Maximizar la eficiencia del almacenamiento de datos: QSAN XN5124D con discos duros SAS Nearline de 22TB de Toshiba

Este artículo examina el rendimiento de los discos duros nearline de 22TB de Toshiba en el sistema de almacenamiento unificado XN5124D de QSAN. La evaluación se focaliza en la idoneidad del sistema para cargas de trabajo exigentes en organizaciones y empresas, tales como virtualización, contenedorización, videovigilancia y backup.

Configuración y rendimiento

Con ese objetivo, el equipo de Toshiba se embarcó en una nueva prueba en su laboratorio utilizando los discos duros de próxima generación de capacidad empresarial de la serie MG, concretamente el modelo MG10SFA22TE de 22TB SAS 12 Gb/s instalados en el sistema insignia de QSAN, XN5124D (ver Foto 1).

Se trata de un sistema de almacenamiento unificado de 4U/24 bahías que puede funcionar como almacenamiento conectado a la red (NAS) proporcionando carpetas/sistemas de archivos compartidos o como almacenamiento en bloque para redes de área de almacenamiento (SAN) dedicadas como iSCSI, Fibre Channel o incluso en paralelo.

Foto 1: El XCubeNXT XN5124D de QSAN en el laboratorio HDD de Toshiba

QSAN promueve su almacenamiento unificado XN5124D como «la generación más nueva de XCubeNXT que aprovecha su versatilidad para cargas de trabajo mixtas líderes en la industria». La empresa asegura, además, que su soporte a múltiples protocolos y plataformas QSAN cruzadas, altamente disponibles y seguros, proporciona el mejor Coste Total de Propiedad (TCO) para aplicaciones que demandan capacidad.

El sistema cuenta con interfaces de 25 GbE que eliminan los cuellos de botella de rendimiento previos, impuestos por las interfaces de red de 10 GbE que solo permiten 1,2 Gb/s. Por tanto, el objetivo de las pruebas ha sido evaluar el rendimiento máximo para diferentes configuraciones HDD.

Montaje

La arquitectura de controlador dual del XN5124D está optimizada para discos duros SAS nearline de alta capacidad. Cuenta con un diseño robusto de montaje en rack con rutas duales desde la red hasta el acceso al disco duro y una fuente de alimentación dual/redundante, lo que hace que resulte ideal para entornos empresariales.

Foto 2: Conexiones de red al almacenamiento unificado QSAN XN8024D

Los controladores tienen múltiples opciones de conectividad con 4 canales de 10GbE SFP+, un puerto de administración RJ45 de 1GbE y dos puertos SFF-8644 (mini-SAS-HD) para extensión de capacidad mediante JBOD externos. Para esta prueba, las dos ranuras de submódulo han permitido una actualización de 25 GbE con dos puertos SFP28 para conectar un puerto de cada controlador al servidor de aplicaciones (ver Foto 2). Se ha utilizado, como referencia, el modelo XN5124D044C20 con el firmware de controlador 4.0.2.
Configuraciones de los HDD
Para evaluar el rendimiento se han probado diversas configuraciones RAID (ver Tabla 1)

• RAID6 de 24 HDD: Un único conjunto RAID con doble paridad que ofrece una capacidad neta de 22 HDD. Si una unidad falla, la segunda paridad aún protege los datos. La eficiencia del pool es del 9 %, ya que 22 de los 24 HDD transportan datos del usuario, o 484 TB de datos utilizables de una capacidad instalada total de 528 TB.
• RAID60 de 24 HDD con sub-arrays 2/4/6: RAID60, que equivale a grupos RAID6 agrupados, y permite un acceso más rápido y paralelo a las unidades. No obstante, dado que cada sub-array requiere dos unidades de paridad, la eficiencia del pool se reduce: cuantos más sub-arrays, menor será la eficiencia.
• RAID10 de 24 HDD: este sistema consta de 12 sub-arrays reflejados y es conocido por su alto rendimiento de escritura, especialmente escritura aleatoria, ya que no es necesario calcular información de paridad. Como consecuencia, la eficiencia del pool cae al 50%. En comparación con las protecciones de datos del tipo RAID6x, RAID10 no protege estrictamente los datos ya que, si falla un espejo, los datos solo están presentes en el disco espejo desprotegido restante.

Tabla 1: Configuración RAID y eficiencia del almacenamiento

En grupos con los niveles RAID mencionados antes, algunos volúmenes se han instalado con una capacidad por volumen de 50 TB siempre conectado como un número de unidad lógica (LUN) a un grupo hosts iSCSI. El LUN iSCSI se conectó a un servidor de aplicaciones como una unidad física de Windows. Mientras se evaluaba el disco físico utilizando benchmarks basados en fio, se midieron el rendimiento, la temperatura del disco y el consumo de energía.

