ラップトップに小さな SSD が必要な理由と、それに Windows をインストールする価値があるのはなぜですか。ディスクシステム: HDD、SSD、NVMe

最近、Lenovo U 530 ウルトラブック (および他の同様のモデル) で提供されているディスクサブシステムの高速化に関する問題に遭遇しました。それはすべて、古いラップトップを置き換えるためにこのラップトップを選択したという事実から始まりました。

このシリーズにはいくつかの構成があり、次のリンクで表示できます: http://shop. レノボ.com/ ja/ja/ラップトップ/ レノボ/u シリーズ /u 530-touch /index .html #tab -"5E =8G 5A :85_E [メール保護]:B [メール保護] 8:8

Intel Core -I 7 4500U プロセッサ、1TB HDD + 16GB SSD キャッシュのオプションを選択しました。

注: このウルトラブックおよび同様の製品は、M2 フォーマットの SSD を使用しています。http://en.wikipedia.org/wiki/M.2

後でそれを操作すると、どういうわけかキャッシュの存在が観察されなかったので、すべてがどのように機能するかを理解し始めましたか?

Intel チップセット (特に Intel シリーズ) 8）次のような技術がありますインテルラピッドストレージテクノロジー（このリンクで詳細を読むことができます： http://www.intel. ja/コンテンツ/www/ ja/ja/architecture -and -technology /rapid -storage -technology .html )。

この技術には機能がありますインテル® スマートレスポンス、これにより、ハイブリッドのバリアントを使用できます SSHD または HDD+SDD ディスクサブシステムを高速化します。

つまり、頻繁に使用するファイルを SSD ディスクとその後のファイルの起動時にそれらを読み取ります SSD これにより、システム全体のパフォーマンスが大幅に向上します (詳細については、このリンクからのスマートレスポンス:

2) Windows ReadyBoost テクノロジを使用する (http://ru.wikipedia.org/wiki/ReadyBoost)

3) オプションを使用する ExpressCache

注: ハイブリダイゼーションファイルを SSD に転送するための手順をインターネットで見たことがある人も多いので、自分の経験から確認しましたが、動作しません。この場合でも、ハイブリダイゼーションパーティションを作成すると、まだ使用されているインテルのテクノロジーラピッドストレージ。つまり、ハイブリダイゼーションモードは既に非 Windows であり、この Intel テクノロジによって制御されており、私たちには機能しないため、SSD の無駄なハイブリダイゼーションセクション以外は何も得られないため、機能しません。

次に、3 つのオプションのそれぞれを構成する方法について詳しく説明します。

1.SanDisk のサードパーティ製ユーティリティを使用する - ExpressCache

私はそれをステップに分解します：

このユーティリティを使用したことがない場合は、次の手順を実行します。

1) たとえば、ここからダウンロードします: http://support. レノボ.com/us/ ja/ダウンロード/ds 035460

2) 「ディスクの管理」に移動し、SSD ディスクからすべてのパーティションを削除します。

3)Express Cache プログラムをコンピューターにインストールし、再起動するとすべての準備が整います) プログラム自体が目的のパーティションを形成し、それを使用します。

4）作業を確認するには、電話しますコマンドライン管理者モードで、次のように入力します eccmd.exe -情報

5) その結果、同様の図が表示されるはずです。

図 6 - eccmd.exe ユーティリティ実行時のキャッシュの動作を確認する - 情報

2. Windows ReadyBoost テクノロジを使用する

このテクノロジーを使用するには、次のものが必要です。

2) SSD に 1 つのメインパーティションを作成します。

3) 新しいパーティションは、独自の文字を持つ新しいドライブとして表示されます。 [マイコンピュータ] に移動し、クリックします。右クリックディスクとメニューで「プロパティ」を選択し、次に「Ready Boost」タブを選択します。

4) タブで、[このデバイスを使用する] オプションを選択し、スライダーを使用して使用可能なすべてのスペースを選択します。

その後のSSD を使用してファイルシステムを高速化します Microsoft Windows Ready Boost テクノロジ。

SSDでの運用にどれだけ効果があるかはわかりませんが、本来の目的は通常のNANDフラッシュをキーフォブの形でストレージデバイスとして使用することであり、そのようなデバイスへのアクセス速度はそれよりもはるかに遅いです。 mSATA SSD

3.オプションを使う ExpressCache+ SWAP ファイルを別の SSD パーティションに転送します。

私の意見では、これが最高ですこの場合一方では、SSDに転送することでスワップを使用して作業を高速化し、キャッシュを使用して作業を提供するためです。この方法 SSD容量が16GB以上のウルトラブックに適しています。

どうやってするの？

1) 「ディスクの管理」に移動し、SSD ディスクからすべてのパーティションを削除します。

2) SSD には 2 つのパーティションが必要です。1 つは自分で作成し、もう 1 つは Express Cache プログラムによって作成されます。

3) スワップパーティションを作成します。たとえば、8 GB の RAM (RAM) を搭載したウルトラビーチには 6 GB で十分です。

5) 次に、ドライブ C からスワップを転送する必要があります。新しいディスク SSD。これを行うには、[システム設定] に移動し、[システムの詳細設定] に移動します。

