Optimierung von MySQL Server mit der LSI MegaRAID -Software CacheCade Pro 2.0 für Lese- und Schreibcaching und Solid State Disk (SSD)-Technik

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1 My SQL Whitepaper Optimierung von MySQL Server mit der LSI MegaRAID -Software CacheCade Pro 2. für Lese- und Schreibcaching und Solid State Disk (SSD)-Technik Durch die Kombination der MegaRAID-Software CacheCade Pro 2. und moderner SSD-Technik wird bei transaktionsorientierten Datenbanken eine deutlich höhere Leistung erreicht als nur mit Festplattenlaufwerken. EINFÜHRUNG Heutige Firmenanwendungen mit intensiven Belastungsprofilen werden durch die begrenzte Leistung vorhandener Festplattenlaufwerke (HDDs) eingeschränkt. Solid State-Laufwerke (SSDs) liefern zwar bis zu. Mal mehr Transaktionen pro Sekunde, jedoch bei weitaus höheren Kosten pro Gigabyte (GB). Einen wirtschaftlicheren Ansatz bietet hier die Kombination von SSDs und HDDs, bei der Administratoren bislang jedoch für leistungskritische Anwendungen einen Zugang auf die SSDs konfigurieren mussten. Die Software CacheCade Pro 2. (Abbildung ) verwaltet nun Die Fähigkeit, die Speicherleistung durch die Verwendung von SSD-Technik effizient an neue Bedürfnisse anzupassen, ist für den Aufbau einer stabilen Lösung entscheidend. In diesem Whitepaper werden die sich durch die Verwendung der MegaRAID-Software CacheCade Pro 2. in MySQL Server-Umgebungen ergebenden Leistungsvorteile veranschaulicht. (Ähnliche wie die hierin erläuterten MySQL-Leistungsvorteile können sich auch bei vergleichbaren Datenbank- und Transaktionsanwendungen ergeben.) In diesem Dokument wird auf folgende Ergebnisse und Vorteile der Software CacheCade Pro 2. näher eingegangen: Bei Belastungen einer MySQL-Datenbank durch SysBench-Transaktionsprozesse erzielt die Software CacheCade Pro 2. deutliche Leistungsverbesserungen gemessen in Transaktionen pro Sekunde. Deutlich geringere Reaktionszeiten auf Benutzerabfragen, so dass Antworten bei Konfigurationen mit SAS-HDDs 2,5 bis 3,5 Mal schneller erfolgen und die Reaktionszeiten mehr als 7 Mal über denen von Konfigurationen mit SATA-HDDs liegen. Der Artikel beleuchtet auch das Pro und Kontra eines Austauschs teurerer SAS-HDDs gegen günstigere SATA-HDDs mit höherer Kapazität. Durch die Software Cache Cade Pro 2. wird zudem eine höhere Anwenderskalierbarkeit je Server erreicht, was durch die Messung der Zahl virtueller Anwender belegt wurde, die bei akzeptablen Abfragelatenzzeiten auf die Datenbank zugreifen konnten. auf intelligente und dynamische Weise die Beschleunigung und erforderliche Heiße Daten Datenleistung kritischer Anwendungen, ohne dass zur Optimierung der SSDAuslastung und der HDD-E/A eine Spiegelung Überwachung oder Konfigurierung von Anwendungen erforderlich ist. CacheCade Pro 2. Cachepool Kalte Daten Abbildung CacheCade Pro 2. kopiert Schwerpunktdaten intelligent auf redundanten SSD-Cache mit geringen Latenzzeiten.

