בואו נדבר קצת על IOPS

Print Friendly, PDF & Email

IOPS, או Input Output operations Per Second – הוא אחד המושגים הכי ערמומיים שנכנסו לשוק הדיסקים והסטורג'. אם אינני טועה, מי שהתחיל עם העניין היתה חברת Sun עם ה-ZFS ששולב ב-Solaris 10. באותו זמן, החלו לצאת ה-SSD הראשונים (קטנים מבחינת כמות אחסון, ויקרים רצח).

עניין ה-IOPS בדיסקים SSD וגם בסטורג' המתהדרים ב-IOPS גבוה – זה שלא תמיד מקבלים מה שהובטח.

לשם כתיבת פוסט זה השתמשתי ב-SSD בתצורת M.2 NVME מסוג Samsung 960 EVO בגודל חצי טרהבייט על מנת לבדוק את הדברים בטרם אני כותב את הפוסט הזה ועל מנת להיות בטוח. הכלים שהשתמשתי במהלך הבדיקות לשם כתיבת פוסט זה: FIO ו-IOMeter.

להלן הנתונים הרלוונטיים מבחינת מפרט מהאתר של סמסונג העולמי (לחצו להגדלה):

על הנייר, ה-SSD הזה אמור לתת ביצועים מעולים! 330,000 IOPS בכתיבה בבלוגים של 4K כשיש 4 עבודות במקביל! נשמע פנטסטי, לא?

אז זהו. שלא. בעזרת שימוש בכלים כמו אלו שציינתי לעיל – אפשר להגיע למספר שציינתי לעיל (למען האמת, קצת יותר – 349,400 לפי הניסוי שלי). העניין הוא, שברגע שכשמייצרים Partition עם גודלי בלוקים שונים (ולא חשוב מה גודל הבלוקים, גם אם אתה מגדיר נכונה את הבלוקים ביחס לקבצים שאתה הולך לאחסן) ומפרמט ל-File system כלשהו ותנסה למדוד עם פרמטר direct=1 עם FIO לדוגמא, תגלה שמספר ה-IOPS צלל בערך במחצית! כלומר אם ננסה לגשת ישירות ולמדוד עם direct על ה-file system שב-SSD – המספרים יהיו הרבה יותר נמוכים. כמובן שאם נשתמש ב-SSD דרך מערכת ההפעלה ללא גישת Direct, המהירות תהיה גבוהה יותר, וזאת מכיוון שמערכת ההפעלה משתמשת בכל מיני דברים כמו Cache, Scheduling וכו' כדי להציג מהירות גבוהה (במיוחד שדברים נעשים ברקע ולא ישירות).

ה-IOPS עצמו נמדד בקטגוריות שונות כמו קריאה אקראית (Random Read), כתיבה אקראית (Random Write), קריאה טורית/רציפה (Sequential Read), כתיבה טורית/רציפה (Sequential Write). את מספר ה-IOPS מכפילים בגודל הנתונים שעוברים פר שניה והתוצאה היא כמה Bytes לשניה מקבלים (את זה נהוג בתוך כלל לחלק למגהבייט לשניה).

נחזור לטבלה של סמסונג המוצגת למעלה. אחד הנתונים שמופיעים שוב ושוב בסוגריים הוא QD, כלומר Queue Depth. בעקרון מדובר בעצם על מנגנון של "תורים", כאשר בכל תור נכנסים משימות לביצוע. ככל שיש יותר תורים לדיסק, כך ניתן לעשות יותר פעולות. בדיסק SSD בחיבור SATA למשל, ישנם 31 תורים. ב-SSD NVME לעומת זאת, עניין התורים הורחב משמעותית ושם יש 65,000 תורים ובכל תור יכולים להיכנס 65,000 עבודות! המספר הזה הוא כמובן רק תיאורתי, ולא מומלץ לנסות להגדיר את ה-Queue Depth מעבר ל-128 (אלא אם אתם ממש עשירים ואתם רוצים לרכוש SSD כמו Samsung 983 ZET, עניין של 2000$ לחצי טרה, ולמעט מקרים מיוחדים, הוא לא יתאים לרוב השימושים. כרטיס זה יודע לתת ביצועים טובים יותר ב-QD של 128 ומעלה).

עוד נקודה שמופיעה בטבלה היא Thread – ו-Thread בעצם מדבר על כמות עבודות במקביל לאותו SSD ולפי הטבלה של סמסונג, המספרים המוצגים הם כשרצים 4 עבודות, וזו אחת הנקודות שכדאי להתמקד עליה: SSD NVME – בין אם ביתי/מקצועי או ל-Enterprise יתן עבודה יותר מהירה כשיש מספר עבודות במקביל. יחד עם זאת, תריצו 100 עבודות כתיבה על הדיסק במקביל ותקבלו SSD זוחל, לא חשוב איזה דגם או מאיזה יצרן.

