利用 Western Digital Ultrastar DC SN8 NVMe SSD 最大限度地發揮 vSAN 655 ESA 的潛力

現在，隨著 VMware vSAN 8 Update 2 GA 的推出，vSAN 客戶可能已經準備好躍遷到新的儲存架構。

本報告由西部數據贊助。本報告中所表達的所有觀點和意見均基於我們對所考慮產品的公正看法。

 

VMware vSAN 8 預示著該公司旗艦 HCI 產品的大規模更新，提高了效率、可擴展性和效能。自最初發布以來，vSAN 8 已經經歷了兩次更新，增強了故事的內涵。 vSAN 8 的關鍵是快速儲存架構 (ESA)，它是原始儲存架構 (OSA) 的新替代方案，可簡化儲存佈局並進行許多其他改進。

隨著 vSAN 8 Update 2 的推出，許多企業即將決定進行哪種 vSAN 部署。因此，我們希望更了解 vSAN 8 ESA 與現代伺服器、快閃記憶體和網路結合的效能概況。

我們首先使用了 32 個來自 Western Digital 的 Ultrastar DC SN655 NVMe SSD、四台 Dell PowerEdge R6625 伺服器和一個 100GbE 結構。但在我們深入研究各種 RAID 和磁碟機配置結果之前，讓我們先快速了解一下 vSAN 8 ESA 以及為什麼這種架構變化如此重要。

vSAN 8 ESA 帶來了什麼？

VMware 的 vSAN 8 採用 ESA，標誌著儲存技術的重大進步。這種新架構專為充分發揮現代硬體的潛力而定制，提供前所未有的效率、可擴展性和性能。 ESA 利用 NVMe 介面以降低的成本增強容量和速度，反映了企業儲存從傳統旋轉媒體到先進 NAND 快閃記憶體的演變。硬體技術的轉變、伺服器 CPU 核心數量的增加以及先進的網路功能一直是 ESA 推出的推動力，確保它滿足當代企業對高效能儲存解決方案的需求。

vSAN 8 中的 ESA 以其效能增強和容量改進而聞名。 ESA 中的自適應寫入路徑可滿足各種 I/O 大小，優化資料寫入過程，這對快閃記憶體設備特別有利。這可以降低虛擬機器的延遲並實現一致的效能。此外，ESA新的日誌結構檔案系統和IO路徑最佳化顯著減少了寫入放大和延遲。 ESA 透過消除對專用快取設備的需求，最大限度地提高設備容量，從而降低每 GB 的整體成本。這些功能凸顯了 ESA 在以實惠的價格提供高效、大容量儲存解決方案方面的作用。

ESA 的另一個關鍵方面是其資源效率，可提供強大的效能和空間效率，同時消耗較少的 CPU 資源。這種效率對於經濟高效地管理大量數據至關重要。儘管 ESA 具有高效能，但它確實會產生元資料、檔案系統和彈性的儲存容量開銷。然而，它可以有效地處理這些開銷，以最大限度地提高可用容量。此外，VMware 還為客戶提供了靈活性，讓他們在原始儲存架構和 ESA 之間進行選擇，以滿足當前和未來的儲存需求。這種靈活性與 ESA 的高級功能相結合，使 VMware vSAN 8 成為儲存技術領域具有前瞻性的解決方案。

即使發生了這一重大變化，vSAN 的基本租用戶和主要用例也沒有太大變化。 VMware vSAN 繼續作為與 VMware vSphere 緊密整合的多功能儲存解決方案，在各種工作負載中廣泛應用。它在虛擬桌面基礎架構 (VDI) 環境中表現出色，可為眾多虛擬桌面提供可擴展的高效能儲存。在邊緣和遠端辦公室/分公司 (ROBO) 部署等場景中，vSAN 簡化了基礎架構和營運。 vSAN 還可以大幅擴展，為軟體定義的資料中心提供基礎。

vSAN 8 Update 2 測試平台

Ultrastar DC SN655 Enterprise PCIe Gen 4.0 雙埠 NVMe SSD 代表了固態硬碟技術的重大進步，提供專為要求苛刻的企業環境量身定制的高效能、更大的容量和強大的可靠性。這些驅動器特別適合需要高速資料存取和傳輸的應用程序，使其成為與 VMware vSAN 解決方案整合的理想選擇。

性能

Western Digital Ultrastar DC SN655 SSD 利用 PCIe Gen 4.0 接口，與 Gen 3.0 前代產品相比，頻寬顯著提高。這意味著更快的資料傳輸速率，這對於依賴快速資料存取和處理的應用程式至關重要。雙埠 NVMe 功能增強了可靠性和可用性，即使在連接埠故障期間也能確保資料存取不間斷。這種雙埠設計對於停機可能產生重大影響的任務關鍵型應用特別有利。

