White Paper FUJITSU Server PRIMERGY Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance
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White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance
White Paper
FUJITSU Server PRIMERGY
Windows Server 2012 R2 Storage Spaces
Performance
Mit Microsoft Windows Server 2012 führte Microsoft die Funktionalität von „Storage
Spaces“ ein. In Windows Server 2012 R2 wurden vorhandene Funktionen optimiert und
neue Funktionen hinzugefügt. In dem Dokument wird eine Übersicht dieser Funktionen
und deren Performance gegeben. Es werden, neben den grundlegenden Eigenschaften
und den Konfigurationsansätzen, auch Basis-Performance-Werte sowie Vergleichswerte
zu Hardware-RAID und Windows Software-RAID aufgeführt.
Version
1.0
2014-03-31
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 1 (42)
White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31 Inhalt Dokumenthistorie ................................................................................................................................................ 2 Einführung .......................................................................................................................................................... 3 Storage Spaces unter Windows Server 2012 und Windows Server 2012 R2 ................................................ 3 Zielsetzung des Dokuments ............................................................................................................................ 4 Fujitsu Produkte für Storage Spaces unter Windows Server 2012 R2 ........................................................... 5 Funktionalität ...................................................................................................................................................... 6 Erklärungen ..................................................................................................................................................... 6 Konfiguration ................................................................................................................................................. 15 Messverfahren .................................................................................................................................................. 17 Messumgebung ................................................................................................................................................ 18 Performance ..................................................................................................................................................... 19 Storage Spaces vs. Storage Spaces R2 ....................................................................................................... 19 Storage Spaces vs. Software-RAID vs. Hardware-RAID.............................................................................. 19 Storage Spaces mit SSD Write-Back Cache ................................................................................................ 25 Storage Spaces mit Tiering ........................................................................................................................... 34 RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB (D3116C) CacheCade 2.0 ................................................................................ 37 CPU-Auslastung bei Storage Spaces, Software-RAID und Hardware-RAID ............................................... 38 Zusammenfassung und Fazit ........................................................................................................................... 39 Bedienung und Ergonomie ........................................................................................................................... 39 Funktionalität ................................................................................................................................................. 39 Performance .................................................................................................................................................. 40 Fragen und Antworten ...................................................................................................................................... 41 Literatur ............................................................................................................................................................. 42 Kontakt .............................................................................................................................................................. 42 Dokumenthistorie Version 1.0 Erste Version Seite 2 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergy
White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Einführung
Storage Spaces unter Windows Server 2012 und Windows Server 2012 R2
Mit Microsoft Windows Server 2012 und Microsoft Windows 8 führte Microsoft im Rahmen der Datei- und
Speichersubsystembehandlung die Funktionalität von „Storage Pools“ und „Storage Spaces“ ein. Im
Wesentlichen handelt es sich um die Funktionen:
Speicher-Virtualisierung
RAID-Funktionalität
„Thin Provisioning“ (Speicherreservierung)
Scriptbasiertes Management via PowerShell
Leistungsfähige Filesystem-Reparatur
Integration mit „Cluster Shared Volumes“ (CSV)
Neu hinzugekommene bzw. verbesserte Funktionen bei Storage Spaces in Microsoft Windows Server 2012
R2 sind:
Neu oder
Funktionalität Beschreibung
verbesert?
Legt häufig benutzte Daten automatisch auf dem schnelleren
Storage Tiering Neu SSD-Tier und seltener benutzte Daten auf dem langsameren
HDD-Tier ab. Parity Spaces werden nicht unterstützt.
Write-back cache Neu Ein SSD-Schreibpuffer beschleunigt Schreibvorgänge.
Parity Space support for
Neu Erlaubt das Erstellen von Parity Spaces auf „Failover Clustern“.
failover clusters
Doppelte Parität erlaubt den gleichzeitigen Ausfall von zwei
Dual Parity Spaces Neu
Festplatten in einem Parity Space.
Erlaubt nach einem Festplattenausfall ein schnelleres
Automatically rebuild Storage
Wiederaufbauen des Space auf dem verbleibenden
Spaces from storage pool Neu
Speicherplatz im Pool, als es mit einer einzelnen Hot-Spare
free space
Festplatte möglich wäre.
Erlaubt die Nutzung eines Spaces über mehrere Enclosures
JBOD enclosure awareness Neu und stellt so sicher, dass bei einem Ausfall eines kompletten
Enclosures die Daten dennoch erreichbar sind.
Dateien, die in so genannten „Sync Shares“ abgelegt werden,
File sync between work
Neu werden auf die Geräte von berechtigten Benutzern repliziert und
folders
sind somit für die Benutzer auch offline erreichbar.
Reduzierung des Speicherplatzverbrauchs durch Vermeiden
Datadeduplication Verbessert
von redundant gespeicherten Daten.
Die Funktionalitäten, die für das Verständnis der Performance von Storage Spaces relevant sind, werden im
Kapitel „Funktionalität“ genauer erläutert.
Die beiden Windows Server Versionen sind bezüglich Storage Spaces insofern miteinander kompatibel als
dass Spaces, die mit einer älteren Version angelegt wurden, problemlos in neueren Versionen genutzt
werden können, jedoch nicht anders herum.
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White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Zielsetzung des Dokuments
Microsoft bietet mit Storage Spaces ein auf Software basierendes Produkt an, welches eine Erweiterung des
bekannten Software-RAID und gleichzeitig eine Alternative zu oft eingesetzten Hardware-RAID Controllern
bieten soll. In diesem Dokument soll die Funktionalität und Leistungsfähigkeit folgender drei
unterschiedlicher Ansätze verglichen werden:
Hardware-RAID (Verwaltung über RAID Controller Management Software)
Windows Software-RAID (Verwaltung über die Datenträgerverwaltung von Windows)
Windows Storage Spaces (Weiterentwicklung von Software-RAID, realisiert über Server-Manager
und PowerShell)
Die folgende Tabelle zeigt, wie die von Hardware-RAID bekannten RAID-Level mit Software-RAID und
Windows Storage Spaces verglichen werden können.
Windows
Windows RAID-
HW-RAID Storage Spaces Randbedingung Ausfallsicherheit
SW-RAID Beschreibung
2012 R2
Striping ohne
RAID 0 Striping Simple keine keine
Redundanz
Striping mit
Nicht
RAID 1E Nicht vergleichbar einfacher = 2n +1 (n>0) Platten 1 Laufwerksausfall
vergleichbar
Redundanz
RAID 1 Striping mit = 2 physische Platten
Mirror Mirror 2-way einfacher 1 Laufwerksausfall
RAID 10 Redundanz = n × 2 Platten (n>1)
Striping mit
Nicht Nicht
Mirror 3-way doppelter >= 5 physische Platten 2 Laufwerksausfälle
vergleichbar vergleichbar
Redundanz
Striping mit
RAID 5 RAID 5 Single Parity einfacher Parity >= 3 physische Platten 1 Laufwerksausfall
Redundanz
Striping mit
Nicht
RAID 6 Dual Parity doppelter Parity >= 4 physische Platten 2 Laufwerksausfälle
vergleichbar
Redundanz
Zusätzlich werden sinnvolle Konfigurationen betrachtet und verglichen, um die Vorteile der neuen
Funktionen Storage Tiering und Write-Back Cache herauszustellen.
