StarWind SAN und NAS über Fibre Channel

Dank flexibler Bereitstellungsmodalitäten, Gesamtsystemleistung und der Bereitschaft, neue Technologien zu nutzen, ist StarWind Software ein Branchenführer im Bereich Software Defined Storage (SDS). Das haben wir Ende letzten Jahres aus erster Hand gesehen, als wir sie angeschaut haben NVMe-oF-Initiator für Windows. Dieses Mal schauen wir uns die StarWind SAN & NAS-Software an, die Unterstützung für Fibre Channel hinzufügt, und die GRAID NVMe-Beschleunigerkarte, die für eine SDS-Lösung recht ehrgeizig ist.

Dank flexibler Bereitstellungsmodalitäten, Gesamtsystemleistung und der Bereitschaft, neue Technologien zu nutzen, ist StarWind Software ein Branchenführer im Bereich Software Defined Storage (SDS). Das haben wir Ende letzten Jahres aus erster Hand gesehen, als wir sie angeschaut haben NVMe-oF-Initiator für Windows. Dieses Mal schauen wir uns die StarWind SAN & NAS-Software an, die Unterstützung für Fibre Channel hinzufügt, und die GRAID NVMe-Beschleunigerkarte, die für eine SDS-Lösung recht ehrgeizig ist.

Die gesamte Testumgebung wird im Folgenden beschrieben, aber die Kurzgeschichte ist, dass wir die besten verfügbaren Komponenten genommen und sie kombiniert haben, um eine robuste Speicherplattform mit zuverlässigem Netzwerk und ausreichend Clients für die Auslastung zu schaffen. StarWind kann die Memblaze NVMe SSDs dank des GRAID-Beschleunigers miteinander verbinden und den Speicher über eine Brocade Switching Fabric und Marvell QLogic 32G FC HBAs über das Netzwerk teilen.

Dies ist eine bemerkenswerte Leistung für StarWind, da die meisten SDS-Plattformen dieses technische Niveau nicht erreichen können. Die Integration von Fibre Channel ist keine einfache Aufgabe, weshalb die meisten SDS-Lösungen auf Ethernet basieren. Allerdings wünschen sich viele Unternehmen die Zuverlässigkeits- und Latenzvorteile, die eine FC-Infrastruktur bietet. StarWind SAN & NAS über Fibre Channel wird in Kürze verfügbar sein, um diesen Organisationen dabei zu helfen, die Vorteile der SDS-Architektur zu nutzen.

StarWind SAN & NAS

StarWind SAN & NAS wurde entwickelt, um vorhandene Hardware, auf der ein branchenüblicher Hypervisor ausgeführt wird, in leistungsstarken Speicher umzuwandeln. Die Lösung ist ein vollständig zertifizierter gemeinsamer Speicher für VMware vSphere Hypervisor ESXi und Microsoft Hyper-V Server.

StarWind SAN & NAS unterstützt hardware- und softwarebasierte Speicherredundanzkonfigurationen. Die Lösung kann einen vorhandenen Server mit internem Speicher in ein redundantes Speicherarray umwandeln, das als NAS oder SAN präsentiert wird und Standardprotokolle wie iSCSI, SMB und NFS verfügbar macht. Zu den zahlreichen Verwaltungs- und Konfigurationsoptionen gehören eine webbasierte Benutzeroberfläche, eine textbasierte Benutzeroberfläche, ein vCenter-Plugin und eine Befehlszeilenschnittstelle für Cluster-weite Vorgänge.

Die Lösung wird als sofort einsatzbereite Linux-basierte virtuelle Maschine (VM) geliefert, die auf Ihrem Hypervisor, Microsoft Hyper-V oder VMware vSphere bereitgestellt wird. Sie verfügt über dieselben softwaredefinierten Speicherfunktionen (SDS) wie StarWind VSAN und verwendet ZFS. StarWind SAN & NAS lässt sich mit dem Installationsassistenten und der webbasierten Speicherverwaltungs-Benutzeroberfläche (UI) einfach installieren und erhöht den Return on Investment (ROI) durch die Neuverwendung veralteter Server.

