Zrcadlově akcelerovaná parita

Prostory úložiště můžou poskytovat odolnost proti chybám pro data pomocí dvou základních technik: zrcadlení a parity. V Storage Spaces Direct zavádí ReFS zrcadlově akcelerovanou paritu, která umožňuje vytvářet svazky využívající zrcadlovou i paritní odolnost. Zrcadlově akcelerovaná parita nabízí levné a prostorově efektivní úložiště bez obětování výkonu.

Background

Schémata odolnosti zrcadlení a parity mají zásadně odlišné charakteristiky úložiště a výkonu:

• Odolnost zrcadlení umožňuje uživatelům dosáhnout rychlého výkonu zápisu, ale replikace dat pro každou kopii není prostorově efektivní.
• Parita na druhé straně musí přepočítat paritu pro každý zápis, což způsobí, že dojde ke snížení výkonu náhodného zápisu. Parita ale umožňuje uživatelům ukládat data s větší efektivitou prostoru. Další informace najdete v tématu Odolnost prostorů úložiště proti chybám.

Zrcadlo je tedy předem připravené k poskytování úložiště citlivého na výkon, zatímco parita nabízí lepší využití kapacity úložiště. V zrcadleně akcelerované paritě využívá Odolný systém souborů výhody každého typu odolnosti k zajištění úložiště citlivého na kapacitu i výkon díky kombinování obou schémat odolnosti v rámci jednoho svazku.

Rotace dat na zrcadleně akcelerované paritě

ReFS aktivně obměňuje data mezi zrcadlem a paritou v reálném čase. Díky tomu se příchozí zápisy rychle zapisují do zrcadla a pak se přenesou na paritu pro efektivní uložení. Příchozí vstupně-výstupní operace se přitom rychle obsluhují v zrcadle, zatímco studená data se ukládají efektivně v paritě a zajišťují optimální výkon i ztracené úložiště ve stejném svazku.

Pokud chcete provést rotaci dat mezi zrcadlem a paritou, ReFS logicky rozdělí svazek na oblasti o velikosti 64 MiB, což je jednotka otáčení. Následující obrázek znázorňuje zrcadlově akcelerovaný svazek parity rozdělený do oblastí.

Systém ReFS začne rotovat úplné oblasti ze zrcadla do parity, jakmile zrcadlová úroveň dosáhne zadané úrovně kapacity. Místo okamžitého přesouvání dat ze zrcadla do parity systém ReFS čeká a uchovává data v zrcadle, pokud je to možné, což umožňuje systému souborů ReFS pokračovat v poskytování optimálního výkonu dat (viz níže "Výkon vstupně-výstupních operací" níže).

Když se data přesouvají ze zrcadla do parity, data se čtou, paritní kódování se vypočítá, a pak se tato data zapíšou do parity. Následující animace znázorňuje použití třícestné zrcadlené oblasti, která se během otáčení převede na oblast s kódem mazání:

Vstupně-výstupní operace při zrcadleně akcelerované paritě

Chování vstupně-výstupních operací

Píše se: Služby ReFS zpracovávají příchozí zápisy třemi různými způsoby:

1. Zápisy do zrcadla:

   • 1a. Pokud příchozí zápis změní existující data v zrcadle, reFS upraví data na místě.
   • 1b. Pokud je příchozí zápis nový a ReFS dokáže úspěšně najít dostatek volného místa na zrcadle pro tento zápis, ReFS zapíše do zrcadla.

2. Zápis do zrcadlení, přerozdělený z parity:

   Pokud příchozí zápis upraví data, která jsou v paritě, a ReFS dokáže úspěšně najít dostatek volného místa v zrcadle pro obsluhu příchozího zápisu, ReFS nejprve zneplatní předchozí data v paritě a pak zapíše na zrcadlo. Toto zneplatnění je rychlá a levná operace s metadata, která pomáhá výrazně zlepšit výkon zápisu v rámci parity.

3. Zápisy do parity:

   Pokud odolný systém souborů (ReFS) nemůže úspěšně najít dostatek volného místa v zrcadle, zapíše nová data do parity nebo přímo upraví stávající data v paritě. Níže uvedená část „Optimalizace výkonu“ obsahuje pokyny, které pomáhají minimalizovat zápisy do parity.

