Rendimiento de las soluciones de almacenamiento de QNAP - Guía de mejores prácticas (2023)

Esta guía de mejores prácticas proporciona recomendaciones generales para configurar los sistemas de almacenamiento NAS de QNAP para lograr un rendimiento óptimo.

Objetivo:

Esta guía de mejores prácticas está dirigida a los usuarios, socios y clientes de QNAP que están considerando usar los sistemas NAS de QNAP. Brinda recomendaciones sobre cómo configurar las soluciones de almacenamiento de QNAP en función de las necesidades individuales para lograr un rendimiento óptimo.

Para obtener el mejor rendimiento de almacenamiento:

Las siguientes son recomendaciones de configuración específicas que garantizan un rendimiento sólido de un sistema de almacenamiento de QNAP.

1. Elija un sistema de almacenamiento QNAP NAS de clase empresarial adecuado. Las plataformas empresariales más avanzadas tienen procesadores más rápidos, más memoria y mejores especificaciones de E/S.Aprende más
2. Agotar la memoria del sistema del sistema de almacenamiento.Aprende más
3. Use unidades mSATA y SSD para caché de lectura/escritura en QTS 4.2.0, use 2 o 4 SSD y cree un RAID 1 o 10 como grupo de caché. Ver figura 1 y figura 2
4. Elija la configuración de volumen y RAID adecuada.
   • Cree un grupo de almacenamiento RAID 10. Puede encontrar explicaciones en el apéndice.
   • Utilice un volumen estático o un volumen grueso en el grupo de almacenamiento para obtener el mejor rendimiento.
     • P.D. La opción "Thin Volume" ofrece una mayor flexibilidad, pero puede afectar el rendimiento del almacenamiento para aplicaciones confidenciales. Tenga en cuenta el ejemplo en la Fig. 4 y las explicaciones en el apéndice.

Tejido. 1Caché de lectura/escritura SSD

Tejido. 2SSD-Cache-Pool

* Un ejemplo de cómo acceder a un grupo de caché SSD dentro de un QNAP NAS.

Cómo elegir su medio de almacenamiento:

Directrices esenciales al elegir el medio adecuado para su almacenamiento NAS de QNAP. Haga coincidir el tipo de unidad con el estrés esperado dentro de su entorno.

Las características de rendimiento que se miden con más frecuencia son las operaciones secuenciales y aleatorias. Medimos el rendimiento del disco en IOPS y entrada/salida por segundo. Una solicitud de lectura o una solicitud de escritura = 1 IOPS. Cada disco en su sistema de almacenamiento puede proporcionar una cierta cantidad de IOPS en función de la velocidad de rotación, la latencia promedio y el tiempo de búsqueda promedio.

Propiedades generales de IOPS de disco

* El rendimiento depende del chip controlador SSD y la celda flash

Realizando un cálculo básico de RAW IOPS con 4 discos duros funcionando a 7200 rpm, podemos estimar un total de 500 RAW IOPS. Para hacer esto, multiplicamos la cantidad total de unidades por la cantidad de IOPS RAW por unidad (4 discos duros x 125 IOPS = 500 IOPS).

Acceso aleatorio:

El acceso aleatorio significa que puede obtener cualquier parte del archivo en cualquier orden. Por ejemplo, puede leer la parte central antes de comenzar.

Patrones de estrés que son principalmente accesos aleatorios.

• Acceso simultáneo desde varios clientes
• aplicación de base de datos
• Acceso a VM en un entorno de hipervisor
• IP-SAN utilizando datos basados ​​en bloques

Acceso secuencial:

Secuencial significa que primero debe leer la primera parte del archivo antes de poder leer la segunda, y así sucesivamente.

Patrones de estrés que son principalmente accesos secuenciales.

