WHITE PAPER FUJITSU Server PRIMERGY WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE

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1 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE WHITE PAPER FUJITSU Server PRIMERGY WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE Mit Microsoft Windows Server und Microsoft Windows führt Microsoft die Funktionalität von Storage Spaces ein. In dem Dokument wird eine Übersicht dieser Funktion und deren Performance gegeben. Es werden neben den grundlegenden Eigenschaften und den Konfigurationsansätzen, auch im Hinblick auf eine Cluster- Umgebung, Basis-Performance-Werte sowie Vergleichswerte zum HW-RAID-Umfeld aufgeführt. Version.a -- Fujitsu Technology Solutions 3- Seite ()

2 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Inhalt Dokumenthistorie... Einführung... 3 Messverfahren... Messumgebung... 5 Funktionalität... 6 Eigenschaften... 6 Konfigurationen... Storage Spaces im Cluster... Performance... 9 Storage Spaces... 9 Simple... 9 Mirror -way... Parity... 3 Mirror 3-way... Storage Spaces vs. HW-RAID (Default Stripe Size)... 5 Simple vs. HW-RAID... 5 Mirror vs. HW-RAID /... 7 Parity vs. HW-RAID Storage Spaces vs. HW-RAID (56 kb Stripe Size)... 3 Simple Mirror Parity vs. HW-RAID / / Storage Spaces und Shared Volume... 3 Fazit Literatur... Kontakt... Dokumenthistorie Version. Erstausgabe Version.a Überarbeitete Grafiken Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

3 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Einführung Mit Microsoft Windows Server und Microsoft Windows führt Microsoft im Rahmen der Datei- und Speichersubsystembehandlung die Funktionalität von Storage Pools und Storage Spaces ein. Im Wesentlichen handelt es sich um die Funktionen: Speicher-Virtualisierung RAID-Funktionalität Thin Provisioning (Speicherreservierung) Scriptbasiertes Management via PowerShell Leistungsfähige Filesystem-Reparatur Integration mit Cluster Shared Volumes (CSV) Storage Pools unterstützen verschiedene Anschluss-Schnittstellen, aber auch unterschiedliche Festplattentypen und -größen können in einem Pool betrieben werden. Für geringere Anforderungen, wo z.b. umfangreiche Investitionen in SAN ( Storage Area Network ) oder NAS ( Network Attached Storage ) Hardware nicht angemessen sind, einhergehend mit einer einfachen und flexiblen Speicherkonfiguration, kann diese Funktionalität sinnvoll sein. Im Unterschied zu der bisherigen Datenträgerverwaltung ist damit eine komplette Abstrahierung sowie beliebige Skalierung der physischen Datenträger möglich. Im Server Manager von Microsoft Windows wird in File and Storage Services eine Schnittstelle (GUI) für die Verwaltung der Storage Spaces angeboten. Die kompletten Funktionalitäten, zusätzlich einiger Sonderfunktionen, stehen auch als PowerShell Kommandos zur Verfügung. Unteres Bild zeigt die entsprechende Server Manager Oberfläche. Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 3 ()

4 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Messverfahren Standardmäßig werden Performance-Messungen von Disk-Subsystemen bei PRIMERGY Servern mit einem definierten Messverfahren durchgeführt, das die Festplattenzugriffe realer Anwendungsszenarien anhand von Kenndaten modelliert. Die wesentlichen Kenndaten sind: Anteil von wahlfreien Zugriffen / sequentiellen Zugriffen Anteil der Zugriffsarten Lesen / Schreiben Blockgröße (kb) Anzahl paralleler Zugriffe (# of Outstanding I/Os) Eine gegebene Wertekombination dieser Kenndaten heißt Lastprofil. Die folgenden fünf Standardlastprofile lassen sich typischen Anwendungsszenarien zuordnen: Standardlastprofil Zugriff Zugriffsart Blockgröße read write [kb] Anwendung File copy wahlfrei 5% 5% 6 Kopieren von Dateien File server wahlfrei 67% 33% 6 File-Server Database wahlfrei 67% 33% Streaming sequentiell % % 6 Datenbank (Datentransfer) Mail Server Datenbank (Log-File), Datensicherung; Video Streaming (teilweise) Restore sequentiell % % 6 Wiederherstellen von Dateien Zur Modellierung parallel zugreifender Anwendungen mit unterschiedlicher Belastungsintensität wird die # of Outstanding I/Os mit, 3, beginnend bis 5 gesteigert (ab in Zweierpotenzschritten). Die Messungen des vorliegenden Dokumentes beruhen auf diesen Standardlastprofilen. Die wichtigsten Ergebnisse einer Messung sind: Throughput [MB/s] Datendurchsatz in Megabytes pro Sekunde Transactions [IO/s] Transaktionsrate in I/O-Operationen pro Sekunde Latency [ms] mittlere Antwortzeit in ms Für sequentielle Lastprofile hat sich der Datendurchsatz als übliche Messgröße durchgesetzt, während bei den wahlfreien Lastprofilen mit ihren kleinen Blockgrößen meist die Messgröße Transaktionsrate verwendet wird. Datendurchsatz und Transaktionsrate sind direkt proportional zueinander und lassen sich nach der Formel Datendurchsatz [MB/s] Transaktionsrate [IO/s] = Transaktionsrate [IO/s] Blockgröße [MB] = Datendurchsatz [MB/s] / Blockgröße [MB] ineinander überführen. Alle Details des Messverfahrens und Grundlagen zur Disk-I/O-Performance sind im White Paper Grundlagen Disk-I/O-Performance beschrieben. Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