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Fujitsu Produkte für Storage Spaces unter Windows Server 2012 R2
Storage Spaces ist heute mit den folgenden von Fujitsu eingeführten SAS-Controllern einsetzbar.
SAS-Controller Freigegeben in System
PRIMERGY RX100 S8
PRIMERGY RX200 S8
LSI SAS 9200-8e PCIe
PRIMERGY RX2520 M1
PRIMERGY RX300 S8
PRIMERGY SX960
PSAS CP200i 6G HBA PCIe PRIMERGY SX980 (Cib)
PRIMERGY CX272 S1 (Cib)
Dabei ermöglicht der „LSI SAS 9200-8e PCIe“ Controller das Anschließen von externen Disk-Subsystemen
wie zum Beispiel ETERNUS JX40 und der „PSAS CP200i 6G HBA PCIe“ Controller das Anschließen von
Server-internen Festplatten und SSDs. Der „PSAS CP200i 6G HBA PCIe“ Controller findet seinen Einsatz
außerdem in den Fujitsu „Cluster-in-a-box“ (Cib) Lösungen auf Basis von PRIMERGY BX400 und CX420.
Gleiche Anzahl und Technologie der angeschlossenen Festplatten vorausgesetzt, unterscheiden beide
Controller sich nicht hinsichtlich der Performance.
Die möglichen Kombinationen von PRIMERGYs und Controllern entnehmen Sie bitte den Konfiguratoren zu
den Systemen.
Hinweis: Einige Komponenten sind möglicherweise nicht in allen Ländern / Vertriebsregionen verfügbar.
Windows Storage Spaces hat spezielle Anforderungen an die Zertifizierung von Festplatten, Host Bus
Adaptern und Gehäusen. Eine aktuelle Auflistung welche Produkte von Fujitsu eine Storage Spaces
Zertifizierung von Microsoft besitzen, kann im „Windows Server Catalog“ eingesehen werden.
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Funktionalität
Erklärungen
Storage Pools, Storage Spaces, Virtual Disks
Storage Pools können Festplatten (nun auch unterschiedlicher Größe) mit USB-, SATA- und SAS-
Technologie zu physischen Plattenverbänden gruppieren (im Failover Clustering allerdings nur SAS). Diese
„gepoolten“ Festplatten stehen dann der klassischen Datenträgerverwaltung („Disk Manager“) nicht mehr zur
Verfügung.
Mittels Storage Spaces können nun virtuelle Disks („Spaces“) in dem definiertem Pool angelegt werden.
Diese virtuellen Platten sind dann wie normale Laufwerke, z.B. durch Zuordnung eines
Laufwerksbuchstabens, zu nutzen.
Sowohl ein Storage Pool (durch Hinzufügen einer weiteren Festplatte), als auch eine virtuelle Disk (durch
reservierten Speicher) können vergrößert bzw. reservierte Bereiche können genutzt werden. Das Feature
des reservierten Speichers („Thin Provisioning“) wird allerdings nicht im Failover Cluster Betrieb unterstützt.
Allgemein
Storage Spaces reserviert auf jeder Festplatte im Storage-Pool 256 MB für interne Spaces-Metadaten.
Dadurch ist auf jeder Festplatte die Information über den gesamten Storage Pool gespeichert, zu dem sie
gehört. Würde man Festplatten aus einem bestehenden Pool herausziehen und in ein anderes System
stecken, würde automatisch der Storage Pool angezeigt werden, zu dem sie gehören und eine
Fehlermeldung, wenn zugehörige Festplatten vermisst würden.
In Windows Server 2012 R2 gelten für Storage Spaces folgende Konfigurationsgrenzen:
Bis zu 240 physikalische Festplatten in einem Storage Pool (dabei sind mehrere Pools mit bis zu
240 Festplatten möglich).
Bis zu 480 TB Speicherkapazität in einem Storage Pool.
Bis zu 128 Storage Spaces in einem Storage Pool.
Bis zu 4 Storage Pools in einer Cluster-Konfiguration.
Storage Spaces unterstützt keine Boot- und Swap-Laufwerke.
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Spaces-Layouts
Virtual Disk "Simple" Virtual Disk
Simple: Die Datenblöcke (hier 0 - 7) werden über "Simple"
Disk 1 Disk 2 alle Festplatten für die Zugriffe mittels sogenannter
Disk 1
„Spalten“ („Columns“) verteilt (Bild links). Je mehr
0 1
„Columns“ (mit mindestens einer Festplatte), umso 0
mehr parallele Zugriffe sind möglich. Am
performantesten ist eine Festplatte pro „Column“.
2 3 1
Die „gleiche“ Konfiguration mit nur einer „Column“
hätte Einbußen bei der Leistung (Bild rechts). Die
4 5 „Columns“ sind konfigurierbar (nur PowerShell) und 2
werden, unter anderem, etwas später ansatzweise
betrachtet.
6 7 3
Disk 2
Virtual Disk "Mirror 2-way"
Mirror 2-way: Die Datenblöcke (hier 0 - 3) werden 4
Disk 1 Disk 2 doppelt ausgelegt (Bild links). Somit verringert sich
natürlich auch die Kapazität um die Hälfte.
5
0 0 Mirror 3-way: Die Nutzkapazität ist hier nur noch ein
Drittel der vorhandenen Festplattenkapazität,
allerdings mit zwei Datenkopien, so dass sogar zwei 6
1 1 Laufwerke ausfallen können.
7
2 2
3 3
Single Parity: Die Datenblöcke (hier 0 - 7) werden
Virtual Disk “Single Parity"
zusammen mit Paritätsinformationen (hier P1 - P3) über alle
Disk 1 Disk 2 Disk 3
Platten verteilt (Bild links). Diese Option bietet einen guten
Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und
Ausfallsicherheit.
0 1 P0
Dual Parity: Verkraftet zwei Festplattenausfälle, da die
2 P1 3 Paritätsinformationen doppelt (auf zwei verschiedenen
Platten) liegen.
P2 4 5
6 7 P3
Für die beschriebenen Storage Layouts wird eine bestimmte Mindestanzahl an Festplatten benötigt:
Mindestanzahl an Mindestanzahl an
Storage Layout
Festplatten Festplatten im Cluster
Simple 1 3
Mirror 2-way 2 3
Mirror 3-way 5 6
Single Parity 3 3
Dual Parity 7 6
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PowerShell
Einige Parameter sind nur über die PowerShell vom Default abweichend zu verändern und können nicht
über das GUI des Server Managers modifiziert werden.
Eine Übersicht der bei Storage Spaces verwendbaren Befehle gibt das Kommando:
Get-Command –Module Storage
Eine Liste der Befehle und die zugehörigen Beschreibungen ist im TechNet-Artikel Storage Cmdlets in
Windows PowerShell zu finden.
