提升Exadata 计算节点本地IO性能

1、问题概述

某客户有一台Exadata X2-2，每个计算节点是4块普通的本地SAS硬盘做成的RAID5，然后在RAID5的本地硬盘上创建了一个文件系统来存放DSG数据同步软件，在后续的运维过程中，发现DSG数据同步软件在进行数据同步时的延时非常严重。

DSG进行检查和性能分析后，确认是由于Exadata的本地硬盘提供的IOPS无法满足DSG软件的要求，大量的时间都在等待本地磁盘的读写IO上。

通过磁盘性能分析工具也可以发现，本地盘的IO使用率基本上是在90%以上，严重时长时间100%，客户希望提供一个完整的解决方案，能解决Exadata上本地磁盘性能太差的问题。

2、解决方案

2.1 方案思路

我们知道，X2-2的计算节点使用的是4块转速为10k的SAS盘，这样的低性能磁盘，无论怎样折腾，它的性能也不会太高，肯定无法满足DSG软件的要求，这就只能选择在计算节点上选择SSD固态硬盘。

如果方案选择使用SSD固态硬盘，则后续的一系列问题必须进行确认：

1、计算节点的硬盘背板是否有多余的插槽？

2、计算节点是否支持SSD固态硬盘？

3、计算节点的RAID卡支持哪些RAID类型？

2.2 硬盘背板是否存在空余插槽

查看SUN X4170 M2的官方手册，我们可以找到计算节点硬盘背板的一些参数指标，如下图所示:

Disk Backplane

Option #

Manufacturing Part #

Description

Previous Part #

n/a

7051678 ⁹ [F]

8-Slot Disk Backplane, SATA DVD

511-1283 [F]

从以上指标信息，我们可以看出，exadata x2-2计算节点的硬盘背板上一共有8个硬盘插槽，目前raid 5的四块硬盘已经用掉四个槽位，还有四个空余槽位可以用来扩容新的硬盘。

同样，也可以看出SUN X4170 M2计算节点硬盘背板的pn 号为：7051678。

2.3 硬盘背板是否支持SSD

继续查看SUN X4170 M2的官方手册，我们可以看到PN号为7051678的硬盘背板支持的SSD硬盘类型，具体如下图所示:

		Intel SSDSA2BZ300G3 [Inquiry Unknown] (300GB - 2.5" Solid State - SATA Disk)	n/a
541-2123	Marlin 2.5" Bracket	n/a
XRA-ST2CF32G2SSD-N [S]	540-7841 [C]	32GB Solid State SATA Drive Assembly	n/a
	371-4196	Intel SSDSA2SH032G1SB [Inquiry Unknown] (32GB - 2.5" Solid State - SATA Disk)	n/a
	541-2123	Marlin 2.5" Bracket	n/a

从以上表格可以看出，最大支持300GB SSD固态硬盘。

注：其实上是否最大只支持300GB的SSD？其实不是这样的，经过测试，1TB的SSD固态硬盘都是支持的。

2.4 方案选择

通过以上收集的信息，我们有两种方案可供选择。方案一：将当前计算节点操作系统的四个插槽的SAS盘全部更换为SSD盘。方案二：只是在富余的插槽上新插入一块SSD盘。下面，我们来对比方案一和方案二两种方案的优缺点。

方案一：

优点：

1、系统中仍然只会存在一个RAID5的逻辑盘，这个RAID5由4块SSD组成，这种方式对日后的运维和升级基本没有影响。

2、4块SSD组成的逻辑盘，所以整体的IOPS和MBPS非常高。

缺点：

1、一个计算节点就需要4块SSD盘，所以整体的费用会比较高。

2、整个方案操作过程会比较复杂，风险也相对较高。因为需要在线拔盘，插盘，磁盘重组，且一次只能操作一块硬盘，如果在插盘并重组过程中，其它磁盘出现故障，则会导致整个RAID5损坏，操作系统无法启动。

方案二：

优点：

1、一个计算节点只需要1块SSD盘，所以整体费用比较便宜。

2、整个方案操作过程简单且无风险。因为只会对新插入的SSD进行操作创建成RAID0,并创建VG和文件系统，对操作系统所在的RAID5无任何影响。

缺点：

1、因为新插入的SSD盘会做成RAID0，所以系统中会有一个RAID5,还有一个RAID0。这种定制的方式会影响后期的存储软件升级。同时，日常的巡检工具exachk也会出现误报。

