Чому ZFS в Linux не може повністю використовувати 8x SSD на екземплярі AWS i2.8xlarge?

Я абсолютно новачок у ZFS, тому для початку я подумав, що буду робити прості орієнтири на ньому, щоб зрозуміти, як він себе веде. Мені хотілося просунути межі його продуктивності, тому я передбачив i2.8xlargeекземпляр Amazon EC2 (майже $ 7 / год, час справді - гроші!). Цей примірник має 8 800 ГБ SSD-дисків.

Я зробив fioтест на самих жорстких дисках і отримав наступний вихід (оброблений):

$ sudo fio --name randwrite --ioengine=libaio --iodepth=2 --rw=randwrite --bs=4k --size=400G --numjobs=8 --runtime=300 --group_reporting --direct=1 --filename=/dev/xvdb
[trimmed]
  write: io=67178MB, bw=229299KB/s, iops=57324, runt=300004msec
[trimmed]

57K IOPS для 4K випадкових записів. Поважні.

Потім я створив об'єм ZFS, що охоплює всі 8. Спочатку у мене був один raidz1vdev із усіма 8 SSD-дисками, але я читав про причини, які це погано для продуктивності, тому я закінчив чотири mirrorvdevs, як-от так:

$ sudo zpool create testpool mirror xvdb xvdc mirror xvdd xvde mirror xvdf xvdg mirror xvdh xvdi
$ sudo zpool list -v
NAME   SIZE  ALLOC   FREE  EXPANDSZ   FRAG    CAP  DEDUP  HEALTH  ALTROOT
testpool  2.91T   284K  2.91T         -     0%     0%  1.00x  ONLINE  -
  mirror   744G   112K   744G         -     0%     0%
    xvdb      -      -      -         -      -      -
    xvdc      -      -      -         -      -      -
  mirror   744G    60K   744G         -     0%     0%
    xvdd      -      -      -         -      -      -
    xvde      -      -      -         -      -      -
  mirror   744G      0   744G         -     0%     0%
    xvdf      -      -      -         -      -      -
    xvdg      -      -      -         -      -      -
  mirror   744G   112K   744G         -     0%     0%
    xvdh      -      -      -         -      -      -
    xvdi      -      -      -         -      -      -

Я встановив розмір запису на 4K і запустив свій тест:

$ sudo zfs set recordsize=4k testpool
$ sudo fio --name randwrite --ioengine=libaio --iodepth=2 --rw=randwrite --bs=4k --size=400G --numjobs=8 --runtime=300 --group_reporting --filename=/testpool/testfile --fallocate=none
[trimmed]
  write: io=61500MB, bw=209919KB/s, iops=52479, runt=300001msec
    slat (usec): min=13, max=155081, avg=145.24, stdev=901.21
    clat (usec): min=3, max=155089, avg=154.37, stdev=930.54
     lat (usec): min=35, max=155149, avg=300.91, stdev=1333.81
[trimmed]

У цьому пулі ZFS я отримую лише 52K IOPS. Це насправді трохи гірше, ніж сам SSD.

Я не розумію, що я тут роблю неправильно. Я неправильно налаштував ZFS, чи це поганий тест продуктивності ZFS?

Примітка: Я використовую офіційне 64-бітове зображення CentOS 7 HVM, хоча я оновив до ядра 4.4.5 elrepo:

$ uname -a
Linux ip-172-31-43-196.ec2.internal 4.4.5-1.el7.elrepo.x86_64 #1 SMP Thu Mar 10 11:45:51 EST 2016 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

Я встановив ZFS з перерахованого тут zfs repo . У мене версія 0.6.5.5 zfsпакета.

UPDATE : Пер @ ewwhite - й пропозиція , яке я спробував ashift=12і ashift=13:

$ sudo zpool create testpool mirror xvdb xvdc mirror xvdd xvde mirror xvdf xvdg mirror xvdh xvdi -o ashift=12 -f

і

$ sudo zpool create testpool mirror xvdb xvdc mirror xvdd xvde mirror xvdf xvdg mirror xvdh xvdi -o ashift=13 -f

Жодне з них не мало жодного значення. Як я розумію, останні біти ZFS досить розумні, щоб ідентифікувати 4K SSD-диски та використовувати розумні за замовчуванням.

Однак я помітив, що використання процесора скорочується. @Tim запропонував це, але я відхилив це, проте, я думаю, що не спостерігав процесор досить довго, щоб помітити. У цьому випадку є приблизно 30 ядер CPU, а використання процесора зростає до 80%. Голодний процес? z_wr_iss, безліч примірників цього.

