Повышение производительности с использованием LVM Striping⁠⁠

В области управления хранилищами приоритетом является достижение оптимальной производительности дисков. Стремление к более быстрому доступу к данным, уменьшению задержек и повышению количества операций ввода-вывода (I/O) и пропускной способности привело к использованию передовых техник. Одной из таких является LVM Striping (полосование), мощная функция менеджера логических томов (LVM), которая существенно повышает производительность дисковых томов.

Линейный (Linear) LVM против LVM Striping:

1.1 — Линейный LVM:

Линейная конфигурация, являющаяся стандартным подходом для LVM, подразумевает последовательное добавление нескольких физических томов (дисков) в группу томов (Volume Group). Данные последовательно записываются на эти диски: сначала заполняется один диск, затем следующий, и так далее.

Хотя линейный LVM прост и удобен для расширения хранилищ, он не полностью раскрывает потенциал параллельной обработки и увеличения общей пропускной способности.

1.2 — LVM Striping (Полосование):

Напротив, LVM Striping представляет собой более продвинутый подход, при котором данные распределяются одновременно по нескольким физическим томам. Это создает логический том, охватывающий сразу несколько дисков, что позволяет осуществлять параллельные операции чтения и записи. В результате значительно повышается производительность, что делает LVM Striping особенно привлекательным для систем с высоким уровнем нагрузки ввода-вывода.

Процесс создания полос:

1. Создание полос:

• Данные разделяются на сегменты («полосы»).

• Каждая полоса записывается на отдельный диск в составе логического тома.

2. Параллельная запись полос:

• Полосы записываются параллельно на несколько физических томов (дисков).

3. Равномерное распределение:

• Полосы равномерно распределены по дискам, предотвращая появление узкого места (bottleneck).

4. Увеличение IOPS и пропускной способности:

• Благодаря параллельной записи полос LVM Striping существенно увеличивает общую производительность и пропускную способность логического тома.

1.3 — Пример использования:

Рассмотрим пример с тремя дисками, каждый из которых обеспечивает пропускную способность 125 МБ/с:

• При использовании LVM Striping суммарная производительность составит 375 МБ/с.

• В случае же с линейным LVM, производительность останется равной 125 МБ/с, вне зависимости от количества добавленных дисков.

Настройка Linear LVM и Striping LVM:

В этом разделе мы создадим две группы томов (Volume Groups, VG): одну линейную, вторую — с полосованием, каждая с использованием трёх дисков. Затем создадим логические тома (Logical Volumes, LV), отформатируем и смонтируем их.

2.1 — Исходные данные:

• Сервер: AWS EC2 instance типа m4.10xlarge

• EBS-диски: 6 штук по 20ГБ (тип GP3, 3000 IOPS, 125MiB/s пропускная способность каждый)

• ОС: Amazon Linux 2

Просмотр подключенных дисков:

# lsblk

2.2 — Создание групп томов (VG):

Создадим две группы томов:

# vgcreate vg_linear /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd
# vgcreate vg_striping /dev/sde /dev/sdf /dev/sdg

# vgs

2.3 — Создание линейного логического тома (Linear LVM):

# lvcreate -l 100%FREE -n lv_linear vg_linear

Параметры:

• -l 100%FREE — задействовать весь доступный объем VG.

• -n lv_linear — имя логического тома.

• vg_linear — целевая группа томов.

2.4 — Создание логического тома с полосованием (Striping LVM):

# lvcreate -l 100%FREE -i 3 -I 64k -n lv_striping vg_striping

Параметры:

• -l 100%FREE — задействовать весь объем VG.

• -i 3 — количество полос (равно числу дисков).

• -I 64k — размер полосы.

• -n lv_striping — имя логического тома.

• vg_striping — целевая группа томов.

2.5 — Проверка созданных LV:

Проверка линейного LV:

# lvdisplay -m /dev/vg_linear/lv_linear

Проверка LV с полосованием:

# lvdisplay -m /dev/vg_striping/lv_striping

Здесь мы можем увидеть различные детали наших настроек.

2.6 — Форматирование и монтирование LV:

# mkfs.xfs /dev/vg_linear/lv_linear

# mkfs.xfs /dev/vg_striping/lv_striping

# mkdir /mnt/linear

# mkdir /mnt/striping

# mount /dev/vg_linear/lv_linear /mnt/linear/

# mount /dev/vg_striping/lv_striping /mnt/striping/

# df -h

LV успешно смонтированы.

3 — Тестирование производительности LV (benchmark):

Для тестирования используем инструмент fio:

# yum install fio -y

3.1 — Тестирование линейного LV:

Чтобы сравнить LV, мы будем использовать файл конфигурации FIO, который поможет нам генерировать трафик на 400м:

# cat fio_config-1.fio

[global]

ioengine=libaio

runtime=60

time_based

direct=1

rw=write

size=10G

bs=512K

rate=400M

numjobs=16

[job1]

filename=/mnt/linear/testfile

Запуск тестирования с созданным конфигом:

# fio fio_config-1.fio

Одновременно с этим в отдельном терминале запустим iostat, чтобы контролировать использование дисков:

# iostat -xdmt 2

Видим, что используется только один диск xvdb со скоростью 125 МБ/с.

Ту же картину нам демонстрирует и fio:

Операции записи были выполнены исключительно на одном диске.

3.2 — Тестирование LV с полосованием:

Теперь снова запустим fio, но изменим параметр filename в файле конфигурации:

filename=/mnt/striping/testfile

Запускаем iostat:

Все три диска работают параллельно, суммарная скорость равна 375 МБ/с (125 x 3).

Аналогичную картинку нам демонстрирует и fio:

Вывод:

LVM Striping является мощным решением для организаций, которые хотят максимально эффективно использовать ресурсы своих хранилищ. Распределяя данные параллельно на несколько дисков, LVM Striping не только значительно увеличивает производительность, но и обеспечивает масштабируемость и гибкость управления хранилищами.

Используйте LVM Striping, чтобы раскрыть потенциал параллельной обработки данных и вывести производительность дисковой подсистемы на новый уровень.