5 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Messumgebung Alle in diesem Dokument diskutierten Messergebnisse wurden mit den im Folgenden aufgelisteten Hardware- und Software-Komponenten ermittelt: System Under Test (SUT) Hardware Modell PRIMERGY RX S7 Storage Spaces PRIMERGY RX3 S7 HW-RAID PRIMERGY BX9 S3 + PRIMERGY SX9 S Cluster Prozessor PRIMERGY RX S7: Xeon E5-63 (3.3 GHz) PRIMERGY RX3 S7: Xeon E5-63 (3.3 GHz) PRIMERGY BX9 S3: Xeon E5-3 (. GHz) Speichermedien PRIMERGY RX S7: MKGRRB PRIMERGY RX3 S7: MKGRRB PRIMERGY SX9 S: ST995SS Software BIOS PRIMERGY RX S7: V R.. PRIMERGY RX3 S7:.. PRIMERGY BX9 S3: v65 BIOS-Einstellungen PRIMERGY RX S7/RX3 S7: Für Messungen von Typ Performance : Execute disable bit = Disabled; Frequency Floor Override = Enabled; Power Technology = Custom; Energy Performance = Performance; CPU C6 Report = Disabled; Package C State limit = C PRIMERGY BX9 S3: Performance/Watt=Performance; NX Memory Protection=Disabled Betriebssystem PRIMERGY RX3 S7: Microsoft Windows Server R Enterprise PRIMERGY RX S7/RX3 S7/BX9 S3: Microsoft Windows Server Standard: Controller Cache-Einstellungen Initialisierung von RAID-Verbänden Dateisystem PRIMERGY RX3 S7: RAID Ctrl SAS 6G 5/6 GB (D3) Driver-Name: megasas.sys, Driver-Version: Firmware-Paket: 3..-9, Firmware-Version: Controller-Cache: GB PRIMERGY RX S7: PSAS CPi Driver-Name: lsi_sas.sys, Driver-Version:.55. Firmware-Version:...-IT PRIMERGY BX9 S3: PY SAS HBA Mezz Card 6Gb Driver-Name: lsi_sas.sys, Driver-Version:.55. Firmware-Version:. PRIMERGY RX3 S7: RAID Ctrl SAS 6G 5/6 GB (D3) Controller-Cache: Read-ahead, Write-back, Read Direct Disk Cache: enabled Stripe Size: Storage Spaces: 56 kb (Default) HW-RAID: 6 kb (Default), 56 kb NTFS Messwerkzeug Iometer Messdaten Messdatei von 3 GB Hinweis: Einige Komponenten sind möglicherweise nicht in allen Ländern / Vertriebsregionen verfügbar. Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 5 ()

6 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Funktionalität Die grundlegenden Eigenschaften von Storage Pools sowie die wesentlichen Konfigurationsabläufe werden nachfolgend beschrieben. Die Einbindung in eine Failover Clustering Funktionalität, z.b. mittels Shared Volumes, wird hier nur ansatzweise behandelt. Eigenschaften Storage Pools können Festplatten (nun auch unterschiedlicher Größe) mit USB-, SATA- und SAS- Technologie zu physischen Plattenverbänden gruppieren (im Failover Clustering allerdings nur SAS). Diese gepoolten Festplatten stehen dann der klassischen Datenträgerverwaltung ( Disk Manager ) nicht mehr zur Verfügung. Mittels Storage Spaces können nun virtuelle Disks ( Spaces ) in dem definiertem Pool angelegt werden. Diese virtuellen Platten sind dann wie normale Laufwerke, z.b. durch Zuordnung eines Laufwerksbuchstabens, zu nutzen. Sowohl ein Storage Pool (durch Hinzufügen einen weiteren Festplatte), als auch eine virtuelle Disk (durch reservierten Speicher) können vergrößert bzw. reservierte Bereiche können genutzt werden. Das Feature des reservierten Speichers ( Thin Provisioning ) wird allerdings nicht im Failover Cluster Betrieb unterstützt. Seite 6 () Fujitsu Technology Solutions 3-