Todas las mediciones se realizaron con el estado del volumen del bloque online, completamente inicializado. Para niveles RAID de paridad como RAID6 y RAID60, la prueba requirió aproximadamente dos horas para 10 TB de capacidad de volumen; ver la configuración en la Tabla 2.

Tabla 2: Configuración de grupo y volumen

Mediciones de rendimiento y resultados

El sistema de almacenamiento ofrece un rendimiento de lectura secuencial de aproximadamente 2700 MB/s, que es proporcional a la velocidad de la conexión iSCSI de 25 GbE al servidor de aplicaciones; ver la Tabla 3. En consecuencia, la velocidad de la red se convierte en un factor más limitante que la configuración RAID.

Se observa que la velocidad de escritura secuencial ronda los 1500 MB/s, una velocidad que se mantiene constante en los diferentes niveles de RAID. Esta coherencia sugiere que RAID6 es la opción óptima para tareas de acceso secuencial como archivo, transmisión y vídeo debido a su mayor eficiencia de almacenamiento. Las configuraciones alternativas como RAID60 o RAID10, aunque no ofrecen mejoras de rendimiento, dan como resultado una reducción de la capacidad de almacenamiento disponible.

Tabla 3: Resultados de la medición del rendimiento

En escenarios que implican operaciones de lectura aleatoria, que son críticas para aplicaciones como IA y análisis de video, RAID6 muestra el mayor rendimiento IOPS. Esto se atribuye a la distribución de datos en la mayor cantidad de discos activos, utilizándose 22 de 24.

Para cargas de trabajo que dependen en gran medida de operaciones de escritura aleatoria, como aquellas que hacen uso de directorios activos, bases de datos, servidores de correo electrónico y virtualización, las configuraciones RAID60 y RAID10 ofrecen un rendimiento superior.

RAID10, en particular, sobresale en rendimiento de escritura debido a su sencillo enfoque de duplicación, logrando hasta 8k de IOPS. A pesar de su menor eficiencia de almacenamiento y su nivel de protección reducido en comparación con RAID6 y RAID60, RAID10 sigue siendo la configuración preferida cuando es esencial un alto rendimiento de escritura. Sin embargo, su vulnerabilidad radica en la posibilidad de pérdida de datos si fallan dos unidades específicas dentro de un solo espejo, mientras que RAID6 y RAID60 pueden soportar el fallo de dos unidades cualesquiera sin comprometer los datos.

Sumar a estas configuraciones de almacenamiento SSD en caché puede generar mejoras significativas del rendimiento para cargas de trabajo de acceso aleatorio, aunque el alcance del beneficio depende en gran medida de la carga de trabajo específica y no ha estado dentro de esta evaluación de laboratorio.

Potencia y temperatura, consumo eficiente

El consumo de energía para el modelo de almacenamiento, que utiliza discos duros de alta capacidad como el Toshiba MG10SFA22TE, alcanza un máximo justo por debajo de los 500 W (ver Tabla 4). Con un consumo promedio de 400 W para hasta medio Petabyte de almacenamiento neto, el modelo contribuye notablemente a reducir el consumo de energía del almacenamiento TI y del centro de datos, logrando una eficiencia impresionante de menos de 1 kW/PB en operación completa, incluidas las interfaces de red de alta velocidad.

Tabla 4: Mediciones de consumo de energía

Los discos duros de la serie MG de Toshiba están clasificados para funcionar a temperaturas internas de hasta 60°C. Sin embargo, para garantizar la máxima fiabilidad a largo plazo, se mantiene una temperatura ambiente de 24°C, lo que previene que los discos duros funcionen constantemente a 42°C o más, un umbral más allá del cual la fiabilidad a largo plazo puede comenzar a disminuir.

Un sistema preparado para las demandas actuales

El sistema de almacenamiento unificado XN5124D de QSAN, equipado con 24 HDD Enterprise SAS de 22 TB de Toshiba, demuestra su capacidad para satisfacer las demandas de gran capacidad y rendimiento de las actuales cargas de trabajo empresariales.

El sistema es altamente eficiente y fiable con hasta 484 TB de capacidad neta en configuración RAID6 e impresionantes velocidades de lectura/escritura secuencial. El consumo de energía se mantiene por debajo de los 500 W y las temperaturas del disco duro están bien gestionadas, lo que contribuye a la fiabilidad a largo plazo, así como a la reducción del coste total de propiedad.

Autor: Rainer W. Kaese, director sénior de Desarrollo de Negocio de HDD de Toshiba Electronics Europe