Čtení: ReFS bude číst přímo z vrstvy obsahující relevantní data. Pokud je parita konstruována s HDD, mezipaměť ve Storage Spaces Direct uloží tato data pro urychlení budoucího čtení.

Note

Čtení nikdy nezpůsobí, že reFS otočí data zpět do zrcadlové vrstvy.

Výkon vstupně-výstupních operací

Píše: Každý typ zápisu popsaný výše má své vlastní charakteristiky výkonu. Přibližně řečeno, zápisy do zrcadlové vrstvy jsou mnohem rychlejší než relokované zápisy a relokované zápisy jsou výrazně rychlejší než zápisy vytvořené přímo do paritní vrstvy. Tento vztah je ilustrován nerovností níže:

• Úroveň zrcadlení > Relokované zápisy >> Úroveň parity

Záznam: Při čtení z parity nedochází k žádnému smysluplnému negativnímu dopadu na výkon.

• Pokud jsou zrcadlení a parita vytvořené se stejným typem média, bude výkon čtení ekvivalentní.
• Pokud se zrcadlení a parita vytvářejí s různými typy médií – zrcadlené disky SSD, paritní PEVNÉ disky, například – mezipaměť v Prostorech úložiště s přímým přístupem pomůže ukládat horká data do mezipaměti, aby se urychlila čtení z parity.

Komprimace ReFS

Komprimace pro Odolný systém souborů (ReFS) je k dispozici ve Windows Serveru 2019 a novějších verzích, což výrazně zvyšuje výkon pro svazky se zrcadleně akcelerovanou paritou, které jsou 90 a více% plné.

Pozadí: Dříve, když se svazky se zrcadlenou akcelerovanou paritou zaplnily, mohlo dojít ke snížení výkonu těchto svazků. Výkon se snižuje, protože se horká a studená data v průběhu času smíchají v celém svazku. To znamená, že méně horkých dat lze ukládat do zrcadla, protože studená data zabírají místo na zrcadle, která by jinak mohla být používána horkými daty. Ukládání horkých dat do zrcadla je důležité pro zachování vysokého výkonu, protože zápisy přímo do zrcadla jsou mnohem rychlejší než relokované zápisy a řádově rychlejší než zápisy přímo do parity. Proto jsou studená data v zrcadle špatná pro výkon, protože snižuje pravděpodobnost, že reFS může provádět zápisy přímo do zrcadla.

Komprimace ReFS řeší tyto problémy s výkonem uvolněním místa na zrcadle pro horká data. Komprimace nejprve konsoliduje všechna data ze zrcadla i parity do parity. To snižuje fragmentaci svazku a zvyšuje množství adresovatelného prostoru v zrcadle. Důležitější je, že tento proces umožňuje systému souborů ReFS konsolidovat horká data zpět do zrcadla:

• Když přijdou nové zápisy, budou obsluhovány v zrcadle. Nově zapsaná horká data se tedy nacházejí v zrcadle.
• Při úpravě zápisu do dat v paritě ReFS provede relokovaný zápis, takže tento zápis se obsluhuje i v zrcadle. V důsledku toho se horká data, která byla během komprimace přesunuta do parity, převedou zpět do zrcadla.

Optimalizace výkonu

Important

Doporučujeme umístit virtuální pevné disky s velkými nároky na zápis do různých podadresářů. Je to proto, že ReFS zapisuje změny metadat na úrovni adresáře a jeho souborů. Takže pokud distribuujete soubory náročné na zápis mezi adresáře, operace metadat jsou menší a běží paralelně, což snižuje latenci pro aplikace.

Čítače výkonu

ReFS udržuje čítače výkonu, které pomáhají vyhodnotit výkon parity zrychlené zrcadlením.

• Jak je popsáno výše v části Zápis do parity, ReFS zapíše přímo do parity, když nemůže najít volné místo na zrcadle. K tomu obvykle dochází v případě, že se zrcadlená vrstva zaplní rychleji, než ReFS dokáže převádět data na paritu. Jinými slovy, rotace ReFS nemůže držet krok s rychlostí příjmu dat. Následující čítače výkonu identifikují, kdy reFS zapisuje přímo do parity:

  # Windows Server 2016
  ReFS\Data allocations slow tier/sec
  ReFS\Metadata allocations slow tier/sec
  
  # Windows Server 2019
  ReFS\Allocation of Data Clusters on Slow Tier/sec
  ReFS\Allocation of Metadata Clusters on Slow Tier/sec
  

• Pokud jsou tyto čítače nenulové, znamená to, že systém souborů ReFS nepřemisťuje data ze zrcadla dostatečně rychle. Aby to bylo možné zmírnit, můžete změnit agresivitu otáčení nebo zvětšit velikost zrcadlené vrstvy.