Zu den StarWind SAN- und NAS-Funktionen gehören:

Datei- und Blockspeicher: Unterstützt alle branchenüblichen Block- und Dateiprotokolle wie SMB3, NFSv3, NFSv4, NFSv4.1 und iSCSI (einschließlich VVols auf iSCSI, NVMe-over-Fabrics und iSER).

Redundanzoptionen: Wählen Sie die bevorzugte Redundanzkonfiguration für die lokalen Festplatten aus: ZFS, Hardware-RAID oder Linux MD/RAID.

Die Architektur: Network Attached Storage und Storage Area Network von StarWind basieren auf Linux, ZFS und StarWind Virtual SAN und können problemlos als VM auf dem Hypervisor Ihrer Wahl, VMware ESXi oder Microsoft Hyper-V, bereitgestellt werden.

Zertifiziert und einsatzbereit: Einfach zu installieren und für die Verwendung mit vSphere oder Hyper-V zertifiziert.

Partner

StarWind verfügt über eine beeindruckende Liste von Partnern, die bei diesem Test mehrere davon eingesetzt haben. Alle StarWind-Produkte werden mit der veröffentlichten Hardware und Software getestet. Partneranbieter testen Produkte unabhängig voneinander, um Qualität und Kompatibilität sicherzustellen und funktionierende Lösungen bereitzustellen. Wir haben die in dieser speziellen Testreihe enthaltenen Anbieter hervorgehoben.

Dell Technologien

StarWind Software ist ein Dell Technology Alliance-Partner und für die Bereitstellung von Dell-Servern als Teil seiner schlüsselfertigen Virtualisierungslösung StarWind HyperConverged Appliance zertifiziert. In diesem Testszenario setzte StarWind den PowerEdge R750 von Dell als Server und den PowerEdge R740xd als Client ein.

Die Dell EMC PowerEdge R750 wird vom skalierbaren Intel Xeon Prozessor der 3. Generation angetrieben, um die Anwendungsleistung und -beschleunigung zu verbessern. Der Server ist ein Dual-Socket/2U-Rack-Server, der 8 Speicherkanäle pro CPU und bis zu 32 DDR4-DIMMs bei Geschwindigkeiten von 3200 MT/s unterstützt. Um erhebliche Durchsatzverbesserungen zu erreichen, unterstützt der PowerEdge R750 außerdem PCIe Gen 4 und bis zu 24 NVMe-Laufwerke mit verbesserten Luftkühlungsfunktionen und optionaler direkter Flüssigkeitskühlung, um steigenden Strom- und Wärmeanforderungen gerecht zu werden.

Die PowerEdge R740xd ist eine 2U-Plattform mit zwei Sockeln, die sich gut für softwaredefinierten Speicher, Dienstanbieter oder virtuelle Desktop-Infrastrukturen eignet. Das System R740xd unterstützt bis zu 24 NVMe-Laufwerke mit der Möglichkeit, jeden Laufwerkstyp zu kombinieren, um die optimale Konfiguration von NVMe, SSD und HDD für entweder Leistung, Kapazität oder beides zu erstellen. Der R740xd ist die Plattform der Wahl für softwaredefinierten Speicher und bildet die Grundlage für VSAN oder PowerEdge XC.

GRAID-Technologie

GRAID SupremeRAID ist für eine moderne, softwarekombinierbare Umgebung konzipiert. GRAID Technology liefert eine zukunftssichere RAID-Karte, die nicht nur direkt angeschlossene Flash-Speicher schützt, sondern auch über NVMe über Fabrics verbundene Speicher.

Die SupremeRAID SR-1010 ist die erste NVMe- und NVMe-oF-RAID-Karte, die das volle Potenzial der SSD-Leistung freisetzt. Die SupremeRAID-Karte verarbeitet die I/O direkt und entlastet die CPU von dieser Aufgabe. Da es sich bei der Karte um eine GPU handelt, verfügt die Karte über eine enorme Rechenleistung, die bei Standard-RAID-Karten nicht vorhanden ist.