7 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Die untere Grafik zeigt beispielhaft die Struktur von Storage Pools über die verschiedenen physikalischen Festplatten und die daraus angelegten virtuellen Platten und letztlich die zugewiesenen Laufwerke. Diese virtual disks sind nicht mit den Virtual Hard Disks (VHD, oder VHDX) aus dem Virtualisierungsumfeld zu verwechseln. Physical Disk TB SAS Physical Disk TB SAS Storage Pool TB Virtual Disk TB E: Physical Disk TB SAS Virtual Disk TB F: Physical Disk 3.5 TB SAS Storage Pool TB Physical Disk 5 TB SATA Virtual Disk 3 TB G: Physical Disk 6 TB SATA Physical Disk 7.5 TB Physical Disk.5 TB SATA SATA Storage Pool 3 TB Virtual Disk TB H: Physical Disk 9 TB SATA Thin Provisioning TB Der eingezeichnete Thin Provisioning -Bereich bedeutet beispielhaft in dieser Grafik, dass ohne Vorhandensein der physischen Festplatte 9 ( TB), der Storage Pool 3 zunächst mit TB angelegt wird; die virtuelle Platte wird allerdings schon mit TB und dem Provisioning-Typ Thin (statt Fixed) eingerichtet. Wird nun später für das Laufwerk H: mehr als TB Speicherplatz benötigt, kann durch einfaches Hinzufügen der Festplatte 9 und Einbindung in den Storage Pool 3 die volle Kapazität auf dem Laufwerk H: genutzt werden. Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 7 ()

8 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Die Storage Spaces (Virtual Disk) können mit verschiedenen Storage Layouts kreiert werden. Zur Auswahl stehen Simple, Mirror und Parity. Folgende Tabelle zeigt die Bedeutung und die Randbedingungen der möglichen Einstellungen. Layout RAID-Vergleich RAID-Beschreibung Randbedingung Ausfallsicherheit Simple RAID Striping ohne Redundanz keine keine Mirror -way Mirror 3-way RAID RAID Nicht vergleichbar Striping mit einfacher Redundanz Striping mit doppelter Redundanz = physische Platten = n Platten (n>) Laufwerksausfall >= 5 physische Platten Laufwerksausfälle Parity RAID 5 Striping mit Parity Redundanz >= 3 physische Platten Laufwerksausfall Die verschiedenen Layouts lassen sich anschaulich so darstellen: Virtual Disk "Simple" Disk Disk 3 5 Simple: Die Datenblöcke (hier - 7) werden über alle Festplatten für die Zugriffe mittels sogenannter Spalten ( Columns ) verteilt (Bild links). Je mehr Columns (mit mindestens einer Festplatte), umso mehr parallele Zugriffe sind möglich. Am performantesten ist eine Festplatte pro Column. Die gleiche Konfiguration mit nur einer Column hätte Einbußen bei der Leistung (Bild rechts). Die Columns sind konfigurierbar (nur PowerShell) und werden, unter anderem, etwas später ansatzweise betrachtet. Virtual Disk "Simple" Disk Virtual Disk "Mirror -way" Disk Disk Mirror -way: Die Datenblöcke (hier - 3) werden doppelt ausgelegt (Bild links). Somit verringert sich natürlich auch die Kapazität um die Hälfte. Mirror 3-way: Die Nutzkapazität ist hier nur noch ein Drittel der vorhandenen Festplattenkapazität, allerding mit zwei Datenkopien, so dass sogar zwei Laufwerke ausfallen können. Disk Disk Virtual Disk "Parity" Disk Disk 3 P Parity: Die Datenblöcke (hier - 7) werden zusammen mit Paritätsinformationen (hier P - P3) über alle Platten verteilt (Bild links). Diese Option bietet einen guten Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Ausfallsicherheit. P 3 P P3 Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

