Seagate MACH.2 и Exos 2X14 разбираемся в преимуществах двойного привода

Как увеличить производительность HDD?

Seagate несколько дней назад начала поставки жестких дисков на технологии HAMR (heat-assisted magnetic recording, термомагнитная запись), которые были представлены еще в ноябре 2020, а также расширила программу тестирования HDD с двойным приводом MACH.2, которые обеспечивают в два раза более высокую производительность по сравнению с обычными жесткими дисками. Компания уверена, что подобный набор технологий позволит увеличить как емкость, так и производительность жестких дисков в ближайшие годы.

Емкость жестких дисков параметр очень важный, но если емкость, плотность записи и линейная скорость чтения/записи увеличиваются, случайные операции чтения/записи IOPS в расчете на терабайт снижаются, что негативно сказывается в сегменте дата-центров. Для повышения последовательной скорости чтения/записи и IOPS на терабайт производители HDD разрабатывают новые модели с двумя независимыми приводами, их рассматривать как два отдельных жестких диска в одном 3,5" корпусе. И Seagate стала первым производителем HDD, представившим технологию Multi-Actuator Technology (MAT) в конце 2017 года, а в 2019 году избранные партнеры компании получили тестовые образцы соответствующих накопителей Exos 2X14 MACH.2. К сожалению, до сих пор неизвестно, когда HDD Seagate с технологией MACH.2 станут коммерчески доступны. Будем надеяться, что это случится в 2021 году.

Первая на рынке технология двойного привода Seagate привлекла внимание широкой базы пользователей, которым требуются емкие накопители с высокой производительностью для таких сценариев, как доставка содержимого, сказал Дейв Мосли, главный исполнительный директор Seagate. Сегодня мы увеличиваем поставки накопителей с двойным приводом, и их доля будет расти по мере повышения емкости.

Первая демонстрация в 2018 году: технология MACH.2 готовится покорить рынок

Инженеры Seagate еще в 2018 году продемонстрировали полностью рабочий жесткий диск на основе технологии Seagate MACH.2 с двойным приводом, который позволяет одновременно считывать или записывать два потока данных с помощью стандартного адаптера SAS Host Bus Adapter (HBA) без какой-либо дополнительной настройки.

Первые демонстрации технологии MACH.2 с двойным приводом были проведены на конференции OCP (Open Compute Project) Summit, которую посетили больше 3.400 разработчиков, инженеров и специалистов. Участники конференции смогли оценить преимущества решений Seagate в окружении дата-центров. Для демонстрации использовались накопители Seagate Exos 2X14 MACH.2 корпоративного класса с подключением SAS. Ниже, в соответствующем разделе статьи, мы приведем технические подробности теста.

Демонстрация показала преимущества производительности технологии MACH.2 на жестком диске Seagate Exos по сравнению с обычным Exos с одним приводом, сказал главный инженер Seagate Тим Уокер. В нашем примере нагрузка состояла из нескольких последовательных потоков например, потоков видео. Мы не использовали какое-либо специальное аппаратное обеспечение накопитель подключался к стандартному SAS HBA, который устанавливался в обычный слот расширения.

В демонстрации участвовали два дисковых массива: Первый массив с четырьмя накопителями MACH.2, второй с четырьмя стандартными Exos с одним приводом, пояснил Уокер. Мы нагрузили массивы максимально возможным числом последовательных потоков параллельно, чтобы сохранить при этом минимально необходимую пропускную способность для QoS. В данном случае она составляла четыре мегабайта в секунду, качество видео при этом было достаточно высоким, сравнимым с домашними условиями

Жесткие дискиMACH.2 поддерживают порядка 230 параллельных потоков, а обычныеExos около 130 что довольно хорошо соответствует теоретическому удвоению производительности на микроуровне тестов, заключил Уокер.

ТехнологияSeagateMACH.2удваивает производительность традиционных жестких дисков, используя два раздельных привода, которые независимо друг от друга и параллельно выполняют операции доступа и чтения/записи дляhost-системы. На демонстрации в 2018 году технологияSeagateMACH.2 позволила установить рекорд производительности жесткого диска, суммарная пропускная способность достигла 480 Мбайт/с намного быстрее обычных жестких дисков и на 60% быстрееHDDна 15К об/мин. Теоретический уровень пропускной способности составляет до 520 Мбайт/с, о чем мы расскажем ниже.

