3S.cz

Trh s úložišti netrpělivě očekává příchod nových diskových polí na bázi NVMe!

01.10.2019, 09:43

NVMe je speciální protokol umožňující využít rychlosti SSD, paralelismu a nižší latence. Jsou však výrobci diskových polí na NVMe připraveni?

Trh s úložišti netrpělivě očekává příchod nových diskových polí na bázi NVMe. NVMe je připojovací protokol, který byl speciálně vytvořen, aby nahradil protokoly na bázi SCSI (mezi které patří i SAS), aby využil rychlosti SSD, paralelismu a nižší latence. Soubor příkazů je štíhlejší a podporuje téměř neomezenou hloubku fronty, která využívá paralelní povahu flash disků. Protokol NVMe je navržen pro přenos dat přímo pomocí sběrnici PCIe a odstraňuje potřebu I / O řadiče mezi procesory kontrolerů diskového pole a procesory flash disků.

Úskalí adopce NVMe technologie do diskových polí...

Přestože několik prvních výrobců NVMe sběrnici přidalo do svých diskových polí rychle, zlepšení výkonu zdaleka není tak působivé ve srovnání se sběrnicí SAS (Serial Attached SCSI). Nižší latence očekávané od NVMe oproti SAS nebyly plně realizovány. Důvodem je to, že na nižší latence NVMe nebyla připravena architektura kontrolerů diskového pole. Toto bylo předmětem několika prezentací na nedávném Summitu Flash technologií v Santa Clara. Jeden z blogů, který se tématu věnuje naleznete zde: NVMe performance challenges expose the CPU chokepoint (Marc Staimer /Dragon Slayer Consulting).

 

Technologie NVMe v diskových systémech společnosti HITACHI

Společnost 3S.cz, která se v roce 2012 stala nejsilnějším partnerem Hitachi Vantara v České republice je jejím autorizovaným prodejním a servisním partnerem s hlubokou znalostí architektury těchto řešení. A tak je přirozené, že s aspekty NVMe architektury začneme právě u Hitachi. Pro ingeneering Hitachi to bylo výzvou a zatímco standardy pro NVMe byly stále dokončovány, Hitachi se soustředilo na odstraňování úzkých hrdel v kontroléru úložiště, a to zavedením Hitachi Storage Virtualization Operating System RF (SVOS RF).

Jde o firmware úložiště, který běží na všech nových diskových polích VSP G350, VSP G370, VSP G700 a VSP G900. S touto verzí byla přidána písmena RF, která znamenají Resilient Flash, což je indikace, že toto vydání bylo velmi zásadně přepracováno optimalizováno pro flash. Jde o skrytou, ale zcela zásadní změnu oproti předcházející generaci systémů VPS Gxxx.

 

 

Jak hluboký musel být reingeneerng Firmware Hitachi diskových polí pro přípravu na NVMe...

Každý příznivce automobilismu ví, že použití výkonnějšího motoru není zárukou vyšší rychlosti. Nově získaný výkon musí být technologie vozu schopné přenést do zrychlení a to se bez řady změn na konstrukci podvozku, optimalizaci těžiště atd. neobejde. Stejně jako v případě motoru i v případě diskových polí vede použití výkonnějšího média NVMe k nutnosti redesignu celého ekosystému okolo NVMe:

• Nejnovější verze produktu Storage Virtualization Operating System RF (SVOS RF) prošla zásadním přepracováním a optimalizací speciálně pro kombinaci QoS s flash IO stackem, který eliminuje latenci IO a snižuje nároky na StorageProcesory.
• WWN, porty a LUN poskytují řízení propustnosti a transakcí QoS, aby eliminovaly kaskádové efekty takzvaných „noisy neighbors“ , což je rozhodující, když více I/O náročných aplikací soupeří o NVMe prostředky úložiště.
• U SSD s nízkou latencí funkce zpracování priorit SVOS RF obchází staging cache a vyhýbá se latenci vzniklé alokací cache, což vede k 3x rychlejšímu čtení a o 65% nižším latencím.
• Zásadně se zoptimalizoval firmware, což umožňuje dodat až 71% více IOPS na jádro Storage Procesorů diskového pole VSP Gxxx. To je důležité dnes i v budoucnu, protože to umožní uvolnit prostředky procesoru pro jiné účely, jako jsou vysokorychlostní média.
• Optimalizace SVOS RF velmi snížila režii kompresních funkcí (což umožňuje až 240% vyšší výkon, zatímco je aktivní redukce dat) a hardwarové asistenční funkce.
• Adaptivní redukce dat (ADR) s umělou inteligencí (AI) dokáže v reálném čase detekovat sekvenční datové toky, migraci dat nebo požadavky na kopírování, které lze efektivněji řešit inline. Alternativně jsou náhodné data zapisována do buněk, které procházejí častými změnami, zpracovány postprocesním způsobem, aby nedocházelo k nepřiměřenému čerpání výkonu kontrolérů při zápisu.
• Dobrou zprávou je, že Hitachi Engeneering provedl v rámci firmware diskového pole mnoho nezbytných designových změn, aby optimalizoval modul datových služeb a aby integrace NVMe nebyla jen „marketingem“, ale i efektivně využitelným zdrojem výkonu.

 

DCT (Direct Command Transfer) logic

Direct Command Transfer Logic je příkladem jedné z mnoha změn v rámci ekosystému okolo NVMe. Běžná disková pole používají samostatný procesní stack pro příjem požadavku na I/O operaci, další stack pro RAID processing, další stack pro zpracování adresy fyzického disku atd...
Nevýhodou tohoto přístupu je ztráta řádově desítky mikrosekund předáváním dat mezi jednotlivými stacky. Desítka mikrosekund sice pro SSD na SAS sběrnici nehraje roli (a pro točivé disky už vůbec ne), nicméně pro NVMe média to je již čas navíc, který má smysl minimalizovat.

Společnosti Hitachi se tak například podařilo ve vnitřní architektuře pole zkrátit čas nutný na vnitřní workflow READ I/O operace SSD/FLash média z 15,75 mikrosekundy na 2,59 mikrosekundy.

Závěr

Komplexní reingeneering na SVOS RF zvýšil celkový výkon nových diskových polí Hitachi VSP Gxxx. Tyto pozitivní výkonnostní dopady se netýkají jen budoucího příchodu NVMe, ale stejně tak pozitivně ovlivňují i výkonnosti stávajících systémů, které používají SAS nebo speciální Hitachi Flash Moduly FMD.

Hitachi se tak podařilo dosáhnout srovnatelný výkon NMVe i při použití standardních SAS Flash médií, o čemž mimo jiné svědčí i Gartner Critical Capabilities for Solid State Arrays. Hitachi se podařilo poskytnout srovnatelný výkon vůči NMVe, aniž by byla obětována vysoká spolehlivost, škálovatelnost a podnikové služby, které odlišují Hitachi VSP G diskové pole od jiných dodavatelů NVMe.

Ne všechny aplikace budou vyžadovat výkon a latenci SSD NVMe. Protože SSD NVMe budou dražší než SSD SAS, existuje možnost ušetřit náklady poskytnutím kombinace SAS a získáním stejného výkonu jako konkurenční prodejci NVMe.

Nicméně tento příspěvek není o tom, že by se měla technologie NVMe ignorovat. Naopak, tato nová technologie opět posouvá výkonnostní limity. Avšak aby se tento potenciál nezhroutil jen do marketingové zkratky „ano, máme v poli NVMe“, musí být provedena v celém ekosystému okolo NVMe řada změn. Hitachi je na tuto změnu připraveno a potvrdilo, že oficiálně budou disková pole VSP Gxxx v druhé polovině roku 2019 zahrnovat i média NVMe.

 

Jít zpět