• Edición de video (edición directa usando software de edición de video desde una sola estación de trabajo)
• Grabación de video (cliente único, por ejemplo, desde una cámara IP o grabadora de video)
• Transmisión de video (visualización de video desde NAS)
• Transferencia de archivos grandes
• tarea de copia de seguridad

Acceso aleatorio vs. secuencial:

El proceso de búsqueda que se produce cuando el cabezal del disco se coloca en el cilindro del disco derecho para acceder a los datos solicitados lleva más tiempo que cualquier otra parte del proceso de E/S.

Debido a la naturaleza de las unidades mecánicas, la lectura/escritura secuencial de datos funciona mucho más rápido que la lectura/escritura aleatoria; esto se debe a la forma en que funciona el hardware. La E/S secuencial en unidades mecánicas generalmente se puede atender con un mayor rendimiento porque el cabezal del disco realiza menos búsquedas; al mismo tiempo, se pueden leer/escribir segmentos más grandes de datos durante una sola rotación del disco.

Zufälliger Zugriff involviert eine höhere Anzahl Suchvorgänge, was bedeutet, dass zufälliges Lesen und insbesondere zufälliges Schreiben einen geringeren Durchsatz und weniger IOPS liefert. Während zufälliger I/O verursachen die Position des Festplattenkopfs, die Rotationsverzögerung beim Suchen und die Suchdauer erhebliche Leistungseinbußen.

Tejido. 3

Ejemplo
Para los sistemas basados ​​en discos mecánicos, donde cada búsqueda de disco toma alrededor de 10 ms, escribir datos secuencialmente en el mismo disco requiere alrededor de 30 ms por MB. Entonces, si escribe 100 MB de datos secuencialmente en un disco, tomará alrededor de 3 segundos. Sin embargo, 100 escrituras aleatorias por 1 MB requieren un total de 4 segundos (3 segundos para la escritura real y 10 ms * 100 = 1 segundo para todas las búsquedas).

Por qué el almacenamiento en caché de lectura/escritura flash (SSD) mejora las IOPS aleatorias

Dado que las unidades flash no tienen un cabezal de disco móvil físico, no hay penalización en términos de los tiempos de búsqueda de 10 ms de un disco mecánico.

La función de almacenamiento en caché de lectura/escritura de SSD de QNAP admite el rendimiento de IOPS aleatorio al reorganizar (reducir los accesos al disco) las direcciones de bloque en el caché para reducir la carga en los discos back-end.

tamaño de caché de impacto; cuanto más grande, mejor (para crear más oportunidades de reordenación), pero prácticamente limitado por consideraciones de costo, ya que los cachés de escritura son mucho más costosos que los discos back-end.

Propiedades RAID

El almacenamiento NAS de QNAP admite varios niveles de RAID; cada nivel de RAID tiene diferentes métricas de capacidad y rendimiento. Antes de usar su sistema de almacenamiento, tenga en cuenta el tipo de estrés que espera de su sistema de almacenamiento.

Al tratar de averiguar qué tipo de RAID preferir al crear una solución de almacenamiento, generalmente se reduce a dos cosas: capacidad y rendimiento.

RAID10:
Ideal para trabajos transaccionales con muchas escrituras aleatorias (más del 30%).

RAID 5:
Adecuado para cargas de trabajo secuenciales que requieren un rendimiento moderado y sirven para fines generales. Por lo general, se usa RAID 5 porque es una opción más económica, con solo una unidad para paridad. Para aplicaciones que requieren mucho rendimiento, RAID 5 no es la mejor opción.

RAID6:
Adecuado para cargas de trabajo centradas en la lectura, como el archivado y la copia de seguridad, pero no es la mejor opción para aplicaciones que requieren mucho rendimiento, en particular, no es adecuado para un entorno de escritura aleatoria alta.

Estudio de caso 1: Identifique su patrón de estrés

La división de máquinas virtuales con diferentes patrones de IOPS en múltiples grupos de almacenamiento con diferentes propiedades de RAID da como resultado ganancias de rendimiento significativas y una reducción de los cuellos de botella de E/S.