Технология разработана для наших клиентов, которым требуется высокий уровеньQoSпоIOPSна терабайт.Его уже не обеспечивают жесткие диски с одним приводом, особенно при дальнейшем увеличении емкости и переходе наHAMR, сказал Уокер.

На мероприятии OCPSummitТим Уокер и менеджерSeagateпо продуктам для облаков ДжеймсБорденпоказали раннюю версию технологииMACH.2 на жестких дискахExosв работе. Они раскрыли архитектуру, производительность и характеристики энергопотребленияMACH.2, как и возможность использования в окруженияхгиперскейла. На приведенном видеоУокер рассказывает о работеMACH.2.

MACH.2 отлично подходит для интенсивных нагрузок в дата-центрах

Облачные дата-центры переводятся на жесткие диски все более высокой емкости, но при этом "узким местом" становитсяпроизводительностьIOPSв расчете на терабайт. Емкости продолжат свое увеличение в будущем, в том числе благодаря технологииHAMRи повышению плотности хранения данных на каждой пластине. Но законы физики неумолимы, и увеличение плотности записи снижает производительностьIOPS.

ТехнологияSeagateMACH.2 как раз призвана уменьшить эффект подобных ограничений. То есть клиенты с интенсивными сценариями обработки данных, подобных онлайновомустримингуи виртуализации, смогут по-прежнему получать высокий уровень производительности жестких дисков, но при этом справляться с постоянно увеличивающимися объемами данных. Ниже мы рассмотрим технические основы технологии.

За прошедшие после 2018 года месяцы инженерыSeagateпродолжили совершенствовать технологиюMACH.2, которая совсем скоро появится в корпоративных жестких дискахSeagateExos. ПартнерыSeagateуже давно тестируют накопители сHAMRи двойным приводомSeagateMACH.2 в своих лабораториях, причем некоторые уже публично поделились результатами. В конце статьи мы расскажем о практическом опытеMicrosoft.

Мы попросили нескольких наших партнеров оценить накопители в своих системах как под последовательной нагрузкой, так и под интенсивной случайной нагрузкой, например, почтового сервера, сказалУолкер. И отзывы оказались действительно хорошими. Прирост производительности в реальных нагрузках составил 1,8-1,9 раз без каких-либо хитростей или сложных конфигураций. Простой переход на новыеHDDобеспечивает почти двукратное увеличение производительности.

Технические подробностиMACH.2

Настало время разобраться с техническими основами MACH.2. Ниже мы рассмотрим, что влияет на производительностьHDD. Мы расскажем, как снижение IOPS/TB по мере увеличения емкости приводит к ухудшению TCO, и как технология MACH.2 позволяет этого избежать. Мы рассмотрим, почему был выбран именно такой дизайн MACH.2, как технология сказывается на производительности и энергопотреблении. Какие тонкости по командамсуществуют? Наконец, мы приведем несколько сценариев использования MACH.2.

Что влияет на производительностьHDD?

Технология жестких дисков подразумевает использование движущихся компонентов, производительность при этом зависит от оборотов шпинделя и числа каналов, которые используются для передачи команд ввода/вывода. ИсторическиHDDнаращивали производительность путемувеличения скорости вращения шпинделя, что привело к появлению 2,5" накопителей на 15К и 10К. Но из-за ограничений пространства 2,5" корпуса, подобные накопители не могли обеспечить высокий уровень емкости. В свою очередь, 3,5"HDDобеспечивают самый высокий уровень емкости, но не могут дать такую же скорость вращения шпинделя из-за высокого энергопотребления и слишком мизерного выигрыша, чтобы оправдать увеличение энергопотребления. Другие проблемы на высоких оборотах касаются вибрации корпуса и деградации производительности из-за ударов/вибрации во время работы.

В качестве альтернативной меры повышения производительности 3,5"HDDбыло выбранокэширование, однако оно помогает лишь в некоторых рабочих сценариях, да и преимущества невелики.Очередь команд тоже мера повышения производительности, однако она может привести к увеличению задержек, приложения при этом нужно разрабатывать так, чтобы они умели работать с большой глубиной очереди (QD). Можноуменьшить ход головок на пластине(короткий ход,shortstroking), что действительно повышает производительность случайного чтения/записи, снижая при этом и емкость. Головки при этом движутся в меньшем диапазоне, прирост производительности имеется, но такой шаг не эффективен по соображениям себестоимости, поскольку значительная часть емкости теряется.