容量和效率

憑藉先進的 NAND 技術，這些 SSD 提供高密度儲存解決方案。增加的儲存容量對於處理大量資料（例如資料分析、雲端運算和虛擬化環境中的資料）的企業至關重要。 Ultrastar DC SN655 系列還提供比早期型號更好的電源效率，有助於降低營運成本和減少碳足跡，這是具有生態意識的企業的重要考慮因素。

與 VMware vSAN 集成

VMware vSAN 可以從整合 Ultrastar DC SN655 SSD 中獲益匪淺。這些 SSD 的高效能和可靠性非常符合 vSAN 對高效能、彈性和可擴充儲存的要求。 VMware vSAN 環境以其嚴苛、不可預測的效能要求而聞名，可利用 Ultrastar DC SN655 提供的速度和一致性來確保平穩運作和高可用性。

將 Ultrastar DC SN655 與 VMware vSAN 結合使用還可以簡化部署和管理，因為這些驅動器旨在無縫整合到各種生態系統中。這種易於整合的方式可以節省時間並減少潛在問題，從而簡化虛擬化儲存資源的管理。

Dell PowerEdge R6625 有許多功能，使其成為我們的 VMware vSAN HCI 使用案例的理想選擇。從運算方面來看，它們是雙路伺服器，支援足夠的處理能力來處理任何工作負載。在我們的配置中，我們有雙 AMD EPYC 9554 64 核心 CPU，每個節點有 128GB RAM。 R6625 還支援多達 2.5 個 XNUMX 吋 NVMe SSD，為它們提供了良好的密度，儘管我們的建造重點是每個節點 XNUMX 個和 XNUMX 個 SSD。

PowerEdge R6625 從網路角度支援多種選項，具有 3.0 個 OCP 5 插槽和 100 個 PCIe Gen5232 插槽。這種配置使我們能夠利用 1GbE 及更高速率，並為其他設備留出額外的插槽。說到交換，Dell PowerSwitch S32F-ON 將這個叢集連結在一起。它是一款 100U 多層交換機，具有 28 個 2 GbE QSFP10 連接埠和 XNUMX 個 XNUMXGbE SFP+ 連接埠。

值得注意的是，我們在本報告中所做的工作是針對某些元件，這些元件要么尚未包含在 VMware vSAN HCI 上，要么尚未獲得戴爾的正式支援。也就是說，我們在整個測試過程中遵循了 VMware vSAN 最佳實踐，並讓 VMware vSAN 工程師審查了資料。

vSAN 8 更新 2 效能

在使用 ESA 測試 VMware vSAN 8 的方法中，我們專注於每節點 16 個和 32 個 SSD 配置。如果有四台主機，則總共有 XNUMX 或 XNUMX 個 SSD。

我們在叢集中利用了 100Gb 以太網，理論上這使我們能夠專注於 NVMe 存儲，以查看系統資源在哪裡開始飽和。

我們在本報告中測量的另一個變數是 RAID1 和 RAID5 對 vSAN 叢集內整體儲存效能的影響。從歷史上看，RAID1 一直是 vSAN 部署的流行儲存策略。 ESA 的建議部署設定是“vSAN ESA 預設策略 – RAID5”，它提供幾乎相同的效能和更大的容量。 RAID1 的命中率為 50%，但 RAID5 限制了奇偶校驗開銷，為您提供更多的可用容量。

為了測量運行 ESXi 8 Update 2 的 VMware vSAN 叢集的效能，我們利用了 HCIbench。 HCIbench 的開發是為了簡化 HCI 叢集的測試，您需要在整個叢集中部署工作虛擬機器、產生虛擬磁碟並編排測試，同時聚合所有這些結果。在我們的測試中，我們對四種 ESA 配置使用了以下設定：

HCIBench 虛擬機器部署：

• 16 台虛擬機
• 每個虛擬機器 8 個 50GiB 資料磁碟
• 每個虛擬機器 16 個 vCPU
• 每個虛擬機器 8 GB RAM
• 每個工作負載 3600 秒測試持續時間
• 每個磁碟 8 個執行緒用於順序工作負載，16 個執行緒用於隨機工作負載

我們將效能資料分為兩個重疊部分：每個節點 1 個 SSD 與 5 個 SSD，以及 RAID16 與 RAID32。在我們最初的比較中，我們關注的是隨著更多磁碟添加到叢集中而效能開始飽和的點。對於四台主機，我們查看了叢集中的 1 個 SSD，而當我們將每個節點增加到 5 個 SSD 時，叢集中的 SSD 數量為 5 個。第二個面向是 RAIDXNUMX ESA 策略與建議的 RAIDXNUMX ESA 策略相比有何顯著差異。使用 RAIDXNUMX 的好處非常明顯：由於資料保護策略以及密集的 Western Digital SSD，使用者可以獲得大量可用容量。

