Accroître les performances des applications jusqu`à 8 fois

LIVRE BLANC PERFORMANCES DE LA MISE EN CACHE maxCache SSD
Accroître les performances des applications
jusqu’à 8 fois grâce aux solutions de mise en
cache SSD Adaptec maxCache™
Synthèse
De nos jours, les centres de données et les environnements de cloud
computing ont besoin d’accroître leurs performances d’I/O pour
répondre aux besoins des applications volumineuses telles que les
bases de données, les serveurs Web, les applications de commerce
en ligne, les serveurs de fichiers et les messageries électroniques. Ce
livre blanc traite des avantages dont on peut profiter au niveau des
performances des applications très gourmandes en termes de lecture
grâce à l’utilisation des solutions de mise en cache SSD maxCache
d’Adaptec.
Les avantages de maxCache sont illustrés en comparant les niveaux
de performances obtenus d’une part avec un contrôleur de stockage
Adaptec avec solution de mise en cache SSD maxCache, et d’autre
part avec un contrôleur de stockage Adaptec sans solution de mise
en cache SSD maxCache.
Les tests ont été menés au moyen d’outils standard de mesure des
performances et/ou validés via des tests exécutés en situation réelle
sur une application de serveur Web.
Le point sur les performances
Accélérer le fonctionnement des applications, réduire les temps de
réponse et augmenter le nombre d’utilisateurs pris en charge par
chaque serveur sont des besoins essentiels pour tout centre de données ou environnement de cloud computing. Les tests de la mise en
cache maxCache SSD d’Adaptec sur des applications de serveur Web,
de commerce en ligne et courrier électronique montrent :
• des performances améliorées jusqu’à 11 fois sur les charges de
travail en lecture aléatoire de petits blocs de données après mesure
avec Iometer, un outil standard dans ce domaine
• des performances améliorées jusqu’à 8 fois sur les charges de
travail de service Web, là aussi après mesure avec Iometer
• des performances améliorées jusqu’à 2 fois dans un
environnement applicatif de serveur et station de travail
• un accroissement jusqu’à 2 fois du nombre d’utilisateurs avec un
temps de réponse amélioré sur une application de serveur Web en
situation réelle
Introduction
De nos jours, les centres de données et les environnements de cloud
computing ont besoin de serveurs haute densité pour pouvoir offrir
aux utilisateurs une qualité de service élevée. En général, ces déploiements de serveurs sont prévus pour des applications spécifiques
telles que l’hébergement de sites Web (par exemple les serveurs Web)
ou les applications de commerce en ligne (par exemple les serveurs
de fichiers et bases de données), et ils desservent un grand nombre
d’utilisateurs. Les clients de ces centres de données et applications
de cloud computing signent des contrats de niveau de service (SLA)
qui obligent les exploitants à leur fournir des niveaux de service,
de disponibilité et de performances prédéterminés. Pour répondre
aux impératifs de service, les exploitants de centres de données
déploient des serveurs à haut débit d’I/O (mesuré en input/output
par seconde) qui sont optimisés afin de garantir le respect des
termes du SLA. En outre, pour les applications Web 2.0, le bon sens
économique pousse à accroître le nombre d’utilisateurs hébergés par
serveur de manière à réduire le coût du service (COS) par utilisateur.
La croissance du nombre d’utilisateurs se traduit par un accroissement des débits imposés à ces serveurs. Étant donné que la capacité
d’I/O tend à s’épuiser bien avant la capacité de stockage, les centres
de données et les environnements de cloud computing sont con-
traints d’ajouter de nouveaux serveurs pour faire face aux nécessités
du service, et ce même si les serveurs existants disposent encore de
suffisamment de capacité de stockage pour accueillir d’autres utilisateurs. Cette pratique entraîne une faible utilisation de la capacité
de stockage de ces serveurs (généralement pas plus de 30 % de la
capacité de stockage totale disponible).
De plus, pour répondre aux impératifs du SLA en termes de temps
de réponse accéléré et de disponibilité, et pour accroître le nombre
d’utilisateurs hébergés, ce qui est nécessaire afin de réduire le COS,
les exploitants configurent les serveurs de manière à regrouper les
données dans le cache système, en dépit du fait que les utilisateurs
n’accèdent pas à toutes les données uniformément. Les serveurs
Web, par exemple, regroupent les pages d’accueil des sites Web
qu’ils hébergent bien plus fréquemment que les autres pages. Les
applications de commerce en ligne interrogent les images des produits faisant l’objet des accès les plus fréquents (les produits les
plus demandés) bien plus souvent que celles des autres produits, et
vendent aussi ces produits particulièrement demandés plus souvent.