基于综合考虑，最终选择了第二种方案，即每个计算节点只增加1块SSD盘，做成RAID0给DSG软件使用。

3、添加SSD硬盘

3.1 raid卡支持的raid类型

当进行虚拟驱动器(Virtual Drive)RAID创建时,我们需要注意的是RAID对底层物理磁盘个数的要求，具体如下图所示：

RAID型号	最少磁盘数
RAID0	1
RAID1	2
RAID5	3
RAID6	4

在方案中，我们在每个计算节点只插入一块SSD磁盘，对应上面的图可以看出，只能做成RAID0方式，RAID0其实是对磁盘做条带化，而没有数据的保护措施，也即这块磁盘损坏，则对应的RAID0也损坏，会造成数据丢失。而在方案中，我们仍然选择每个计算节点只插入1块SSD盘，是因为DSG软件的数据冗余由DSG软件自身来保证，或者也可以说是DSG软件的丢失不会影响到后期的数据同步工作。

3.2 SSD盘添加过程

将SSD盘插入计算节点的空闲插槽，盘托的硬盘指示灯变绿即表示SSD盘插入成功。这时，在操作系统层面是无法识别到这块新的SSD盘的，只能通过RAID管理软件来识别这块SSD硬盘。

3.3 对SSD盘创建RAID 0

在对新的SSD盘创建RAID0之前，我们必须先了解当前主机上插入的物理硬盘的情况，具体如下所示：

[root@sddxdb01 MegaCli]# /opt/MegaRAID/MegaCli/MegaCli64 -PDList -aAll

Adapter #0

Enclosure Device ID: 252

Slot Number: 0

……(略)

Enclosure Device ID: 252

Slot Number: 5

Enclosure position: 0

Device Id: 12

WWN: 50025388700813CF

Sequence Number: 1

Media Error Count: 0

Other Error Count: 0

Predictive Failure Count: 0

Last Predictive Failure Event Seq Number: 0

PD Type: SATA

Raw Size: 953.869 GB [0x773bd2b0 Sectors]

Non Coerced Size: 953.369 GB [0x772bd2b0 Sectors]

Coerced Size: 952.742 GB [0x7717c000 Sectors]

Firmware state: Unconfigured(good), Spun Up

Is Emergency Spare : NO

Device Firmware Level: 2B6Q

Shield Counter: 0

Successful diagnostics completion on : N/A

SAS Address(0): 0x4433221106000000

Connected Port Number: 4(path0)

Inquiry Data: S2BANWAG100576K Samsung SSD 850 PRO 1TB EXM02B6Q

FDE Enable: Disable

Secured: Unsecured

Locked: Unlocked

Needs EKM Attention: No

Foreign State: Foreign

Foreign Secure: Drive is not secured by a foreign lock key

Device Speed: 6.0Gb/s

Link Speed: 6.0Gb/s

Media Type: Solid State Device

Drive Temperature :23C (73.40 F)

PI Eligibility: No

Drive is formatted for PI information: No

PI: No PI

Drive's write cache : Disabled

Drive's NCQ setting : Disabled

Port-0 :

Port status: Active

Port's Linkspeed: 6.0Gb/s

Drive has flagged a S.M.A.R.T alert : No

Exit Code: 0x00

[root@sddxdb01 MegaCli]#

从以上的命令输出可以看出，新插入的这块SSD硬盘的插槽号为5，但它的"Foreign State"为" Foreign",表示这块新插入的SSD盘自带了RAID配置信息，也即这块SSD硬盘以前被使用过，曾经加入到过其它的RAID组中。

此时，如果直接对该SSD硬盘创建RAID 0，则肯定会失败，报错信息如下：

[root@sddxdb01 MegaCli]# /opt/MegaRAID/MegaCli/MegaCli64 -CfgLdAdd -r0 [252:5] -a0

The specified physical disk does not have the appropriate attributes to complete

the requested command.

Exit Code: 0x26

[root@sddxdb01 MegaCli]#

通过如下命令即可验证是否存在外部的信息：

[root@sddxdb01 MegaCli]# /opt/MegaRAID/MegaCli/MegaCli64 -CfgForeign -Scan -a0

There are 1 foreign configuration(s) on controller 0.

Exit Code: 0x00

[root@sddxdb01 MegaCli]#

可见，这块SSD盘以前被创建过RAID，所以磁盘中残余有RAID信息，清除掉以前的RAID信息即可：

[root@sddxdb01 MegaCli]# /opt/MegaRAID/MegaCli/MegaCli64 -CfgForeign -Clear -a0

Foreign configuration 0 is cleared on controller 0.