Empfehlung: Da in der grafischen Oberfläche viele Optionen nicht konfigurierbar sind und nicht angezeigt
werden, sollte PowerShell zur Konfiguration und Verwaltung von Storage Spaces verwenden.
Columns
Die Standardanzahl der oben angesprochenen „Columns“ beträgt eine pro Festplatte beim Layout „Simple“.
Dies gilt bis zu acht Festplatten, danach bleibt der Wert fest bzw. müsste über die PowerShell modifiziert
werden.
Beim Layout „Single Parity“ werden drei Columns als Voreinstellung konfiguriert und bei „Mirror“ ergibt sich
die Voreinstellung aus der Anzahl der Datenkopien. Also, Mirror 2-way: Anzahl Platten geteilt durch 2.
Die Anzahl der Columns kann beim Erstellen eines Spaces-Layouts mit der PowerShell angegeben werden.
Stripe Size
Bei allen „Storage Layouts“ beträgt die voreingestellte „Stripe Size“ (Interleave) 256 kB.
Stripes (Chunks) sind Untereinheiten eines Stripe-Sets, die Stripe Size bezeichnet die Größe eines
Datenblocks, der auf einer Platte gespeichert wird. Ein Stripe-Set setzt sich aus je einem Stripe pro
Datenträger eines RAID-Verbunds zusammen.
Die Grafik zeigt einen RAID 0-Verband bzw. ein Storage
Virtual Disk "Sim ple"
Spaces Layout „Simple“ mit zwei Festplatten (Disk 1 und
Disk 1 Disk 2 Disk 2) und einer entsprechenden logischen Verteilung der
Stripe Datenblöcke.
0 1
2 3 Stripe Set
4 5
6 7
8 9
10 11
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Cache-Einstellungen
Des Weiteren gibt es eine Reihe von Cache-Einstellungen, die hier aufgezeigt werden. Neben dem
Plattencache, der die physische Festplatte betrifft, gibt es Caches für die Virtual Disk, die über das „Microsoft
Storage Space Device“ abgebildet ist.
Die Wirkung der einzelnen Caches wird in verschiedenen Testszenarien im White Paper „Windows Storage
Spaces Performance“ in den Kapiteln zum Thema Performance näher ausgeführt.
Das Bild zeigt die Darstellung der Disk Drives im Device Manager:
Über die und kann man nun die Einstellungen vornehmen.
Einstellungen für das Microsoft Storage Space Device („Enable write caching on the
device“ ist hier nicht abwählbar).
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 9 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Einstellung für die einzelne Festplatte.
Aus Performance-Gründen ist es zu empfehlen den Festplatten-Cache für jede Festplatte zu aktivieren. Alle
Messungen in diesem Dokument wurden mit aktivierten Festplatten-Caches durchgeführt. Um im
Produktivbetrieb das Risiko von Datenverlust bei einem Stromausfall zu minimieren wird dringend empfohlen
eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) zu verwenden. Um den Verlust der im Cache befindlichen
Daten völlig ausschließen zu können, müssten alle Festplatten-Caches deaktiviert werden.
Welche Performance-Einflüsse das Abschalten der Festplatten-Caches haben kann, wird in dem White
Paper „Performance einzelner Festplatten“ im Unterkapitel „Disk-Cache“ des Kapitels „Leistungsdaten im
Vergleich“ beschrieben.
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Storage Tiering
Storage Tiers sind in Windows Server 2012 R2 neu und kombinieren die Performance-Vorteile von SSDs mit
den Kapazitätsvorteilen von HDDs. Dazu werden HDDs logisch zu einem HDD-Tier und SSDs zu einem
SSD-Tier zusammengefasst.
Häufig verwendete Daten machen in den meisten Fällen nur 15% - 20% des gesamten Datenbestandes aus
und werden auch „Hot Spot“ genannt. Sobald ein Volume mit Storage Tiers erstellt ist, analysiert Windows
Server 2012 R2 fortlaufend die IO-Anfragen und behält die am häufigsten verwendeten Daten auf dem
schnellen SSD-Tier, während selten
Read / Write verwendete Daten auf den HDD-Tier
verschoben werden. Zu einem Tiered-
Access Volume neu hinzugefügte Daten werden,
vorausgesetzt es ist genügend
Speicherplatz vorhanden, zuerst auf dem
SSD-Tier gespeichert und
gegebenenfalls später auf den HDD-Tier
verschoben. Nebenstehende Grafik
SSD Tier veranschaulicht dies.
SSD SSD SSD SSD
Dies hat den Vorteil, dass wenige
schnelle SSDs die meisten aller
Anfragen beantworten können, während
Hot Data Cold Data hochkapazitive und vergleichsweise
günstige HDDs den Rest der Daten
vorhalten, falls doch mal auf selten
HDD Tier verwendete Daten zugegriffen wird. Die
Mindestanzahl an SSDs für Simple
Tiered Spaces beträgt 1, für Mirror
HDD HDD HDD HDD
Tiered Spaces werden mindestens zwei
SSDs benötigt. Die nebenstehende
HDD HDD HDD HDD
Grafik zeigt eine Konfiguration mit vier
Columns, d.h. es kann auf bis zu vier
Datenträger parallel geschrieben
Storage Space werden. Beide Tiers müssen immer die
identische Anzahl Colums besitzen.
Voraussetzung für einen Performance-Gewinn durch Tiering, ist, dass der Zugriff auf die Daten einen Hot
Spot aufweist und die Größe des Hot Spots ungefähr abgeschätzt werden kann. Entsprechend dieser
Abschätzung kann eine passende Größe für das SSD-Tier definiert werden.
Welche Daten auf welchem Storage Tier gespeichert sind, entscheidet Windows Server 2012 R2 anhand
eines eigenen Algorithmus. Mit Hilfe der PowerShell können jedoch einzelne Dateien entweder dem HDD-
Tier oder SSD-Tier fest zugeordnet werden.
Neben den genannten Vorteilen bringt die Auswahl von Storage Tiers folgende Abhängigkeiten mit sich:
Als Spaces-Layout sind nur „Simple“ und „Mirror“ verfügbar, nicht jedoch „Parity“.
Als Provisioning-Typ kann nur „Fixed“ ausgewählt werden. Thin Provisioning ist nicht möglich.
Die Anzahl der Columns auf dem HDD-Tier entspricht immer derer des SSD-Tiers und umgekehrt.
Wenn zum Beispiel ein Spaces Layout „Simple“ mit acht HDDs und zwei SSDs erstellt wird, wird das
Volume nur zwei Columns haben. Einfacher ausgedrückt: Beide Tiers haben das gleiche Spaces-
Layout. Eine Anzahl von nur zwei Columns auf den acht HDDs verringert aber die sequentielle Lese-
und Schreibleistung, beispielsweise im Spaces-Layout „Simple“ um den Faktor vier.