Проблема:IOPS/TBиTCO

Операторы облачных сред используют в центрах обработки большое количество 3,5-дюймовых жестких дисков, из которых создаются узлы хранилищ для приложений, размещенные в многочисленных стойках. Чтобы выполнять соглашения об уровне обслуживания, нужно поддерживать определенный уровень производительности таких хранилищ с оценкой показателей IOPS и задержки выполнения команд. Требуемый уровень производительности определяется показателемIOPS в расчете на терабайт (IOPS/TB) при определенной задержке.

Для многих облачных нагрузокIOPS/TBможно получить, разделив производительность случайного доступаIOPSнакопителя на доступную емкость. И покаHDDсоответствует заданному провайдером уровнюIOPS/TB, можно использовать всю доступную емкостьHDD. Если же уровеньIOPS/TBнаходится ниже порогового значения для клиентской нагрузки, товсю емкость накопителя использовать уже не получается. И проблема сокращения полезной емкости из-за ограничения IOPS/TB приводит к критическому ухудшению совокупной стоимости владенияTCOиз-за роста затрат в расчете на терабайт полезной емкости.

Иллюстрация выше как раз показывает проблему. По осиXотложена емкость 3,5"HDDклассаnearline. По осиY производительностьIOPS/TB, которая снижается по мере увеличения емкости из-за ограничений механики жесткого диска (увеличиватьIOPSпропорционально емкости не получается). Зеленая область как раз показывает необходимый уровень производительностиIOPS/TBдля приложений клиента по массиву накопителей. Например, если порог производительности составляет 7IOPS/TB, то без потери емкости можно использовать накопители на 12 Тбайт. Выше частью емкости уже приходится жертвовать, ограничиваясь примерно теми же 12 Тбайт. В итогенакопители большей емкости используются неэффективно, что ухудшает совокупную стоимость владенияTCO.

СовременныеHDDиспользуют один привод для выполнения операций ввода/вывода, что дает один канал чтения/записи. В итоге накопитель дает фиксированную производительность, независимо от емкости и числа пластин/головок.

ТехнологияMACH.2

ТехнологияMACH.2 решает описанную выше проблемуIOPS/TB, используя два привода, которые могут выполнять операции ввода/вывода независимо друг от друга в пределах одногоHDD. Подобная параллельная работа обеспечиваетпрактически удвоение производительности. Верхняя половина головок подключена к первому приводу, нижняя ко второму. Таким образом, каждый привод получает половину емкости накопителя. На иллюстрации ниже показано, как два привода работают независимо друг от друга. А в таблице приведен прирост производительностиMACH.2 по сравнению с одним приводом (обычныеHDD).

MACH.2HDDобеспечивают теоретический двукратный прирост производительности по случайному вводу/выводу и/или по последовательной передаче данных, в зависимости от потребностей приложений и нагрузок.

IOPS/TBиTCO

MACH.2 удваивает производительность, что позволяет клиентамиспользовать всю доступную емкостьHDD, поскольку уровеньIOPS/TBпревышает минимальную планку.

На графике выше показаны требования того же клиента, которому ранее приходилось ограничиваться доступной емкостью 12 Тбайт из-за пороговой производительностиIOPS/TB, теперь же он может использовать всю емкостьHDDвплоть до 24 Тбайт.

Переход с одного привода наMACH.2

Как мы указывали ранее, требования каждого клиента различаются в зависимости от архитектуры хранения данных и используемых сценариев/приложений, поэтому и порогIOPS/TBразный. Именно данный порог определяетемкость, при которой следует переходить с одного привода наHDDMACH.2.Seagateсчитает, что большинству клиентских приложений требуется производительностьHDDмежду 5 и 10IOPS/TB. Ниже приведен сравнительный график с результатамиMACH.2, которые позволят клиентамиспользовать максимум емкости, сохраняя минимально необходимый уровеньIOPS/TB. Что обеспечит минимальную совокупную стоимость владенияTCPв расчете на терабайты хранилища.

ДизайнMACH.2

ДизайнMACH.2 опирается надва привода, которые передают данные через отдельные каналы. ВHDDиспользуется множествопроприетарныхинноваций, которые гарантируют отсутствие взаимных конфликтов при одновременной работе двух приводов над операциями ввода/вывода. ДизайнMACH.2 ориентирован намаксимальную производительностьIOPS(то есть удвоение производительности по сравнению с одним приводом).

