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Publié le septembre 13th, 2018 | par Sébastien

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SYNOLOGY : de l’intérêt d’un cache SSD

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Cet article s’inscrit dans la continuité de l’article concernant la configuration du NAS Synology DS918+ qui autorise un système de cache SSD. C’est l’intérêt du cache SSD qui est donc débattu ici avec le DS918+ puisque c’est une nouvelle fonctionnalité.

De l’intérêt du cache SSD

Un des goulots d’étranglement (bottleneck) d’un serveur informatique est la réactivité des disques en cas de nombreuses sollicitations concurrentes. Pour ceux qui se posent la question de l’intérêt d’un cache disque avec SSD, voici quelques éléments de réponses :

nota : l’objet n’est pas de d’aborder le dimensionnement d’un serveur et les nombreux critères à considérer …

nota 2 : pour une utilisation en serveur de stockage simple (CE MESSAGE S’ADRESSE AUX PARTICULIERS), l’intérêt du cache SSD existe, mais il reste limité en raison des moyens à mettre en œuvre (disposer d’un switch compatible 802.3ad (LACP), achat 2 x SSD, voire mémoire vive) et du gain apporter en bande passante.

Le débit réseau étant limité à deux liens Gigabit … dans le meilleur des cas (avec l’agrégation de liens aka 802.3 ad), on monte à un peu plus de 200 Mo/s (au global).

L’intérêt premier d’un cache NVMe se situe dans le traitement local des données. Mais nous ne connaissons pas la bande passante du cache, Synology ne communiquant pas dessus …

On arrive également à un résultat proche avec un RAID 5/6 (au moins en lecture) …

Le SSD devrait améliorer la réactivité et un peu la vitesse d’écriture (sur les petits fichiers) mais ce n’est pas si évident que cela … Nous aborderons cette partie plus loin.

+ explication détaillée

Éléments de mesure et indicateurs

Débit (bande passante disque) et IOPS (pour Input/Output Operations per Second) …

L’indice IOPS est le nombre d’opérations que peut réaliser un {disque|système}. C’est un indicateur qui représente en gros plusieurs demandes de petits fichiers par plusieurs utilisateurs en même temps. Cela correspond à une réalité de la charge de travail qu’un système de stockage comme le NAS va devoir fournir.

Comprendre que le débit seul n’est pas un critère suffisant pour dimensionner les performances disque d’un serveur. Les applications et donc les sollicitations jouent un rôle sur la réactivité (capacité à répondre). Ceci dit les capacités IOPS jouent uniquement un rôle quand il y a des sollicitations importantes.

Le SSD NVMe sélectionné affiche des performances en lecture 650Mo/s (max.) et en écriture 450Mo/s (max.), et capable de traiter des IOPS en lecture/écriture aléatoire 4K jusqu’à 35k (max.).

À titre de comparaison, un disque 10k SCSI affiche des performances de l’ordre de la centaine d’IOPS. Alors qu’un SSD (selon capacité) affiche plutôt des performances de l’ordre de 10k voire 100k IOPS. Bref, il y a un facteur 100 entre ses technologies.

nota : la multiplication du nombre de disques dans la grappe RAID ne changera quasiment rien à ces différences.

De fait, les performances sont meilleures sur ce plan pour un cout d’infrastructure bien moins important.

Besoin utilisateur : les applications concernées

Oubliez les usages du geek moyen à la recherche de performances « ultra » … Le cache SSD a relativement peu d’intérêt pour un utilisateur seul …

Voici rapidement quelques applications qui demandent particulièrement des ressources disques (mais pas que).

Principalement, ce sont les applications dites concurrentes donc les serveurs de messagerie électronique, serveurs de bases de données, machines virtuelles etc …  L’intérêt d’un cache SSD se situe dans sa capacité à manipuler un grand nombre de fichiers en utilisation concurrente par rapport à ce que sait faire un disque mécanique.

Cela concerne donc essentiellement les domaines professionnels des serveurs (grand consommateur d’IOPS).

Un NAS (comprendre serveur de fichiers simple) lui sera sollicité d’une autre manière dans 80% des cas. En effet, sa fonction principale est le stockage de fichiers, les services annexes comme messagerie, VM, base de données sont possibles mais ne représentent pas la majorité.

Bref … au final on en revient tjrs au même point … c’est une affaire de dimensionnement … et comme d’habitude avec moi, vous le savez … c’est la rédaction du cahier des charges, l’ensemble des contraintes et besoins qui justifieront l’architecture à mettre en œuvre. Au fait, quel est votre besoin ?!

Valider l’intérêt du cache et le dimensionner …

1 – la mesure

Enregistrer les opérations effectuées sur l’équipement pendant 1 mois (ou plus) permet d’observer tous les cycles de l’entreprise (sauvegardes, applications, journée, soir, we etc …). Selon consommation, la solution se dégagera rapidement.

Et si ce n’est pas possible, reproduire un environnement de test représentatif …

2 – référentiels

Il est possible également de se projeter sur les usages quand ils ne sont pas en œuvre puisqu’ils existent des chartes ou référentiels pour calculer la charge « serveur ».

3 – recommandations constructeur

Idem, un {fabricant|fournisseur} de solutions saura vous orienter.

À partir de la somme des contraintes, la solution RAID la plus adaptée (rapport QoS / performance / prix) se dégagera.

4 – dimensionnement

Vous disposez de toutes les données (1,2,3), n’oubliez pas de prévoir les usages futurs i.e la progression du besoin dans le temps …

Une double vérification est souhaitable (calcul théorique, mesure pratique, usages / serveurs de confrère).