Я підтвердив, що стиснення вимкнено, тому це не двигун стиснення.

Я не використовую raidz, тому це не повинно бути обчисленням паритету.

Я зробив це, perf topі це показує більшу частину часу ядра, проведеного _raw_spin_unlock_irqrestoreв z_wr_int_4і osq_lockв z_wr_iss.

Зараз я вважаю, що для цього вузького місця існують компоненти процесора, хоча я не ближче до з'ясування того, що це може бути.

ОНОВЛЕННЯ 2 : За припущенням @ewwhite та інших людей про те, що саме віртуалізований характер цього середовища створює невизначеність продуктивності, я використовував fioдля порівняння випадкових 4K-записів, що поширюються на чотири SSD в середовищі. Кожен SSD сам по собі дає ~ 55K IOPS, тому я очікував десь близько 240 К IO через чотири з них. Це більш-менш те, що я отримав:

$ sudo fio --name randwrite --ioengine=libaio --iodepth=8 --rw=randwrite --bs=4k --size=398G --numjobs=8 --runtime=300 --group_reporting --filename=/dev/xvdb:/dev/xvdc:/dev/xvdd:/dev/xvde
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=libaio, iodepth=8
...
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=4K-4K/4K-4K/4K-4K, ioengine=libaio, iodepth=8
fio-2.1.5
Starting 8 processes
[trimmed]
  write: io=288550MB, bw=984860KB/s, iops=246215, runt=300017msec
    slat (usec): min=1, max=24609, avg=30.27, stdev=566.55
    clat (usec): min=3, max=2443.8K, avg=227.05, stdev=1834.40
     lat (usec): min=27, max=2443.8K, avg=257.62, stdev=1917.54
[trimmed]

Це чітко показує, що навколишнє середовище, хоча віртуалізоване воно може бути, може підтримувати IOPS набагато вище, ніж те, що я бачу. Дещо про те, як реалізується ZFS, це утримувати його від досягнення максимальної швидкості. Я просто не можу зрозуміти, що це таке.

Ця настройка може бути налаштована недостатньо. Існують параметри, необхідні як для файлу /etc/modprobe/zfs.conf, так і для значення ashift при використанні SSD

Спробуйте ashift = 12 або 13 і повторіть тест.

Редагувати:

Це все ще віртуалізоване рішення, тому ми не знаємо занадто багато про базовий апарат або про те, як все взаємопов’язано. Я не знаю, що ви отримаєте кращі результати від цього рішення.

Редагувати:

Я думаю, я не бачу сенсу намагатися оптимізувати хмарний екземпляр таким чином. Бо якби мета була найвищою ефективністю, ви б використовували апаратне забезпечення, правда?

Але пам’ятайте, що ZFS має безліч настроюваних налаштувань, і те, що ви отримуєте за замовчуванням, ніде не наближається до вашого випадку використання.

Спробуйте наступне у своєму /etc/modprobe.d/zfs.confі перезавантажте. Це те, що я використовую у своїх SSD-накопичувачах для серверів додатків. Ваша швидкість має бути 12 або 13. Показник зі стисненням = вимкнено, але використовуйте компресію = lz4 у виробництві. Встановити atime = вимкнено. Залишаю запис за замовчуванням (128 К).

options zfs zfs_vdev_scrub_min_active=48
options zfs zfs_vdev_scrub_max_active=128
options zfs zfs_vdev_sync_write_min_active=64
options zfs zfs_vdev_sync_write_max_active=128
options zfs zfs_vdev_sync_read_min_active=64
options zfs zfs_vdev_sync_read_max_active=128
options zfs zfs_vdev_async_read_min_active=64
options zfs zfs_vdev_async_read_max_active=128
options zfs zfs_top_maxinflight=320
options zfs zfs_txg_timeout=30
options zfs zfs_dirty_data_max_percent=40
options zfs zfs_vdev_scheduler=deadline
options zfs zfs_vdev_async_write_min_active=8
options zfs zfs_vdev_async_write_max_active=64
options zfs zfs_prefetch_disable=1

Здається, що ви очікуєте на замок mutex ядра Linux, який, у свою чергу, може чекати на буфер кільця Xen. Я не можу бути впевненим у цьому без доступу до подібної машини, але мені не цікаво платити Amazon 7 доларів на годину за цю пільгу.