図 8 - 追加のシステムパラメータ

「詳細」タブで、「パラメータ*」、「詳細**」タブ、「変更**」ボタンをクリックします。無効にする」オートモード***」、次に、リストから必要なスワップのあるディスクを選択し、「システムの選択でのサイズ***」オプションを選択して、「セット***」ボタンを押します. システムが呪われた場合、これはディスクが 6GB であることが原因である可能性が最も高いです。システムは小さすぎると見なしますが、ウィンドウの下部から推奨されるファイルサイズを見ると、約 4.5 GB で変動し、これはパーティションよりもさらに小さいため、次のことを行います - オプション「サイズを指定」を選択します。 ***」およびフィールド「初期サイズ *** 」に、以下に推奨されるファイルサイズを書き留めます。「Maximum size ***」フィールドに、パーティションのボリューム全体を書き込み、「Set ***」ボタンをクリックします。
次に、既存のスワップを無効にする必要があります。これを行うには、ディスクのリストから現在スワップが配置されているディスク (例: C :) を選択し、下のオプションで「ページングファイルなし *」を選択します。 **」、そして「セット**」。
これで、ページングファイルが SSD ドライブに配置されます。
「OK ***」を待って、コンピュータを再起動します。

6) ファイルがディスク上にあるかどうかを確認するには、C ドライブに移動します: (エクスプローラーで可視化機能を有効にする必要があります) 隠しファイルまたはトータルコマンダーを使用）。

図 12 - SSD の SWAP パーティションの可視性

スワップファイルが呼び出されます ページファイル . システム、新しいドライブにあるはずですが、古いドライブにはありません。

7) 次に、キャッシュ用のパーティションをインストールする必要があります。このために、段落 1 で説明したすべてのことを行います。

その結果、アクションが実行された後、システム全体の加速が得られます。

図 13 - SWAP および SSD キャッシュ用の SSD パーティション

高速なシステムパフォーマンスと長寿命の SSD J をお祈りします

私の記事やあらゆる種類のレビューに喜んでコメントします）ありがとうございます！

サーバーの最適化、

システム管理 ,

データストレージ、

データウェアハウス

「管理者の要約」のストレージシステムに関する記事では、ディスクアレイのソフトウェア構成のテクノロジーは実際には考慮されていませんでした。さらに、ソリッドステートドライブを使用してストレージを高速化するための比較的安価なシナリオのレイヤー全体が舞台裏に残っていました.

したがって、この記事では、SSD ドライブを使用してストレージサブシステムを高速化するための 3 つの適切なオプションを検討します。

SSD からアレイを構築しない理由 - このトピックに関するちょっとした理論と推論

ほとんどの場合、SSD は単純に HDD の代替と見なされ、より多くの帯域幅と IOPS を備えています。ただし、このような正面からの交換は多くの場合、高すぎます (たとえば、ブランドの HP ドライブは 2,000 ドルから)、おなじみの SAS ドライブがプロジェクトに戻ってきています。オプションとして、高速ドライブポイントごとに使用されます。

特に、SSDを使用すると便利そうですシステムパーティションまたはデータベースセクションの場合-特定のパフォーマンスの向上が見られます. これらの比較から、従来の HDD を使用する場合、ボトルネックはディスクのパフォーマンスであり、SSD の場合は、インターフェイスが既に抑制されていることがわかります。したがって、単一のディスクを交換しても、包括的なアップグレードと同じ効果が得られるとは限りません。

サーバーはSSDを使用 SATAインターフェース、またはより生産的な SAS および PCI-E。市場に出回っているほとんどの SAS サーバー SSD は、HP、Dell、および IBM のブランドで販売されています。ちなみに、ブランドのサーバーでも、OEMメーカーの東芝、HGST（日立）などのディスクを使用できるため、同様の特性でできるだけ安価にアップグレードできます。

SSD の普及に伴い、PCI-E バスに接続されたディスクにアクセスするための別のプロトコルである NVM Express (NVMe) が開発されました。このプロトコルはゼロから開発されたもので、通常の SCSI や AHCI よりもはるかに優れた機能を備えています。 NVMe は通常、SSD で動作します。 PCI-E インターフェイス、U.2 (SFF-8639)、および通常の SSD よりも高速な一部の M.2 倍以上. このテクノロジーは比較的新しいものですが、時間の経過とともに間違いなく最速のディスクシステムに取って代わるでしょう。

DWPD と、この特性が特定のモデルの選択に与える影響について少し説明します。

SATA SSD を選択するときは、ドライブの耐久性を決定する DWPD パラメータに注意を払う必要があります。 DWPD (Drive Writes Per Day) は、保証期間中にドライブ全体を 1 日あたりに書き換えることができる回数です。 TBW / PBW (TeraBytes Written、PetaBytes Written) という別の特性がある場合があります。これは、保証期間中のディスクへの書き込みの宣言された量です。 SSDで家庭用 DWPD インジケーターは、いわゆる「サーバー」SSD では 1 未満、10 以上の場合があります。

この違いは、他の種類メモリー：

SLC NAND. 最も単純なタイプ - 各メモリセルは 1 ビットの情報を格納します。したがって、このようなディスクは信頼性が高く、優れたパフォーマンスを発揮します。ただし、より多くのメモリセルを使用する必要があり、コストに悪影響を及ぼします。

MLC NAND. 各セルにはすでに 2 ビットの情報が格納されています。これは、最も一般的なタイプのメモリです。

eMLC NAND. MLCと同じですが、より高価で高品質のチップにより、上書きに対する耐性が向上しています。

TLC NAND. 各セルには 3 ビットの情報が保存されます。ディスクの製造は可能な限り安価ですが、パフォーマンスと耐久性は最も低くなります。速度の低下を補うために、SLC メモリが内部キャッシュによく使用されます。

したがって、通常のソリッドステートドライブを交換する場合、RAID 1 で MLC モデルを使用するのが論理的です。これにより、同じレベルの信頼性で優れた速度が得られます。

RAID を SSD と組み合わせて使用することは良い考えではないと考えられています。この理論は、RAID の SSD が同期的に消耗し、特にアレイの再構築時に、ある時点ですべてのディスクが一度に故障する可能性があるという事実に基づいています。ただし、HDD の場合も状況はまったく同じです。 SSDとは異なり、磁気面の損傷したブロックが情報を読み取ることさえできない場合を除きます.