Supuesto equipo utilizado:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/de/product/model.php?II=126
16 discos duros SATA de 6 TB

Un cliente tiene un entorno de TI con dos servidores host Vmware ESXi 6.0, es un clúster; necesita ejecutar 20 máquinas virtuales usando el NAS de QNAP como backend de almacenamiento. El cliente verificó e hizo un inventario de todas sus máquinas virtuales, descubrió el siguiente patrón de estrés en su entorno.

1 VM --> servidor de base de datos MSSQL con carga pesada (30% + E/S aleatoria).
3 VM --> Servidor de aplicaciones con alta carga (30% + E/S aleatoria).
1 VM --> servicios de vCenter con carga ligera (principalmente E/S secuencial).
1 VM --> controlador de dominio con poca carga (principalmente E/S secuencial).
1 VM --> servidor de respaldo con carga ligera (principalmente E/S secuencial).
2 VM --> Servicios DNS con carga ligera (principalmente E/S secuencial).
2 VM --> servidor web con carga media (15% + E/S aleatoria).
5 VM --> Escritorios de usuarios virtuales generales.
4 VM --> servidores de desarrollo internos.

Configuración recomendada:

• Cree un grupo de almacenamiento RAID 10 con un volumen estático usando 8 o más discos duros.
• Coloque las 4 máquinas virtuales con alta carga (30 % de E/S aleatorias) en RAID 10 de alto rendimiento.
• Cree un grupo de almacenamiento RAID 6 2 con un volumen grueso o estático usando 4 o más discos.
• Coloque las 5 máquinas virtuales con carga ligera (principalmente E/S secuencial) en este RAID 6.
• Cree un grupo de almacenamiento RAID 6 3 con volumen grueso o estático usando 4 o más discos.
• Coloque las máquinas virtuales, los servidores web, los escritorios de usuarios virtuales y los servidores de desarrollo internos restantes en este RAID 6.

Configuración alternativa:

• Cree un grupo de almacenamiento 1 RAID 10 con volumen estático usando 4 o más SSD.
• Coloque todas las máquinas virtuales de carga media y pesada en unidades SSD.
• Cree un grupo de almacenamiento RAID 6 2 con un volumen grueso o estático usando 8 o más discos.
• Coloque las máquinas virtuales restantes (principalmente E/S secuenciales) en este RAID 6.

* Esto se aplica a VMware, Hyper-V, XenServer y otros hipervisores.

Estudio de caso 2: rendimiento de IOPS más alto posible

Para obtener los mejores resultados, utilice SSD de alto rendimiento.

Supuesto equipo utilizado:
TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/de/product/model.php?II=126
16 SSD SATA de 1 TB

La principal preocupación del cliente es lograr el mayor rendimiento de almacenamiento posible; La capacidad de almacenamiento no es una preocupación principal.

• Cree un grupo de almacenamiento 1 RAID 10 con un volumen estático usando todos los SSD disponibles. Dado que las unidades SSD no tienen componentes mecánicos móviles, se puede lograr una gran cantidad de IOPS secuenciales y aleatorias.

Estudio de caso 3: Acceso a archivos por varios clientes

Múltiples lecturas/escrituras simultáneas en el almacenamiento significan más IOPS aleatorias.

Un cliente tiene una granja de representación gráfica con unos 50 nodos. Los 50 nodos leen simultáneamente la biblioteca de medios de origen de la memoria, procesan los datos y luego vuelven a escribir el resultado en la memoria para su posterior procesamiento. Debido a que los 50 nodos leen primero los medios y luego vuelven a escribir el resultado en el almacenamiento simultáneamente, esto crea un cuello de botella aleatorio significativo de IOPS cuando se usan unidades mecánicas. Dado que se requieren tanto un alto rendimiento como una gran capacidad de almacenamiento en la representación gráfica, podemos optimizar el almacenamiento del NAS de QNAP de la siguiente manera.