2 CacheCade Pro 2. für Lese-/Schreibcaching Die Software CacheCade Pro 2. für Lese-/Schreibcaching ermöglicht die Verwendung von SSDs als zweite Hochleistungs-Cache-Stufe und maximiert die E/A-Leistung bei Transaktionen. Die Lösung wurde dafür entwickelt, die E/A-Leistung HDD-basierter Arrays zu beschleunigen und gleichzeitig die Investitionen in SSDs zu verringern. Darüber hinaus sind mit der CacheCade-Software wesentlich geringere Investitionen in zusätzliche Festplattenlaufwerke notwendig als zur Erzielung vergleichbarer Leistungszuwächse ohne die Software erforderlich wären. Die CacheCade-Software basiert auf der Fähigkeit, den Zugriff auf Datenschwerpunkte dynamisch zu beschleunigen. Der maximal erzielbare Leistungszuwachs hängt dabei von der Größe und Leistung der SSDs im Vergleich zum Datenvolumen im Cache genauer gesagt vom Verhältnis des Gesamtvolumens der Schwerpunktdaten zur SSD-Gesamtkapazität ab. Darüber hinaus haben Systementwickler die Möglichkeit, die Menge an SSD-Kapazität einzubauen, die für aktive Daten gerade ausreicht, und sie einem oder mehreren HDD-Datenträgern zuzuweisen. Durch Beobachtung einer kurzen Spur an E/A-Aktivität auf der MySQL-Datenbank (siehe nachfolgende Abbildung 2), stellt man fest, dass sich die Mehrzahl der Lese- und Schreibvorgänge auf bestimmte Bereiche logischer Blockadressen (LBAs) konzentriert. Die intelligenten Cache-Algorithmen der CacheCade-Software erkennen solche häufig verwendeten Schwerpunktdaten und speichern sie auf den SSDs, wodurch die Datenzugriffszeiten drastisch reduziert werden. Da nun die Mehrheit der Zugriffe auf Schwerpunktdaten durch die SSDs abgewickelt wird, verbessert sich auch die Leistung der HDD-Speicherlaufwerke, bei denen ein erheblicher Teil ihrer E/A-Belastung auf die SSDs übertragen wird. Abbildung 2 XPERF-Spur der E/A-Aktivität einer MySQL-Datenbank 55 Ein typisches E/A-Profil einer Datenbankanwendung zeigt Lese- und Schreibaktivitäten, die sich bei einer Datenbank von 2 GB in bestimmten Bereichen der Festplattenvolumes annähernd GB konzentrieren. Whitepaper zur Leistung von MySQL-Datenbanken 2

3 Einzelheiten zum MySQL-Benchmark und zum Test Zur Simulation einer typischen OLTP-Umgebung wurde eine echte MySQL Server-Datenbank auf einen Server geladen und mehrere SSD-Cache-Konfigurationen getestet, um für eine MySQL -Datenbankanwendung mit 2 GB die optimale Konfiguration zu bestimmen. Die nachfolgende Tabelle zeigt Einzelheiten zum System und zum Benchmark, mit denen die Ergebnisse ermittelt wurden. Tabelle : Einzelheiten zur Testkonfiguration Server Betriebssystem Benchmark Software Intel Xeon L552 - Jeweils 4 Cores; 2,27 GHz - MySQL Server SysBench 6GB PC3-85-Speicher Microsoft Windows 28-R2, 64-Bit MySQL Server v5..55 Industriestandard-Transaktions-Benchmark SysBench v Bit für Windows MegaRAID-Controller SAS 928-8e Firmware: SAS-HDD-Testkonfigurationen Basiskonfiguration CacheCade Pro 2. Softwarekonfigurationen mit Intel X25-E 3G SATA-SSDs (SSDSA2SH32GGN) SATA-HDD-Testkonfigurationen Basiskonfiguration CacheCade Pro 2. Softwarekonfigurationen mit Intel X25-E 3G SATA SSDs (SSDSA2SH32GGN) Windows-Treiber: 5..2 MegaRAID Storage Manager : Verwendung von OLTP Advanced Transactional Execution innodb MySQL-Datenbankengine verwendet HDD VD-Einstellungen - Basis: Zurückschreiben, Direct IO, immer Vorauslesen, Laufwerk-Schreibcache deaktiviert, 64 KB Stripgröße HDD VD-Einstellungen - CacheCade aktiviert: Durchschreiben, Direct IO, kein Vorauslesen, Laufwerk- Schreibcache deaktiviert, 64 KB Stripgröße Sechzehn (6) Seagate 5K U/min. Savvio 6Gb/s-SAS-HDDs (ST946852SS) RAID--Konfiguration für MySQL-Datenbank und Protokolldateien RAID mit 2 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert RAID mit 4 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert RAID mit 6 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert RAID mit 8 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert Acht (8) Seagate 7,2K U/min. Constellation 3Gb/s-SATA-HDDs (ST9553NS) RAID--Konfiguration für MySQL-Datenbank und Protokolldateien RAID mit 2 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert RAID mit 4 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert RAID mit 6 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert RAID mit 8 Laufwerken, Zurückschreiben aktiviert Testergebnisse Der Benchmark simuliert typisches, auf einer tatsächlichen MySQL Server-Datenbank laufendes Online Transaction Processing (OLTP), wobei das Belastungsprofil aus einem Mix sowohl komplexer als auch einfacher Abfragen besteht. Eine Datenbank mit 2 GB (889.. Zeichenzeilen) wurde zusammen mit zwei Protokolldateien von 4 MB auf diese Systeme geladen. Die Abfragen schwankten zwischen einem und Datensätzen mit einem Mix aus 74% Leseabfragen und 26% Schreibabfragen bei einer mittleren Transaktionsgröße von 6 KB für Lesevorgänge und unterschiedlich großen Schreib-E/A-Abfragen (typischerweise KB bis 2 KB). Da CacheCade Pro 2. Schreibcaching unterstützt, wurden die SSDs im CacheCade-Volume in Konfigurationen mit RAID oder RAID (je nach Zahl der verwendeten SSDs) gespiegelt. Bei SSDs mit kleinerer Kapazität (32 GB) werden zur Aufnahme aller Aktivitäten in Zusammenhang mit Schwerpunktdaten mehr gespiegelte SSDs benötigt. Bei SSDs mit größerer Kapazität hingegen werden für optimale Leistung weniger SSDs benötigt. In der Konfiguration mit SAS-HDDs reichten je nach Kapazität des CacheCade Pro 2.-Cachepools die in Transaktionen pro Sekunde gemessenen Leistungszuwächse vom,5 fachen bis zum mehr als 3,5 fachen der Konfiguration mit ausschließlich HDDs (siehe Abbildung 3 unten). Whitepaper zur Leistung von MySQL-Datenbanken 3

4 Abbildung 3 Ergebnisse für die SysBench-Transaktionen pro Sekunde für eine MySQL-Datenbank mit 2 GB auf einem Basisvolume mit SAS-HDDs Abbildung 4 Ergebnisse für die SysBench-Reaktionszeit für eine MySQL-Datenbank mit 2 GB auf einem Basisvolume mit SAS-HDDs SysBench-Transaktionen pro Sekunde - MySQL-Datenbank mit 2 GB Transaktionen pro Sekunde Nur HDD CCv2 2LRZS CCv2 4LRZS CCv2 6LRZS CCv2 8LRZS Verbesserung (x Mal) Durchschnittliche SysBench-Reaktionszeit auf Abfragen (ms) SysBench-Reaktionszeiten - MySQL-Datenbank mit 2 GB HDD Only CCv2 2DRWB CCv2 4DRWB CCv2 6DRWB CCv2 8DRWB Reduzierung (x Mal) LRSAS Max. Trans/Sek Max. Verbesserung 6LRSAS Max. durchschnittl. RZ (ms) Max. Reduzierung Ein weiterer Vorteil von CacheCade Pro 2. liegt in den mehr als 2,5 bis 3,5 Mal schnelleren Reaktionszeiten für Transaktionen (siehe Abbildung 4), da mehr heiße Daten aus dem SSD-Cache heraus gelangen. Weitere Tests wurden mit Konfigurationen von acht (8) SATA-HDDs anstelle der sechzehn (6) SAS-HDDs durchgeführt. Siehe nachfolgende Abbildungen 5 und 6. Abbildung 5 Ergebnisse für die SysBench-Transaktionen pro Sekunde für eine MySQL-Datenbank mit 2 GB auf einem