Der SupremeRAID SR-1010 ist funktionsreich und bietet Komprimierung, Verschlüsselung und Thin Provisioning. Die Installation ist so einfach wie Plug & Play und erfordert keine Verkabelung oder Überarbeitung des Motherboard-Layouts.

Memblaze

Memblaze ist ein führender Anbieter von NVMe-SSD-Produkten der Enterprise-Klasse. Memblaze wurde 2011 gegründet und ist eines der ersten Unternehmen, das weltweit SSD-Produkte der Enterprise-Klasse entwickelt hat. Die von Memblaze eingeführte SSD der Enterprise-Klasse der PBlaze-Serie wird häufig in den Bereichen Datenbanken, Virtualisierung, Cloud Computing, Big Data, künstliche Intelligenz und anderen Bereichen eingesetzt und bietet stabile und zuverlässige Hochgeschwindigkeitsspeicherlösungen für Kunden in Branchen wie Internet und Cloud-Services , Finanzen und Telekommunikation.

Memblaze PBlaze6 6920-Serie SSDs bieten eine konstante Leistung von bis zu 1600 zufälligen Lese-IOPS, bis zu 7 GB/s sequentielle Lesebandbreite, bis zu 6.8 GB/s sequentielle Schreibbandbreite und bis zu 11 μs Schreiblatenz. Das Laufwerk ist in einer Vielzahl von Kapazitäten erhältlich, wobei das Laufwerk mit geringerer Lebensdauer in den Kapazitäten 3.84 TB, 7.68 TB und 15.36 TB erhältlich ist. Die Version mit höherer Ausdauer ist mit Kapazitäten von 3.2 TB, 6.4 TB und 12.8 TB erhältlich.

Marvell QLogic

QLogic ist ein globaler Anbieter von Hochleistungsnetzwerken und liefert Adapter, Switches und ASICs für Daten-, Speicher- und Servernetzwerke. Das Unternehmen bietet ein vielfältiges Portfolio an Netzwerkprodukten, darunter konvergente Netzwerkadapter für FCoE, Ethernet-Adapter, Fibre-Channel-Adapter und -Switches sowie iSCSI-Adapter.

Die QLogic 2772-Adapter unterstützen den Zugriff auf Scale-out-NVMe mit geringer Latenz und voller Unterstützung für das FC-NVMe-Protokoll. Sie können gleichzeitig FC-NVMe- und FCP-SCSI-Speicherverkehr auf demselben physischen Port unterstützen, sodass Kunden in ihrem eigenen Tempo auf NVMe migrieren können. Die Adapter vereinen das Beste aus beiden Welten, indem sie bis zu 2 Millionen IOPS und 32GFC-Leitungsgeschwindigkeit bieten und gleichzeitig Zugriff auf NVMe- und SCSI-Speicher mit geringer Latenz über ein Fibre-Channel-Netzwerk ermöglichen.

Schauen Sie sich unseren ausführlichen Einblick an FC-NVMe von QLogic Geschichte.

Details zum SAN- und NAS-Testbed

Die Testumgebung für diese Arbeit besteht aus dem StarWind SAN- und NAS-Speicherknoten mit Memblaze PBlaze6 6926 12.8 TB SSDs an. Nach der Installation können Sie HEIC-Dateien mit der GRAID SupremeRAID SR-1010 Beschleunigerkarte. Die Struktur bestand aus Brocade G620 32G Fibre Channel Switching und Marvell QLogic 2772 32G FC HBAs. Die Lastgenerierung erfolgte über vier Client-Knoten. Der Speicherknoten basiert auf einem Dell PowerEdge R750-Server und die Clientknoten sind Dell PowerEdge R740-Server. Die Einzelheiten sind in den folgenden Tabellen aufgeführt.

Ergebnisse des StarWind SAN- und NAS-Leistungstests

Aufgrund der Vielzahl beweglicher Teile wurde der Schwerpunkt der Leistungstests in lokale und Remote-Tests über Fibre Channel aufgeteilt. Das erste Ziel bestand darin, die Fähigkeiten und Leistung des zugrunde liegenden Memblaze NVMe-Speichers sowie die Vorteile von GRAIDs HW-RAID gegenüber SW-RAID zu zeigen.