Häufig benutzte Daten auf dem HDD-Tier werden erst verzögert auf den SSD-Tier verschoben
(standardmäßig um 1 Uhr nachts). In dem Fall, dass diese Daten am darauffolgenden Tag nicht
mehr gebraucht würden, wäre das Tiering nutzlos. Der Zeitpunkt und die Häufigkeit der Ausführung
des Tasks kann jedoch manuell festgelegt werden.
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 11 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Im Folgenden ist eine Reihe von PowerShell-Befehlen aufgelistet, die zum Anlegen und Verwalten von
Storage Tiers benutzt werden können. Ausdrücke in „spitzen Klammern“ sind dabei Eigennamen und
können frei gewählt werden.
Anlegen von Tiers in einem bestehenden Storage Pool „Pool1“ mit HDDs und SSDs:
Get-StoragePool | New-StorageTier –FriendlyName –MediaType
SSD
Get-StoragePool | New-StorageTier –FriendlyName –MediaType
HDD
Bestimmte Felder der Tier-Konfiguration anzeigen:
Get-StorageTier | FT FriendlyName, MediaType, Size –AutoSize
Anlegen eines Tiered Volume:
$SSD = Get-StorageTier -FriendlyName
$HDD = Get-StorageTier -FriendlyName
Get-StoragePool | New-VirtualDisk -FriendlyName -
ResiliencySettingName Simple –StorageTiers $SSD, $HDD -StorageTierSizes 8GB,
32GB -WriteCacheSize 1GB
Get-StoragePool | New-VirtualDisk -FriendlyName -
ResiliencySettingName Mirror -StorageTiers $SSD, $HDD -StorageTierSizes 8GB,
32GB –WriteCacheSize 1GB
Einzelne Dateien und Ordner entweder dem HDD-Tier oder SSD-Tier fest zuordnen.
Der Ausdruck muss dabei durch einen Dateipfad in der Form „C:\example.txt“ ersetzt werden.
Set-FileStorageTier -FilePath -DesiredStorageTierFriendlyName
Space1_SSDTier
Set-FileStorageTier -FilePath -DesiredStorageTierFriendlyName
Space1_HDDTier
Erst wenn der sogenannte „Storage Tiers Optimization Task“ durchläuft, wird die Änderung wirksam. Der
Task läuft standardmäßig täglich um 1 Uhr nachts im Hintergrund ab. Der Zeitpunkt und die
Ausführungshäufigkeit des Tasks können individuell bestimmt werden.
Control Panel System and Security Administrative Tools Schedule Tasks Storage Tiers
Management
Weiterhin kann der „Storage Tiers Optimization Task“ mit folgendem PowerShell-Befehl jederzeit manuell
angestoßen werden: Der Ausdruck muss durch den Laufwerksbuchstaben der betreffenden
Partition ersetzt werden.
Optimize-Volume -DriveLetter -TierOptimize
Anmerkung: Das Verschieben von Dateien zwischen den Tiers kann zu Performance-Einbußen im
operativen Betrieb führen. In der Regel wird der „Storage Tiers Optimization Task“ mit
niedriger Priorität ausgeführt und beeinflusst die restliche Performance nur in geringem Maß.
Mit dem folgenden Befehl kann die Zuordnung aufgelöst werden:
Clear-FileStorageTier –FilePath
Zuordnung der Dateien und Ordner auf die Tiers anzeigen:
Get-FileStorageTier –VolumeDriveLetter
Eine ausführliche Befehlsübersicht zum Storage Tiering liefert der folgende TechNet-Blog:
„Step-by-step for Storage Spaces Tiering in Windows Server 2012 R2“
Seite 12 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergyWhite Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
SSD Write-Back Cache (WBC)
Der WBC ist in Windows Server 2012 R2 neu und dient zur Verbesserung der Schreib-Performance, indem
die im Storage Pool befindlichen SSDs als Schreibpuffer benutzt werden. Damit sollen kurzzeitige
Schreibhochlastphasen schneller abgearbeitet werden. High-End RAID-Controller besitzen einen auf der
Hardware integrierten Cache, der dasselbe Ziel verfolgt wie der WBC bei Storage Spaces.
Der WBC kann unabhängig von Storage Tiering verwendet werden, ist jedoch nur möglich, wenn sich im
Storage Pool SSDs befinden und ausreichend Speicherplatz (>= 32 MB) auf den SSDs zur Verfügung steht.
Beim Anlegen eines Spaces wird ein WBC mit der Größe von 1 GB automatisch angelegt. Falls sich keine
SSDs im Storage Pool befinden oder auf diesen weniger als 32 MB freier Speicherplatz zur Verfügung steht,
wird kein WBC angelegt. Eine Ausnahme stellt jedoch ein Parity-Layout dar, bei dem automatisch immer ein
WBC von 32 MB angelegt wird (unabhängig davon, ob sich SSDs im Storage Pool befinden oder nicht).
Die Anzahl benötigter SSDs für den WBC hängt von dem verwendeten Storage-Layout ab und Microsoft
empfiehlt folgende Konfigurationen:
Simple: Mindestens eine SSD
Mirror oder Single Parity: Mindestens zwei SSDs
Three-way Mirror oder Dual Parity: Mindestens drei SSDs
Bis auf eine Ausnahme sind die oben genannten Anzahlen zwingend notwendig. Allerdings lässt sich der
WBC bei Dual Parity und Three-way Mirror Layouts auch mit zwei statt drei SSDs erstellen. Dies hat zum
einen Performance-Unterschiede zur Folge, zum anderen ist der WBC bei zwei SSDs nur gegen den Ausfall
einer SSD geschützt und bietet somit nicht die Ausfallsicherheit des Dual Parity bzw. Three-way Mirror
Layouts auf den HDDs, bei dem bis zu zwei Festplatten ausfallen können.
Die Größe des WBC kann nur beim Anlegen eines Spaces mit der PowerShell bestimmt werden und darf
zwischen 32 MB und 100 GB liegen. Eine nachträgliche Änderung des WBC ist nicht möglich. Der Space
muss dafür gelöscht und neu angelegt werden, was zur Folge hat, dass die darauf befindlichen Daten
temporär gesichert werden müssen.
Microsoft empfiehlt eine maximale WBC Größe von 10 GB pro Space. Eine genauere Empfehlung für die
Größe des WBC wird im Kapitel „Storage Spaces mit SSD Write Back Cache“ gegeben.
Erstellt man ein Space und hat HDDs und SSDs im Storage Pool, wird zwar ein automatisch ein WBC
angelegt, aber zusätzlich zu dem WBC wird die Kapazität der SSDs gemeinsam mit den HDDs genutzt um
die Virtual Disk zu erstellen. Das wird vermutlich in den meisten Fällen nicht gewünscht sein. Um die SSD-
Speicherkapazität ausschließlich für den WBC zu nutzen, müssen die SSDs im betroffenen Pool mit dem
folgenden PowerShell-Befehl als „Journal“-Laufwerk markiert werden.