それでも高コストソリッドステートドライブポイント交換や SSD 単体でのストレージ利用に加えて、代替利用について考えさせられます。

RAID コントローラキャッシュの拡張

RAID コントローラキャッシュのサイズと速度によって、アレイ全体の速度が決まります。このキャッシュは SSD で拡張できます。このテクノロジーは、インテルのソリューションに似ています。

このようなキャッシュを使用する場合、より頻繁に使用されるデータはキャッシング SSD に保存され、そこから読み取られるか、通常の HDD にさらに書き込まれます。通常の RAID と同様に、ライトバックとライトスルーの 2 つの動作モードがあります。

ライトスルーの場合は読み出しのみが高速化され、ライトバックの場合は読み出しと書き込みが高速化されます。

これらのパラメーターの詳細については、スポイラーの下で読むことができます。

ライトスルーキャッシュを設定すると、書き込みはキャッシュとメインアレイの両方に対して実行されます。これは書き込み操作には影響しませんが、読み取り速度が向上します。さらに、停電やシステム全体がデータの整合性を脅かすことはなくなりました。

ライトバック設定により、データをキャッシュに直接書き込むことができるため、読み取りおよび書き込み操作が高速化されます。 RAID コントローラでは、このオプションは、特殊な不揮発性メモリバックアップバッテリを使用している場合、またはフラッシュメモリを使用している場合にのみ有効にできます。別の SSD をキャッシュとして使用する場合、電力の問題はもはや価値がありません。

通常、機能するには特別なライセンスまたはハードウェアキーが必要です。市場で人気のあるメーカーの技術の具体的な名前は次のとおりです。

LSI (Broadcom) MegaRAID CacheCade。キャッシュ用に最大 32 個の SSD を使用できます。合計サイズは 512 GB を超えません。キャッシュドライブからの RAID がサポートされています。ハードウェアキーとソフトウェアキーにはいくつかの種類があり、費用は約 20,000 ルーブルです。

Microsemi Adaptec MaxCache。任意の RAID 構成で最大 8 つのキャッシュ SSD を許可します。別のライセンスを購入する必要はありません。キャッシュは Q シリーズアダプターでサポートされています。

第 8 世代および第 9 世代の ProLiant サーバー上の HPE Smart キャッシュ。現在の価格はリクエストに応じて入手できます。

SSD キャッシュの操作スキームは非常にシンプルです。頻繁に使用されるデータは SSD に移動またはコピーされてすばやくアクセスできるようになり、あまり使用されない情報は HDD に残ります。その結果、反復データの処理速度が大幅に向上します。

SSD ベースの RAID キャッシュの動作を示す図として、次のグラフを示します。

StorageReview - データベースを操作するときのさまざまなアレイのパフォーマンスを比較します。従来のディスクが使用され、LSI CacheCade に基づいた代替品が使用されました。

しかし、ハードウェアの実装があれば、確かに、より安価なソフトウェアの類似物があります.

コントローラなしの高速キャッシュ

ソフトウェア RAID に加えて、ソフトウェア SSD キャッシュもあります。の Windows サーバー 2012年登場面白い技術記憶域スペース。使用可能なディスクから RAID アレイを構築できます。ドライブは、すでにデータボリュームをホストしているプールに結合されます。これは、ほとんどのハードウェアストレージシステムと同様のスキームです。記憶域スペースの便利な機能として、階層化された記憶域 (記憶域層) と書き込みキャッシュ (ライトバックキャッシュ) を選ぶことができます。

Storage Tiers を使用すると、HDD と SSD の 1 つのプールを作成し、より必要なデータを SSD に保存できます。 SSD と HDD の推奨比率は 1:4 ～ 1:6 です。設計時には、ミラーリングまたはパリティ (RAID-1 および RAID-5 のアナログ) の可能性も考慮する必要があります。これは、ミラーの各部分に同じ数の通常のディスクと SSD が必要であるためです。

記憶域スペースの書き込みキャッシュは、RAID アレイの通常の書き戻しと同じです。ここでのみ、必要なボリュームが SSD から「バイトオフ」され、デフォルトでは 1 ギガバイトです。

価格とパフォーマンスの観点から比較するために、サーバーディスクサブシステムを構築するためのいくつかの異なるオプションを考えてみましょう。使用可能なディスクストレージ容量として 10 TB を選択します。すべてのオプションは、2GB キャッシュを備えたハードウェア RAID コントローラーの使用を前提としています。

予算オプション- SATA インターフェイスと 7200 rpm のスピンドル速度を備えた 2 台の 3.5 インチ 10TB ハードドライブを RAID1 アレイに結合します。このようなアレイのパフォーマンスは、読み取り時に 1 秒あたりの操作数 (IOPS) が 500 を超えず、書き込み時に 250 IOPS を超えません。オプションこのソリューションの利点は、サーバーのディスクバスケットの空いているベイに新しいディスクを追加することで、ストレージ容量を増やすことができることです。