9 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- PowerShell Zur Übersicht hier noch einige Angaben zu Standardwerten im Bezug zum Storage Layout. Einige Parameter sind nur über die PowerShell vom Default abweichend zu verändern und können nicht über das GUI des Server Managers modifiziert werden. Mit dem PowerShell Kommando Get-VirtualDisk können diverse Einstellungen angezeigt werden. Mit dem Kommando New-VirtualDisk können z.b. neue virtuelle Platten erzeugt und parametrisiert werden. Columns Die Standardanzahl der oben angesprochenen Columns beträgt eine pro Festplatte beim Layout Simple. Dies gilt bis zu acht Festplatten, danach bleibt der Wert fest bzw. müsste über die PowerShell modifiziert werden. Beim Layout Parity werden drei Columns als Voreinstellung konfiguriert und bei Mirror ergibt sich die Voreinstellung aus der Anzahl der Datenkopien. Also, Mirror -way: Anzahl Platten geteilt durch. Stripe Size Bei allen Storage Layouts beträgt die voreingestellte Stripe Size (Interleave) 56 kb. Stripes (Chunks) sind Untereinheiten eines Stripe-Sets, die Stripe Size bezeichnet die Größe eines Datenblocks, der auf einer Platte gespeichert wird. Ein Stripe-Set setzt sich aus je einem Stripe pro Datenträger eines RAID-Verbunds zusammen. Die Grafik zeigt einen RAID -Verband bzw. ein Storage Spaces Layout Simple mit zwei Festplatten (Disk und Disk ) und einer entsprechenden logische Verteilung der Datenblöcke. Virtual Disk "Simple" Disk Disk Stripe Stripe Set Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 9 ()

10 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Cache-Einstellungen Des Weiteren gibt es eine Reihen von Cache-Einstellungen, die hier aufgezeigt werde. Neben dem Plattencache, der die physische Festplatte betrifft, gibt es Caches für die Virtual Disk, die über das Microsoft Storage Space Device abgebildet ist. Das Bild zeigt die Darstellung der Disk Drives im Device Manager: Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

11 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Über die <Properties> und <Policies> kann man nun die Einstellungen vornehmen. Die Wirkung der einzelnen Caches wird in verschiedenen Testszenarien in den späteren Kapiteln zum Thema Performance näher ausgeführt. Einstellungen für das Microsoft Storage Space Device ( Enable write caching on the device ist hier nicht abwählbar). Einstellung für die einzelne Festplatte. Zusammengefasst: Der Hauptunterschied zwischen der klassischen Datenträgerverwaltung ( Disk Manager ) und den Storage Pool/Spaces ist die deutliche Flexibilität und Skalierungsmöglichkeit der neuen Features in Bezug auf die physischen Datenträger, einhergehend mit einer optimierten Speicherplatzverwaltung bzw. Nutzung über eine komplett abstrahierte Speicherabbildung. (siehe: Storage-Spaces-Part.html) Fujitsu Technology Solutions 3- Seite ()

12 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Konfigurationen Im Windows Server Manager kann mit der Auswahl File and Storage Services die Konfiguration der Festplattenspeicher leicht vorgenommen werden. Im Bereich Storage Pool werden die bisher ungenutzten Festplatten im sogenannten Primordial Storage Space angezeigt. Über die Wizards New Storage Pool, New Virtual Disk und New Volume können die Datenträger, Datenbereiche und Storage Layouts eingerichtet werden. Folgender Ablauf stellt die grundsätzliche Vorgehensweise schematisch dar: Storage configuration flow chart "Storage Pool" Server Manager Storage configuration flow chart "Virtual Disk" Wizard New Virtual Disk <Next> File and Storage Services Storage Pools Select: Primordial Storage Spaces Task: Wizard New Storage Pool <Next> Name: Description: Select: Primordial Pool <Next> Select: Physical disks <Next> Name: Description: e.g. Simple e.g. Fixed Select: Storage Pool <Next> <Next> Select: Storage Layout <Next> Select: Provisioning Type <Next> Specify: Virtual Disk Size <Next> e.g. Max. Confirmation <Create> Select: Create volume <Close> Select: Primordial Storage Spaces Select: Create virtual disk <Close> Nach diesem Ablauf wird im Server Manager eine konfigurierte Virtual Disk angezeigt. Im Disk Manager sehen wir diese Platte ebenfalls, allerdings als entsprechende Unallocated Basic Disk, also noch nicht einsatzfähig. Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

13 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Mit dem Wizard New Volume führen wir nun die Konfiguration nach folgendem Ablauf zum Abschluss: Storage configuration flow chart "Volume" Wizard New Volume <Next> Select: Server and Virtual Disk <Next> Das Laufwerk wird jetzt im Server Manager, im Disk Manager und auch im File Explorer als betriebsfähiges Hard Disk Drive aufgelistet. Hinweis: Die entscheidenden Auswahlschritte sind, neben der Anzahl der Festplatten für einen Pool, die Angaben zum Storage Layout (Simple, Mirror, Parity) und das Provisioning (Thin oder Fixed). Specify: Volume Size <Next> Assign: Drive Letter or Folder <Next> Select/Specify: File System Unit Size Volume Label <Next> Confirmation <Create> Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 3 ()