當我們查看測試中收集的數據時，我們注意到出現了一些趨勢。如果您專注於總頻寬，VMware vSAN ESA 叢集透過將每個節點的 SSD 從 10.9 個增加到 1 個，效能得到了顯著提升。我們測量了採用 5 SSD 設定的 RAID4 和 RAID17.6 配置的順序寫入速度約為 17.7GB/s。在順序讀取方面，我們在 RAID1 和 RAID5 模式下測得 5-4GB/s。轉向隨機工作負載，我們發現 RAID476 在 4 SSD 配置中具有優勢，在 379K 隨機寫入中測得 1K IOPS，而 RAID4 中為 1k IOPS。在 563K 隨機讀取方面，兩個配置開始相互接近，RAID524 測量為 5k IOPS，RAID8 測量為 70k IOPS。在 30K 1/319 中，差異更接近，RAID302 的優勢為 5k IOPS，而 RAIDXNUMX 為 XNUMXk IOPS。

改為每個節點八個 SSD，我們看到效能有所提升，但與四個 SSD 相比，效能並未提高一倍。這就是 vSAN 的效能上限和跨節點的 100GbE 頻寬限制開始出現的地方。是的，可以使用更快的網路連接，但這與 HCI 和典型的 SMB/SME 部署相距甚遠。

在寫入頻寬方面，RAID5 佔上風，測量結果為 14.3GB/s，而 RAID12.7 為 1GB/s。 RAID1 的讀取頻寬領先，為 24.1GB/s，而 RAID5 為 22GB/s。對於隨機 4K 寫入傳輸，RAID1 和 RAID5 很接近，儘管我們測量了 R521 中的 1K IOPS 和 R505 中的 5K IOPS。當我們查看 4K 隨機讀取效能時，我們發現自己遇到了 vSAN 叢集效能限制，其中四個和八個 SSD 設定彼此非常接近。在這裡，透過我們的八個 SSD 設置，我們測量了 RAID527 中的 1k IOPS 和 RAID524 中的 5k IOPS。在 8K 70/30 中，RAID1 最終佔據了優勢，為 324k IOPS，而 RAID293 為 5k IOPS。

值得注意的是，對於 VMware vSAN ESA，RAID1 與 RAID5 配置並不是一成不變的決定。它是在虛擬機器虛擬磁碟層級應用的儲存策略，這意味著兩者可以同時共存。因此，假設您有一個資料庫虛擬機，其中每一個 I/O 都很重要；給它一個 RAID1 策略，其他一切都在 RAID5 上。這樣，您就可以盡可能優化空間利用率。

最後的思考

Western Digital Ultrastar DC SN655 Enterprise PCIe Gen 4.0 雙埠 NVMe SSD 代表了密集企業級儲存的新水平，同時保持了 Western Digital 聞名的主流經濟實惠性。它採用 U.3 外形規格，但也向後相容於 U.2。這意味著管理員和資料工程師可以利用密集 1U 伺服器中熟悉的外形尺寸來提高儲存密度。

容量密度的增加也意味著用例的儲存資源利用率得到更顯著的提高，例如增加每個 SSD 的虛擬化主機數量以及在更少的磁碟機上整合更大的應用程式資料集。這些大數據分析和 AI/ML 資料集也受益於透過釋放 SN655 NVMe SSD 的低延遲和更高吞吐量而轉向更高容量，這意味著更快的洞察和即時分析。

我們的效能研究結果表明，Western Digital Ultrastar DC SN655 NVMe SSD 非常適合 VMware vSAN 8 ESA 部署，特別是在 SMB、邊緣、零售和數千個其他用例方面。對於希望從小規模部署開始並隨著需求增加而發展的公司，我們發現每個節點只需XNUMX 個Western Digital SSD 就可以提供每個節點XNUMX 個SSD 配置中的大部分性能，並且有足夠的增長空間，並且vSAN 應用程式並且資料需求不斷增長。這有助於擴展 IT 預算，因為組織不需要過度投入磁碟來達到效能指標，而且將 SSD 添加到 vSAN 變得再簡單不過了。

現在，隨著 VMware vSAN 8 Update 2 GA 的推出，vSAN 客戶可能已經準備好躍遷到新的儲存架構。 ESA 顯然有很多好處，但我們對 vSAN 現在提供的簡單性最滿意；選擇伺服器節點和 SSD，然後即可享受 vSAN 始終提供的相同「點擊式」易用性。在考慮vSAN 8 的SSD 時，我們發現Ultrastar DC SN655 NVMe SSD 的效能非常出色，在RAID5 中提供出色的效能，這有助於客戶在不犧牲效能的情況下最大限度地提高vSAN 中的儲存佔用量。更好的是，這些驅動器具有成本效益，為那些希望最大限度地提高 VMware vSAN 8 投資的人提供更多價值。

Ultrastar DC SN655 NVMe SSD 產品頁面

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