Get-StoragePool -FriendlyName | Get-PhysicalDisk | ? MediaType -eq
SSD | Set-PhysicalDisk -Usage Journal
Wenn nun eine Virtual Disk erstellt wird, werden die SSDs ausschließlich für den Write Back Cache genutzt,
nicht jedoch in die Kapazität der Virtual Disk miteinbezogen.
Mit dem folgenden Beispiel-PowerShell-Befehl kann die Größe des WBC, abweichend zum Standard von
1 GB, beim Erstellen einer Virtual Disk vorgegeben werden:
New-VirtualDisk -StoragePoolFriendlyName -FriendlyName
-UseMaximumSize -ResiliencySettingName Parity -ProvisioningType Fixed
-WriteCacheSize 10GB
Journaling
Journaling wurde in Windows Server 2012 beim Storage Layout „Parity“ verwendet. In Windows Server 2012
R2 ersetzt der WBC das Journaling. Will man SSDs dediziert als WBC einsetzen, markiert man diese vorher
als „Journal“-Laufwerk.
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 13 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Parity space support for failover clusters
In Windows Server 2012 R2 ist es möglich, Single und Dual Parity Spaces in einer Failover Cluster
Umgebung zu erstellen. Dies ermöglicht erweiterte Möglichkeiten für ausfallsichere Konfigurationen,
während in Windows Server 2012 in Failover Cluster Umgebungen nur „Mirror“ als ausfallsicheres Spaces-
Layout möglich war.
JBOD Enclosure Awareness
Für Konfigurationen, die eine erhöhte Ausfallsicherheit benötigen, bietet Storage Spaces an, Datenkopien
bestimmten JBOD Enclosures zuzuordnen. Dies bedeutet, dass die Daten über ein oder mehrere
Enclosures gespiegelt werden. Diese Funktionalität ist als „Enclosure Awareness“ bekannt und bedeutet,
dass, wenn ein Enclosure ausfällt, die Daten weiterhin auf einem oder mehreren der anderen Enclosures
erreichbar bleiben.
Falls in einer Konfiguration mehrere JBOD Enclosures vorhanden sind und ein Space angelegt werden soll,
der über diese verteilt werden soll, und somit Schutz vor einem kompletten JBOD Ausfall bietet, kann dies
beim Anlegen eines Spaces mit folgendem Parameter gemacht werden:
New-VirtualDisk -StoragePoolFriendlyName StoragePool -FriendlyName
VirtualDisk1 -ResiliencySettingName Mirror -ProvisioningType Fixed -Size 10TB
-IsEnclosureAware $True
Hot Spare Disks und Pool Storage für Festplatten-Rebuild
Festplatten können als Hot Spare festgelegt werden, um im Falle eines Festplattenausfalls als
Ersatzfestplatte (innerhalb eines Enclosures) dienen zu können. Hot Spare Festplatten können sowohl beim
Anlegen des Storage Pools als auch jederzeit im Betrieb definiert werden.
Wenn eine Festplatte ausfällt und im betreffenden Enclosure Hot Spare Festplatten vorhanden sind, führt
Storage Spaces standardmäßig folgende Aktionen durch:
Betreffende Festplatte auf “Failed” setzen
Ersetzen der fehlerhaften Festplatte durch die Hot Spare Festplatte und Wiederholen der
Schreiboperation
Falls keine Hot Spare Festplatte verfügbar ist, wartet Storage Spaces auf den Austausch der
Festplatte
Dieses Verhalten ist mit Hilfe des PowerShell-Befehls Set-StoragePool –RetireMissingPhysicalDisks
konfigurierbar.
Es gibt drei Einstellmöglichkeiten („Disabled“ ist der Standardwert):
Enabled: Setzen der Festplatte auf „Failed”, Ersetzen der Festplatte durch die Hot Spare Festplatte
und Wiederholen der Operation
Disabled: Warten bis die Festplatte wieder angeschlossen wird oder ein Administrator eingreift. (Es
werden keine Hot Spare Festplatten benutzt.)
Auto: Falls eine Hot Spare Festplatte vorhanden ist, wird wie im Enabled-Fall verfahren, andernfalls
wird wie im Disabled-Fall verfahren.
Windows Server 2012 R2 Storage Spaces besitzt die neue Funktionalität, bei einem Festplattenausfall die
Daten auf freiem Speicherplatz im Storage Pool wiederherzustellen anstatt eine Hot Spare Festplatte zu
benutzen. Microsoft nennt als Vorteil dieses Ansatzes die wesentlich schnellere Wiederherstellung, da auf
mehrere Festplatten gleichzeitig geschrieben werden kann, während bei der Wiederherstellung auf eine Hot
Spare Festplatte nur auf eine Festplatte geschrieben wird. Zu diesem Feature kann jedoch keine
Empfehlung ausgesprochen werden, da zum Zeitpunkt der Erstellung dieses White Papers keine
Beschreibung der Funktionsweise dieses Features zur Verfügung stand.
Seite 14 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergyWhite Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Konfiguration
Im Windows Server Manager kann mit der Auswahl „File and Storage Services“ die Konfiguration der Fest-
plattenspeicher leicht vorgenommen werden.
Im Bereich Storage Pool werden die bisher ungenutzten Festplatten im sogenannten „Primordial Storage
Space“ angezeigt. Über die Wizards „New Storage Pool“, „New Virtual Disk“ und „New Volume“ können die
Datenträger, Datenbereiche und „Storage Layouts“ eingerichtet werden.
Folgender Ablauf stellt die grundsätzliche Vorgehensweise schematisch dar:
Storage configuration flow chart Storage configuration flow chart
"Storage Pool" "Virtual Disk"
Server Manager Wizard New Virtual Disk
… Select: Storage Pool
File and Storage
Services
… Name:
Description:
…
Storage Pools
…
Select:
Storage Layout
Select: Primordial Storage Spaces
e.g. Sim ple
Task:
Wizard New Select:
Storage Pool Provisioning Type
e.g. Fixed
Name:
Description: Specify:
Select: Primordial Pool Virtual Disk Size
e.g. Max.
Confirmation
Select:
Physical disks
Select: Create volume …
Select: Primordial Storage Spaces
Nach diesem Ablauf wird im Server Manager eine konfigurierte
Select: Create virtual disk … Virtual Disk angezeigt. Im Disk Manager sehen wir diese Platte
ebenfalls, allerdings als entsprechende „Unallocated Basic Disk“,
also noch nicht einsatzfähig.
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 15 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Mit dem Wizard „New Volume“ führen wir nun die Konfiguration nach folgendem Ablauf zum Abschluss:
Storage configuration flow chart Das Laufwerk wird jetzt im Server Manager, im Disk Manager und
"Volum e" auch im File Explorer als betriebsfähiges „Hard Disk Drive“
aufgelistet.
Wizard New Volume
Hinweis:
Select:
Die entscheidenden Auswahlschritte sind, neben der Anzahl der
Server and Virtual
Disk Festplatten für einen Pool, die Angaben zum „Storage Layout“
(Simple, Mirror, Parity) und das „Provisioning“ (Thin oder Fixed).