生産性オプション- 12 個の HDD 2.5 インチ 10,000 RPM、RAID10 で 1.8 TB の容量 (RAID5 または RAID50 は書き込み操作で 2 倍遅くなります)。ここでは、読み取りで約 5,000 IOPS、書き込みで 2,500 IOPS を取得します - 10 でただし、これらのディスクの価格は約 6 倍になります。

最高性能 SSD ドライブの RAID10 アレイを提供します。たとえば、12 個の Intel DC S4600 1.9TB です。このようなアレイのパフォーマンスは、読み取り操作で 800,000 IOPS、書き込み操作で 400,000 IOPS になります。つまり、2 番目のオプションよりも 160 倍高速ですが、4 倍のコストがかかり、最初のオプションの 24 倍のコストがかかります。 . SSDの選択大きいサイズコストに関してはほぼ同じ数値が得られますが、パフォーマンスに関してはわずかに低くなります。


オプション配列	読む (IOPS)	録音 (IOPS)	何時に倍速	何時に何倍も高価

HDD 10TB×2	500	250	—	—

HDD 1.8TB×12	5’000	2’500	×10	x6

SSD 1.9TB×12	800’000	400’000	×1600	×24

一般に、高価なほど高速です。そして、速度でさえ価格を上回ります。

SSD が提供するパフォーマンスの 3 桁の向上は非常に魅力的ですが、このサイズのストレージには高すぎます。

幸いなことに、従来の SDD アレイと同程度の性能を提供できる低コストのテクノロジがあります。これは、ディスクサブシステムのキャッシュメモリとして SSD ドライブを使用することに基づいています。

SSD キャッシングの考え方は、「ホット」データの概念に基づいています。

通常、サーバーアプリケーションはアクティブにのみ動作します。小さな部分サーバーのディスクサブシステムに保存されたデータ。たとえば、1Cサーバーでは、トランザクションは主に現在の運用期間のデータを使用して実行され、Webホスティングサーバーへのほとんどのリクエストは、原則として、サイトの最も人気のあるページを参照します.

したがって、サーバーのディスクサブシステムには、コントローラーが他のブロックよりも頻繁にアクセスするデータブロックがあります。このような「ホット」ブロックは、SSD キャッシングテクノロジーをサポートするコントローラによって、SSD ドライブのキャッシュメモリに格納されます。 SSD からのこれらのブロックの書き込みと読み取りは、SSD からの読み取りと書き込みよりもはるかに高速です。ハードドライブ.

「ホット」と「コールド」へのデータの分割がかなり恣意的であることは明らかです。ただし、実際に示されているように、「ホット」データをキャッシュするために RAID1 アレイに組み合わせた小さな SSD のペアを使用するだけでも、ディスクサブシステムのパフォーマンスが大幅に向上します。

SSD キャッシングテクノロジーは、読み取り操作と書き込み操作の両方に使用されます。

SSD キャッシングアルゴリズムはコントローラーによって実装されます。これは非常に単純で、管理者による構成や保守作業は必要ありません。アルゴリズムの本質は次のとおりです。

サーバーがコントローラーに要求を送信して、データのブロックを読み取るとき

はいの場合、コントローラーは SSD キャッシュからブロックを読み取ります。

そうでない場合、コントローラはハードドライブからブロックを読み取り、そのブロックのコピーを SSD キャッシュに書き込みます。このブロックの次の読み取り要求で、SSD キャッシュから読み取られます。

サーバーがコントローラーに要求を送信して、データのブロックを書き込むとき、コントローラーは、指定されたブロックが SSD キャッシュにあるかどうかを確認します。

はいの場合、コントローラーはこのブロックを SSD キャッシュに書き込みます。

そうでない場合、コントローラーはこのブロックをハードディスクそしてSSDキャッシュ。次にブロックが書き込まれるときは、SSD キャッシュにのみ書き込まれます。

SSD キャッシュにないブロックを書き込む次のリクエスト中に、そのブロックがない場合はどうなるかフリースペース? この場合、SSD キャッシュ内の「最も古い」ブロックが書き込まれます。 HDD、そして「新しい」ブロックがその代わりになります。

したがって、SSD キャッシングテクノロジを使用したサーバーの運用開始後しばらくすると、SSD のキャッシュメモリには主に、サーバーアプリケーションによって頻繁にアクセスされるデータブロックが含まれます。

SSD キャッシュが読み取り専用になる場合、SSD キャッシュは SSD に保存されたデータブロックのコピーのみを保存するため、SSD 上のキャッシュは単一の SSD または SSD の RAID0 アレイにすることができます。ハードドライブ.