14 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Storage Spaces im Cluster Cluster spielen eine zentrale Rolle bei der Bereitstellung fehlertoleranter Systeme. Mit Windows Server steht ein weiterentwickeltes Cluster-Management zur Verfügung. Grundsätzlich werden folgende Eigenschaften mit diesem Cluster abgedeckt: Hohe Verfügbarkeit und Skalierung Nutzung von Cluster Shared Volumes (CSVs) Cluster Server (Nodes) auf physischen Servern oder virtuellen Maschinen Failover-gesicherte Services und Rollen Service- und Wartungsoptimierung Überwachung und Monitoring GUI und PowerShell-basierte Funktionalität Voraussetzung für das Cluster sind geeignete Hardware- und Softwarekonfigurationen, die eine Ausfallsicherheit gewährleisten, z.b. redundant ausgelegte Kommunikations-/Zugriffskomponenten (LAN, I/O etc.) und Zwei-Wege (Dual-Ported) Speichermedien, auch als Multi Path IO (MPIO) bekannt. Diese Komponenten unterliegen im Cluster-Management von Microsoft Windows Server einer Konsistenzund Funktionsprüfung. Hinweis: In Ergänzung zu dem hier beschriebenen Cluster mit zwei Nodes kann eine Failover-Strategie mit einem -n Node Cluster andere Hardwareanforderungen beinhalten. Die grundsätzliche Struktur eines Failover-Clusters zeigt folgende Grafik: Cluster Network Cluster Node N Cluster Interconnect Cluster Node N Domain Controller Cluster I/O Physical Disks "MPIO" Ein Teilaspekt im Cluster ist nun die Nutzung von Cluster Shared Volumes. Der Failover Cluster Manager, als zentrale Verwaltungseinheit, basiert zur Speicherabbildung auf Storage Pools und Storage Spaces und bietet darüber hinaus zusätzliche Funktionalitäten an. Cluster Shared Volumes erlauben mehreren Nodes gleichzeitigen Zugriff auf dieselben Speicherbereiche (allerdings nur NTFS). Somit können im Fehlerfall definierte Rollen im Cluster sehr schnell und ohne weitere Interaktionen zwischen den Nodes aufgenommen werden. Zusätzlich unterstützt CSV eine einfache Verwaltung einer großen Zahl von Speicherabbildungen im Cluster. Die Konfiguration entspricht dem Ablauf wie vorher beschrieben, jetzt nun mittels des Failover Cluster Managers, der auch die CSVs einrichten kann. Nach dem Einrichten eines Laufwerkes steht dieses zunächst einem der Nodes wiederum im Server Manager, im Disk Manager und auch im File Explorer als betriebsfähiges Hard Disk Drive aufgelistet zur Verfügung. Ebenso wird es natürlich im Failover Cluster Manager als Available Storage dargestellt, siehe folgendes Bild. Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

15 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Das angelegte Laufwerk, welches zunächst nur auf dem zugeordneten Node zu betreiben ist, kann in den ClusterStorage verbracht werden. Mit der Aktion Add to Cluster Shared Volumes wird das Laufwerk unter Windows(C:)\ClusterStorage als Volume gemountet. Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 5 ()

16 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Dieses Volume steht nun im Cluster den Nodes zur Verfügung. Das Volume kann im File Explorer wie ein Verzeichnis bearbeitet werden und taucht im Disk Manager und im Server Manager als reserviertes Device auf. Je nach Bedarf können auf dem Node, dem das CSV zugeordnet ist, jetzt auch Laufwerksbuchstaben vergeben werden. Dann taucht das Volume als eigenes Laufwerk z.b. im File Explorer wieder auf. Die Zuordnung eines Laufwerksbuchstabens ist allerdings nur im Disk Manager möglich (Direktes Laufwerk). Um auf weiteren Nodes Laufwerksbuchstaben zu vergeben, muss das CVS zu dem entsprechenden Node geschoben und dann wieder über den Disk Manager belegt werden. Diese Vorgehensweise ist z.b. nötig, um das Testprogramm Iometer (als Beispiel für entsprechende Anwendungen) gleichzeitig von mehreren Nodes auf denselben Speicherbereich (hier Laufwerke) messen zu lassen. Weitere Möglichkeiten, um auf eine Anzahl Platten von verschiedenen Nodes gleichzeitig zuzugreifen, können mittels der File Server Rolle oder mit VHDs (Virtual Hard Disk) aus der Virtualisierungsumgebung (Hyper-V) erreicht werden. Im ersten Fall werden z.b. zwei virtuelle Disks (Virtual Disk wie eingangs beschrieben) über einen Plattenpool gelegt und mit Laufwerksbuchstaben gekennzeichnet. Von jeweils einem Node aus wird nun über die File Server Rolle ein Speicherbereich belegt. Beide Nodes greifen somit auf dieselben Platten, allerdings auf unterschiedliche Speicherbereiche zu. Bei Shared Volume dagegen ist es exakt derselbe Speicherbereich in dem genutzten Plattenpool. Bei der VHD-Methode wird, wie beschrieben, eine Virtual Disk in das CVS eingebracht. Mit dem Disk Manager wird nun eine VHD von jedem Node aus in dem Volume erzeugt (z.b. Windows(C:)\ClusterStorage\Volume\DiskN.vhd). Ebenfalls über den Disk Manager kann jetzt diese Festplatte in jedem Node als Laufwerk eingerichtet werden. Auf die unterschiedlichen Konfigurationsmöglichkeiten wird im Zuge der Performance-Betrachtungen nochmals eingegangen. Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