При разработкеMACH.2 особое внимание было уделено выбору интерфейса (SASпротивSATA). ТехнологияMACH.2 может работать с обоими типами интерфейса, но по причинам производительности и более простой архитектуры был выбран вариантSAS

• Производительность:SAS12 Гбит/с противSATA6 Гбит/с. Первое поколениеMACH.2 довольно близок подходит к насыщению интерфейсаSATA6 Гбит/с (пропускная способность 600 Мбайт/с). Как было отмечено выше, накопитель обеспечивает производительность до 520 Мбайт/сSDR, а следующее поколение будет работать еще быстрее. Поэтому было принято решение, чтобы экосистемы и архитектуры хранения данных были готовы к следующему поколению накопителейMACH.2 без необходимости менять протокол интерфейса.

• Простая архитектура: два привода адресуютсяhost-системой через логические номера устройствSASLUN. ПротоколLUNуже встроен в архитектуру интерфейсаSAS, он позволяет обращаться к обоим приводам одновременно.LUN0 иLUN1 маркированы одинаковым глобальным именемWWNсо стороны хоста с уникальными идентификаторами (LUN0 илиLUN1). При подключении к хост-системе жесткий дискMACH.2 виден как два независимых накопителя равной емкости. Например, в случае 14-ТбайтHDDбудут видны два накопителя на 7 Тбайт. На следующей иллюстрации приведена архитектураSASна основеLUN.

Производительность MACH.2 по тестамSeagateи партнеров

MACH.2 обеспечиваетприрост производительности до двух разкак по случайным операциямIOPS, так и по последовательной скорости передачи. ИнженерыSeagateориентировались на наиболее популярные сценарии и приложения, чтобы оптимизировать накопители под определенные значения глубины очереди (QD) и объемов передаваемых блоков (xfer).

На иллюстрации ниже приведенырезультаты тестовIOMeter, где сравнивается производительностьMACH.2 с накопителемSeagateExos(сравнимыйHDDс одним приводом). ПреимуществоMACH.2 над обычнымExosпоказано по осиY, а значенияQDи объемов передаваемых блоков по осиX. Точные значения пропускной способности будут зависеть от моделиHDD, которая сравнивается.

По случайным операциям чтенияMACH.2 показываетприрост производительности между 1,85xи 2xпо сравнению с обычнымHDDExosс одним приводом. Конечно, при выполнении одинаковой нагрузки на обоихLUN.

По последовательному чтению при высоких объемах передаваемых блоков (когдаMACH.2 иExosс одним актуатором входят в режим последовательной потоковой передачи),преимуществоMACH.2 составляет 2xпо сравнению сHDDс одним приводом. Конечно, при выполнении одинаковой нагрузки на обоих LUN

Энергопотребление

Как и предполагалось, использование большего количества электроники и движущихся частей приводит к тому, чтоHDDMACH.2 потребляет заметно больше, чем накопитель с одним приводом. Цель дизайна заключалась всохранении теплового пакета 12 Втпри случайных нагрузках, наиболее важных для большинства облачных сценариев. В таблице ниже приведено сравнение энергопотребления нынешнего поколения накопителейSeagateExos.

Как видим, HDD MACH.2 показывает наиболее высокий уровень энергопотребления при последовательном чтении. Причина кроется в большем токе по линии 5В из-заработы дополнительной электроники, связанной с чтением двух последовательных потоков.

Как обнаружили специалистыSeagate, многие существующие на рынке системы с несколькими дисками ограничены пропускной способностью топологииSASсо стороны хоста, они не способны дать полную последовательную пропускную способность, которую могут обеспечить несколькоHDDMACH.2 (520 Мбайт/с числоHDD). Поэтому для большинства клиентоврежимом с самым высоким энергопотреблением будет случайное чтение, где мы получаем не такое большое увеличение по сравнению с одним актуатором, несмотря на двукратный рост производительности.

Можно взглянуть и под другим углом: хотя на один диск MACH.2, такой как Exos 2X14, потребляемая мощность выше, на уровнеTCOвсе же происходит снижение энергопотребления из-за уменьшения отсековHDD. Один установленный накопитель MACH.2 потребляет меньшую мощность, чем дваHDDс такой же пропускной способностью. Что показано на следующей диаграмме.