Specify:
Volume Size
Assign:
Drive Letter or
Folder
Select/Specify: File System
Unit Size
Volume Label
Confirmation
Seite 16 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergyWhite Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Messverfahren
Standardmäßig werden Performance-Messungen von Disk-Subsystemen bei PRIMERGY Servern mit einem
definierten Messverfahren durchgeführt, das die Festplattenzugriffe realer Anwendungsszenarien anhand
von Kenndaten modelliert.
Die wesentlichen Kenndaten sind:
Anteil von wahlfreien Zugriffen / sequentiellen Zugriffen
Anteil der Zugriffsarten Lesen / Schreiben
Blockgröße (kB)
Anzahl paralleler Zugriffe (# of Outstanding I/Os)
Eine gegebene Wertekombination dieser Kenndaten heißt „Lastprofil“. Die folgenden fünf Standardlastprofile
lassen sich typischen Anwendungsszenarien zuordnen:
Standard- Zugriff Zugriffsart Blockgröße Anwendung
lastprofil read write [kB]
File copy wahlfrei 50% 50% 64 Kopieren von Dateien
File server wahlfrei 67% 33% 64 File-Server
Datenbank (Datentransfer)
Database wahlfrei 67% 33% 8
Mail Server
Datenbank (Log-File),
Streaming sequentiell 100% 0% 64 Datensicherung;
Video Streaming (teilweise)
Restore sequentiell 0% 100% 64 Wiederherstellen von Dateien
Zur Modellierung parallel zugreifender Anwendungen mit unterschiedlicher Belastungsintensität wird die
„# of Outstanding I/Os“ mit 1, 3, 8 beginnend bis 512 gesteigert (ab 8 in Zweierpotenzschritten).
Die Messungen des vorliegenden Dokumentes beruhen auf diesen Standardlastprofilen.
Die wichtigsten Ergebnisse einer Messung sind:
Throughput [MB/s] Datendurchsatz in Megabytes pro Sekunde
Transactions [IO/s] Transaktionsrate in I/O-Operationen pro Sekunde
Latency [ms] mittlere Antwortzeit in ms
Für sequentielle Lastprofile hat sich der Datendurchsatz als übliche Messgröße durchgesetzt, während bei
den wahlfreien Lastprofilen mit ihren kleinen Blockgrößen meist die Messgröße „Transaktionsrate“
verwendet wird. Datendurchsatz und Transaktionsrate sind direkt proportional zueinander und lassen sich
nach der Formel
Datendurchsatz [MB/s] = Transaktionsrate [IO/s] × Blockgröße [MB]
Transaktionsrate [IO/s] = Datendurchsatz [MB/s] / Blockgröße [MB]
ineinander überführen.
Alle Details des Messverfahrens und Grundlagen zur Disk-I/O-Performance sind im White Paper
„Grundlagen Disk-I/O-Performance“ beschrieben.
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 17 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Messumgebung
Die hier vorgestellten Ergebnisse gelten für alle PRIMERGY Systeme in der folgenden Konfiguration:
System Under Test (SUT)
Hardware
Prozessor 2 × Xeon E5-2670 v2
Speichermedien 8 × HD SAS 6G 900 GB 10K HOT PL 2.5" EP
3 × SSD SAS 12G 400 GB Main 2.5' H-P EP
Software
Betriebssystem Microsoft Windows Server 2012 R2 Standard
Controller RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB (D3116C)
Driver-Name: megasas2.sys, Driver-Version: 6.600.21.8
Firmware-Paket: 23.9.0-0031, Firmware-Version: 3.220.125-2420
Controller-Cache: 1 GB
PSAS CP200i
Driver-Name: lsi_sas2.sys, Driver-Version: 2.055.84
Firmware-Version: 14.00.00.00-IT
Cache-Einstellungen RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB (D3116)
Controller-Cache: Read-ahead, Write-back, Read Direct
1)
Disk Cache: enabled
Initialisierung von Stripe Size:
RAID-Verbänden Storage Spaces: 256 kB (Default)
SW-RAID: 64 kB (Fixed)
HW-RAID: 256 kB
Dateisystem NTFS
Messwerkzeug Iometer 2006.07.27
Messdaten Messdateigröße: 32 GB
Hinweis: Einige Komponenten sind möglicherweise nicht in allen Ländern / Vertriebsregionen verfügbar.
1) Aus Performance-Gründen sind für alle Messungen in diesem Dokument alle Festplatten-Caches aktiviert. Um im
Produktivbetrieb das Risiko von Datenverlust bei einem Stromausfall zu minimieren wird dringend empfohlen eine USV
(Unterbrechungsfreie Stromversorgung) zu verwenden. Um den möglichen Verlust der im Cache befindlichen Daten in solchen
Fällen völlig ausschließen zu können, müssten alle Festplatten-Caches deaktiviert werden.
Seite 18 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergyWhite Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31 Performance Um für alle Messungen vergleichbare Bedingungen zu schaffen, wurden die im Folgenden aufgeführte Performance von Storage Spaces und die Konfigurationsempfehlungen anhand der unter „Messumgebung” aufgeführten Festplatten ermittelt. Storage Spaces vs. Storage Spaces R2 Vergleiche der Performance der Spaces-Layouts „Simple” und „Mirror” zwischen Storage Spaces und Storage Spaces R2 haben gezeigt, dass es keine Unterschiede gibt bzw. diese innerhalb der Messungenauigkeit liegen. Bei dem Spaces-Layout „Single Parity“ ist durch die neue Funktionalität „SSD Write-Back Cache“ in Storage Spaces R2 eine deutliche Performance-Steigerung zu beobachten, weshalb Microsoft dieses Spaces-Layout nur noch mit SSD Write-Back Cache empfiehlt. Messergebnisse dazu sind im Unterkapitel „Storage Spaces mit SSD Write-Back Cache“ aufgeführt. Beim Spaces-Layout „Single Parity“ ohne WBC ist in Storage Spaces R2 die Performance beim sequentiellen Schreiben zwischen 10% und 40% schlechter als beim Vorgänger. Bei wahlfreiem Zugriff ist hingegen bis zu 20% Performance-Verbesserung zu beobachten. Von Microsoft gibt es die klare Empfehlung, das Spaces-Layout „Parity“ ohne WBC nur für archivartige Szenarien einzusetzen, bei denen fast ausschließlich nur gelesen wird. Storage Spaces vs. Software-RAID vs. Hardware-RAID Von besonderem Interesse ist der Vergleich eines klassischen Hardware-RAIDs mit der Funktion Storage Spaces. Die Spaces-Layouts „Simple/Mirror/Single Parity/Dual Parity“ werden mit den entsprechenden HW- RAID-Levels eines „RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1 GB (D3116C)“ Controllers verglichen. Wie bereits in der Einführung dieses Dokuments erwähnt, wird an dieser Stelle auch ein Vergleich mit Windows Software-RAID durchgeführt. Die einzelnen Konfigurationen wurden einheitlich mit eingeschaltetem Disk Cache und, bis auf Software-RAID, einer Stripe Size von 256 kB gemessen. Software-RAID bildet eine Ausnahme, da die Stripe Size unveränderbar auf 64 kB festgelegt ist. http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 19 (42)
White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Spaces Simple vs. SW Stripe vs. HW RAID 0
Die erste Grafik zeigt die Messergebnisse der Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller Zugriff, 100%
read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße).
