Как проявляется производительность кэширования Ceph?

Введение:
В этом посте мы делимся результатами бенчмарк-теста, чтобы продемонстрировать, как кэширование Ceph может улучшить производительность пула на HDD, настроив кэш-уровень, поддерживаемый пулом NVMe.

14 Apr, 2023 Ambedded

Что такое Ceph Cache Tier и как оно работает

Кэш-уровень Ceph позволяет использовать более быстрые устройства хранения в качестве кэша для более медленных. Это включает создание пула быстрых/дорогих устройств хранения (например, NVMe SSD), настроенных для работы в качестве кэш-уровня, и медленного/дешевого пула из устройств с кодированием с избытком или медленных устройств (например, HDD), настроенных для работы в качестве экономичного уровня хранения. Кэш-уровень хранит часто запрашиваемые данные из основного уровня и обрабатывает запросы на чтение и запись от клиентов. Агент кэширования периодически сбрасывает или удаляет объекты из кэш-уровня на основе определенных политик.

Демонстрация кэш-уровня Ceph

В прошлом, при использовании SATA SSD в качестве устройства хранения кэш-уровня, улучшение производительности от использования кэш-уровня было незначительным. В настоящее время стоимость NVMe SSD снизилась значительно по сравнению с несколькими годами назад, а производительность NVMe SSD гораздо выше, чем у HDD. Мы хотим узнать, может ли использование NVMe SSD в качестве кэш-уровня значительно помочь пулу HDD.

Для проверки эффективности кэш-уровня NVMe мы настроили тест, чтобы увидеть, улучшает ли кэш-уровень производительность хранилища на основе HDD.

Настройка кластера

Хосты NVME	3 x Ambedded Mars500 Ceph Appliances
Спецификация каждого устройства Mars 500
ЦП	1x Ampere Altra Arm 64-Core 3.0 ГГц
Память	96 GiB DDR4
Сеть	2 порта 25 Гбит/с Mellanox ConnectX-6
Диски OSD	8 x Micron 7400 960 ГБ

Хосты HDD	3 x Ambedded Mars400 Ceph Appliances
Спецификация каждого устройства Mars 400
ЦП	8 узлов Quad-Cores Arm64 1.2 ГГц
Память	4 ГиБ на узел. 32 ГиБ на устройство
Сеть	2 x 2.5 Гбит/с на узел. 2x 10 Гбит/с вверх через встроенный коммутатор.
Диски OSD	8 x 6 ТБ Seagate Exos HDD

Информация о Ceph кластере

24 x OSD на NVMe SSD (3x Ambedded устройства Mars500)
24x OSD на HDD (3x устройства Mars400 от Ambedded)
Серверы с HDD и NVMe находятся в отдельных корнях CRUSH.

Тестовые клиенты

2 x физических сервера. 2x сетевая карта 25Gb
Каждый сервер запускает 7x ВМ.
У каждой ВМ 4x ядра и 8 ГБ памяти

Настройка уровня кэша с помощью менеджера UVS от Ambedded

1. Создайте базовый пул, используя HDD osd.

2. Создайте пул NVMe, используя NVMe SSD osd.

3. Добавьте пул NVMe в качестве кэш-уровня для пула HDD.
конфигурации кэш-уровня по умолчанию:

Режим кэширования: запись обратно

hit_set_count = 12

hit_set_period = 14400 сек (4 часа)

target_max_byte = 2 ТиБ

target_max_objects = 1 миллион

min_read_recency_for_promote & min_write_recency_for_promote = 2

cache_target_dirty_ratio = 0.4

cache_target_dirty_high_ratio = 0.6

cache_target_full_ratio = 0.8

cache_min_flush_age = 600 сек.

cache_min_evict_age = 1800 сек.

Мы тестировали пул HDD до и после добавления кэш-уровня, используя до 14 клиентов для создания тестовых нагрузок. Каждый клиент смонтировал RBD для теста fio. Тестовая нагрузка началась с одного клиента и количество клиентов увеличивалось после завершения каждой тестовой задачи. Каждый тестовый цикл длился пять минут и автоматически контролировался Jenkins. Результат выполнения тестовой работы был суммой результатов всех клиентов. Перед тестированием кэширования уровня, мы записывали данные на RBD-диски до тех пор, пока пул кэширования уровня не заполнился сверх предельного соотношения заполнения кэша Ceph (0.8).