Der zweite Schritt bestand darin, die Leistung jedes FC über 32 GB mit Marvell QLogic HBAs zu vergleichen, wiederum mit GRAID HW RAID im Vergleich zu SW RAID. Der Benchmark wurde mit dem Dienstprogramm Flexible I/O (fio) ermittelt. Fio ist ein plattformübergreifendes Tool für Benchmarking und Stress-/Hardware-Verifizierung und gilt als Industriestandard zum Testen von lokalem und gemeinsam genutztem Speicher.

Testmuster:

• 4k Zufällig 100 % Lesen/100 % Schreiben
• 4k zufälliges gemischtes Lesen/Schreiben 70/30
• 1 MB sequentielles 100 % Lesen/100 % Schreiben

Testdauer:

• Einzeltestdauer = 600 Sekunden
• Vor Beginn des Schreibbenchmarks wurde der Speicher zunächst 2 Stunden lang aufgewärmt

Testphasen

1. Bestätigen der Leistung eines einzelnen NVMe-Laufwerks, um Referenzzahlen zu erhalten
2. Lokales Testen der Leistung von MDRAID- und GRAID RAID5-Arrays
3. Benchmarking aus der Ferne von Client-Knoten ausführen

Während der anfänglichen Vorbereitung für den Array-Test wurden die einzelnen Memblaze PBlaze6 D6926 12.8 TB SSDs auf Basisleistungswerte überprüft, um sie mit Datenblattwerten zu vergleichen und um zu überprüfen, wie lange es dauerte, bis jede SSD eine stabile Leistung erreichte. In dieser Testphase konnten wir die 4K-Zufallsleistung von 1.5 Mio. IOPS beim Lesen und 537 IOPS beim Schreiben messen, wobei das Laufwerk etwa 2 Stunden benötigte, um den stabilen Zustand zu erreichen. Durch Erhöhen der Blockgröße auf 64 KB bei zufälliger Arbeitslast erreichte jede SSD 6.5 GB/s beim Lesen und 2.6 GB/s beim Schreiben. Schließlich erreichte jede SSD bei einer Übertragungsgröße von 1 MB und einer sequentiellen Übertragung eine Lesegeschwindigkeit von 6.6 GB/s und eine Schreibgeschwindigkeit von 5.4 GB/s.

Die lokale Leistung wurde auf acht Memblaze D6926 12.8 TB SSDs gemessen, was zu einer starken 4K-Zufallsleseleistung mit einem massiven Vorteil gegenüber dem HW-RAID von GRAID führte. Während SW RAID bei niedrigeren Warteschlangen- und Thread-Anzahlen einen leichten Vorsprung hatte, erreichte es bei 4 Mio. IOPS die Obergrenze, verglichen mit 10.8 Mio. IOPs bei GRAID. Die CPU-Auslastung des zugrunde liegenden Hosts durch GRAID war während dieser Arbeitslast erheblich geringer als bei SW RAID. Bei niedrigen Warteschlangen-/Threadzahlen betrug die CPU-Auslastung 3 % bis 7 % und erreichte einen Spitzenwert von 25 % gegenüber 40 %.

 

Der 4K-Random-Write-Test führte zu einem leichten Vorsprung gegenüber SW-RAID bei einer niedrigen Warteschlangen- und Thread-Anzahl, wobei das GRAID-HW-RAID diesen mit zunehmender Arbeitslast schnell übertraf. Die Leistung für SW-RAID wurde von 376 IOPS auf 501 IOPS beim Schreiben skaliert, mit GRAID-HW-RAID von 260 IOPS auf 975 IOPS. Es sollte auch beachtet werden, dass die Leistung von GRAID bei einem vollen Gen1.5x4-Steckplatz für die GPU auf 16 Mio. IOPS beim Schreiben steigen kann. Basierend auf der Konfiguration unseres Dell PowerEdge R750 befand sich die GPU in einem Gen4x8-Steckplatz, wodurch sie etwas zurückgesetzt wurde. Während dieses Tests stieg die CPU-Auslastung für SW-RAID von 8 % auf 21 %, während HW-RAID etwas von 1 % auf 3 % anstieg.