Разница в командахMACH.2

ПоддержкаSASLUNприводит к тому, что некоторые команды работают с отдельнымиLUN, другие с обоимиLUN(то есть устройством в целом). Пользователям следует знать отличия по работе команд с накопителями MACH.2. Команды с высоким приоритетомHPC, такие как чтение или запись, адресуютLUN. Команды с низким приоритетомLPCмогут адресовать какLUN, так и устройство в целом. В таблице приведены некоторые команды, на которые стоит обратить внимание при переходе на MACH.2.

Можно проверить адресацию устройства илиLUNдля каждой команды, выполнив командуREPORTSUPPORTEDOPERATIONCODESи проверив полеMLU(multiplelogicalunits) для каждой команды.

Seagateактивно работает над добавлением всех нюансов в стандартT10, чтобы полеMLUкак раз использовалось в случае накопителей с несколькими приводами. ДокументT10 можно посмотреть по следующей ссылке:

http://www.t10.org/cgi-bin/ac.pl?t=d&f=18-102r1.pdf

MACH.2 в других сценариях

Хотя технологияMACH.2 призвана решить определенные проблемы дата-центров и облачных провайдеров, она хорошо покажет себя и в других сценариях. Среди них: сети доставки содержимого (CDN, особенно онлайновые потоковые сервисы), массивыRAID, распределенные файловые системы, включаяHadoopиCeph, системы централизованного видеонаблюдения, масштабируемые файловые системы.

Ниже приведены примеры сценариев, в которыхSeagateготова привести результаты тестов.

Онлайновые потоковые сервисы. Прирост производительностиMACH.2 помогает провайдерам, использующимHDDдля потокового вещания цифрового содержимого, улучшить качество предоставления услугQoSсвоим клиентам и/или расширить число пользователей, которых можно обслуживать с прежней развернутой емкостью. В данных сценариях пользователи могут запрашивать потоки разных видеофайлов в любые моменты времени. Здесь на уровне приложения/ОС преобладают операции последовательного чтения в разных местах массива дисков. Поскольку расположения файлов могут быть произвольными,HDDнеобходимо найти нужный файл и прочитать его часть, прежде чем перейти к обслуживанию других потоков. В результате нагрузка на уровне диска больше соответствует случайному чтению блоков разной длины. Как можно видеть по результатам производительностиMACH.2 выше,прирост по операциям случайного чтения составляет 1,8xпо сравнению с одним приводом.

В начале статьи мы уже упоминали демонстрацию на конференцииOCPGlobalSummitSeagate, которая показала преимущества в конфигурацииCDN, используя простой сервер хранения наFreeBSDOS. В демонстрации использовались несколько последовательных, взаимно не пересекающихся потоков с фиксированнымбитрейтом(вызовы чтенияBSDlibc) с массива 4 14TBMACH.2 и 4 14TBExosNLSAS. Число потоков постепенно увеличивалось, пока система хранения не упиралась в ограничения пропускной способности, то есть уже не могла выдавать потоки с необходимой пропускной способностью. Максимальное число потоков здесь как раз соответствует возможностям подсистемы хранения.

Как можно видеть,MACH.2 поддерживает 233 одновременных потока против 131 потока в случае накопителей с одним приводом. То есть мы получаемприрост порядка 1,8xпо сравнению сHDDс одним приводом. Кроме того, массивMACH.2показал меньшие задержки.

RAID. МассивRAID еще один пример, где видны преимущества технологииMACH.2. ПодRAIDпонимается массив из нескольких накопителей в целях резервирования данных/избыточности и/или повышения производительности.ТехнологияMACH.2 виднаhost-системе как два логических диска, поэтому массивыRAIDмогут строиться, начиная с одногоHDDс двумя приводами. Конечно, такой вариант вряд ли разумен, поскольку избыточностьRAID1 на одном диске теряет преимущества, если накопитель выходит из строя.

Ниже приведен примерMACH.2, который был продемонстрирован на 2019 OCPGlobalSummitсовместноSeagate,MicrosoftиBroadcom. Для данногодемоиспользовались 11 накопителейMACH.2 и 11ExosNLSASс одним приводом в составеMicrosoftJ2010StorageSystemс подключением к серверуMicrosoftC2010 сHBABroadcom9400. У каждой группы накопителей использовался выделенный расширительSASи портыHBA, что позволило создать виртуальный дискWindowsStorageSpacesна простом чередовании, то есть без избыточности и без уровня кэширования.

