כמה מילים על ZFS (לשנת 2018)

כתבתי בעבר מספר פוסטים על ZFS, התאמה וכו' אולם הפעם אני רוצה להתעמק מעט יותר בהתאמה של ZFS מול פתרונות אחרים (קוד פתוח או סגור).

כיום, אם חברה מסויימת רוצה לרכוש לעצמה סטורג' כפתרון קצה – היא בהחלט יכולה וישנם פתרונות טובים בשוק שיתנו לכם קופסא עם דיסקים, חיבורי רשת מאחורה, מערכת Appliance שרצה בתוך הקופסא עם ממשק WEB ו-CLI ועם פונקציונאליות בהתאם למחיר ולרשיון שרכשתם. פעם היו EMC, NetApp הכי פופולריים, היום יש מגוון שלם של מוצרים מוכנים – רק להרכיב, להגדיר מספר דברים מצומצם וקדימה – אפשר לעבוד עם הפתרון, ואלו פתרונות שיכולים להתאים לרוב החברות והעסקים.

היכן פתרונות אלו לא מתאימים? בחברות ובמחלקות שכן מחפשים "להתעסק" בפתרון האחסון. ברשותכם, אתן דוגמא פשוטה ודי שכיחה:

להלן צילום מסך מ-vSphere client בגירסה 5.5, כאשר מגדירים LUN חדש ובוחרים את ה-Block Size (לחצו להגדלה):

טעות מאוד נפוצה של עובדי IT היא להגדיר את גודל הבלוקים בגודל 8 מגהבייט מבלי להתייחס לתוכן שישב באותו Datastore. אם לדוגמא ישבו בו קבצים רבים קטנים (בגדלים של מאות קילובייט או מגהבייטים בודדים) אז מדובר בכך שהגישה לקבצים תהיה יותר איטית בהשוואה לדוגמא בבחירה בגודל של 1 או 2 מגהבייט והאיטיות תורגש במיוחד כה-Datastore גדול מאוד בעת כתיבה וכמובן שמדובר בבזבוז מקום.

במקרה לעיל, לא חשוב איזה Storage יש לך, מהרגע שהגדרת iSCSI LUN בסטורג', לסטורג' אין מושג ירוק מה אתה הולך לעשות איתו. מבחינתו זה Block ולך תשבור את הראש מה לעשות ואיך להגדיר ואיך לעשות אופטימיזציה לו ב-Initiator שלך.

במקרים אחרים אנחנו כן יכולים להגדיר את גודל ה-Block Size בפתרונות סטורג' המאפשרים לנו לאחסן קבצים ולהנגיש אותם דרך CIFS או NFS, כך שכשאנחנו "חותכים" חלק מהסטורג' לפונקציה זו, אנחנו יכולים להגדיר זאת וזה כמובן מומלץ בשביל לקבל ביצועים טובים.

אבל מה קורה אם אנחנו רוצים לבנות פתרון סטורג' משלנו ואנחנו מעוניינים לעשות לו אופטימיזציה ולא להיות "שבויים" באיזה פתרון שלא מאפשר לנו להגדיר דברים לעומק? אם אנחנו בונים עם לינוקס מערכת כזו עם File System כמו XFS או EXT4, מאותו הרגע שחילקנו את הדיסק עם או בלי LVM, ואנחנו מפרמטים את כל מערך ה-RAID בזמן ההתקנה, אז כבר אי אפשר לשנות את גודל הבלוקים. ב-XFS לדוגמא, ברירת המחדל היא להגדיר בלוקים בגודל 4K כל בלוק, אבל אם אנחנו הולכים לאחסן רק קבצים שרובם בגודל מס' ג'יגהבייטים, אנחנו נפסיד מהירות.

לעומת זאת ב-ZFS, גם אחרי ששייכנו את כל הדיסקים ל-Pool מסויים, אנחנו תמיד יכולים להגדיר את גודל הבלוקים (ב-ZFS זה נקרא record size) גם אחרי יצירת ה-Pool ויצירת Dataset (חשוב כמובן לשים לב שאם יצרנו Dataset ואנחנו מגדירים לו record size חדש, רק הקבצים החדשים יקבלו את גודל ה-record size החדש, לא הקבצים הישנים) כפי שניתן לראות לדוגמא כאן. (אגב, זה דבר שמאוד עוזר עם MySQL לדוגמא, אתם מוזמנים להציץ כאן)

נקודה נוספת וחשובה היא כמובן הדיסקים. ישנם עדיין מקרים רבים שיש שרתים פיזיים שמריצים אפליקציות מסויימות על דיסקים מקומיים עם כרטיס RAID הכולל זכרון Cache וסוללה, אך עם הדיסקים החדשים שיש כיום שמחירם יורד כל הזמן, יהיו לא מעט חברות שישמחו לקנות דיסקים בגודל 6,8,10,12 או אפילו 14 טרה בייט ויחברו אותם לבקר ה-RAID וכך הם יקבלו כמות אחסון מכובדת, אך יש בעיה מרכזית אחת: כל דיסק מעל גודל 4 או 6 טרהבייט שנדפק ומוחלף, יאיט אוטומטית את הביצועים של כל מערך הדיסקים לזמן רב (זה יכול לקחת ימים או במקרים של דיסקים גדולים כמו 10,12,14 טרהבייט – אפילו שבועות!) מהסיבה הפשוטה שבקר דיסקים הוא דבר די טיפש, הוא יודע לקרוא בלוקים, אבל הוא לא יודע מה יש בבלוקים, כך שבקר ה-RAID מבצע rebuild, הוא יעתיק את כל הבלוקים, גם אם 60% מהדיסק הוא בכלל ריק! לעומת זאת ב-ZFS אם נדפק דיסק והחלפנו אותו, מערכת ה-ZFS תשחזר (מה שנקרא: resilver) רק את הקטעים שלא קיימים בדיסק החדש, כך שה-rebuild יהיה הרבה יותר קצר והמערכת תשוב לאיתנה במהירות הרבה יותר גבוהה מאשר בתהליך rebuild של כרטיס RAID.