Dans de tels cas, les serveurs, même s’ils disposent de suffisamment
de capacité de stockage, sont limités en débit d’input/output et il
est alors impératif d’ajouter de nouveaux serveurs pour faire face à
l’accroissement du contenu de données. L’ajout de serveurs entraîne
un relèvement des coûts d’investissement et des frais d’exploitation
(nommément les frais d’entretien, d’alimentation en énergie et de
refroidissement) ainsi qu’une hausse des besoins d’espace physique.
Une technologie capable d’assurer de bons temps de réponse dans
l’accès aux données “très demandées” tout en maintenant une grosse
capacité de données “moins demandées” permettra de réaliser des
économies directes par la réduction du nombre de serveurs déployés.
En d’autres termes, toute amélioration dans les performances d’I/O
des serveurs permettra d’augmenter le nombre d’utilisateurs par
serveur et de réduire le coût par utilisateur.
La mise en cache maxCache SSD d’Adaptec répond aux besoins des
centres de données et des environnements de Cloud Computing les
plus exigeants en termes d’I/O en leur permettant de transformer
des serveurs standard en équipements de stockage économiques, très
performants et évolutifs.
À propos des solutions de mise en cache SSD Adaptec
maxCache
Les SSD sont des dispositifs de stockage capables d’atteindre de
hautes performances en termes de débits d’I/O (entrée/sortie). Un
SSD fait appel à des composants flash pour stocker les données
et, à la différence d’un disque dur mécanique, il ne comporte pas
d’organes mobiles ni de plateau physique en rotation.
Les SSD offrent de nombreux avantages par rapport aux disques
durs, notamment une bande passante de lecture plus étendue, des
débits plus élevés, une meilleure fiabilité mécanique (due à l’absence
d’éléments mobiles) et une plus grande résistance aux chocs et aux
vibrations. Toutefois, les mêmes caractéristiques (à savoir la mise
en œuvre de composants flash) qui leur procurent ces avantages
s’assortissent également de limitations inhérentes par rapport aux
disques durs, notamment une moindre capacité et une bande passante d’écriture en streaming plus restreinte. La durée de vie utile
d’un SSD est aussi étroitement conditionnée au nombre d’opérations d’écriture qui auront été effectuées dessus.
La solution Adaptec maxCache associe des SSD utilisés comme mémoire cache au logiciel de mise en cache maxCache SSD d’Adaptec
pour accélérer spectaculairement les performances d’I/O et réduire
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Accroître les performances des applications jusqu’à 8 fois grâce aux solutions de mise en cache SSD Adaptec maxCache™
Pour capitaliser sur les avantages des SSD tout en s’affranchissant
de leurs limitations, la mise en cache maxCache SSD intègre la
technologie Learned-Path Algorithm (algorithme de chemin acquis)
en instance de brevet qui identifie les données lues fréquemment et
optimise les accès en lecture en déplaçant ces données directement
dans un cache SSD, ce qui accélère la récupération des données.
En tirant parti de sa seule présence dans le chemin de données
pour créer un pool de cache de lecture, une matrice hybride hautes
performances (HPHA) constituée de plusieurs disques durs et d’un
seul SSD augmente jusqu’à onze fois les débits IOPS par rapport aux
déploiements comparables mettant en jeu exclusivement des disques
durs.
lecture. Les charges de travail en lecture aléatoire, service Web et
service de fichiers représentent au mieux ces applications riches en
données dans lesquelles les transactions de lecture prédominent,
parsemées de quelques accès en écriture.
Charges de travail cibles de maxCache™
(I/O par sec. par serveur)
les coûts sans perturber les opérations en cours. Elle élimine pratiquement le goulot d’étranglement qui se forme entre les processeurs,
la mémoire et le stockage.
45 000
40 000
35 000
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
0
Adaptec maxCache constitue la prochaine étape de notre stratégie
Data Conditioning Platform, une approche innovante et intelligente
dans l’acheminement, l’optimisation et la protection des données
qui transitent par le chemin d’I/O.