Оба виртуальных диска нагружались операциями случайного чтения 16Kили 32K, при этом глубина очереди регулировалась так, чтобы соответствовать заданным задержкам (30мсвдемо). На системе запускался тестMicrosoftDiskspd. Глубина очередиQDвиртуальных дисков увеличивалась, пока задержки не оказывались ниже порогового уровня. Значение задержек отображалось в реальном времени.

Как можно видеть по результатам выше, накопителиMACH.2 смогли выдать 1517IOPSприQD35 со средней задержкой 23мс, а обычныеHDDс одним приводом 1011IOPSприQD27 со средней задержкой 27мс. Данноедемопоказываетпреимущество примерно в полтора раза по производительностиIOPS, причем при меньшей средней задержке.

Обратите внимание, что если и дальше увеличивать глубину очереди наMACH.2RAID(что приведет к росту задержек), то пропускная способность будет повышаться и дальше. Впрочем, главной целью в данном случае было показать прирост производительностиMACH.2 при одновременном снижении задержек.

Hadoop.Hadoopпредоставляет эффективный метод работы с данными с помощью распределенной файловой системыHDFSвместе сMapReduce(средство распределенной обработки дляHadoop). Чтобы продемонстрировать преимуществоMACH.2 при использованииHDFS,Seagateна трех серверах создала небольшой кластерHadoop. Вдемоmaster-узел (сервер) подключается к одному или двумslave-узлам, каждый содержалMACH.2 или обычныеExosNLс одним приводом.

Здесь использовался тестHadoopTestDFSIO, который запускает процессMapReduceдля параллельного чтения и записи файлов, чтобы оценить преимущество использования двух приводов. В данном тестеразмерсчитываемых/записываемых файлов составлял 1GB, число файлов масштабировалось от 1 до 1000+ при измерении пропускной способности чтения и записи.

Как можно видеть по приведенным графикам,HDDс двумя приводам обходят жесткие диски с одним приводом в задачахHadoopMapReduceкак по записи (слева), так и по чтению (справа).Seagateпланирует провести дополнительные тесты в будущем, чтобы оценить влияние дисковMACH.2 при увеличении числаslave-узлов.

Microsoftудалось почти вдвое увеличить скорость ввода/вывода в ЦОД

Наконец, позвольте отдельно рассказать о мнении корпорацииMicrosoft, которая протестировала жесткие дискиSeagateExos 2X14 с технологией MACH.2 в своих ЦОД. СпециалистыMicrosoftуверены, чтожесткие дискиSeagateExos2X14 с технологиейMACH.2 обеспечат корпорации существенные преимущества, и планируют увеличить емкость хранилищ центра обработки данных в расчете на каждый слот при одновременной поддержке такого уровня операций ввода/вывода в секунду (IOPS), который необходим дляAzure,ExchangeOnlineи других облачных сервисов. Уже в ходе первых тестов подтвердилось, что технологияMACH.2 позволяет достичь поставленных целей при выполнении рабочих нагрузок с высокими показателямиIOPS.

MicrosoftтестируетSeagateExos2X14 сдвухприводнойтехнологиейMACH.2

Microsoftзавершила первый раунд функциональных испытанийExos2X14, включая полный цикл тестирования на совместимость и взаимодействие с имеющейся инфраструктурой ЦОД, а также испытания на эксплуатационную надежность и легкость интеграции с системной архитектуройProjectOlympus. Кроме того, была проведена оценка повышения производительности, обеспечиваемойMACH.2, наиболее важного для архитекторов ИТ-систем преимущества.

ИТ-архитекторMicrosoftАаронОгассотрудничает сSeagateс самого начала разработкиMACH.2, участвуя в решении вопросов, связанных с предстоящим использованием технологии в облачной среде компании.

Мы активно тестировали инженерные образцыExos2X14, а недавно провели испытания опытных серийных экземпляров накопителя, сообщилОгас. Как показали результаты, наши расчеты оправдались:благодаряMACH.2 пропускная способность иIOPSвозрастут почти вдвое.