Spaces Simple vs. SW Stripe vs. HW RAID 0
Throughput [MB/s]
Streaming Restore
1600
1400
1200
1000
800
600
Spaces-Simple - 8 HDDs
# Outstanding IOs
400 SW-Stripe - 8 HDDs
200 HW-RAID0 - 8 HDDs
0
1
2
4
8
128
256
512
2
1
4
8
128
256
512
16
32
64
16
32
64
Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile „Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 8 kB
Blockgröße), „File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und schließlich „File copy“
(wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße).
Space Simple vs. SW Stripe vs. HW RAID 0
Throughput [MB/s]
Database File server File copy
200
Spaces-Simple - 8 HDDs
SW-Stripe - 8 HDDs
150
HW-RAID0 - 8 HDDs
100
# Outstanding IOs
50
0
128
256
512
128
256
512
128
256
512
1
2
4
8
1
2
4
8
1
2
4
8
16
16
32
64
16
32
64
32
64
Bei den Lastprofilen „Streaming“, „Restore“ und „Database“ ist die Performance bei allen drei Varianten sehr
ähnlich. Es fällt lediglich auf, dass Storage Spaces bei den Lastprofilen „Streaming“ und „Restore“ erst bei
höheren Outstanding IOs auf die Performance von Software-RAID und Hardware-RAID aufschließen kann.
Bei den Lastprofilen „File server“ und „File copy“ erreicht Storage Spaces annährend die gleiche
Geschwindigkeit wie Hardware-RAID. Software-RAID schneidet bei diesen beiden Lastprofilen deutlich
schlechter ab.
Seite 20 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergyWhite Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Spaces Mirror vs. SW Mirror vs. HW RAID 1
Die erste Grafik zeigt die Messergebnisse der Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller Zugriff, 100%
read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße).
Spaces Mirror vs. SW Mirror vs. HW RAID 1
Throughput [MB/s]
Streaming Restore
500
Spaces-Mirror - 2 HDDs
400 SW-Mirror - 2 HDDs
HW-RAID1 - 2 HDDs
300
200
# Outstanding IOs
100
0
128
256
512
128
256
512
1
2
4
8
1
2
4
8
16
16
32
64
32
64
Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile „Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 8 kB
Blockgröße), „File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und schließlich „File copy“
(wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße).
Spaces Mirror vs. SW Mirror vs. HW RAID 1
Throughput [MB/s]
Database File server File copy
60
Spaces-Mirror - 2 HDDs
50
SW-Mirror - 2 HDDs
HW-RAID1 - 2 HDDs
40
30
20
# Outstanding IOs
10
0
128
256
512
128
256
512
128
256
512
4
1
2
4
8
1
2
8
1
2
4
8
16
32
64
16
32
64
16
32
64
Während Storage Spaces und Software-RAID annähernd die gleiche Performance haben – abgesehen vom
Lastprofil Streaming bei hohen Belastungsintensitäten (Outstanding IOs), wo Storage Spaces deutlich
schneller ist – ist Hardware-RAID bei höheren Belastungsintensitäten (Outstanding IOs) bis zu ca. 20%
(„Database“, „File server“, „File copy“) bzw. bis zu 40% („Streaming“) schneller. Beim Lastprofil „Restore“
zeigen sich keine Performance-Unterschiede.
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 21 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Spaces Single Parity vs. SW RAID 5 vs. HW RAID 5
Die erste Grafik zeigt die Messergebnisse der Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller Zugriff, 100%
read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße).
Spaces Single Parity vs. SW RAID 5 vs. HW RAID 5
Throughput [MB/s]
Streaming Restore
1400
1200
1000
800
600
Spaces-Parity - 8 HDDs
# Outstanding IOs
400
SW-RAID5 - 8 HDDs
200 HW-RAID5 - 8 HDDs
0
1
2
4
8
128
256
512
1
2
4
8
128
256
512
16
32
64
16
32
64
Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile „Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 8 kB
Blockgröße), „File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und schließlich „File copy“
(wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße).
Spaces Single Parity vs. SW RAID 5 vs. HW RAID 5
Throughput [MB/s]
Database File server File copy
100
Spaces-Parity - 8 HDDs
80 SW-RAID5 - 8 HDDs
HW-RAID5 - 8 HDDs
60
40
# Outstanding IOs
20
0
128
256
512
128
256
512
128
256
512
4
1
2
8
1
2
4
8
1
2
4
8
16
32
64
16
32
64
16
32
64
Wie bei den an anderen Spaces-Layouts, fällt auf, dass Storage Spaces beim Lastprofil „Streaming“ erst bei
höheren Outstanding IOs zu der Performance von Software-RAID und Hardware-RAID aufschließt.
In allen anderen Lastprofilen, insbesondere bei höheren Belastungsintensitäten (Outstanding IOs), ist die
Performance von Hardware-RAID aufgrund des Controller-Caches der von Storage Spaces um den Faktor
drei bis zehn überlegen. Während Software-RAID bei den Lastprofilen „Streaming“ und „Database“
annähernd die gleiche Performance wie Hardware-RAID liefert, ist es bei den Lastprofilen „File server“ und
„File copy“ um 20%-30% unterlegen.
Seite 22 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergyWhite Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Spaces Dual Parity vs. HW RAID 6
Die erste Grafik zeigt die Messergebnisse der Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller Zugriff, 100%
read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße).
Space Dual Parity vs. HW RAID 6
Throughput [MB/s]
Streaming Restore
1200
1000
800
600
400 Spaces-DualParity - 8 HDDs
# Outstanding IOs
HW-RAID6 - 8 HDDs
200
0
128
256
512
128
256
512
1
2
4
8
1
2
4
8
64
16
32
16
32
64
Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile „Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 8 kB
Blockgröße), „File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und schließlich „File copy“
(wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße).
Space Dual Parity vs. HW RAID 6
Throughput [MB/s]
Database File server File copy
80
70
60 Spaces-DualParity - 8 HDDs
HW-RAID6 - 8 HDDs
50
40
30
# Outstanding IOs
20
10
0
128
256
512
128
256
512
128
256
512
2
1
2
4
8
1
2
4
8
1
4
8
16
32
64
16
32
64
16
32
64
Das Gesamtbild ähnelt dem vom Spaces-Layout „Parity“. Die Performance von Hardware-RAID ist erheblich
besser als die von Storage Spaces. Während die Performance von Storage Spaces im Spaces-Layout
„Parity“ beim Lastprofil „Streaming“ mit der von Hardware-RAID 5 noch vergleichbar war, ist die Performance
im Spaces-Layout „Dual Parity“ teils deutlich schlechter als bei RAID 6.