Tests de performances sous charge de travail
IOmeter a été configuré pour tourner avec des files d’attente de
profondeur variable sur des charges de travail de service Web, service
de fichiers, transactions en ligne (OLTP) et lectures aléatoires avec
la mise en cache SSD maxCache désactivée. Les mêmes tests ont
ensuite été effectués sur le même système, mais avec la mise en cache
maxCache SSD activée.
Le système d’essai consistait en un contrôleur Adaptec Série 5 avec
maxCache installé sur une plate-forme Intel Xeon avec un processeur à 3,6 GHz et 2 Go de mémoire RAM système, exécutant
Microsoft Server 2003 Enterprise Edition 32 bits SP2. Pour garantir
que le système de base offre bien les meilleures performances,
12 disques durs SAS Seagate de classe industrielle tournant à
15 000 tr/mn ont été utilisés, dans des configurations RAID 5,
RAID 0 et RAID 10. L’utilisation de disques SATA et l’activation
de la mise en cache SSD maxCache montrera un gain en performances encore plus important.
Résultats des tests de performances sous charge de travail
Les résultats des tests ont montré des gains de performances allant
jusqu’à 11 fois avec le cache SSD Adaptec activé. La Figure 1 illustre
les avantages suivants de la technologie de mise en cache SSD
Adaptec :
• des performances améliorées jusqu’à 11 fois sur les charges de
travail en lecture aléatoire de petits blocs de données
• des performances améliorées jusqu’à 8 fois sur les charges de
travail en service Web
• des performances améliorées jusqu’à 8 fois sur les charges de
travail en service de fichiers
• des performances améliorées jusqu’à 5 fois sur les charges de
travail en service OLTP
Les applications de service Web et de commerce en ligne ont besoin
de débits élevés et sont particulièrement gourmandes en termes de
x8
x8
x5
Lectures
aléatoires
Service Web
Service de
fichiers
Service de
transactions
en ligne (OLTP)
Charges de travail
Figure 1
Tests d’extensibilité
IOMeter a ensuite été configuré pour fonctionner avec des charges
de travail en service de fichiers et service Web (à savoir des charges
de travail représentant des applications d’hébergement Web et de
commerce en ligne). Le test a d’abord été exécuté avec la mise en
cache maxCache SSD désactivée, puis répété sur le même système
avec la mise en cache maxCache SSD activée avec un, puis deux SSD
utilisés comme pool de cache. La taille des jeux de données a elle
aussi été adaptée à la taille du cache SSD total de manière à ce que la
comparaison des performances soit équitable.
Le système d’essai consistait en un contrôleur Adaptec maxCache
5805Q installé sur une plate-forme Intel Xeon avec un processeur
à 3,6 GHz et 2 Go de mémoire RAM système, exécutant Microsoft
Server 2003 Enterprise Edition 32 bits SP2. Pour garantir que le
système de base offre bien les meilleures performances, 12 disques
durs SAS Seagate de classe industrielle tournant à 15 000 tr/mn ont
été utilisés, dans une configuration RAID 0.
Performances relevées aux tests d’extensibilité
Les résultats des tests montrent que le débit d’I/O du système de serveur s’élève à mesure que l’on ajoute de nouveaux SSD à ce dernier
pour étendre son cache. Comme on le voit à la Figure 2 et à la Figure
3, aussi bien pour les charges de travail en service Web qu’en service
de fichiers, les performances d’I/O s’accroissent au-delà de 7 fois
avec l’ajout de SSD utilisés comme cache.
Avantages de l’évolution
de taille d’un serveur Web
12 disques SAS configurés en RAID 0
(I/O par sec. par serveur)
Les tests ont été menés afin de mesurer les avantages de maxCache
selon deux axes. Une première série de tests a été effectuée afin de
comparer les performances de maxCache sous différentes charges
de travail. Une seconde série a ensuite été effectuée afin de mettre en
lumière les avantages de la technologie de mise en cache maxCache
SSD en termes d’extensibilité (c’est-à-dire vérifier si l’augmentation
du nombre des SSD maxCache entraîne un accroissement des
performances).
x11
Série 5
Série 5 avec maxCache™
Méthodologie d’essai
L’outil IOmeter a été utilisé pour comparer les performances des
solutions de mise en cache SSD Adaptec maxCache avec un contrôleur de stockage Adaptec Série 5 et un modèle Adaptec Série Q.