Bei einem Lese-/Schreibmix von 70 % und einer Übertragungsgröße von 4 KB war die GRAID-Konfiguration führend, wenn die Arbeitslast zunahm. Die gemessene SW-RAID-Leistung skalierte von 765 IOPS auf 1.2 Mio. IOPS, verglichen mit HW-RAID, die 429 IOPS auf bis zu 3.14 Mio. IOPS misst. Die CPU-Auslastung war bei HW-RAID deutlich geringer. SW-RAID lag zwischen 5 % und 49 %, während GRAID zwischen 1 % und 8 % lag.

Um die Bandbreite großer Blöcke zu messen, wurde die Blockgröße auf 1 MB erhöht. GRAID ragte mit einer Bandbreite von 18.2 GB/s bis 47 GB/s im gesamten Workload klar heraus, im Vergleich zu SW RAID, das bei 10 GB/s begann und auf 12.1 GB/s skaliert wurde. Die CPU-Auslastung lag während dieses Tests zwischen 3 % und 10 % bei SW-RAID und 0 % bis 1 % bei HW-RAID.

Der letzte lokale Benchmark konzentrierte sich auf die sequentielle Schreibleistung großer Blöcke, wobei SW RAID mit 4T/4Q einen leichten Vorsprung hatte, bevor es schnell von GRAID übertroffen wurde. Hier erreichte SW RAID 6.9 GB/s bis 7.1 GB/s, während GRAID von 6.4 GB/s auf 11.4 GB/s anstieg. Die CPU-Auslastung mit SW-RAID skalierte von 9 % auf 17 %, während HW-RAID 1 % auf 3 % betrug.

Nachdem die lokale Leistungsbasis sowohl von einer einzelnen SSD als auch von acht SSDs in SW RAID5 und HW RAID5 mit GRAID erfasst wurde, bestand der nächste Schritt darin, FCP über 32 GB FC zu testen. Die wesentlichen Erkenntnisse aus den lokalen Leistungstests waren, wie sehr GRAID HW RAID die Gesamtleistung bei zunehmender Arbeitslast verbesserte und die CPU-Auslastung niedrig hielt.

Die FCP-Tests umfassten vier Dell R740xd-Clientknoten mit Windows, die jeweils an zwei 32-Gbit-FC-Switches angeschlossen waren. Jedes Client-System nutzte denselben 32-Gb-Marvell-QLogic-HBA wie auf der Speicherseite, was uns eine theoretische Gesamtbandbreite von 8 x 32-Gb-FC-Ports oder 25.6 GB/s ermöglichte.

 

Mit den vier Dell PowerEdge R740xd-Lastgeneratoren, die an den StarWind NAS- und SAN-Server angeschlossen sind, betrachten wir zunächst die gesamte 4K-Zufallsleseleistung über das Kabel, mit SW-RAID-Skalierung von 1.66 Mio. IOPS auf 3.5 Mio. IOPS und GRAID von 1.1 Mio. IOPS auf 4.6 Mio. IOPS.

Bei der Umstellung auf 4K Random Write wurde SW RAID von 204 IOPS auf 385 IOPS skaliert. Das HW-RAID im Backend bot erhebliche Zuwächse, wobei GRAID in der Spitze von 304 IOPs auf 498 IOPS skalierte.

Mit einer Mischung aus Lese- und Schreibverkehr in einem zufälligen gemischten 4K-70/30-Workload lieferte die HW-RAID-Konfiguration mehr E/A als SW-RAID allein. SW-RAID skaliert von 538 IOPS auf 998 IOPS, mit HW-RAID-Skalierung von 647 IOPS auf 1.1 Mio. IOPS.

