PowerEdge: Nopeampi lohkolaitteen suorituskyky RHEL:n NVMe PCIe SSD -pohjaisella dm-välimuistilla

NVMe-pohjaiset PCIe SSD -asemat voivat toimia dm-välimuistin välimuistilaitteena käyttäjätilan työkalusarjan Logical Volume Manager (LVM) -työkalujen avulla.

dm-cachen luoma virtuaalinen välimuisti koostuu kolmesta fyysisestä laitteesta. (Katso kuva 1.) Origin-laite on hitaampi kohdetallennuslaite (HDD). Välimuistilaitetta käytetään käyttäjätietojen tallentamiseen ja metavälimuisti tallentaa metatiedot, kuten lohkojen sijoittelun, likaiset liput ja muut sisäiset tiedot.
Tässä tapauksessa käytämme samaa laitetta [välimuistilaite] sekä tietolohkoihin että metatietoihin.

 
Kuva 1: Vaiheet dm-välimuistin asentamiseen ja määrittämiseen LVM-työkaluilla.

Laitteiston käyttöönotto:

Origin-laite [HDD]: /dev/sda1
Välimuistilaite [NVMe-pohjainen PCIe SSD] (lohko/meta): /dev/nvme0n1p1 

Ohjelmiston asennus:

Käyttöjärjestelmä: RHEL 7
-työkalut: LVM2-käyttäjätilan työkalut dm-välimuistin konfigurointiin

Määritysvaiheet:

Seuraavassa on ohjeet virtuaalilaitteen dm-välimuistin määrittämiseen LVM: n avulla.

Jokainen vaihe tuottaa kartan lohkoon kuvassa 1 mainitulla numeroinnilla.

1. Luo 100 Gt:n osio kiintolevylle [Origin-laite]

   parted -a optimal /dev/sda mkpart primary 1 100G 

   Huomautus: Tämä luo tiedoston /dev/sda1
2. 10 Gt:n osion luominen NVMe PCIe SSD -levylle [laitteen välimuisti]

   parted -a optimal /dev/nvme0n1 mkpart primary 1 10G 

3. Taltioryhmän (välimuistin) luominen Origin- ja Cache-laitteella

   vgcreate cache /dev/sda1  /dev/nvme0n1p1 

   1. Tarkista välimuistin taltioryhmä käyttämällä vgdisplay

      [root@localhost ~]# vgdisplay
      
      --- Volume group ---
      VG Name               cache
      System ID
      Format                lvm2
      Metadata Areas        2
      Metadata Sequence No  7
      VG Access             read/write
      VG Status             resizable
      MAX LV                0
      Cur LV                2
      Open LV               0
      Max PV                0
      Cur PV                2
      Act PV                2
      VG Size               103.36 GiB
      PE Size               4.00 MiB
      Total PE              26461
      Alloc PE / Size       25399 / 99.21 GiB
      Free  PE / Size       1062 / 4.15 GiB
      VG UUID               Zd8dNe-6Kdt-7qgY-dmSN-8WHe-4wqQ-euM3Ql 

4. Luo Origin-laitteen looginen asema (origin_device)

   lvcreate -l 90%FREE -n origin_device cache /dev/sda1 

5. Luo välimuistin metatietojen looginen asema (cache_meta)

   lvcreate -l 5%FREE -n cache_meta cache /dev/nvme0n1p1 

6. Luo välimuistilohko data looginen asema (cache_block)

   lvcreate -l 80%FREE -n cache_block cache /dev/nvme0n1p1 

7. Luo välimuistivarannon looginen taltio yhdistämällä välimuistilohkon ja välimuistin metatietojen loogiset taltiot (yhdistämällä step 5 ja 6)

   lvconvert --type cache-pool --poolmetadata cache/cache_meta cache/cache_block 

   Huomautus: Luodulla välimuistivarannalla on sama nimi kuin "cache_block" Se on vaiheessa 6 luodun välimuistilohkon loogisen taltion nimi.

   1. Tämä on työkalun käyttäytyminen. Tarkista välimuistin taltioryhmä käyttämällä lvdisplay

      root@localhost ~]# lvdisplay
      --- Logical volume ---
      LV Path                /dev/cache/cache_block
      LV Name                cache_block
      VG Name                cache
      LV UUID                kWYQxP-Jdlr-JdxE-aleB-JJpj-3rmw-Q0cojx
      LV Write Access        read/write
      LV Creation host, time localhost.localdomain, 2014-06-28 09:05:32 -0400
      LV Status              available
      # open                 0
      LV Size                5.07 GiB
      Current LE             1297
      Segments               1
      Allocation             inherit
      Read ahead sectors     auto
      - currently set to     256
      Block device           253:2 

8. Luo välimuistin looginen asema linkittämällä välimuistivaranto (vaihe 7) looginen asema ja origin_device Looginen asema (vaihe 4)

   lvconvert --type cache --cachepool cache/cache_block cache/origin_device 

   1. Tämä luo virtuaalisen välimuistilaitteen (dm-cache) orign_device Kuten alla on esitetty dm4.

      [root@localhost ~]# ls -l /dev/cache/origin_device
      lrwxrwxrwx. 1 root root 7 Jun 28 09:13 /dev/cache/origin_device -> ../dm-4 

9. Alusta virtuaalinen välimuistilaite tiedostojärjestelmän kanssa ja käytä sitä.

   mkfs.ext4 /dev/cache/origin_device 

Suorituskykytiedot:

FIO-työkalulla tehdyt suorituskykytestit osoittavat luku-, kirjoitus- ja luku-kirjoitusyhdistelmätoimintojen suuren parannuksen.

Taulukko-1 näyttää suorituskykyeron FIO-työkalun lähdön ja parannuksen prosentteina dmcache paikallaan verrattuna normaaliin taajuusmuuttajaan (pyörivä käyttö) ja kuvassa 2 on vastaava kaaviokaavio.

Testi tehdään 1 miljoonan lohkokoolla satunnaiselle luku-, satunnaiskirjoitus- ja satunnaisluku-kirjoitusyhdistelmälle (50 %) alkuperäisellä kiintolevyllä (sda) ja asemalla, jossa on dmcache konfiguroitu.
 

Taulukko 1: Suorituskykyä parannettu dm-cache

 
Kuva 2: Suorituskykyä parannettu dm-cache.

Johtopäätös: NVMe PCIe SSD -pohjainen dm-välimuisti parantaa vanhojen pyörimisnopeuspohjaisten kiintolevyjen suorituskykyä huomattavasti.