Почему ZFS в Linux не может полностью использовать 8x SSD на экземпляре AWS i2.8xlarge?

Я полностью новичок в ZFS, поэтому для начала я решил сделать несколько простых тестов, чтобы понять, как он себя ведет. Я хотел раздвинуть границы его производительности, поэтому я подготовил i2.8xlargeэкземпляр Amazon EC2 (почти 7 долларов в час, время действительно деньги!). Этот экземпляр имеет 8 800 ГБ SSD.

Я сделал fioтест на самих SSD и получил следующий вывод (обрезанный):

$ 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 случайной записи 4K. Респектабельный.

Затем я создал том ZFS, охватывающий все 8. Сначала у меня был один raidz1vdev со всеми 8 твердотельными накопителями, но я прочитал о причинах, которые mirrorухудшают производительность, поэтому я получил четыре vdevs, например:

$ 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 установил размер записи на 4K и провел свой 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]

Я получаю только 52K IOPS для этого пула ZFS. Это на самом деле немного хуже, чем один SSD.

Я не понимаю, что я делаю здесь не так. Я неправильно настроил ZFS или это плохой тест производительности ZFS?

Обратите внимание, что я использую официальный 64-битный образ CentOS 7 HVM, хотя я обновил ядро ​​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 установил ZFS из репозитория zfs, указанного здесь . У меня версия 0.6.5.5 zfsпакета.

ОБНОВЛЕНИЕ : предложение Per @ ewwhite я попробовал ashift=12и ashift=13:

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

и

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

Ничто из этого не имело никакого значения. Из того, что я понимаю, последние биты ZFS достаточно умны, идентифицируя 4K SSD и используя разумные значения по умолчанию.

Однако я заметил, что загрузка процессора резко возрастает. @ Тим предложил это, но я отклонил его, однако, думаю, я не наблюдал за процессором достаточно долго, чтобы это заметить. В этом случае примерно 30 процессорных ядер, а загрузка процессора достигает 80%. Голодный процесс? z_wr_issмного примеров этого.

Я подтвердил, что сжатие выключено, поэтому это не двигатель сжатия.

Я не использую raidz, поэтому это не должно быть вычисление четности.

Я сделал, perf topи это показывает большую часть времени ядра, проведенного _raw_spin_unlock_irqrestoreв z_wr_int_4и osq_lockв z_wr_iss.

Теперь я считаю, что в этом узком месте производительности есть компонент ЦП, хотя я не приблизился к тому, чтобы выяснить, что это может быть.

ОБНОВЛЕНИЕ 2 : Согласно @ewwhite и другим предположениям, что именно виртуализированная природа этой среды создает неопределенность производительности, я использовал ее fioдля сравнения случайных записей 4K, распределенных по четырем SSD в среде. Каждый SSD дает ~ 55K IOPS, поэтому я ожидал около 240K IO для четырех из них. Это более или менее то, что я получил:

$ 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]

Это ясно показывает, что виртуализированная среда может поддерживать IOPS намного выше, чем я вижу. Что-то в том, как реализован ZFS, не дает ему достичь максимальной скорости. Я просто не могу понять, что это такое.

Эта настройка не может быть хорошо настроена. Существуют параметры, необходимые как для файла /etc/modprobe/zfs.conf, так и для значения ashift при использовании твердотельных накопителей

Попробуйте ashift = 12 или 13 и попробуйте снова.

Редактировать:

Это все еще виртуализированное решение, поэтому мы не знаем слишком много о базовом оборудовании или о том, как все взаимосвязано. Я не знаю, что вы получите лучшую производительность от этого решения.

Редактировать:

Думаю, я не вижу смысла пытаться оптимизировать экземпляр облака таким способом. Потому что, если бы целью была максимальная производительность, вы бы использовали аппаратное обеспечение, верно?

Но помните, что ZFS имеет много настраиваемых настроек, и то, что вы получаете по умолчанию, не близко к вашему варианту использования.

Попробуйте следующее в вашей /etc/modprobe.d/zfs.confи перезагрузите компьютер. Это то, что я использую в своих пулах данных с твердотельным накопителем для серверов приложений. Ваш ashift должен быть 12 или 13. Тест с компрессией = выкл, но используйте сжатие = lz4 в производстве. Установите atime = выкл. Я бы оставил размер записи по умолчанию (128 КБ).

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

Вероятно, вы ожидаете блокировки мьютекса ядра Linux, которая, в свою очередь, может ожидать кольцевой буфер Xen. Я не могу быть уверен в этом без доступа к аналогичной машине, но я не заинтересован в том, чтобы платить Amazon $ 7 / час за эту привилегию.

Более подробное описание здесь: https://www.reddit.com/r/zfs/comments/4b4r1y/why_is_zfs_on_linux_unable_to_fully_utilize_8x/d1e91wo ; Я бы предпочел, чтобы это было в одном месте, чем в двух.

Я потратил приличное количество времени, пытаясь выследить это. Моя конкретная задача: сервер Postgres, и я хочу использовать ZFS для своего объема данных. Базовая линия - XFS.

Прежде всего, мои испытания говорят мне, что ashift=12это неправильно. Если есть какое-то магическое ashiftчисло, его нет 12. Я использую 0и получаю очень хорошие результаты.

Я также экспериментировал с кучей опций zfs, и те, которые дают мне следующие результаты:

atime=off - Мне не нужно время доступа

checksum=off - Я раздеваюсь, а не зеркалирую

compression=lz4- Производительность лучше со сжатием (компромисс?)

exec=off - это для данных, а не для исполняемых файлов

logbias=throughput - Читайте на паутинах, это лучше для Postgres

recordsize=8k - PG определенный 8k размер блока

sync=standard- попытался отключить синхронизацию; не видел большой пользы

Мои тесты ниже показывают лучшую производительность, чем XFS (пожалуйста, прокомментируйте, если вы видите ошибки в моих тестах!).

На этом мой следующий шаг - попробовать Postgres, работающий на файловой системе 2 x EBS ZFS.

Моя конкретная настройка:

EC2: m4.xlargeэкземпляр

EBS: 250 ГБ gp2томов

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

Сначала я хотел протестировать производительность EBS. Используя вариант fioкоманды выше, я придумал заклинание ниже. Примечание: я использую блоки 8k, потому что я прочитал 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%

Необработанная производительность для тома EBS равна WRITE: io=3192.2MB.

Теперь тестируем XFS с помощью той же fioкоманды:

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%

Наша базовая линия WRITE: io=3181.9MB; очень близко к сырой скорости диска.

Теперь перейдем к ZFS со WRITE: io=3181.9MBссылкой:

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

Обратите внимание, это работает лучше, чем XFS WRITE: io=4191.7MB. Я уверен, что это связано со сжатием.

Для удовольствия я собираюсь добавить второй 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

Со вторым томом, WRITE: io=5975.9MBтак что ~ 1.8X пишет.

Третий том дает нам WRITE: io=6667.5MB, так что ~ 2.1X пишет.

И четвертый том дает нам WRITE: io=6552.9MB. Для этого типа экземпляра, похоже, я почти перекрываю сеть EBS двумя томами, определенно тремя, и не лучше с 4 (750 * 3 = 2250 IOPS).

* Из этого видео убедитесь, что вы используете ядро ​​Linux версии 3.8+, чтобы получить все преимущества EBS.