Для проверки возможностей накопителейMACH.2 в корпорации используют хорошо зарекомендовавшие себя инструменты, в частностиMicrosoftExchangeServerJetstress. Эта система имитирует нагрузку сервера по операциям ввода/вывода при работеExchange2013 и 2016, позволяя оценить производительность и стабильность дисковой подсистемы. Помимо прочего, выполнены испытания с контролемIOPSв режиме последовательного считывания с имитацией операций резервного копирования и поточной передачи, а также в режиме случайного считывания при моделировании рабочих нагрузокгипермасштабнойсреды и сети доставки содержимого.

Тестирование с имитацией различных рабочих нагрузок выполняется уже довольно долго, отмечаетОгас. Мы взаимодействовали сSeagateеще на этапе разработкиMACH.2, следя за тем, чтобы характеристики технологии соответствовали нашим требованиям. Главной целью былодостижение почти вдвое большей пропускной способности по сравнению содноприводныминакопителями, которые мы сейчас применяем. Как показали испытания,MACH.2 справляется с этой задачей.

MACH.2 позволяет получить необходимые показатели поIOPSв расчете на терабайт и по стоимости в расчете на терабайт

Как мы отмечали ранее, операторам облачных сред нужно поддерживать определенный уровень производительности хранилищ с оценкой показателейIOPSи задержки выполнения команд. Требуемый уровень производительности определяетсяпоказателемIOPSв расчете на терабайт (IOPS/TB) при определенной задержке.

Архитекторы центров обработки данных предлагают рассмотреть и другой способ достижения высоких уровнейIOPSиспользование твердотельных накопителей. Это может иметь смысл при определенном соотношении их совокупной стоимости владения и потребностей имеющихся приложений в емкости,IOPSи пропускной способности. Благодаря меньшей стоимости в расчете на терабайт и преимуществу по емкости, жесткие диски позволяют сформировать хранилище большой вместимости, характеризующееся лучшей экономической эффективностью, но только если накопители могут обеспечить необходимый уровеньIOPS.

ТехнологияSeagateMACH.2 обеспечивает высокие показателиIOPS/TB за счет использования двух независимых приводов в одном жестком диске, создающих два параллельных потока данных и, соответственно, удваивающих производительность. Первый привод управляет верхней частью блокасчитывающе-записывающих головок, второй нижней частью. Каждый из приводов отвечает за половину общей емкости накопителя.

Преимущества для серверной архитектурыMicrosoftExchange, обеспечиваемые технологиейMACH.2

В облачных центрах обработки данных, как правило, нет лишнего места для установки оборудования, поэтому операторы стараются увеличивать скорость ввода/вывода в расчете на каждый слот.

НакопителиMACH.2 будут использоваться для всех облачных сервисовMicrosoft, включаяAzureиExchange. Учитывая, что в дата-центрах облачных операторов работает очень много приложений, для них актуальна задача экономия площади.Microsoftпланируетуменьшить расходы в расчете на слот, которые формируются из затрат на размещение оборудования, энергопотребление, охлаждение и т. д. Если установленные жесткие диски начинают демонстрировать снижение показателейIOPS, заказчик ищет способы решения этой проблемы, к примеру, путем установки накопителей с двумя приводами.

АрхитектураMicrosoftExchangeпостоянно оптимизируется, чтобы обеспечивать максимальную пропускную способность серверов. ТехнологияSeagateMACH.2 позволит устанавливать дляExchangeвсе более вместительные жесткие диски с сохранением возможности выполнения заданных вSLAтребований к величине задержки. Благодаря новой платформеSeagateв дата-центрахMicrosoftможно будет устанавливать более вместительные жесткие диски 14-терабайтныеSeagate2X14, посколькуMACH.2 предоставляет возможность достижения пропускной способности, необходимой хранилищамExchange, емкость которых постоянно увеличивается.

MACH.2 предотвращает появление неиспользуемой емкости

Пока жесткий диск обеспечивает нужный клиенту уровеньIOPS/ТБ, вся его емкость остается доступной для использования,ноесли показательIOPS/ТБ падает ниже порогового значения, установленного с учетом рабочей нагрузки приложения, часть емкости остается незадействованной. Причины мы рассматривали выше.