Configuración recomendada:

Supuesto equipo utilizado:
2 x TS-EC1680U-RP
https://www.qnap.com/i/de/product/model.php?II=126
16 discos duros SATA de 6 TB

• Cree un grupo de almacenamiento RAID 10 1 con un volumen grueso o estático utilizando 10 o más unidades.
• Escriba todos los resultados en este grupo de almacenamiento para que pueda beneficiarse de las propiedades de RAID 10.
• Cree un grupo de almacenamiento 2 RAID 5 o 6 con un volumen grueso o estático usando 10 o más unidades.
• Leer todos los datos de este grupo de almacenamiento.

Configuración alternativa:

• Ocupe un QNAP NAS 1 con todas las unidades SSD y cree un único grupo de almacenamiento grande 1.
• Escriba todos los resultados en este NAS; debido a la naturaleza de las escrituras simultáneas, los resultados deben considerarse IOPS aleatorios.
• Incorpore un segundo QNAP NAS 2 con todas las unidades mecánicas y cree un gran grupo de almacenamiento 1.
• Lea todos los datos de este NAS.

Adjunto:

El dispositivo NAS de QNAP utiliza una tecnología avanzada de grupos de almacenamiento que proporciona a los usuarios flexibilidad y rendimiento.

Tejido. 4grupo de almacenamiento

Grupo de almacenamiento con LVM
Puede utilizar la administración de volumen flexible de QNAP para administrar mejor su capacidad de almacenamiento. El grupo de almacenamiento agrega discos en un espacio de almacenamiento más grande; y con la capacidad de admitir múltiples grupos RAID, el grupo de almacenamiento puede brindar una mejor protección redundante y reducir el riesgo de fallas en los datos.

Una vez que se ha creado un grupo de almacenamiento, puede elegir entre tres métodos diferentes para crear su volumen por encima del grupo. El tipo de volumen que debe crear depende de si desea flexibilidad o rendimiento.

Volumen estático:
El volumen estático ocupa todo el espacio disponible dentro del grupo de almacenamiento; asigna previamente y prepara el espacio de almacenamiento para un acceso óptimo de lectura/escritura. Dado que el volumen estático ocupa todo el espacio del grupo de almacenamiento, no puede crear varios volúmenes dentro del mismo grupo.

Volumen grueso:
El volumen grueso ofrece una combinación de rendimiento y flexibilidad de almacenamiento; Puede elegir cuánto espacio asignar a un volumen grueso del grupo de almacenamiento. Esto significa que puede crear varios volúmenes gruesos o delgados dentro del mismo grupo de almacenamiento. Una vez que se elige el tamaño de volumen grueso deseado, el espacio se asigna previamente y se prepara para el acceso de lectura/escritura.

Volumen delgado:
El aprovisionamiento ligero permite un uso más flexible del espacio de almacenamiento. El volumen ligero en realidad no usa espacio en el disco físico durante la creación del volumen; el espacio de memoria física solo se usa durante la asignación de escritura. Esto significa que puede asignar un tamaño de volumen delgado mayor que su tamaño de almacenamiento físico. Puede crear varios volúmenes delgados dentro del mismo grupo de almacenamiento. Debido a la flexibilidad del almacenamiento de volumen reducido, se produce una degradación del rendimiento durante las cargas de trabajo.

Aceleración de caché de lectura/escritura mSATA y SSD:
La tecnología de caché de la unidad de estado sólido (SSD) se basa en cachés que leen E/S de los discos. Cuando las aplicaciones del Turbo NAS acceden a los discos duros, los datos se guardan en el SSD. Tan pronto como las aplicaciones acceden nuevamente a los mismos datos, se leen/escriben desde la memoria caché SSD en lugar de desde los discos duros. Los datos a los que se accede con frecuencia se almacenan en la caché SSD. Solo se accederá a los discos duros si los datos no se pueden encontrar en el SSD.

Método tradicional de acceso a datos

Método de acceso a datos de caché SSD

Referencia:
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_access
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequential_access
https://en.wikipedia.org/wiki/IOPS