עוד נקודה שאמנם לא מופיעה בטבלה אך היא חשובה מאוד לביצועים – היא המתזמן במערכת ההפעלה (ה-Scheduler) לאותו ציוד. בלינוקס יש מספק Schedulers וכיום הפצת לינוקס עדכנית מזהה את הדיסק (מכני או SSD, חיבור SATA או NVME) ומתאימה אוטומטית את ה-Scheduler המתאים לדיסק (אפשר כמובן לשנות אם רוצים). ה-Scheduler חשוב מאוד ובחירה שגויה תפגע גם בביצועי ה-IOPS. חשוב לזכור: גם לבקר הדיסקים, ל-HBA וכו' יש הגדרות Queue Depth ואם אתם משתמשים ב-VMWare אתם יכולים לקרוא על כך בהרחבה כאן.

עניין ה-Block Size הוא גם דבר שיכול להשפיע על ה-IOPS, אבל בעקיפין. אם לדוגמא הגדרתי Dataset ב-ZFS בגודל 128 קילובייט ואני כותב קבצים בגודל 2-4 קילובייט, אז לא רק שאני מבזבז מקום, גם הביצועים ירדו. מצד שני, בחלק מהסטורג'ים זה לא כל כך ישפיע בגלל ה-Cache שיש בסטורג' עצמו, כך שזה נושא נתון לויכוח ובכל מקרה מומלץ לחשוב היטב לאיזה גודל בלוקים להגדיר את ה-Volume/Partition/Dataset ובמקרה של ZFS תמיד ניתן לשנות מבלי להרוס דברים.

מכאן נעבור לסטורג', החלק שרבים מתעניינים בו 🙂

כשיצרן סטורג' מוכר לכם פתרון כלשהו, הוא יציין בדרך כלל כמות IOPS מקסימלית. המספר הזה אינו מייצג IOPS של דיסק מסוים במדף או קבוצת דיסקים, אלא מספר שמורכב מהדיסקים, NVRAM (אם יש), זכרון RAM, דיסקים SSD (בחיבורים שונים, תלוי מה הסטורג'), דיסקים מכניים וכו' – כלומר המספר הוא מספר של הפתרון כולו ולא של חלק זה או אחר בפתרון.

במציאות היומיומית, יהיו בהחלט מצבים שיגרמו לכך שלא תקבלו את אותו מספר IOPS, כי זה תלוי בכל מיני גורמים. רק לשם הדוגמא, נניח רכשנו סטורג' כלשהו והיצרן מתחייב ל-50K IOPS והסטורג' הזה יהיה מחובר ל-vSphere שלכם. מה הדברים שישפיעו? יש כל מיני:

  • הגדרות לא נכונות של מערכת ההפעלה ב-VM עם כמות זכרון מופחתת, מה שיכריח את ה-OS להשתמש ב-Swap. ה-Swap יושב ב.. סטורג'.
  • הגדרות Scheduling ב-VM עצמו.
  • העתקה/מיגרציה של קבצים רבים מסטורג' אחר
  • רפליקציות LIVE מתמשכות
  • פעילות שנעשית דרך VAAI (ה-VAAI או VVOL אינם הוקוס פוקוס, להזכירכם).
  • גיבויים (כן, גם ל-CBT יש מחיר, תלוי כמה מכונות VM מגבים)
  • הגדרות בלוקים לא נכונות ב-Volume/Partition.
  • כתיבות של טרהבייטים
  • ועוד ועוד..

לכן, בין אם רוכשים SSD או שרוכשים פתרון סטורג' והיצרן מציין מספרים כלשהו, זה לא אומר שתמיד תקבלו את אותו מספר IOPS. יש דברים רבים שיכולים להאיט את הביצועים ובשביל זה בפתרונות סטורג' וב-vSphere לדוגמא, יש כלים המציינים מה לוקח כמה. יהיו מקרים כמובן שחיפוש הבעיה יזכיר חיפוש מחט בערימת שחט, אבל בשביל זה אתם זכאים לתמיכה.

ועוד נקודה: IOPS גבוה אינו נחלה של סטורג' ממותג זה או אחר בלבד. כל אחד יכול לבנות לעצמו פתרון סטורג' המורכב מדיסקים מכניים, SSD, זכרון וכו'. העניין הוא שצריך לחקור דברים בצורה רצינית לפני רכישת הציוד ולאחר מכן לבצע לא מעט הגדרות על מנת לקבל את הביצועים הגבוהים, כך שגם אם אין ברשותכם את התקציב הגדול לרכוש סטורג' מותג יוקרתי – אפשר למצוא פתרונות במחיר יותר נמוך.

לסיכום – IOPS כמושג עצמו הוא דבר די קבוע ויש מאמר מעולה עליו ב-Wikipedia למי שמעוניין לקרוא, אבל IOPS הוא דבר די חמקמק ולעיתים מאכזב כשצריכים ביצועים מאוד גבוהים מ-SSD כלשהו, היצרן מבטיח דברים אך במציאות המספרים הרבה יותר נמוכים, וכנ"ל גם בעולם הסטורג' – היצרן מבטיח מספר שהוא מקסימום IOPS (וצריך אגב לבדוק מה המספר או ליתר דיוק מה מספרי ה-IOPS בקריאה רציפה ואקראית, כתיבה רציפה ואקראית), אך יש לא מעט דברים שאתם כצרכן סופי מגדירים – שיכולים לגרום למספרים לרדת.

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.