Exit Code: 0x00

[root@sddxdb01 MegaCli]#

再次确认是否还存在外部信息：

Adapter #0

Enclosure Device ID: 252

Slot Number: 0

Enclosure position: 0

Firmware state: Online, Spun Up

Inquiry Data: HITACHI H106030SDSUN300GA2B01215N77LAB

Foreign State: None

Enclosure Device ID: 252

Slot Number: 1

Enclosure position: 0

Firmware state: Online, Spun Up

Inquiry Data: HITACHI H106030SDSUN300GA2B01214N68GZB

Foreign State: None

Enclosure Device ID: 252

Slot Number: 2

Enclosure position: 0

Firmware state: Online, Spun Up

Inquiry Data: HITACHI H106030SDSUN300GA2B01214N6MX3B

Foreign State: None

Enclosure Device ID: 252

Slot Number: 3

Enclosure position: 0

Firmware state: Online, Spun Up

Inquiry Data: HITACHI H106030SDSUN300GA2B01215N6HL3B

Foreign State: None

Enclosure Device ID: 252

Slot Number: 5

Enclosure position: 0

Firmware state: Unconfigured(good), Spun Up

Inquiry Data: S2BANWAG100576K Samsung SSD 850 PRO 1TB EXM02B6Q

Foreign State: None

Media Type: Solid State Device

[root@sddxdb01 MegaCli]#

从以上的命令输出可以看出，插槽号为5的SSD硬盘，外部信息已经被清除，现在可以正常使用该硬盘创建RAID。

[root@sddxdb01 MegaCli]# /opt/MegaRAID/MegaCli/MegaCli64 -CfgLdAdd -r0 [252:5] -a0

Adapter 0: Created VD 1

Adapter 0: Configured the Adapter!!

Exit Code: 0x00

[root@sddxdb01 MegaCli]#

可见，在SSD硬盘上创建RAID0成功。

4、创建vg及文件系统

RAID0创建成功后，在操作系统层面就可以看到这块SSD硬盘，命令为/dev/sdb。下面，我们需要将/dev/sdb创建成VG和文件系统来给DSG软件使用。

[root@sddxdb01 MegaCli]# pvcreate /dev/sdb1

Writing physical volume data to disk "/dev/sdb1"

Physical volume "/dev/sdb1" successfully created

[root@sddxdb01 MegaCli]# vgcreate datavg /dev/sdb1

Volume group "datavg" successfully created

[root@sddxdb01 MegaCli]# vgdisplay

--- Volume group ---

VG Name datavg

System ID

Format lvm2

Metadata Areas 1

Metadata Sequence No 1

VG Access read/write

VG Status resizable

MAX LV 0

Cur LV 0

Open LV 0

Max PV 0

Cur PV 1

Act PV 1

VG Size 952.74 GB

PE Size 4.00 MB

Total PE 243901

Alloc PE / Size 0 / 0

Free PE / Size 243901 / 952.74 GB

VG UUID EF8cbh-rDCd-iQpz-BSS8-VXAZ-k3d2-nmNacV

--- Volume group ---

VG Name VGExaDb

System ID

Format lvm2

Metadata Areas 1

Metadata Sequence No 8

VG Access read/write

VG Status resizable

MAX LV 0

Cur LV 6

Open LV 4

Max PV 0

Cur PV 1

Act PV 1

VG Size 834.89 GB

PE Size 4.00 MB

Total PE 213731

Alloc PE / Size 200704 / 784.00 GB

Free PE / Size 13027 / 50.89 GB

VG UUID p1Nq1d-5lz7-deCd-1y0k-Yzzi-jeIB-ecgzIh

[root@sddxdb01 MegaCli]#

5、性能对比

我们知道使用SSD后，IO性能肯定会比以前有大幅提升，但到底能提升多少，我们最好能进行量化。

下面，我们使用FIO工具进行IO的读测试：

# fio --filename=/dev/sdb --direct=1 --rw=read --bs=1m --size=1g --numjobs=4 --group_reporting --name=test-sequential-read

# fio --filename=/dev/sdb --direct=1 --rw=randread --bs=4k --size=1g --numjobs=4 --group_reporting --name=test-rand-read

# fio --filename=/dev/sda --direct=1 --rw=read --bs=1m --size=1g --numjobs=4 --group_reporting --name=test-sequential-read

# fio --filename=/dev/sda --direct=1 --rw=randread --bs=4k --size=1g --numjobs=4 --group_reporting --name=test-rand-read

如下图表，是FIO工具进行测试的数据，从得到的数据来看，SSD硬盘随机读的IOPS和MBPS比本地盘提升在30倍以上。

	MBPS(顺序读)	IOPS(顺序读)	MBPS(随机读)	IOPS(随机读)
SSD(RAID0)	397564KB/s	388	74975KB/s	18743
本地盘(RAID5)	380608KB/s	371	2342.7KB/s	585

整个的IO提升效果还是非常明显的。客户后期将DSG软件迁移至SSD硬盘所在的文件系统中，再也没有出现过因为本地磁盘IO性能影响数据同步延时的情况。