Диаграммы показали, что производительность чистого пула HDD значительно улучшилась после добавления пула кэша NVMe.

Во время тестирования кэш-уровня мы наблюдали статистику пула с помощью команды ceph osd pool stats. В пулах кэша и базовом пуле происходили операции сброса, вытеснения и повышения. Мы фиксировали статистику пула в разные моменты во время тестирования кэш-уровня.

Данные были записаны в кэш
пул кэша id 84
скорость записи клиента 21 MiB/s, скорость чтения 0 операций/с, скорость записи 5.49k операций/с

пул mars400_rbd id 86
ничего не происходит

Кэш выполнял продвижение и вытеснение
id пула кэша 84
клиентский ввод/вывод 42 МиБ/с зап., 0 оп/с чт., 10,79k оп/с зап.
ввод/вывод уровня кэша 179 МиБ/с вытеснение, 17 оп/с продвижение

id пула mars400_rbd 86
клиентский ввод/вывод 0 Б/с чт., 1,4 МиБ/с зап., 18 оп/с чт., 358 оп/с зап.

Кэш очищается
идентификатор кэша 84
ввод-вывод клиента 3.2 GiB/s чтение, 830 операций чтения, 0 операций записи
ввод-вывод кэш-уровня 238 MiB/s сброс, 14 операций продвижения, 1 PGs очищается

идентификатор mars400_rbd пула 86
ввод-вывод клиента 126 MiB/s чтение, 232 MiB/s запись, 44 операции чтения, 57 операций записи

PG был выселен
пул кэша id 84
клиентский ввод-вывод 2,6 ГиБ/с чтение, 0 Б/с запись, 663 оп/с чтение, 0 оп/с запись
ввод-вывод кэш-уровня 340 МиБ/с очистка, 2,7 МиБ/с выселение, 21 оп/с продвижение, 1 PG выселяется (полностью)

пул mars400_rbd id 86
клиентский ввод-вывод 768 МиБ/с чтение, 344 МиБ/с запись, 212 оп/с чтение, 86 оп/с запись

Сброс PG и прямой ввод-вывод клиента в базовый пул.(клиенты записывали данные)
пул кэша id 84
клиент io 0 B/s запись, 0 операций чтения, 1 операция записи
кэш-уровень io 515 MiB/s сброс, 7.7 MiB/s вытеснение, 1 PGs сброс

пул mars400_rbd id 86
клиент io 613 MiB/s запись, 0 операций чтения, 153 операции записи

После непрерывного тестирования мы оставили кластер на несколько часов и повторно провели тест на запись случайных блоков размером 4 КБ. Мы получили значительно лучшую производительность. Это произошло потому, что место в кэше было освобождено для новой записи.

Из этого теста мы уверены, что использование пула NVMe в качестве кэш-уровня для пула HDD может значительно улучшить производительность.

Следует отметить, что производительность кэш-уровня не может быть гарантирована. Производительность зависит от условий попадания в кэш в данный момент, и повторное тестирование с той же конфигурацией и рабочей нагрузкой не даст той же производительности.

Если вашему приложению требуется стабильная производительность, используйте чистый пул SSD на базе NVMe.

Связанные продукты: Марс500 NVME Всефлэш хранилище Ceph
Mars 500

Mars 500 Ceph Appliance разработан для удовлетворения высокопроизводительных потребностей...
Подробности

Хранилище Ceph Mars 400PRO
Mars 400PRO

Mars 400 Ceph Appliance разработан для удовлетворения высоких потребностей в хранении данных...
Подробности

Как проявляется производительность кэширования Ceph? | Решения для хранения Ceph на микросерверах ARM | Ambedded

Как проявляется производительность кэширования Ceph? | Решения для хранения Ceph на ARM-микросерверах | Ambedded