読み取りと書き込みに SSD キャッシングを使用する場合、ホットデータは SSD のキャッシュメモリにのみ保存されます。この場合、キャッシュメモリとして RAID1 や RAID10 のように複数の SSD を組み合わせて冗長 RAID アレイを使用するようなデータには冗長性を持たせる必要があります。

SSD キャッシングテクノロジが実際にどのように機能するかを確認し、同時に 2 つの異なるメーカー (Adaptec と LSI) のコントローラでの実装の有効性を比較してみましょう。

テスト

メインディスクアレイ：HDD SATA 3.5" 1TB 6台のRAID10。アレイの使用可能容量は2.7TB。

SSD キャッシュ: 2 つの SSD Intel DC S4600 240GB の RAID1。アレイの有効容量は 223GB です。

「ホット」データとして、メイン RAID10 アレイの最初の 2000 万セクター、つまり 9.5GB を使用しました。選択された少量の「ホット」データは基本的に何も変更しませんが、テスト時間を大幅に短縮できます。

テスト済みコントローラー: Adaptec SmartRAID 3152-8i および BROADCOM MegaRAID 9361-8i (LSI)。

ディスクサブシステムの負荷は、iometer ユーティリティを使用して作成されました。負荷パラメーター: ブロックサイズ 4K、ランダムアクセス、キューの深さ 256。レイテンシーには注意を払わずに、最大のパフォーマンスを比較するために大きなキューの深さを選択しました。

ディスクサブシステムのパフォーマンスは、を使用して修正されましたシステムモニターウィンドウズ。

Adaptec (Microsemi) SmartRAID 3152-8i と maxCache 4.0 テクノロジー

このコントローラは、デフォルトで maxCache 4.0 SSD キャッシングテクノロジをサポートし、2GB の独自のキャッシュを備えており、電力損失保護が含まれています。

メインの RAID10 アレイを作成するときは、デフォルトのコントローラー設定を使用しました。

SSD の RAID1 キャッシュアレイはライトバックモードに設定されており、SSD の読み取り/書き込みキャッシュが有効になっています。ライトスルーモードに設定すると、すべてのデータがハードドライブに書き込まれるため、読み取り操作のみが高速化されます。

テストパターン:

グラフ 1. Adaptec maxCache 4.0 のテスト

赤い線は、書き込み操作におけるディスクサブシステムのパフォーマンスです。

最初の瞬間に、最大 100,000 IOPS の値までパフォーマンスが急激に上昇します。データは、高速で動作するコントローラーキャッシュに書き込まれます。ランダム・アクセス・メモリ.

キャッシュがいっぱいになると、パフォーマンスはハードドライブアレイの通常の速度 (約 2,000 IOPS) に低下します。この時点で、データブロックはハードディスクに書き込まれます。これは、これらのブロックがまだ SSD のキャッシュメモリになく、コントローラーがそれらを「ホット」と見なしていないためです。データのコピーが SSD キャッシュに書き込まれます。

徐々に、より多くのブロックが再び書き込まれます。そのようなブロックはすでに SSD キャッシュにあるため、コントローラーはそれらを「ホット」と見なし、SSD のみに書き込みます。同時に書き込み操作のパフォーマンスは 40,000 IOPS に達し、このマークで安定します。データは SSD キャッシュ (RAID1) で保護されるため、メインアレイで上書きする必要はありません。

ところで、ここで使用する Intel DC S4600 240GB SSD の製造元が宣言した書き込み速度は、わずか 38,000 IOPS であることに注意してください。 RAID1 アレイのミラー化されたペアの各ドライブに同じデータセットを書き込んでいるので、SSD は最大速度で動作していると言えます。

ブルーライン- 読み取り操作におけるディスクサブシステムのパフォーマンス。左側のセクションは、約 2,000 IOPS の速度でハードディスクアレイからデータを読み取っています。SSD のキャッシュメモリにはまだ「ホット」データはありません。ハードディスクブロックの読み取りと同時に、SSD 上のキャッシュメモリにコピーされます。以前に SSD キャッシュに読み取られたブロックが「キャッチ」され始めると、読み取り速度は徐々に増加します。

すべてのホットデータが SSD キャッシュに書き込まれると、そこから 90,000 IOPS を超える速度で読み取られます (2 番目の青い領域)。

紫色の線 - 複合負荷 (読み取り 50%、書き込み 50%)。すべての操作は、SSD 上の「ホット」データに対してのみ実行されます。 60,000 IOPS 程度のパフォーマンス。

まとめ

Adaptec SmartRAID 3152-8i コントローラは、SSD キャッシングをうまく整理します。コントローラーにはすでに maxCache 4.0 とキャッシュ保護のサポートが含まれているため、購入する必要があるのは SSD ドライブだけです。コントローラーはユーザーフレンドリーでセットアップが簡単で、デフォルト設定は最高レベルのデータ保護を提供します。

ビデオ録画 Adaptec maxCache 4.0 テスト:

LSI (ブロードコム) MegaRAID 9361-8i

このコントローラーは、CacheCade 2.0 SSD キャッシング技術をサポートしています。それを使用するには、約20,000ルーブル相当のライセンスを購入する必要があります。

キャッシュ保護はパッケージに含まれていませんが、当社のテストでは、最大のパフォーマンスを得るには、キャッシュ保護を必要としないライトスルーモードでコントローラーキャッシュを使用するのが最適であることがわかりました。

メインアレイのコントローラー設定: ライトスルーモードのコントローラーキャッシュ。読み取りモードダイレクト IO、先読みなし。

読み取りと書き込みをキャッシュするためにライトバックモードで SSD ドライブ (RAID1 アレイ) のメモリをキャッシュします。

テストパターン (ここでは、垂直方向のスケール範囲は Adaptec の 2 倍です):

グラフ 2. LSI CacheCade 2.0 のテスト

テストシーケンスは同じで、画像も似ていますが、CacheCade 2.0 のパフォーマンスは maxCache よりわずかに高くなっています。

ホットデータ書き込みでほぼ 60,000 IOPS のパフォーマンスが得られたのに対し、Adaptec では 40,000 IOPS、読み取り操作では 90,000 IOPS に対してほぼ 120,000 IOPS、複合負荷では 70,000 IOPS と 60,000 IOPS でした。