Le cache SSD du DS918+ by Synology

Environnement d’essai

Les principaux essais de fonctionnement et mesures ont été effectués lors de l’usage de machines virtuelles (VM) avec VMM (Virtual Machine Manager) de Synology.

Une VM sous Windows 7 pro. 64, une VM sous Windows 10 Pro 64.

La configuration du DS918+ utilisée

La configuration utilisée est la suivante :

Pour un montant global (hors main d’œuvre) de l’ordre de 1500 € TTC.

DS918+ : caractéristiques technique du NAS

Après avoir épluché et interprété les mesures effectuées et communiquées par Synology, voici un petit récapitulatif :

– IOPS : entre ~ 30k (lecture) et 25k (écriture) en accès aléatoire via SMB.

– débit : un débit séquentiel de l’ordre de 220 Mo/s

source : spécifications techniques d’après Synology.

Configuration du cache SSD avec DSM

La configuration du cache SSD est une étape relativement simple. Non abordé ici

premier constat : le cache n’est pas paramétrable

C’est un algorithme qui détermine les fichiers chauds (souvent utilisés) et les met en cache. De fait, plus un fichier est fréquemment sollicité, plus son accès sera rapide (il sera en cache donc accès rapide) …

Lors des transferts entre un poste vers le NAS, le cache doit être également utilisé pour écrire les fichiers sur le SSD puis ensuite les fichiers sont basculés sur la partie disque dur (mécanisme non vérifié).

On aurait souhaiter pouvoir allouer cet espace à d’autres usages … comme par exemple utiliser ces SSD comme un volume accessible par ex.

nota : bon OK, ce n’est plus un cache disque 😉 Mais pouvoir mettre une VM en cache SSD ou une bdd … oui !

D’autant plus qu’une option (fortement recommandée) permet de ne pas utiliser le cache pour les I/O séquentiels …

carte graphique non reconnue ou anémique

Ne pensez pas utiliser un OS récent avec un graphisme évolué … l’OS sera lent !

Donc l’utilisation d’une VM, image docker etc … sera compatible tant que l’OS ne dépasse pas les limites du NAS.

bande passante disque

Le SSD permet en interne une vitesse de l’ordre de 250 à 350 Mo/s avec les SSD utilisés. C’est loin des spec. annoncées par Synology.

Ici Windows 10 (optimisation graphique) 4 Go / IDE / cache R/W avec 2 x SSD / autorisation écriture séquentielle cache SSD.

Ici Windows 17 (optimisation graphique) 4 Go / IDE / cache R/W avec 2 x SSD / autorisation écriture séquentielle cache SSD.

Reste les IOPs à vérifier …

On obtient déjà des scores différents et supérieurs de ceux annoncés par Synology … Mais bon gardons les pincettes de rigueur (il y a énormément de paramètres influant, c’est complexe et je ne suis pas certain de moi ET pas conscience ou accès à tous …).

EDIT : mais à l’usage certain pilotes et paramètres de configuration changent la donne. Des essais complémentaires vont être réalisés.

pilotes et interfaces disques

attention, le support des pilotes est un élément essentiel. Les essais effectués ont été réalisés avec une VM dont le pilote disque est en IDE … sic !

D’autres essais vont être réalisés en SATA et VMio.

Conclusion

première impression : fluidité

Ma première impression se situe au niveau de la navigation dans les fichiers à travers l’explorateur (réseau). L’explorateur (ou Finder) est plus réactif et affiche plus rapidement les aperçus.

Les transferts de fichiers sont bien plus rapides qu’en RAID 1 (c’est cohérent ET non vérifié en RAID 5).

Ce sont des points positifs mais rien d’existentiel ou qui ferait {acheter ce|changer de} modèle ou acheter des SSD pour cela …

Destination du NAS avec cache

L’intérêt principal est à voir du côté des machines virtuelless et des services (de manière général) gros consommateur de ressources > usage professionnel ou spécifique.

Dans ce cas, le traitement des IOPs, et des fichiers lourds ou nombreux, la bande passante disque interne (comprendre pas en réseau) seront plus rapides.

Mais à ce jour le quantitatif n’est disponible (je n’ai pas pu réaliser tous les essais). Ce n’est qu’une impression.

Les débits internes sont supérieurs à un RAID 5 (cf capture) mais je n’ai pas pu vérifier les IOPs pour confirmer l’intérêt.

Bilan

Clairement Synology, en proposant deux slots pour SSD NVMe, permet l’utilisation des machines virtuelles (Synology tente de combler son retard sur la concurrence). Mais l’architecture retenue ne permettra pas des performances extraordinaires (NVMe non exploitable) … le processeur et la carte graphique sont clairement les goulots d’étranglements.

Mais bon tout cela est à relativiser avec le tarif de la solution puisque si on veut mieux et bien ca sera tout simplement plus cher !

Avec des VM sans interface graphique, ça tournera bien mais oubliez l’usage de Windows ou autres OS avec interface graphique … ça sera plutôt {lent|peu réactif}.

nota : sous windows 7, en supprimant les effets graphiques (évitant la sollicitation du GPU), on retrouve une machine plus fluide dans l’interface.

D’ailleurs, le soucis pourrait venir du pilote graphique … un driver générique est utilisé et les logiciels de monitoring {ne détectent|n’affichent} rien …

Peut être que des améliorations sont à attendre de la part de Synology au niveau des pilotes … ?

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À propos de l'auteur

est professionnel de l'informatique et de la communication internet. Son métier lui donne souvent l'occasion de découvrir du matériel hightech, de développer et approfondir ses compétences dans des domaines complémentaires et variées (référencement, création de site, communication, marketing, formation etc …). Les articles et sujets abordés ici sont le fruit d'expériences de terrain et tentent d'apporter des solutions (ou des éclairages) à des problématiques bien réelles.



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