلوگاه ها را در طول اوج فعالیت تشدید کند. آرایه های تمام فلش NVMe به دلیل موازی بودن و عملکرد بالاتر، به طور قابل توجهی چرخه های بازیابی را کوتاه می کنند، انعطاف پذیری را بهبود می بخشند و ثبات را حفظ می کنند.
پایش و تشخیص تنگناها
تشخیص موثر به چیزی بیش از بررسی میزان استفاده از دیسک نیاز دارد.
شاخص های کلیدی عبارتند از:
- توزیع تأخیر، نه عملکرد متوسط
- روند در عمق صف
- IOPS در مقابل ظرفیت دستگاه
- بار CPU کنترلر
- نرخ بازدید حافظه پنهان
ابزارهایی مانند iostat، vmstat، و پلتفرم‌های نظارت پیشرفته، بینشی در مورد اینکه آیا ذخیره‌سازی یا زیرسیستم دیگری عملکرد را محدود می‌کند، ارائه می‌کنند.
اندازه گیری پایه قبل از انجام تنظیمات معماری ضروری است.
از تنگناهای پهنای باند ذخیره سازی خودداری کنید
کاهش نیاز به راه حل های ساختاری دارد:
- نوع RAID را با رفتار بار تراز کنید
- NVMe را برای سیستم های حساس به تأخیر مستقر کنید
- حجم کار تولید و پشتیبان را جدا کنید
- از PCIe و پهنای باند باس کافی اطمینان حاصل کنید
- بافت شبکه را متناسب با ظرفیت ذخیره سازی مقیاس کنید
- از مشاجره برای ذخیره سازی مشترک در محیط های همزمانی بالا اجتناب کنید
فضای ذخیره سازی باید متناسب با محاسبه مقیاس شود. افزایش هسته های CPU در یک سیستم با محدودیت ذخیره سازی فقط فشار IO را تسریع می کند.
زیرساخت های اختصاصی و جداسازی سخت افزار
محیط های چند مستاجر رقابت غیرقابل پیش بینی IO را معرفی می کنند. بارهای کاری مجاور می توانند منابع کنترل کننده را مصرف کنند یا آرایه های مشترک را اشباع کنند.
زیرساخت اختصاصی تک مستاجر عملکرد ذخیره سازی ثابت را تضمین می کند و تداخل نویز همسایگان را حذف می کند.
Dataplugs تمام سرورهای اختصاصی فلش NVMe SSD را در مراکز داده ایمن Tier III در منطقه آسیا و اقیانوسیه مستقر می کند. با ترکیب ایزوله سخت افزاری با معماری فلش با توان عملیاتی بالا و اتصال بهینه، لایه های ذخیره سازی و شبکه در محدوده عملکرد قابل پیش بینی عمل می کنند.
این رویکرد از پلتفرم‌های مالی، گره‌های بلاک چین، برنامه‌های کاربردی SaaS و سیستم‌های تجارت الکترونیکی که نیاز به تأخیر پایدار با همزمانی پایدار دارند، پشتیبانی می‌کند.
نتیجه گیری
تنگناهای توان ذخیره سازی ناشی از عدم تعادل معماری بین توان محاسباتی و قابلیت های IO است. طراحی کنترلر، انتخاب RAID، رابط ذخیره سازی، الگوی بار کاری و توپولوژی شبکه همگی بر عملکرد ذخیره سازی سرور اختصاصی تأثیر می گذارند.
ظرفیت به تنهایی سرعت را تضمین نمی کند. سازگاری توان عملیاتی تحت بار عملکرد واقعی را تعیین می کند.
برای سازمان هایی که به دنبال زیرساخت مبتنی بر NVMe تک مشتری هستند که برای به حداقل رساندن گلوگاه های IO سرور طراحی شده است، Dataplugs محیط های اختصاصی را ارائه می دهد که برای پایداری و مقیاس پذیری بهینه شده اند. از طریق چت زنده یا در sales@dataplugs.com با تیم تماس بگیرید تا در مورد زیرساخت متناسب با اهداف عملکرد شما صحبت کنید.