コントローラのキャッシュはライトスルーモードで動作し、ディスクへのデータの書き込み時には使用されないため、書き込み操作のテストの最初の瞬間にパフォーマンスの「スパイク」はありません。

まとめ

LSI コントローラーには、より複雑なパラメーター設定があり、それがどのように機能するかを理解する必要があります。 SSD キャッシングを使用する場合、コントローラーのキャッシュ保護は必要ありません。アダプテックとは異なり、可能です SSD キャッシュの使用一度に複数の RAID アレイを提供します。 Adaptec コントローラーよりも優れたパフォーマンス。追加の CacheCade ライセンスの購入が必要です。

LSI CacheCade 2.0 のテストのビデオ録画:

結論

テーブルを完成させましょう。価格を比較するときは、10 TB のアレイにはより大きなキャッシュが望ましいことに注意してください。パフォーマンスの数値は、テストから得られたものです。


オプション配列	読む (IOPS)	録音 (IOPS)	何時に倍速	何時に何倍も高価

HDD 10TB×2	500	250	—	—

HDD 1.8TB×12	5’000	2’500	×10	x6

SSD 1.9TB×12	800’000	400’000	×1600	×24

HDD 10TB×2 + SSD 960GB×2、maxCache	90’000	40’000	×160	×2.5

HDD 10TB×2 + SSD 960GB×2、CacheCade	120’000	60’000	×240	x3

書き込みをキャッシュする場合は、常に冗長アレイ (RAID1 または RAID10) を SSD キャッシュとして使用してください。

SSD キャッシュには、サーバー SSD のみを使用してください。宣言されたボリュームの約 20% の追加の「見えない」領域があります。このスペア領域は、内部の最適化とガベージコレクション操作に使用されるため、このようなドライブは 100% 使用された場合でも書き込みパフォーマンスが低下しません。さらに、スペア領域の存在により、ドライブのリソースが節約されます。

キャッシュメモリ用の SSD ドライブのリソースは、書き込まれるデータの量に関して、サーバーのストレージサブシステムの負荷と一致する必要があります。ドライブのリソースは、通常、DWPD (Drive Writes Per Day) パラメータ (ドライブが 5 年間完全に上書きできる 1 日の回数) によって決定されます。通常、3 DWPD 以上のリソースを持つドライブが適切な選択です。システムモニタを使用して、ディスクサブシステムの実際の負荷を測定できます。

SSD ドライブのキャッシュからメインアレイにすべてのデータを転送する必要がある場合は、SSD キャッシュモードをライトバックからライトスルーに切り替えて、データがハードドライブに完全に再書き込みされるまで待つ必要があります。この手順の最後に、コントローラは SSD キャッシュボリュームの削除を「許可」します。

この資料に関する質問やコメントがある場合は、までご連絡ください。

さまざまなタイプのサーバードライブ (HDD、SSD、SATA DOM、eUSB) のパフォーマンス比較
最新の Intel および Adaptec Server RAID コントローラ (24 SSD) のパフォーマンス比較
サーバー RAID コントローラーの性能比較
Xeon E5-2600 および Xeon E5-2400 ベースの Intel サーバーのディスクサブシステムのパフォーマンス
テーブル比較特性: RAID コントローラ , サーバー HDD , サーバー SSD
価格表セクションへのリンク: RAID コントローラ , サーバー HDD , サーバー SSD

ほとんどのサーバーアプリケーションは、ランダムアクセスモードでサーバーのディスクサブシステムを操作します。このモードでは、データがサイズが数キロバイトの小さなブロックで読み書きされ、これらのブロック自体がディスクアレイ内でランダムに配置されます。

ハードディスクの任意のデータブロックへの平均アクセス時間は、数ミリ秒程度です。この時間は、ディスクヘッドを目的のデータ上に配置するために必要です。 1 秒間に、ハードドライブはこれらのブロックを数百個読み取る (または書き込む) ことができます。このメトリックはパフォーマンスを反映しますハードドライブランダムI / O操作で、IOPS（1秒あたりの入力出力、1秒あたりの入力/出力操作）の値によって測定されます。つまり、ハードディスクのランダムアクセスのパフォーマンスは数百 IOPS です。

原則として、サーバーのディスクサブシステムでは、複数のハードドライブが RAID アレイに結合され、そこで並列に動作します。同時に、任意のタイプの RAID アレイのランダム読み取り操作の速度は、アレイ内のディスクの数に比例して増加しますが、書き込み操作の速度は、ディスクの数だけでなく、方法にも依存します。ディスクは RAID アレイに結合されます。

多くの場合、ディスクサブシステムはサーバーのパフォーマンスを制限する要因です。で大量に同時に要求が発生すると、ディスクサブシステムがパフォーマンスの限界に達する可能性があり、RAM の量やプロセッサ周波数を増やしても効果はありません。

ディスクサブシステムのパフォーマンスを向上させる根本的な方法は、情報が不揮発性フラッシュメモリに書き込まれるソリッドステートドライブ (SSD) を使用することです。 SSD ドライブの場合、任意のデータブロックへのアクセス時間は数十マイクロ秒 (つまり、ハードドライブよりも 2 桁小さい) であるため、ランダム操作での SSD ドライブのパフォーマンスは 1 つでも 60,000 IOPS に達します。

次のグラフは、8 台の HDD と 8 台の SSD RAID アレイのパフォーマンスを比較しています。 4つのデータが与えられますさまざまな種類 RAID アレイ: RAID 0、RAID 1、RAID 5、および RAID 6。テキストが技術的な詳細で過負荷にならないように、記事の最後にテスト方法に関する情報を掲載しました。