17 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Zur Verdeutlichung der verschiedenen Laufwerkszuordnungen hier eine grafische Übersicht: Im ersten Fall wird eine virtuelle Disk in den ClusterStorage verbracht und von beiden Nodes aus mit einer direkten Laufwerkszuordnung angesprochen. Die Nodes arbeiten somit gleichzeitig auf einem Speicherbereich über alle Festplatten des Storage Pools. Cluster Node N Cluster Interconnect Cluster Node N Cluster Shared Volume Direct Device D: Device D: Virtual Disk Storage Pool Disks Physical Disks - Im zweiten Fall werden zwei virtuelle Disks angelegt und mittels der Einrichtung einer File Server Rolle und der zugehörigen Laufwerkszuordnung darauf zugegriffen. Das Cluster Shared Volume kommt hierbei nicht zum Einsatz. Somit wird derselbe Storage Pool, aber unterschiedliche Speicherbereiche genutzt. Cluster Node N Cluster Interconnect Cluster Node N File Server Role Device D: Virtual Disk File Server Role Device D: Virtual Disk Storage Pool Disks Physical Disks - Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 7 ()

18 WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Im dritten und letzten Fall wird wiederum eine virtuelle Disk zunächst in den Cluster Storage verbracht. Nun wird aber mittels Anlegen je einer VHD in dem Cluster Storage von jedem Node aus die Laufwerkszuordnung erreicht. Auch hier wird derselbe Speicherbereich im Storage Pool genutzt. Cluster Node N Cluster Interconnect Cluster Node N Cluster Shared Volume VHD VHD Device D: Device D: Virtual Disk Storage Pool Disks Physical Disks - Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

19 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Performance Verschiedene Performance-Betrachtungen werden im Zusammenhang mit Storage Spaces vorgenommen. Im Abschnitt Storage Spaces und Shared Volume werden zudem die aufgeführten Konfigurationsmöglichkeiten für CSV unter Leistungsmerkmalen verglichen. Das eingesetzte Messwerkzeug Iometer mit dem Standard-Messverfahren und die Messumgebung sind, wie zur Einführung beschrieben, genutzt worden. Storage Spaces Zunächst werden verschiedenen Messungen für die beschriebenen Storage Layouts der Storage Spaces aufgeführt. Vor allem die Skalierung bei Verdoppelung der Festplattenanzahl, aber auch der Einsatz des Write-Cache, wird besonders betrachtet. Nicht weiter betrachtet wird die Zugriffs-/Antwortzeit (Latenzzeit [ms]) in diesem Umfeld, sondern es wird nur auf das entsprechende Grundlagendokument im Literaturverzeichnis verwiesen ( Grundlagen Disk-I/O- Performance ). In einem Satz: Die Latenzzeit ist abhängig von der Transaktionsrate (I/O-Operationen pro Sekunde) und der Parallelität bei der Ausführung der Transaktionen. Simple Die erste Messkonfiguration beschreibt das Storage Layout Simple mit vier und acht Festplatten. Der Write-Cache der Festplatten ist aktiviert (Disk cache on), ebenso der Write-Cache des Microsoft Storage Space Device (Storage cache on), der bei allen Messungen fest aktiviert ist. Bei der Vergleichsmessung wurde dann der Write Cache der Festplatten deaktiviert (Disk cache off). Die erste Grafik zeigt zunächst die Messergebnisse der Standardlastprofile Streaming (sequentieller Zugriff, % read, 6 kb Blockgröße) und Restore (sequentieller Zugriff, % write, 6 kb Blockgröße). Throughput [MB/s] Simple und Platten: Disk cache on vs. Disk cache off Streaming Restore 6 Simple Disk cache on Simple Disk cache off Simple Disk cache on Simple Disk cache off Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 9 ()