חסרונות נוסף שקיימים ל-XFS ול-EXT4 הם לדוגמא:

  • אין בדיקת קבצים מתמשכת. ב-ZFS לכל קובץ יש checksum כך ש-ZFS יודע בדיוק אם מה שהוא קרא תקין או לא ואם לא הוא יטפל בבעיה אוטומטית בכך שהוא יעביר את הנתונים למקום אחר (בערך כמו שבקר SSD טוב עושה) ול-ZFS ישנו גם תהליך scrubbing שעובר אחת לכמה ימים על כל הקבצים בדיסקים לבדוק זאת ולטפל בתקלות באופן אוטומטי. ב-XFS וב-EXT4 יש לך Journal שיכול לעזור בקריסת המכונה, אך זהו פתרון שאינו מספק על מנת לשמור על הנתונים.
  • ב-EXT4 וב-XFS אין מנגנונים לניצול משאבי המכונה מבחינת זכרון. כן, ללינוקס יש שימוש מתוחכם בזכרון החופשי לשם Cache מסוגים שונים, אבל ב-ZFS יש את ARC שלוקח כברירת מחדל מחצית מהזכרון של המערכת להאצת ביצועי דיסק בכך שהוא משתמש באותו זכרון שהוא "גזר" בהתחלה, וכידוע – זכרון RAM הוא הדבר הכי מהיר שיש, יותר מכל SSD שקיים בשוק.
  • שימוש מושכל ב-SSD וב-NVME: עם מערכת כמו bcache או fastcache (לאלו שאוהבים לחיות על הקצה) יכול להיות פתרון די טוב על מנת להאיץ ביצועים של דיסקים מכניים, אך ב-ZFS יש לך 3 מנגנונים שמטפלים בכך:
    • מנגנון ה-ARC (שמשתמש כברירת במחצית הזכרון של המכונה לשם CACHE מהיר)
    • מנגנון ה-ZIL (להאצת ביצועים וטרנזאקציות של קבצים קטנים ורישומי הפניות להיכן קבצים נכתבים, אפשר לקרוא על כך כאן)
    • מנגנון ה-L2ARC – כאן בד"כ יהיה SSD מהיר ששומר עותקים של קבצים שניגשים אליהם בתכיפות גבוהה.
  • מערכת ZDB – לכל File system יש כלים משלו (tune2fs ל-EXT3/EXT4 לדוגמא או ערימת הכלים הזו ל-XFS), אבל ZDB לוקח את זה כמה צעדים קדימה – לבדיקה האם יש Cache אופטימלי, לבדיקה של ביצועים פר דיסק, בדיקות והגדרות ל-B-TREE (כן, ZFS שומר את הקבצים ב-B-Tree) ועוד המון דברים. ZDB הוא ה"אולר השוויצרי" ל-ZFS ועבודה איתו יכולה לתת ביצועים שעוקפים מרחוק כל File System לינוקסי.

יחד עם זאת ל-ZFS יש עדיין חסרונות (שיטופלו בשנה הקרובה):

  • הוספת דיסקים: לא, אתה לא יכול להוסיף עוד דיסק אחד אלא 2 ומעלה. גם החלפת דיסקים קיימים בדיסקים יותר גדולים היא לא בדיוק פיקניק כרגע (אבל זה אפשרי). במהלך 2019 יתווסף קוד להוספה דיסקים – אפילו דיסק בודד כמעט מבלי שנצטרך להתמודד עם איטיות של פריסת DATA מחדש (יועתקו מספר בלוקים בודדים וזהו).
  • עבודה עם SSD – אחד החלקים היותר נחמדים ב-SSD זו פקודת trimfs שאומרת ל-SSD לבצע פקודת TRIM ב-SSD. ב-ZFS יש תמיכה ל-Trim אך היא אינה אוטומטית בגירסת ZFS ללינוקס. יש Pull request שיכול לעבוד ברוב המקרים בגירסה הנוכחית היציבה של ZFS ללינוקס, ובגירסת ה-Master זה עובד בצורה טובה. אני מאמין שבחודשים הקרובים זה יוכנס פנימה.

לסיכום: אפשר להקים שרת ZFS תוך דקות ספורות על מכונה חדשה. יוצרים pool עם תצורת RAIDZ רצויה, מחלקים דיסק SSD ל-2 פרטישנים (אחד log ואחד cache, ככלל עדיף 2 SSD שיעבדו כ-Mirror), מצמידים אותם ל-pool ויאללה – יש מערכת ZFS עובדת. העניין הוא שאם אתה רוצה ביצועים מעולים, תצטרך להשקיע זמן בהגדרות דברים לפי מה שרוצים להריץ ומה ה-ZFS צריך לשרת (ואני ממליץ את הספר הזה ל-ZFS על לינוקס, או את הספרון הזה). האם ZFS הוא פתרון חלופי לסטורג' סגור – במקרים מסויימים כן ובמקרים מסויימים לא (תלוי בדרישות ובצרכים), אבל הוא מאוד מתאים אם חברה מחליטה להקים סטורג' קטן והיא מוכנה להשקיע את שעות העבודה כדי לבצע אופטימיזציה וזה לוקח זמן (לפי הידע של מי שמבצע זאת), זה לא משהו שנעשה בחצי יום, וצריך לעיתים להקים מערכת שלמה כדי להגדיר לבדוק את הביצועים.

Comments

comments

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.