Більш тривала реєстрація тут: https://www.reddit.com/r/zfs/comments/4b4r1y/why_is_zfs_on_linux_unable_to_ful_utilize_8x/d1e91wo ; Я вважаю за краще це бути в одному місці, ніж у двох.

Я витратив гідну кількість часу, намагаючись відстежити це. Моя специфічна проблема: сервер Postgres, і я хочу використовувати ZFS для його обсягу даних. Основна лінія - XFS.

Перш за все, мої випробування говорять мені, що ashift=12це неправильно. Якщо є якесь магічне ashiftчисло, це не 12. Я використовую, 0і я отримую дуже хороші результати.

Я також експериментував з низкою параметрів zfs, і ті, що дають мені нижче результати, це:

atime=off - Мені не потрібно часу доступу

checksum=off - Я знімаю, не дзеркально

compression=lz4- Продуктивність краща за рахунок стиснення (процесорний компроміс?)

exec=off - Це для даних, а не виконуваних файлів

logbias=throughput - Прочитайте на інтерв'ю, що це краще для Postgres

recordsize=8k - ПЗ специфічного 8k блокування

sync=standard- намагалися вимкнути синхронізацію; не бачив великої користі

Мої тести нижче показують кращі показники XFS (будь ласка, коментуйте, якщо ви бачите помилки в моїх тестах!).

Наступним моїм наступним кроком є ​​спробу Postgres, що працює у файловій системі 2 x EBS ZFS.

Моя конкретна установка:

EC2: m4.xlargeекземпляр

EBS: gp2обсяги 250 Гб

ядро: Linux [...] 3.13.0-105-generic # 152-Ubuntu SMP [...] x86_64 x86_64 x86_64 GNU / Linux *

По-перше, я хотів перевірити сирі показники EBS. Використовуючи варіант fioкоманди вище, я придумав заклик нижче. Примітка. Я використовую 8k блоки, тому що я читав записи PostgreSQL:

ubuntu@ip-172-31-30-233:~$ device=/dev/xvdbd; sudo dd if=/dev/zero of=${device} bs=1M count=100 && sudo fio --name randwrite --ioengine=libaio --iodepth=4 --rw=randwrite --bs=8k --size=400G --numjobs=4 --runtime=60 --group_reporting --fallocate=none --filename=${device}
100+0 records in
100+0 records out
104857600 bytes (105 MB) copied, 0.250631 s, 418 MB/s
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=8K-8K/8K-8K/8K-8K, ioengine=libaio, iodepth=4
...
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=8K-8K/8K-8K/8K-8K, ioengine=libaio, iodepth=4
fio-2.1.3
Starting 4 processes
Jobs: 4 (f=4): [wwww] [100.0% done] [0KB/13552KB/0KB /s] [0/1694/0 iops] [eta 00m:00s]
randwrite: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=18109: Tue Feb 14 19:13:53 2017
  write: io=3192.2MB, bw=54184KB/s, iops=6773, runt= 60327msec
    slat (usec): min=2, max=805209, avg=585.73, stdev=6238.19
    clat (usec): min=4, max=805236, avg=1763.29, stdev=10716.41
     lat (usec): min=15, max=805241, avg=2349.30, stdev=12321.43
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[   15],  5.00th=[   16], 10.00th=[   17], 20.00th=[   19],
     | 30.00th=[   23], 40.00th=[   24], 50.00th=[   25], 60.00th=[   26],
     | 70.00th=[   27], 80.00th=[   29], 90.00th=[   36], 95.00th=[15808],
     | 99.00th=[31872], 99.50th=[35584], 99.90th=[99840], 99.95th=[199680],
     | 99.99th=[399360]
    bw (KB  /s): min=  156, max=1025440, per=26.00%, avg=14088.05, stdev=67584.25
    lat (usec) : 10=0.01%, 20=20.53%, 50=72.20%, 100=0.86%, 250=0.17%
    lat (usec) : 500=0.13%, 750=0.01%, 1000=0.01%
    lat (msec) : 2=0.01%, 4=0.01%, 10=0.59%, 20=2.01%, 50=3.29%
    lat (msec) : 100=0.11%, 250=0.05%, 500=0.02%, 750=0.01%, 1000=0.01%
  cpu          : usr=0.22%, sys=1.34%, ctx=9832, majf=0, minf=114
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=408595/d=0, short=r=0/w=0/d=0

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=3192.2MB, aggrb=54184KB/s, minb=54184KB/s, maxb=54184KB/s, mint=60327msec, maxt=60327msec

Disk stats (read/write):
  xvdbd: ios=170/187241, merge=0/190688, ticks=180/8586692, in_queue=8590296, util=99.51%

Сирі показники для обсягу EBS є WRITE: io=3192.2MB.