20 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile Database (wahlfreier Zugriff, 67% read, kb Blockgröße), File server (wahlfreier Zugriff, 67% read, 6 kb Blockgröße) und File copy (wahlfreier Zugriff, 5% read, 6 kb Blockgröße). Throughput [MB/s] 3 Simple und Platten: Disk cache on vs. Disk cache off Database File server File copy 5 Simple Disk cache on Simple Disk cache off Simple Disk cache on Simple Disk cache off 5 5 In beiden Grafiken wird deutlich, dass entsprechend des Write-Anteils der Write Cache sich positiv auswirkt, insbesondere bei mittlerer Belastungsintensität. Des Weiteren skaliert der Durchsatz um den Faktor bei der Verdoppelung der Festplattenanzahl. Es darf aber nicht vergessen werden, dass der Einsatz des Write Cache mit Vorkehrungen gegen Datenverlust im Falle eines Stromausfalls einhergehen muss, z.b. durch Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). An der Stelle sei ergänzt: Aktiviert man die Turn off Windows write-cache buffer flushing on the device Einstellung der Festplatten (siehe Cache-Einstellungen), ergibt sich ein weiterer leichter Durchsatzgewinn. Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

21 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Mirror -way Die zweite Messkonfiguration beschreibt das Storage Layout Mirror -way mit zwei, vier und acht Festplatten. Der Write-Cache der Festplatten ist aktiviert (Disk cache on), ebenso der Write-Cache des Microsoft Storage Space Device (Storage cache on). Die erste Grafik zeigt zunächst die Messergebnisse der Standardlastprofile Streaming (sequentieller Zugriff, % read, 6 kb Blockgröße) und Restore (sequentieller Zugriff, % write, 6 kb Blockgröße). Throughput [MB/s] Mirror Platten vs. Platten vs. Platten: Disk cache on Streaming Restore Mirror Disk cache on Mirror Disk cache on Mirror Disk cache on 6 Fujitsu Technology Solutions 3- Seite ()

22 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile Database (wahlfreier Zugriff, 67% read, kb Blockgröße), File server (wahlfreier Zugriff, 67% read, 6 kb Blockgröße) und File copy (wahlfreier Zugriff, 5% read, 6 kb Blockgröße). Throughput [MB/s] Mirror Platten vs. Platten vs. Platten: Disk cache on Database File server File copy 75 5 Mirror Disk cache on Mirror Disk cache on Mirror Disk cache on Man kann schön die Skalierung über die Verdoppelung der Festplattenanzahl sehen. Bei den beiden sequentiellen Lastprofilen bis zum Faktor, ansonsten mit etwas unterschiedlicher Ausprägung zwischen Faktor. bis.. Wie bei der Simple -Konfiguration ergibt sich ohne den Write Cache der Festplatten (Disk cache off) ein entsprechend niedrigerer Durchsatz, der hier zur besseren Übersichtlichkeit nicht extra dargestellt ist. Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

23 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Parity Die dritte Messkonfiguration beschreibt das Storage Layout Parity mit vier und acht Festplatten. Der Write-Cache der Festplatten ist aktiviert (Disk cache on), ebenso der Write-Cache des Microsoft Storage Space Device (Storage cache on). Bei der Vergleichsmessung wurde dann der Write Cache der Festplatte deaktiviert (Disk cache off). Die erste Grafik zeigt zunächst die Messergebnisse der Standardlastprofile Streaming (sequentieller Zugriff, % read, 6 kb Blockgröße) und Restore (sequentieller Zugriff, % write, 6 kb Blockgröße). Throughput [MB/s] Parity und Platten: Disk cache on vs. Disk cache off Streaming Restore Parity Disk cache on Parity Disk cache off Parity Disk cache on Parity Disk cache off 6 Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 3 ()

24 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile Database (wahlfreier Zugriff, 67% read, kb Blockgröße), File server (wahlfreier Zugriff, 67% read, 6 kb Blockgröße) und schließlich File copy (wahlfreier Zugriff, 5% read, 6 kb Blockgröße). Throughput [MB/s] Parity und Platten: Disk cache on vs. Disk cache off Database File server File copy 3 Parity Disk cache on Parity Disk cache off Parity Disk cache on Parity Disk cache off Bei rein lesenden Zugriffen zeigt dieses Storage Layout keine Nachteile. Das Ergebnis für Parity ist für schreibende Anwendungen allerdings unbefriedigend, bei Restore und den Random-Lastprofilen ist der Wert zu niedrig. Der Write-Cache wirkt sich teilweise sogar negativ aus. Die generell niedrigere Schreib-Performance der Parity -Variante resultiert aus einem Journaling- Verfahren, mit entsprechendem zusätzlichen Overhead. Dieses Storage Layout ist deswegen nur für vorwiegend lesende Anwendungsszenarien empfohlen. Mirror 3-way In dieser Ausgabe des White Papers wird das Storage Layout Mirror 3-way nicht betrachtet. Hier nur eine Übersicht der nutzbaren Plattenkapazität bei unterschiedlicher Festplattenanzahl, die exemplarisch für den in diesem White Paper verwendeten Festplattentyp zusammengestellt wurde. Mirror 3-way Layout ( physische Platte = 7 GB) #Platten Storage Pool GB Max. Virtual Disk GB Seite () Fujitsu Technology Solutions 3-