До недавних пор рост скорости передачи данных у жестких дисков не успевал за ростом их емкости, объясняет ДжеймсБорден, менеджерSeagateпо продуктам для облаков. Безмультиприводнойтехнологии, когда определенный порог емкости превышен, требования по качеству обслуживания выполняться уже не будут ввиду ограничений, определяемых характеристиками пропускной способности накопителя. Пример: чтобы обеспечивать определенное качество обслуживания, жесткий диск емкостью 16 ТБ должен иметь вдвое большую пропускную способность, чем накопитель 8 ТБ. Если приложение начинает создавать более высокую нагрузку поIOPS, чем может обслужить жесткий диск, единственный выход размещать на нем меньше данных, то есть появляется неиспользуемая емкость. Частичное решение проблемы незадействованной емкости принцип короткого хода. Он состоит в том, чтобы размещать часть данных на внешнем диаметре диска, а внутренний использовать для менее критичных данных, которые не нужно предоставлять с самыми высокими показателями качества обслуживания. Таким образом можно избежать наихудшей ситуации, когда жесткий диск заполняется лишь на две трети. Но методика короткого хода усложняет управление данными и все-таки не дает гарантии загруженности всей установленной емкости.

При использованииExos2X14 сMACH.2прибегать к тактике короткого хода уже не нужно во все слоты в центре обработки данных можно установитьдвухприводныежесткие диски емкостью 14 ТБ. Для приложения пропускная способность будет почти такой же, как при использовании двух 7-терабайтных накопителей, но задействован будет только один слот.

ТехнологияMACH.2 разработана совместно специалистамиSeagateиMicrosoftс учетом требований провайдеров облачных сервисов

Конструкция и функции первыхдвухприводныхнакопителейSeagateреализованы в точном соответствии с требованиями заказчиков.Microsoftтесно сотрудничала сSeagateна этапах разработкиMACH.2 и выпускадвухприводныхнакопителей.

РазрабатываяMACH.2, мы взаимодействовали со специалистами дата-центровMicrosoft, сообщил КрисХенсли, руководительSeagateпо глобальным продажам продукции для облачных приложений. Они оказывали нам большую поддержку еще на стадии первоначального замысла. Мы вместе адаптировалимногоприводнуюархитектуруMACH.2, добиваясь достижения нужного уровняIOPSна терабайт, о чем просили специалистыMicrosoft.

ЭкспертыMicrosoftпомогали нам ценными советами на всех этапах, начиная с создания первых опытных образцов, добавилБорден. ИнженерыMicrosoftпринимали участие в проектировании архитектуры накопителя, заботясь о том, чтобы конечный продукт отвечал требованиям корпорации. Это сыграло ключевую роль при разработке первого поколения накопителейMACH.2, в которых предусматривается использование двух логических номеров устройства сSAS, что соответствует требованиями архитектуры центров обработки данныхMicrosoftи других крупных операторов облаков.

По мере дальнейшего осуществления программы развитиядвухприводныхжестких дисковExos2X14 семейство этих накопителей будет пополняться устройствами различных типов, соответствующих требованиям самых разных приложений корпоративного класса.

Заключение: рынок готов к двойному приводу,Seagateтоже

Seagate, лидер рынка накопителей, готовится к скорому выходу жестких дисков с двойным приводом MACH.2. Жесткие диски позволяют продолжить наращивание емкости с одновременным снижением себестоимости, поэтому они остаются доминирующим способом хранения данных на всех рынках. Корпоративные 3,5" HDD на 7200 об/мин практически удвоили емкость за последние пять лет, сохранив низкую цену и стабильный уровень производительности. Данные HDD удовлетворяют требованиямэкзабайтныхоблачных инфраструктур. HDD и в будущем продолжат предлагать больше емкости по меньшей цене, но, чтобы выжать из жестких дисков максимум, они должны обеспечивать стабильно высокий уровень производительности. И технология двойного привода MACH.2 как разобеспечит сохранение производительности при дальнейшем увеличении емкости 3,5" HDD, соответствуя при этом поставленным целям по совокупной стоимости владения (TCO) или даже превосходя их.

ТехнологияMACH.2 является проверенным решением дляускорения производительности при снижении задержек выполнения команд. Все больше сценариев в дата-центрах упираются в ограниченияIOPS/TB, и технологияMACH.2 как раз способна их разрешить, снизить совокупную стоимость владенияTCO, а также обеспечить дальнейший рост производительности и емкости.

Спецификации накопителей Exos 2X14 можно посмотретьздесь.