Basisvolume mit SATA-HDDs Abbildung 6 Ergebnisse für die SysBench-Reaktionszeit einer MySQL-Datenbank mit 2 GB auf einem Basisvolume mit SATA-HDDs SysBench-Leistung - MySQL-Datenbank mit 2 GB SysBench-Reaktionszeiten - MySQL-Datenbank mit 2 GB Leistung (Transaktionen pro Sekunde) Verbesserung (x Mal) Durchschnittliche Reaktionszeit auf Abfragen (ms) Verbesserung (x Mal) Nur HDD CCv2 2LRZS CCv2 4LRZS CCv2 6LRZS CCv2 8LRZS Nur HDD CCv2 2LRZS CCv2 4LRZS CCv2 6LRZS CCv2 8LRZS 8DRSATA Max. Trans/Sek Max. Verbesserung 8DRSATA Max. durchschnittl. RZ (ms) Max. Reduzierung Die wichtigsten Beobachtungen: Sowohl mit SAS- als auch mit SATA-HDDs wird beim Caching aller Schwerpunktdaten in SSDs eine nahezu gleiche Anwendungsleistung erreicht. Die Konfigurationen mit SATA-HDDs zeigen deutlich stärkere Leistungsverbesserungen, wenn das Caching der Schwerpunktdaten mehrheitlich durch die gespiegelten SSDs erfolgt. Die Konfiguration mit SAS-HDDs lieferte für SSD-Cache-Misses eine höhere Leistung als die SATA-Laufwerke, da die Kapazität für heiße Daten erheblich größer als der verfügbare SSD-Cache war. Eine niedrigere Leistung der SATA-Laufwerke verringert bei einer geringeren Zahl gespiegelter SSDs die Leistungsverbesserung für SSD-Cache-Hits. Acht (8) SATA-HDDs plus vier (4) gespiegelte SSDs liefern eine höhere MySQL-Leistung als 6 SAS-Laufwerke. Whitepaper zur Leistung von MySQL-Datenbanken 4

5 Abbildung 7 Vergleich der Anlaufzeit der SAS- und SATA-Leistung Die Konfiguration mit SATA-HDDs benötigte bis zur optimalen Leistung viel längere Anfahrzeiten als die SAS-HDD-Volumes. Die Ursache hierfür liegt darin, dass die SATA-Laufwerke für den Umgang mit Cache-Misses mehr Zeit benötigen. Wie die nachfolgende Abbildung 7 zeigt, benötigen die Konfigurationen mit SATA-HDDs bis zu vier Stunden, um optimale Leistung zu erreichen, während dies bei Konfigurationen mit SAS-HDDs mit vergleichbaren CacheCade Pro 2.-Cachepools in der halben Zeit geschieht SysBench-Leistung (Transaktionen pro Sekunde) LRSAS - Max. von nur HDD 6LRSAS - Max. von 2LRZS 6LRSAS - Max. von 4LRZS 6LRSAS - Max. von 6LRZS 6LRSAS - Max. von 8LRZS 8LRSATA - Max. von nur HDD 8LRSATA - Max. von 2LRZS 8LRSATA - Max. von 4LRZS 8LRSATA - Max. von 6LRZS 8LRSATA - Max. von 8LRZS Zeit (Minuten) Durch CacheCade Pro 2. wurde zudem eine höhere Anwenderskalierbarkeit je Server erreicht, was durch die Messung der Zahl der Anwender belegt wurde, die bei akzeptablen Abfragelatenzzeiten auf die Datenbank zugreifen konnten. Diese Latenzzeitgrenze wurde auf ms festgelegt, um ein für den Anwender akzeptables Maß an Quality of Service (QoS) sicherzustellen. Als die Zahl der Threads oder Worker erhöht wurde, überschritt die Konfiguration mit ausschließlich SAS-HDDs rasch die Obergrenze der akzeptablen Reaktionszeiten. Bei Verwendung von CacheCade Pro 2. mit SSD-Cache konnten hingegen deutlich umfangreichere Threadbelastungen ohne Beeinträchtigung der QoS auf die Datenbank zugreifen. In diesem Beispiel erzielte eine Konfiguration mit einem Cachepool von sechs (6) SSDs mit CacheCade Pro 2. in RAID und vierundzwanzig Workern praktisch dieselbe Reaktionszeit wie die Basiskonfiguration mit SAS-HDDs. Abbildung 8 Anwenderskalierbarkeit mit einer 25 akzeptablen durchschnittlichen Reaktionszeitlatenz bei Abfragen Durchschnittliche Reaktionszeit auf Abfragen (ms) ms Max. Reaktionszeiten Nur HDD 2LR-ZS 4LR-ZS 6LR-ZS 8LR-ZS SysBench-Threadanzahl Whitepaper zur Leistung von MySQL-Datenbanken 5

