PowerEdge : Accélération des performances des périphériques en mode bloc avec dm-cache basé sur un disque SSD PCIe NVMe sur RHEL

Les disques SSD PCIe basés sur NVMe peuvent utiliser l’ensemble d’outils d’espace utilisateur Logical Volume Manager (LVM) pour faire office de périphérique de cache pour dm-cache.

Le cache virtuel créé par dm-cache est composé de trois périphériques physiques. (Voir Figure 1.) Le périphérique d’origine est le périphérique de stockage de destination (SSD) le plus lent. Le périphérique de cache est utilisé pour stocker les données utilisateur et le cache de métadonnées stocke les métadonnées telles que le positionnement des blocs, les indicateurs d’erreurs et d’autres données internes.
Dans ce cas, nous utilisons le même périphérique [périphérique de cache] pour les blocs de données et les métadonnées.

 
Figure 1 : Étapes de configuration de dm-cache à l’aide des outils LVM.

Configuration matérielle :

Périphérique d’origine [SSD] : /dev/sda1
Cache [SSD PCIe basé sur NVMe] (bloc/méta) : /dev/nvme0n1p1 

Configuration du logiciel :

Système d’exploitation : RHEL 7
Outils : Espace utilisateur LVM2 pour la configuration dm-cache

Étapes de configuration :

Les étapes ci-dessous permettent de configurer le périphérique virtuel dm-cache à l’aide de LVM.

La sortie de chaque étape renvoie au bloc numéroté correspondant représenté à la Figure 1.

1. Créer une partition de 100 Go sur le disque dur [périphérique d’origine]

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

   Remarque : Cela crée /dev/sda1
2. Créer une partition de 10 Go sur le disque SSD PCIe NVMe [périphérique de cache]

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

3. Créer un groupe de volumes (cache) avec le périphérique d’origine et le périphérique de cache

   vgcreate cache /dev/sda1  /dev/nvme0n1p1 

   1. Rechercher le groupe de volumes « cache » à l’aide de 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. Créer le volume logique du périphérique d’origine (origin_device)

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

5. Créer un volume logique de métadonnées de cache (cache_meta)

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

6. Créer un volume logique de données de bloc de cache (cache_block)

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

7. Créer un volume logique de pool de cache en combinant des volumes logiques de bloc de cache et de métadonnées de cache (combiner les étapes 5 et 6)

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

   Remarque : Le pool de cache créé porte le nom « cache_block », c’est-à-dire le même que le volume logique de données de bloc de cache créé à l’étape 6.

   1. Ce comportement est normal. Rechercher le groupe de volumes « cache » à l’aide de 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. Créer un volume logique de cache en liant le volume logique de pool de cache (étape 7) et le volume logique origin_device (étape 4)

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

   1. Cela crée le périphérique de cache virtuel (dm-cache) orign_device comme indiqué ci-dessous, sous le nom 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. Formater le périphérique de cache virtuel avec un système de fichiers avant de l’utiliser.

   mkfs.ext4 /dev/cache/origin_device 

Données de performances :

Les tests de performances effectués à l’aide de l’outil FIO montrent une amélioration considérable des opérations de lecture, d’écriture et de lecture-écriture.

Le Tableau 1 présente la sortie de l’outil FIO montrant la différence de performances et l’amélioration en pourcentage avec dmcache par rapport au disque normal (disque de rotation) et la Figure 2 montre le graphique correspondant.

Ce test est effectué avec une taille de bloc de 1 Mo en mode lecture aléatoire, écriture aléatoire et lecture/écriture aléatoires combinées (50 %), en comparant le disque dur d’origine (sda) au disque avec dmcache configuré.
 

Tableau 1 : Amélioration des performances avec dm-cache

 
Figure 2 : Amélioration des performances avec dm-cache.

Conclusion : dm-cache basé sur un disque SSD PCIe NVMe améliore les performances des disques durs conventionnels hérités.