図から、SSD ドライブを使用すると、サーバーディスクサブシステムのランダムアクセス操作のパフォーマンスが 20 倍から 40 倍向上することがわかります。ただし、次の深刻な制限により、SSD ドライブの普及が妨げられています。

まず、最近の SSD ドライブは容量が小さいです。ハードドライブの最大容量 (3TB) は、サーバー SSD の最大容量 (300GB) の 10 倍を超えています。次に、1 GB のディスク容量のコストを比較すると、SSD ドライブはハードドライブの約 10 倍の費用がかかります。そのため、SSD ドライブのみからディスクサブシステムを構築することは、現在ではほとんど使用されていません。

ただし、SSD ドライブを RAID コントローラのキャッシュとして使用できます。それがどのように機能し、何が得られるかについて詳しく説明しましょう。

実際には、数十テラバイトの容量を持つかなり大規模なディスクサーバーサブシステムでも、「アクティブな」データ、つまり最も頻繁に使用されるデータの量は比較的少ないということです。たとえば、長期間にわたってレコードを格納するデータベースを操作している場合、現在の時間間隔に関連するデータのごく一部のみがアクティブに使用される可能性があります。または、サーバーがインターネットリソースをホストするように設計されている場合、ほとんどの要求は、最も頻繁にアクセスされる少数のページに対するものになります。

したがって、これらの「アクティブ」(または「ホット」) データが「低速」ハードドライブではなく、SSD ドライブの「高速」キャッシュメモリにある場合、ディスクサブシステムのパフォーマンスは桁違いに向上します。この場合、どのデータをキャッシュに入れるかを気にする必要はありません。コントローラが初めてハードディスクからデータを読み取った後、このデータは SSD キャッシュに残され、そこから再度読み取られます。

さらに、キャッシングは読み取り時だけでなく、書き込み時にも機能します。書き込み操作では、データはハードドライブではなく SSD ドライブのキャッシュメモリに書き込まれるため、書き込み操作も桁違いに高速になります。

実際には、SSD ドライブのキャッシングメカニズムは、任意の 6 ギガビット RAID モジュールまたは RAID コントローラに実装できます。インテル 2位 LSI2208 マイクロコントローラに基づく世代: RMS25CB040、RMS25CB080、RMT3CB080、RMS25PB040、RMS25PB080、RS25DB080、RS25AB080、RMT3PB080。これらの RAID モジュールとコントローラは、ベースのチームサーバーで使用されます。インテルプロセッサー E5-2600 および E5-2400 ( インテルプラットフォームサンディブリッジ）。

SSD キャッシングモードを使用するには、AXXRPFKSSD2 ハードウェアキーを RAID コントローラにインストールする必要があります。 SSD キャッシングのサポートに加えて、このキーは、キャッシュメモリとしてではなく通常のドライブとして使用される場合、「空の」SSD を使用するコントローラーの動作も高速化します。この場合、465,000 IOPS (FastPath I/O モード) のランダム読み取り/書き込みパフォーマンスを実現できます。

8 つのハードドライブの同じアレイのパフォーマンステスト結果を見てみましょう。ただし、4 つの SSD をキャッシュメモリとして使用し、キャッシュなしのこのアレイのデータと比較してみましょう。

SSD キャッシュを整理するための 2 つのオプションのテストを実行しました。最初のバリアントでは、4 つの SSD がゼロレベル RAID アレイ (R0) に結合され、2 番目のケースでは、ミラーアレイ (R1) がこれら 4 つの SSD から形成されました。 2 番目のオプションは、書き込み操作が少し遅くなりますが、データを SSD キャッシュにバックアップするため、推奨されます。

興味深いことに、読み取りと書き込みのパフォーマンスは、ハードドライブの「メイン」RAID アレイのタイプとはほとんど無関係ですが、SSD キャッシュドライブの速度とその RAID アレイのタイプによってのみ決定されます。さらに、ハードドライブからの「キャッシュ」RAID 6 は、SSD からの「クリーン」RAID 6 よりも書き込み操作が高速です (29"300 または 24"900 IOPS 対 15"320 IOPS)。説明は簡単です。実際、 RAID 6 ではなく、RAID 0 または RAID 1 キャッシュのパフォーマンスを測定します。これらのアレイは、ドライブが少なくても書き込みが高速です。

SSDドライブ単体でもキャッシュメモリとして使用できますが、キャッシュデータがバックアップされないため、使用しないことをお勧めします。そのような SSD に障害が発生すると、データの整合性が損なわれます。 SSD キャッシングの場合、第 1 レベルの RAID アレイ (「ミラー」) に結合された少なくとも 2 つの SSD ドライブを使用することをお勧めします。

この記事に記載されている情報が、効果的なサーバーディスクサブシステム構成の選択に役立つことを願っています。さらに、当社のマネージャーとエンジニアは、必要な技術的アドバイスをいつでも提供する準備ができています。

テストベンチの構成とテスト方法

サーバープラットフォーム - チーム R2000GZ
インテル RES2CV360 36 ポートエクスパンダカー SAS ポートエクスパンダ
RAID コントローラ - AXXRPFKSSD2 キーを備えた Intel RS25DB080
HDD - 8 SAS ドライブ 2.5" Seagate Savvio 10K.5 300GB 6Gb/s 10000RPM 64MB キャッシュ
SSD - 8 または 4 SSD SATA 2.5" Intel 520 シリーズ 180GB 6Gb/秒