25 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Storage Spaces vs. HW-RAID (Default Stripe Size) Von besonderem Interesse ist der Vergleich eines klassischen Hardware-RAIDs mit der Funktion Storage Spaces. Die Storage Layouts Simple/Mirror/Parity mit dem SAS-Controller PSAS CPi werden verglichen mit den entsprechenden HW-RAID-Levels eines RAID Ctrl SAS 6G 5/6 GB (D3) Controllers. Auch dabei wird das Verhalten der entsprechenden Write-Caches berücksichtigt. Hinweis: Die folgenden Ergebnisse sind jedoch zu relativieren, da jeweils mit der Standard Stripe Size (Interleave) gemessen wurde. Der Unterschied von 56 kb bei den Storage Spaces gegenüber 6 kb bei den HW-RAID Messungen hat Auswirkung auf den Durchsatz. Im nächsten Abschnitt wird deswegen eine Übersicht aller Storage Layouts gegenüber dem entsprechenden HW-RAID gegeben, wo einheitlich mit der Stripe Size 56 kb beispielhaft gemessen wurde. Simple vs. HW-RAID Die erste Messkonfiguration beschreibt das Storage Layout Simple mit vier und acht Festplatten gegenüber einer HW-RAID Konfiguration. Der Write-Cache der Festplatten ist aktiviert (Disk cache on). Die erste Grafik zeigt zunächst die Messergebnisse der Standardlastprofile Streaming (sequentieller Zugriff, % read, 6 kb Blockgröße) und Restore (sequentieller Zugriff, % write, 6 kb Blockgröße). Simple und Platten: Storage Spaces vs. HW-RAID Caches on Throughput [MB/s] Streaming Restore 6 HW-RAID Disk cache on Simple Disk cache on HW-RAID Disk cache on Simple Disk cache on Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 5 ()

26 # Outstanding IOs # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile Database (wahlfreier Zugriff, 67% read, kb Blockgröße), File server (wahlfreier Zugriff, 67% read, 6 kb Blockgröße) und schließlich File copy (wahlfreier Zugriff, 5% read, 6 kb Blockgröße). Simple und Platten: Storage Spaces vs. HW-RAID Caches on Throughput [MB/s] Database File server File copy 3 5 HW-RAID Disk cache on Simple Disk cache on HW-RAID Disk cache on Simple Disk cache on 5 5 Beide obige Grafiken zeigen, dass beim Vergleich Simple gegenüber HW-RAID mit dem genutzten Lastprofil und der jeweiligen Default-Stripe Size die Storage Spaces leichte Vorteile haben. Die Skalierung bei Verdoppelung der Festplattenanzahl verhält sich in beiden Messumgebungen vergleichbar. Die Vorteile sind in dieser Konfiguration auch sichtbar, wenn man nicht nur (wie oben) das ausgewählte Standardlastprofil, sondern mögliche weitere Lastprofile von Server-Applikationen vergleicht. Grafik eines Lastprofils von Server-Applikationen mit wahlfreiem Zugriff und 67% read bei Throughput [MB/s] 5 Simple Platten: Storage Spaces vs. HW-RAID Caches on 375 HW-RAID Disk cache on Simple Disk cache on Block size KB KB KB KB 3KB 6KB KB unterschiedlichen Blockgrößen. Seite 6 () Fujitsu Technology Solutions 3-

27 # Outstanding IOs WHITE PAPER WINDOWS STORAGE SPACES PERFORMANCE VERSION:.A -- Mirror vs. HW-RAID / Die zweite Messkonfiguration beschreibt das Storage Layout Mirror -way mit zwei, vier und acht Festplatten gegenüber einer HW-RAID und HW-RAID Konfiguration. Der Write-Cache der Festplatten ist aktiviert (Disk cache on). Die erste Grafik zeigt zunächst die Messergebnisse der Standardlastprofile Streaming (sequentieller Zugriff, % read, 6 kb Blockgröße) und Restore (sequentieller Zugriff, % write, 6 kb Blockgröße). Mirror, und Platten: Storage Space vs. HW-RAID und Caches on Throughput [MB/s] Streaming Restore HW-RAID Disk cache on Mirror Disk cache on HW-RAID Disk cache on Mirror Disk cache on HW-RAID Disk cache on Mirror Disk cache on 6 Fujitsu Technology Solutions 3- Seite 7 ()

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