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 23 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31 Fazit: Storage Spaces vs. Software-RAID vs. Hardware-RAID Zusammengefasst kann man sagen, dass Storage Spaces in den Spaces-Layouts „Simple“ und „Mirror“ bzw. Software-RAID „Stripe“ und „Mirror“ durchaus eine Alternative zu Hardware-RAID 0 und 1 sein kann. Für die Spaces-Layouts „Parity“ und „Dual Parity“ kann gegenüber Hardware-RAID 5 und 6 hingegen aus Performance-Sicht bis auf für leseintensive Lasten keine Empfehlung gegeben werden. Aus diesem Grund hat Microsoft in Storage Spaces R2 den WBC eingeführt, worauf im nächsten Kapitel eingegangen wird. Ob der Einsatz von Software-RAID 5 gegenüber Hardware-RAID 5 sinnvoll ist, hängt vom Lastprofil ab und muss im Einzelfall geprüft werden. Seite 24 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergy
White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Storage Spaces mit SSD Write-Back Cache
In diesem Kapitel werden die folgenden Konfigurationen verglichen:
Storage Spaces (kein WBC)
Storage Spaces mit 1 GB WBC auf zwei SDDs (ausschließlich für WBC)
Software-RAID
Hardware-RAID
Daten, die auf einen Storage Space mit konfiguriertem WBC geschrieben werden, werden vorerst
ausschließlich auf dem WBC, also den SSDs gespeichert. Bei einem bestimmten Füllungsgrad (meistens
zwischen 25% und 50%) fängt Storage Spaces an den Cache zu leeren, indem die Daten auf die Festplatten
verschoben werden.
So lange die Daten aber im WBC liegen, werden Leseoperationen, die diese Daten betreffen, vom WBC,
also den SSDs bedient. Dies macht reproduzierbare und aussagekräftige Messungen schwierig, da die
Leseleistung maßgeblich davon abhängt, wie viele der relevanten Daten sich gerade im WBC befinden. Dies
bedeutet, dass sich ein größerer WBC unter Umständen die Leseleistung verbessern kann.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die WBC-Größe nur einen begrenzten Einfluss auf die Schreib-
Performance hat. So lange im WBC noch Kapazität frei ist, erreichen Schreiboperationen, wie im
Unterkapitel „Spaces WBC Random Write Performance“ zu sehen, annähernd die native SSD-
Geschwindigkeit. Sobald der WBC jedoch schneller beschrieben wird als er geleert werden kann und voll
läuft, ist ab einer WBC-Größe von 1 GB keine Verbesserung der Schreibleistung zu beobachten.
Um optimal vom WBC profitieren zu können, sollte daher eine minimale WBC-Größe von 1 GB genutzt
werden. Microsoft empfiehlt eine WBC-Größe von bis zu 10 GB. Eine allgemeine Empfehlung für die Größe
des WBC kann nicht gegeben werden, da sie maßgeblich davon abhängt wie groß die Datenmenge ist, die
während der Schreibhochlastphasen erwartet werden kann. Falls genügend SSD-Kapazität zur Verfügung
steht, sollte eine WBC-Größe von 10 GB gewählt werden, um eventuelle Schreibhochlastphasen möglichst
gut abfangen zu können.
In den folgenden Grafiken kann man sehen, dass Storage Spaces mit WBC im Lastprofil „Restore“ eine
durchgehend signifikant niedrigere Performance haben als Storage Spaces ohne WBC.
Der Grund dafür ist die sehr gute sequentielle Schreibleistung von Festplatten, die oft mit der von SSDs
mithalten kann. Da im Falle eines konfigurierten WBC nur zwei SSDs vorhanden sind und alle Daten zuerst
in den WBC geschrieben werden, ist die sequentielle Schreibleistung bei Storage Spaces mit WBC
dementsprechend niedrig. Dies gilt jedoch ausschließlich für Anwendungen die Blockgrößen kleiner als
256 kB verwenden und für synthetische Lastsimulationen wie z.B. in diesem Fall das Messprogramm
„IOMeter“.
In dem Fall, dass die von der Anwendung geschriebenen Datenblöcke 256 kB und größer sind, erkennt
Storage Spaces dies und schreibt die Daten direkt auf die Festplatten. Dabei wird die Geschwindigkeit
erreicht, die im Kapitel „Storage Spaces vs. Software-RAID vs. Hardware-RAID“ aufgezeigt wird. Dies gilt
jedoch nur für die Spaces-Layouts „Simple“ und „Mirror“. „Parity“ Spaces-Layouts haben diese Funktion nicht
und haben somit die unter Umständen schlechtere sequentielle Schreibleistung von SSDs.
http://www.fujitsu.com/de/primergy Seite 25 (42)White Paper Windows Server 2012 R2 Storage Spaces Performance Version: 1.0 2014-03-31
Spaces Simple mit WBC vs. Spaces Simple
Die erste Grafik zeigt die Messergebnisse der Standardlastprofile „Streaming“ (sequentieller Zugriff, 100%
read, 64 kB Blockgröße) und „Restore“ (sequentieller Zugriff, 100% write, 64 kB Blockgröße).
Spaces Simple with WBC vs. Spaces Simple
Throughput [MB/s]
Streaming Restore
1600
1400
1200
1000
800
600
# Outstanding IOs
400 Simple - 8 HDDs
Simple - 8 HDDs + 1 GB WBC (2 SSDs)
200
0
512
128
128
256
256
512
1
2
4
8
1
2
4
8
16
32
64
16
32
64
Die nächste Grafik zeigt den Verlauf der Standardlastprofile „Database“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 8 kB
Blockgröße), „File server“ (wahlfreier Zugriff, 67% read, 64 kB Blockgröße) und schließlich „File copy“
(wahlfreier Zugriff, 50% read, 64 kB Blockgröße).
Spaces Simple with WBC vs. Spaces Simple
Throughput [MB/s]
Database File server File copy
200
180 Simple - 8 HDDs
160 Simple - 8 HDDs + 1 GB WBC (2 SSDs)
140
120
100
80
60
# Outstanding IOs
40
20
0
256
128
256
512
128
512
128
256
512
1
2
4
8
1
2
4
8
1
2
4
8
16
32
64
16
32
64
16
32
64
Anhand der Messergebnisse ist zu sehen, dass der WBC bei lang anhaltenden Schreiblasten erst bei
höheren Outstanding IOs eine leicht verbesserte Performance bietet. Auf die Leseleistung hat der WBC
keinen Einfluss. Wie bereits am Kapitelanfang beschrieben, entsprechen die Messergebnisse im Lastprofil
„Restore“ nicht unbedingt der Praxis. In dem Fall, dass die Anwendung eine Blockgröße von 256 kB oder
größer verwendet, kann man davon ausgehen, dass die gleiche Performance wie ohne konfigurierten WBC
erreicht wird.
Seite 26 (42) http://www.fujitsu.com/de/primergySie können auch lesen