2
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
0
0
1
2
4
Nombre de SSD
Figure 2 : Avec contrôleur Adaptec 5805Q, SSD de 100 Go, 12
disques durs SAS et des blocs de données d’une taille de 512 Ko
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Accroître les performances des applications jusqu’à 8 fois grâce aux solutions de mise en cache SSD Adaptec maxCache™
prolongé de 1 seconde supplémentaire, l’impact négatif sur la satisfaction du client peut grimper de 16 %. Ces données de référence
ont été incorporées aux tests d’application de serveur Web menés
par AppLabs.
0
1
2
Le test a tout d’abord été exécuté avec la mise en cache maxCache
SSD désactivée. Le débit, la vitesse de transaction et le temps de
réponse ont été mesurés en augmentant le nombre d’utilisateurs
jusqu’à ce que le temps de réponse du serveur Web dépasse 5,1
secondes. Le test a ensuite été répété avec la mise en cache SSD
maxCache activée pour profiter de l’augmentation du nombre
d’utilisateurs, la réduction des temps de réponse et l’accroissement
du débit acceptés par le serveur Web. Lors de chacun de ces tests,
le système a été maintenu en fonctionnement pendant 45 minutes
après avoir atteint le pic de charge d’utilisateurs.
4
Nombre de SSD
Figure 3 : Avec contrôleur Adaptec 5805Q, SSD de 100 Go, 12
disques durs SAS et des blocs de données d’une taille de 512 Ko
Tests d’application comme serveur Web
La véritable mesure de l’intérêt d’un produit s’observe lors de sa
mise en œuvre en situation réelle. C’est ainsi que l’on trouve une
nouvelle preuve de la supériorité des performances de maxCache
dans les tests menés par AppLabs, un laboratoire d’essais de
performances indépendant, sur un serveur Web utilisé en situation
réelle. Le but de ces tests était de déterminer le nombre d’utilisateurs
supplémentaires qu’il était possible d’héberger en ajoutant la mise en
cache maxCache SSD au serveur Web.
Le système d’essai consistait en un contrôleur Adaptec Série 5 avec
maxCache installé sur une plate-forme à processeur Intel Xeon
cadencé à 3,6 GHz avec 2 Go de mémoire RAM système, exécutant
Red Hat 5 installé sur le volume RAID. Pour émuler un serveur type
utilisé dans les centres de données et les environnements de cloud
computing, le système de base a été équipé de trois disques durs
SATA Western Digital en configuration RAID 5. Comme le montre
la Figure 4, le montage d’essai consiste en plusieurs utilisateurs
générant du trafic sur un serveur Web configuré avec la mise en
cache maxCache SSD.
Serveur Web
Générateurs
WebLoad
Contrôleur
de stockage
Adaptec
Commutateur Gigabit
Ces tests en situation réelle ont prouvé la supériorité des performances de maxCache et démontré qu’avec maxCache, un même
serveur Web pouvait accepter un doublement du nombre de ses
utilisateurs tout en bénéficiant de temps de réponse raccourcis
jusqu’à 5 fois, comme le montre la Figure 5.
Test de temps de réponse sur application de
serveur Web (doit être aussi faible que possible)
Temps de réponse
(I/O par sec. par serveur)
Avantages de l’évolution de
taille d’un serveur de fichiers
12 disques SAS configurés en RAID 0
9 000
8 000
7 000
6 000
5 000
4 000
3 000
2 000
1 000
0
20
15
10
5 fois moins
5
0
Série 5
Série 5 avec maxCache™
Figure 5
Comme le montrent la Figure 6 et la Figure 7, la vitesse d’exécution
des transactions et le débit du serveur Web ont quadruplé lorsque la
mise en cache maxCache SSD était activée. Les tests ont également
montré que l’algorithme d’apprentissage identifiait les données
les plus fréquemment lues et les mettait en cache en vue de leur
réutilisation future, ce qui augmentait encore le débit du serveur
Web avec maxCache en mode actif.
Tests de vitesse d’exécution de
transactions sur application de serveur Web
Figure 4
Le serveur Web a été configuré de manière à héberger un total de
8 300 sites Web de plusieurs pages, représentant en tout plus de
40 Go de données. Le trafic a été généré en émulant des clics sur les
sites Web effectués par de multiples utilisateurs.