Agresivitu otáčení

Systém ReFS začne otáčet data, jakmile zrcadlo dosáhne zadané prahové hodnoty kapacity.

• Vyšší hodnoty těchto prahových hodnot způsobují, že ReFS uchovává data v zrcadlové vrstvě déle. Ponechání horkých dat na úrovni zrcadlení je optimální pro výkon, ale ReFS nebude moct efektivně obsluhovat velké množství příchozího I/O.
• Nižší hodnoty umožňují ReFS proaktivně zpracovávat data a lépe přijímat příchozí vstupně-výstupní operace. To platí pro úlohy náročné na zpracování dat, jako je například archivace dat. Nižší hodnoty ale můžou snížit výkon pro úlohy pro obecné účely. Zbytečné přesouvání dat z zrcadlové vrstvy způsobuje výkonovou penalizaci.

ReFS zavádí konfigurovatelný parametr pro úpravu této prahové hodnoty, kterou lze nastavit pomocí klíče registru. Tento klíč registru musí být nakonfigurován na každém uzlu v nasazení Storage Spaces Direct, a je vyžadován restart, aby se projevily veškeré změny.

• Klíč: HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Policies
• ValueName (DWORD): DataDestageSsdFillRatioThreshold
• ValueType: Procento

Pokud tento klíč registru není nastavený, systém ReFS použije výchozí hodnotu 85%. Tato výchozí hodnota se doporučuje pro většinu nasazení a hodnoty nižší než 50% se nedoporučují. Následující příkaz PowerShellu ukazuje, jak nastavit tento klíč registru s hodnotou 75%:

Set-ItemProperty -Path HKLM:\SYSTEM\CurrentControlSet\Policies -Name DataDestageSsdFillRatioThreshold -Value 75

Pokud chcete tento klíč registru nakonfigurovat v každém uzlu v nasazení Prostorů úložiště s přímým přístupem, můžete použít následující příkaz PowerShellu:

$Nodes = 'S2D-01', 'S2D-02', 'S2D-03', 'S2D-04'
Invoke-Command $Nodes {Set-ItemProperty -Path HKLM:\SYSTEM\CurrentControlSet\Policies -Name DataDestageSsdFillRatioThreshold -Value 75}

Zvětšení velikosti zrcadlené vrstvy

Zvětšení velikosti zrcadlené vrstvy umožňuje systému souborů ReFS zachovat větší část pracovní sady v zrcadle. Tím se zvyšuje pravděpodobnost, že reFS může zapisovat přímo do zrcadla, což pomůže dosáhnout lepšího výkonu. Níže uvedené rutiny PowerShellu ukazují, jak zvětšit velikost zrcadlené vrstvy:

Resize-StorageTier -FriendlyName "Performance" -Size 20GB
Resize-StorageTier -InputObject (Get-StorageTier -FriendlyName "Performance") -Size 20GB

Tip

Po změně velikosti storageTier nezapomeňte změnit velikost oddílu a svazku. Další informace a příklady naleznete v tématu Rozšíření základního svazku.

Vytvoření svazku se zrcadleně akcelerovanou paritou

Následující rutina PowerShellu vytvoří svazek zrcadlově akcelerované parity s poměrem Zrcadlení:Parity 20:80, což je doporučená konfigurace pro většinu úloh. Další informace a příklady najdete v tématu Vytváření svazků ve Storage Spaces Direct.

New-Volume -FriendlyName "TestVolume" -FileSystem CSVFS_ReFS -StoragePoolFriendlyName "StoragePoolName" -StorageTierFriendlyNames Performance, Capacity -StorageTierSizes 200GB, 800GB

Další odkazy

• Přehled ReFS
• klonování bloků ReFS
• integrační streamy ReFS
• Přehled Storage Spaces Direct