6 Schlußfolgerung Die MegaRAID-Software CacheCade Pro 2. ist für skalierbare Leistung, verringerte TCO und Transaktionseffizienz konzipiert und erfüllt die Anforderungen aktueller, rasch zunehmender transaktionsorientierter Web 2.-Umgebungen. Die CacheCade-Software bietet eine kostenbewusste Option zur Integration und Realisierung von SSD-Leistung, zur Verringerung der Transaktionskosten und zur Verbesserung der Gesamtleistung von Anwendungen ohne teure Investitionen in SSDs. Dies wird bei wahlfreien Lese- und Schreibbelastungen besonders deutlich, wo das Hinzufügen einiger weniger SSDs zu einem vorhandenen SAS-HDD-Array oder auch deren Austausch gegen weniger SATA-HDDs unter Aufrechterhaltung der bestehenden HDD-Kapazität durchführbar ist. Ein weiterer Vorteil von CacheCade Pro 2. liegt darin, dass keine Nutzerdaten vom bestehenden HDD-Speicher entfernt werden müssen. Die Ergebnisse dieser Datenbanksimulation zeigen somit deutlich, dass die Software CacheCade Pro 2. die Gesamtleistung von Datenbanken sowohl was die gemessenen Durchsätze für Transaktionen als auch die Latenzreaktionszeiten bei Abfragen betrifft. Sie belegen ebenfalls, dass ein Datenbankserver durch SSDs und die Software CacheCade Pro 2. optimiert werden kann und dann deutlich größere Belastungen unterstützt als es zuvor in DAS-Serverumgebungen möglich war.. Im Kontext einer MySQL-Datenbank und der SysBench-Benchmark ist eine Transaktion eine Folge von Datenbankbefehlen, die mit dem Begin -Befehl anfängt und dem Commit -Befehl endet. Der erweiterte Transaktionstestmodus von SysBench wird dazu verwendet, Datenbankoperationen auf einer MySQL InnoDB - Datenbank durchzuführen, die die Transaktionen unterstützt. Aufgrund der verwendeten Befehlzeilenoptionen besteht jede SysBench-Transaktion aus den folgenden Datenbankbefehlen: Punktabfragen, Bereichsabfragen, SUM-Bereichsabfragen, ORDERED BY-Bereichsabfragen, DISTINCT-Bereichsabfragen, UPDATEs von Indexspalten, UPDATEs von nicht-indexspalten, DELETE-Abfragen und INSERT-Abfragen. Jede SysBench-Transaktion ist dabei so aufgebaut, dass sich der Gesamtinhalt der Datenbank weder vergrößert noch verkleinert; in anderen Worten ausgedrückt wird die Datenmenge, die gelöscht wird, anschließend wieder hinzugefügt. Weitere Informationen Weitere Informationen zu den Lösungen von LSI finden Sie unter Weitere Informationen sowie Informationen zu unseren Niederlassungsstandorten finden Sie auf der LSI-Website unter: lsi.com lsi.com/channel LSI, LSI und das Design-Logo, MegaRAID und CacheCade sind Marken oder eingetragene Marken der LSI Corporation. Alle anderen Marken oder Produktnamen sind Marken oder eingetragene Marken ihrer jeweiligen Eigentümer. LSI Corporation behält sich das Recht vor, jedes ihrer Produkte und ihrer Dienstleistungen ohne vorherige Ankündigung zu verändern. LSI übernimmt keine Verantwortung oder Haftung, die sich aus der Anwendung oder Verwendung eines hier beschriebenen Produkts oder einer Dienstleistung ergibt, sofern dies nicht ausdrücklich schriftlich von LSI genehmigt wurde. Der Kauf, das Leasen oder die Verwendung eines Produkts oder einer Dienstleistung von LSI gewährt keine Lizenz im Rahmen von Patentansprüchen, Urheberrechten, Markenrechten oder sonstigen geistigen Eigentumsrechten von LSI oder Dritten. Copyright 2 von LSI Corporation. Alle Rechte vorbehalten. September 2