Zurück zu Übertragungen großer Blöcke, um die Spitzenbandbreite vom StarWind NAS- und SAN-Array zu den vier Clients zu messen, haben wir die 8x 32-Gbit-FC-Ports effektiv ausgelastet. Das SW-RAID skalierte von 9.7 GB/s auf 11.7 GB/s, während das HW-RAID am unteren Ende 8.5 GB/s und in der Spitze 25.2 GB/s erreichte. Wir haben unseren Wert mit dem theoretischen Maximum von 25.6 GB/s über acht 32-Gbit-Ports erreicht.

Im abschließenden Test, bei dem die sequenzielle Schreibbandbreite von 1 MB gemessen wurde, hatte SW RAID einen leichten Vorteil bei niedrigeren Thread- und Warteschlangenebenen und erreichte die Parität bei 4T/8Q. HW-RAID übertraf jedoch schnell SW-RAID und skalierte von 6 GB/s auf 7.1 GB/s, und HW-RAID lag zwischen 2.99 GB/s und 10.5 GB/s.

Abschließende Überlegungen

Von einer Hardwarelösung wird erwartet, dass sie in einem typischen RAID-Szenario eine Softwarelösung übertrifft. Bei der Implementierung einer softwaredefinierten Speicherlösung besteht jedoch ein erhöhtes Potenzial für gemischte Ergebnisse. Die Zahlen lügen in diesem Fall nicht und das StarWind SAN & NAS hat unsere Erwartungen übertroffen.

Die StarWind-Lösung ist, wie oben erwähnt, ehrgeizig. Es umfasst FCP, NMVe-SSDs, GRAID-Hardware und Software, um alles zusammenzuführen. Diese Konfiguration nutzt die Rechenleistung der GRAID SupremeRAID-Karte, die Leistung der NVMe-SSDs sowie die geringe Latenz und Zuverlässigkeit von Fibre Channel voll aus und erfüllt alle Anforderungen. Ohne die Installation mehrerer Karten in den Servern wäre es unmöglich, diese Leistungswerte von einer herkömmlichen Hardware-RAID-Karte zu erhalten.

StarWind SAN & NAS nutzt die GPU-Rechenleistung der GRAID-Karte voll aus. In jedem der Testszenarien konnte die StarWind-Lösung die Erwartungen erfüllen. Da GRAID die I/O-Verarbeitung auf die GPU verlagert, wurde die CPU-Auslastung im Vergleich zu laufenden Software-RAID-Lösungen deutlich reduziert. Die CPU-Auslastung auf dem Speicherknoten war zwei- bis zehnmal niedriger als bei Verwendung von SW-RAID, wodurch die CPU-Ressourcen für andere Aufgaben frei wurden. Selbst mit der StarWind-Lösung erreichten die SW-RAID-Tests praktisch die volle Leistung, die ein typisches RAID-Array bieten würde, jedoch mit höheren Latenzkosten.

Die beeindruckendste Shared-Storage-Leistung wurde im Wesentlichen von einem redundanten GRAID-Speicher-Array mit NVMe-SSDs der PBlaze6 6920-Serie mit StarWind SAN und NAS an der Spitze erzielt, das über Fibre Channel zu Client-Knoten lief und Marvell Qlogic 2772 Fibre Channel-Adapter nutzte. GRAID ist die einzige Technologie, die derzeit wahrscheinlich die höchste Leistung garantiert, die softwaredefinierter gemeinsamer Speicher erreichen kann. Der GRAID-Build hat etwa 50 % der Leistung des lokalen RAID-Arrays erhalten, mit etwa der gleichen Latenz wie der lokale Speicher.

StarWind SAN & NAS ermöglicht es, das volle GRAID-Leistungspotenzial auszuschöpfen. NVMe-oF und RDMA werden in nachfolgenden Builds enthalten sein.

Klicken Sie auf die Links, um weitere Informationen darüber zu erhalten GRAID SupremeRAID, NVMe-oF und Leistung des StarWind NVMe-oF-Initiators.

StarWind SAN & NAS-Produktseite

StarWind-Testbericht

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