を使用してテストを実施しました。インテルのプログラム IOメーター。

各ハードウェア構成オプションについて、最適な設定コントローラーのキャッシュ。

テスト用の仮想ディスクの量は 50GB です。このようなボリュームは、テストしたディスクが SSD キャッシュに完全に収まるように選択されました。

その他のオプション：
ストリップサイズ - 256KB。
順次操作のデータブロックサイズは 1MB です。
ランダムアクセス操作のデータブロックサイズは 4 KB です。
キューの深さは 256 です。

従来のストレージシステムでは、ハードディスクにデータを保存します。 HDDおよび固体状態 SSD ドライブ. 近年、HDDの大容量化が急速に進んでいます。ただし、ランダムアクセスの速度はまだ遅いです。データベースなどの一部のアプリケーションでは、クラウド技術または仮想化、として必要高速アクセス、ボリューム大。 HDD のみを使用することは受け入れられず、SSD を使用すると不当に高価であることが判明しました。 SSD をキャッシュとしてのみ使用することは、最高の比率システム全体の価格/性能。この場合、データ自体は大容量の HDD に配置され、高価な SSD を使用すると、このデータへのランダムアクセスでパフォーマンスが向上します。

ほとんどの場合、SSD キャッシュは次の場合に役立ちます。

読み取り時の IOPS での HDD の速度がボトルネックの場合。
書き込みよりも読み取りの I/O 操作が大幅に多い場合。
頻繁にアクセスされるデータの量が SSD のサイズより少ない場合。

解決

SSD キャッシングは、パフォーマンスを向上させるための追加のキャッシュです。 1 つ以上の SSD を割り当てる必要があります仮想ディスク(月) キャッシュとして使用します。これらの SSD はデータストレージには使用できないことに注意してください。 SSD キャッシュサイズは現在 2.4 TB に制限されています。

読み取り/書き込み操作が実行されると、データのコピーが SSD に配置されます。次回、このブロックの操作は SSD から直接実行されます。結果として、これにより反応時間が短縮され、その結果、全体的なパフォーマンスが向上します。残念ながら、SSD に障害が発生した場合でも、データが失われることはありません。キャッシュには、HDD からのデータのコピーが含まれています。

SSD キャッシュはグループ (ブロック) に分割され、各ブロックはサブブロックに分割されます。仮想ディスクの I/O 操作の性質によって、ブロックサイズとサブブロックサイズの選択が決まります。

キャッシュを埋める

HDDからデータを読み込んでSSDに書き込むことをキャッシュフィルと呼びます。この操作はバックグラウンドホストが読み取りまたは書き込み操作を実行した直後。キャッシュ操作は、次の 2 つのパラメーターによって制限されます。

Populate-on-read しきい値
Populate-on-write しきい値

これらの値はゼロより大きいです。それらがゼロに等しい場合、読み取りまたは書き込み用のキャッシュは機能しません。これらの値に従って、各ブロックはその読み取りまたは書き込みカウンターに割り当てられます。ホストが読み取り操作を実行し、データがキャッシュされると、読み取りカウンターがインクリメントされます。キャッシュにデータがなく、読み取りカウントが Populate-on-read しきい値以上の場合、データはキャッシュにコピーされます。カウンタ値が Populate-on-read しきい値よりも小さい場合、データはキャッシュを超えて読み取られます。書き込み操作の場合も同様です。

SSD キャッシュのシナリオ

入出力タイプ

I/O タイプによって、SSD キャッシュ構成が決まります。この構成は管理者によって選択され、ブロック、サブブロック、populate-on-read しきい値、および populate-on-write しきい値パラメーターを定義します。 I/O タイプに応じて、3 つの定義済み構成があります。ファイルシステムそしてウェブサービス。管理者は、仮想ディスクの SSD キャッシュ構成を選択する必要があります。操作中に構成のタイプを変更できますが、この場合、キャッシュの内容はリセットされます。定義済みの構成が使用中の負荷プロファイルに適合しない場合は、独自のパラメーター値を設定できます。

ブロックサイズは、キャッシュの「ウォームアップ」時間に影響します。最も要求されたデータが SSD に移動するとき。データが HDD 上で互いに近くに配置されている場合は、大きなブロックサイズを使用することをお勧めします。データがランダムに配置されている場合は、小さなブロックサイズを使用する方がより論理的です。

サブブロックサイズは、キャッシュのウォームアップ時間にも影響します。サイズが大きくなると、キャッシュがいっぱいになるまでの時間が短縮されますが、ホストからの要求に対する応答時間が長くなります。さらに、サブブロックのサイズも CPU 負荷に影響します。スループットメモリとチャネル。

おおよそのキャッシュウォームアップ時間を計算するには、次の方法を使用できます。

T - 秒単位のキャッシュウォームアップ時間
I - ランダムアクセスの HDD の IOPS 値
S - I/O ブロックサイズ
D - HDD の数
C - フルサイズ SSD
P - populate-on-read しきい値または populate-on-write しきい値

次に、T = (C*P) / (I*S*D)
例: 250 IOPS の 16 個のディスク、キャッシュとして 1 つの 480 GB SSD、負荷の性質 - Web サービス (64 KB)、読み込み時の読み込みしきい値 = 2。
すると、ウォームアップ時間は Т = (480GB*2) / (250*64KB*16) ≈ 3932 秒 ≈ 65.5 分になります。