Le cabinet d’études Aberdeen Group a démontré que la performance
commerciale commence à souffrir au-delà de 5,1 secondes de délai
dans le temps de réponse des applications Web. Si ce délai est encore
x4
30 000
Vitesse de transaction
Périphérique
de stockage
Console de
commande
WebLoad
3
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
0
Série 5
Série 5 avec maxCache™
Figure 6
LIVRE BLANC PERFORMANCES DE LA MISE EN CACHE maxCache SSD
Accroître les performances des applications jusqu’à 8 fois grâce aux solutions de mise en cache SSD Adaptec maxCache™
Tests de débit sur application de serveur Web
x4
120
Débit
100
4
Comme les tests ci-dessus l’ont démontré, maxCache résout le
problème du goulot d’étranglement des I/O en conférant aux
serveurs des performances jusqu’à 8 fois meilleures pour les
applications de service Web et de commerce en ligne.
Par conséquent, plutôt que d’ajouter huit serveurs supplémentaires
pour faire face aux demandes de débit sans cesse croissantes, les
exploitants des centres de données peuvent intégrer un produit
maxCache SSD Cache Performance Solution d’Adaptec pour une
fraction du coût.
80
60
40
20
Les principaux avantages de maxCache sont les suivants :
0
• Performances des applications jusqu’à 8 fois supérieures à celles
Série 5
Série 5 avec maxCache™
obtenues avec des piles constituées exclusivement de disques
durs.
• Jusqu’à 50 % de réduction des coûts d’investissement et des
Figure 7
Débits IOPS optimisés en lecture aléatoire
La Figure 8 montre une impressionnante multiplication par 12 des
débits IOPS avec le contrôleur Adaptec maxCache 5805Q associé à
quatre SSD Samsung de 100 Go dans le cache de lecture.
(I/O par sec. par serveur)
Performances en lecture aléatoire
12 disques SATA configurés en RAID 0
50 000
45 000
40 000
35 000
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
0
• Amélioration de l’utilisation du serveur et du stockage grâce à la
technologie Learned-Path Algorithm (en instance de brevet)
qui identifie les données les plus lues et optimise les opérations
de lecture en copiant ces données directement dans un cache
SSD afin de pouvoir les récupérer plus rapidement à l’avenir.
• Compatibilité transparente avec les serveurs, périphériques de
stockage et systèmes d’exploitation disponibles dans le commerce. Adaptec maxCache s’intègre sans problème à toute
plate-forme standard et assure une mise en cache dédiée aux
applications qui évite de modifier les architectures de stockage,
les logiciels d’application et les systèmes d’exploitation.
• Flexible, la taille du cache SSD peut facilement être accrue
0
1
2
Nombre de SSD
4
Figure 8 : Avec contrôleur Adaptec 5805Q, SSD de 100 Go, 12
disques durs SATA et des blocs de données d’une taille de 512 Ko
Conclusion
Les exploitants de centres de données et d’applications de cloud
computing sont continuellement mis au défi d’améliorer les performances de leurs serveurs pour faire face aux demandes des applications haut débit et aux nombres d’utilisateurs en expansion constante. Dans le même temps, les restrictions d’espace et les
limitations des ressources en énergie et en refroidissement imposent
aux centres de données de dénicher les produits les moins chers, les
moins encombrants et les plus économes en énergie pour améliorer
les capacités en termes d’I/O de leurs serveurs.
PMC-Sierra, Inc.
Mission Towers
3975 Freedom Circle
Santa Clara, CA 95054, USA
Tel: +1 408 239 8000
Fax: +1 408 492 9192
frais d’exploitation en augmentant le nombre d’utilisateurs
par serveur et en réduisant le nombre de serveurs nécessaires
pour fournir aux utilisateurs les niveaux de qualité de service
prédéterminés.
en ajoutant jusqu’à quatre SSD maxCache par contrôleur
de stockage. Les périphériques maxCache peuvent aussi être
désinstallés ou remplacés à tout moment sans effet néfaste sur
l’intégrité des données, étant donné que toutes les données des
utilisateurs demeurent stockées en permanence sur le disque
dur ou les piles.
Les produits Adaptec by PMC continuent de s’imposer comme des
solutions innovantes qui procurent des performances exceptionnelles en acheminant, optimisant et protégeant intelligemment les
données à mesure que celles-ci avancent sur le chemin d’I/O.
Avec l’introduction de maxCache SSD Cache Performance Solution,
Adaptec by PMC contribue à répondre aux besoins commerciaux
des centres de données et applications de cloud computing de
nouvelle génération, tout en réduisant les coûts d’investissement et
frais d’exploitation auxquels ils doivent faire face.
Adaptec – France
Tél : 0800 918 213 (France uniquement)
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