PowerEdge: Швидша продуктивність блокових пристроїв завдяки DM-кешу на базі NVMe PCIe SSD на RHEL

Твердотільні накопичувачі PCIe на базі NVMe можуть виступати в якості кеш-пристрою для dm-кешу за допомогою інструментів набору інструментів Logical Volume Manager (LVM).

Віртуальний кеш, створений за допомогою dm-cache, складається з трьох фізичних пристроїв. (Див. Рис 1.) Пристрій Origin – це повільніший пристрій зберігання даних (HDD). Пристрій Cache використовується для зберігання даних користувача, а мета-кеш зберігає метадані, такі як розміщення блоків, брудні прапорці та інші внутрішні дані.
У цьому випадку ми використовуємо один і той самий пристрій [Cache device] як для блоків даних, так і для метаданих.

 
Малюнок 1: Кроки по налаштуванню та налаштуванню dm-кешу за допомогою LVM tools.

Налаштування обладнання:

Походження пристрою [HDD]: /dev/sda1
Кеш-пристрій [PCIe SSD на основі NVMe] (блок/мета): /dev/nvme0n1p1 

Налаштування програмного забезпечення:

Операційна система: Інструменти RHEL 7
: Інструменти користувацького простору LVM2 для конфігурації dm-кешу

Етапи налаштування:

Нижче наведено кроки для налаштування dm-кешу віртуального пристрою за допомогою LVM.

Кожен крок виводу відображається на блок з нумерацією, зазначеною на рис.1.

1. Створіть розділ 100 ГБ на жорсткому диску [Origin Device]

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

   Примітка: Це створює /dev/sda1
2. Створіть розділ розміром 10 ГБ на SSD-диску NVMe PCIe [Кеш-пристрій]

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

3. Створення групи томів (кешу) за допомогою пристрою Origin і Cache

   vgcreate cache /dev/sda1  /dev/nvme0n1p1 

   1. Перевірте наявність групи томів "cache" за допомогою 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. Створіть логічний том вихідного пристрою (origin_device)

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

5. Створення кешу метаданих логічного об'єму (cache_meta)

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

6. Створення блоку кешу даних логічного об'єму (cache_block)

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

7. Створіть логічний том пулу кешу, об'єднавши логічні томи блоку кешу та метаданих кешу (комбінуючи step 5 та 6)

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

   Примітка: Створений пул кешу має таку ж назву, як і «cache_block" Це ім'я логічного тому даних блоку кешу, створеного на кроці 6.

   1. Така поведінка інструменту. Перевірте наявність групи томів "cache" за допомогою 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. Створіть логічний том кешу, зв'язавши логічний том пулу кешу (крок 7) і origin_device Логічний том (крок 4)

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

   1. Це створює віртуальний кеш-пристрій (dm-cache) orign_device як показано нижче як 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. Відформатуйте віртуальний кеш-пристрій за допомогою файлової системи та використовуйте його.

   mkfs.ext4 /dev/cache/origin_device 

Дані про ефективність:

Тести продуктивності, проведені за допомогою інструменту FIO, показують значне покращення операцій читання, запису та міксування читання-запису.

У таблиці 1 показаний вихід інструменту FIO, різниця в продуктивності та покращення у відсотках з dmcache на місці в порівнянні з нормальним приводом (обертальним приводом) і на рис 2 показаний відповідний графік графіка.

Тест проводиться з розміром блоку 1M для випадкового читання, випадкового запису та випадкового читання-запису (50%) на оригінальному жорсткому диску (sda) та диску з dmcache Налаштований.
 

Таблиця 1: Підвищення продуктивності за допомогою dm-cache

 
Малюнок 2: Підвищення продуктивності за допомогою dm-cache.

Висновок: DM-кеш на базі NVMe PCIe SSD більшою мірою покращує продуктивність застарілих жорстких дисків на основі шпинделів.