Тепер тестування XFS з тією ж fioкомандою:

Jobs: 4 (f=4): [wwww] [100.0% done] [0KB/0KB/0KB /s] [0/0/0 iops] [eta 00m:00s]
randwrite: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=17441: Tue Feb 14 19:10:27 2017
  write: io=3181.9MB, bw=54282KB/s, iops=6785, runt= 60024msec
    slat (usec): min=3, max=21077K, avg=587.19, stdev=76081.88
    clat (usec): min=4, max=21077K, avg=1768.72, stdev=131857.04
     lat (usec): min=23, max=21077K, avg=2356.23, stdev=152444.62
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[   29],  5.00th=[   40], 10.00th=[   46], 20.00th=[   52],
     | 30.00th=[   56], 40.00th=[   59], 50.00th=[   63], 60.00th=[   69],
     | 70.00th=[   79], 80.00th=[   99], 90.00th=[  137], 95.00th=[  274],
     | 99.00th=[17024], 99.50th=[25472], 99.90th=[70144], 99.95th=[120320],
     | 99.99th=[1564672]
    bw (KB  /s): min=    2, max=239872, per=66.72%, avg=36217.04, stdev=51480.84
    lat (usec) : 10=0.01%, 20=0.03%, 50=15.58%, 100=64.51%, 250=14.55%
    lat (usec) : 500=1.36%, 750=0.33%, 1000=0.25%
    lat (msec) : 2=0.68%, 4=0.67%, 10=0.71%, 20=0.58%, 50=0.59%
    lat (msec) : 100=0.10%, 250=0.02%, 500=0.01%, 750=0.01%, 1000=0.01%
    lat (msec) : 2000=0.01%, >=2000=0.01%
  cpu          : usr=0.43%, sys=4.81%, ctx=269518, majf=0, minf=110
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=407278/d=0, short=r=0/w=0/d=0

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=3181.9MB, aggrb=54282KB/s, minb=54282KB/s, maxb=54282KB/s, mint=60024msec, maxt=60024msec

Disk stats (read/write):
  xvdbd: ios=4/50983, merge=0/319694, ticks=0/2067760, in_queue=2069888, util=26.21%

Наш базовий рівень є WRITE: io=3181.9MB; дійсно близька до швидкої сировини диска.

Тепер, на ZFS з WRITE: io=3181.9MBпосиланням:

ubuntu@ip-172-31-30-233:~$ sudo zpool create testpool xvdbd -f && (for option in atime=off checksum=off compression=lz4 exec=off logbias=throughput recordsize=8k sync=standard; do sudo zfs set $option testpool; done;) && sudo fio --name randwrite --ioengine=libaio --iodepth=4 --rw=randwrite --bs=8k --size=400G --numjobs=4 --runtime=60 --group_reporting --fallocate=none --filename=/testpool/testfile; sudo zpool destroy testpool
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=8K-8K/8K-8K/8K-8K, ioengine=libaio, iodepth=4
...
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=8K-8K/8K-8K/8K-8K, ioengine=libaio, iodepth=4
fio-2.1.3
Starting 4 processes
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
Jobs: 4 (f=4): [wwww] [100.0% done] [0KB/41328KB/0KB /s] [0/5166/0 iops] [eta 00m:00s]
randwrite: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=18923: Tue Feb 14 19:17:18 2017
  write: io=4191.7MB, bw=71536KB/s, iops=8941, runt= 60001msec
    slat (usec): min=10, max=1399.9K, avg=442.26, stdev=4482.85
    clat (usec): min=2, max=1400.4K, avg=1343.38, stdev=7805.37
     lat (usec): min=56, max=1400.4K, avg=1786.61, stdev=9044.27
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[   62],  5.00th=[   75], 10.00th=[   87], 20.00th=[  108],
     | 30.00th=[  122], 40.00th=[  167], 50.00th=[  620], 60.00th=[ 1176],
     | 70.00th=[ 1496], 80.00th=[ 2320], 90.00th=[ 2992], 95.00th=[ 4128],
     | 99.00th=[ 6816], 99.50th=[ 9536], 99.90th=[30592], 99.95th=[66048],
     | 99.99th=[185344]
    bw (KB  /s): min= 2332, max=82848, per=25.46%, avg=18211.64, stdev=15010.61
    lat (usec) : 4=0.01%, 50=0.09%, 100=14.60%, 250=26.77%, 500=5.96%
    lat (usec) : 750=5.27%, 1000=4.24%
    lat (msec) : 2=20.96%, 4=16.74%, 10=4.93%, 20=0.30%, 50=0.08%
    lat (msec) : 100=0.04%, 250=0.03%, 500=0.01%, 2000=0.01%
  cpu          : usr=0.61%, sys=9.48%, ctx=177901, majf=0, minf=107
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=536527/d=0, short=r=0/w=0/d=0

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=4191.7MB, aggrb=71535KB/s, minb=71535KB/s, maxb=71535KB/s, mint=60001msec, maxt=60001msec

Зауважте, це було краще, ніж XFS WRITE: io=4191.7MB. Я майже впевнений, що це пов’язано зі стисненням.

Для киків я збираюся додати другий том:

ubuntu@ip-172-31-30-233:~$ sudo zpool create testpool xvdb{c,d} -f && (for option in atime=off checksum=off compression=lz4 exec=off logbias=throughput recordsize=8k sync=standard; do sudo zfs set $option testpool; done;) && sudo fio --name randwrite --ioengine=libaio --iodepth=4 --rw=randwrite --bs=8k --size=400G --numjobs=4 --runtime=60 --group_reporting --fallocate=none --filename=/testpool/testfile; sudo zpool destroy testpool
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=8K-8K/8K-8K/8K-8K, ioengine=libaio, iodepth=4
...
randwrite: (g=0): rw=randwrite, bs=8K-8K/8K-8K/8K-8K, ioengine=libaio, iodepth=4
fio-2.1.3
Starting 4 processes
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
randwrite: Laying out IO file(s) (1 file(s) / 409600MB)
Jobs: 4 (f=4): [wwww] [100.0% done] [0KB/71936KB/0KB /s] [0/8992/0 iops] [eta 00m:00s]
randwrite: (groupid=0, jobs=4): err= 0: pid=20901: Tue Feb 14 19:23:30 2017
  write: io=5975.9MB, bw=101983KB/s, iops=12747, runt= 60003msec
    slat (usec): min=10, max=1831.2K, avg=308.61, stdev=4419.95
    clat (usec): min=3, max=1831.6K, avg=942.64, stdev=7696.18
     lat (usec): min=58, max=1831.8K, avg=1252.25, stdev=8896.67
    clat percentiles (usec):
     |  1.00th=[   70],  5.00th=[   92], 10.00th=[  106], 20.00th=[  129],
     | 30.00th=[  386], 40.00th=[  490], 50.00th=[  692], 60.00th=[  796],
     | 70.00th=[  932], 80.00th=[ 1160], 90.00th=[ 1624], 95.00th=[ 2256],
     | 99.00th=[ 5344], 99.50th=[ 8512], 99.90th=[30592], 99.95th=[60672],
     | 99.99th=[117248]
    bw (KB  /s): min=   52, max=112576, per=25.61%, avg=26116.98, stdev=15313.32
    lat (usec) : 4=0.01%, 10=0.01%, 50=0.04%, 100=7.17%, 250=19.04%
    lat (usec) : 500=14.36%, 750=15.36%, 1000=17.41%
    lat (msec) : 2=20.28%, 4=4.82%, 10=1.13%, 20=0.25%, 50=0.08%
    lat (msec) : 100=0.04%, 250=0.02%, 2000=0.01%
  cpu          : usr=1.05%, sys=15.14%, ctx=396649, majf=0, minf=103
  IO depths    : 1=0.1%, 2=0.1%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, >=64=0.0%
     submit    : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     complete  : 0=0.0%, 4=100.0%, 8=0.0%, 16=0.0%, 32=0.0%, 64=0.0%, >=64=0.0%
     issued    : total=r=0/w=764909/d=0, short=r=0/w=0/d=0

Run status group 0 (all jobs):
  WRITE: io=5975.9MB, aggrb=101982KB/s, minb=101982KB/s, maxb=101982KB/s, mint=60003msec, maxt=60003msec

З другим томом WRITE: io=5975.9MB, так ~ 1,8X пише.

Третій том дає нам WRITE: io=6667.5MB, так що ~ 2.1X пише.

І четвертий том дає нам WRITE: io=6552.9MB. Для цього типу екземпляра виглядає так, що я майже обмежую мережу EBS двома томами, безумовно, трьома, і це не краще з 4 (750 * 3 = 2250 IOPS).

* З цього відео переконайтеся, що ви використовуєте ядро ​​Linux 3.8+ для отримання всієї користі EBS.