Análise comparativa de desempenho de FileSystems em ambientes virtualizados

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Artigo

Kleber José da Silva Columbia – 14/08/2012

ANÁLISE COMPARATIVA DE DESEMPENHO DE FILESYSTEMS EM

AMBIENTES VIRTUALIZADOS


Agenda 1. Introdução

2. Contexto

3. FileSystems

4. Trabalhos relacionados

5. Especificação do experimento

6. Simulação de carga

7. Coleta dos resultados

8. Gráficos de desempenho

9. Provisionamento

10. Backup em fita

11. Trabalhos futuros

12. Conclusão


Neste artigo será apresentada uma

comparação entre filesystems em ambientes

virtualizados. O objetivo é avaliar seus

resultados de desempenho na máquina

virtual, a utilização de recursos de storage e

características de provisionamento e backup

em fita, para auxiliar na melhor escolha para

uma implementação de consolidação de

servidores e ambientes de computação em

nuvem (cloud computing).

1 - Introdução


2 - Contexto • O VMM (Virtual Machine Monitor) ou

hypervisor virtualiza a CPU, o sistema de

gerenciamento de memória e o sistema de

entrada/saída (E/S);

• O que gera maior sobrecarga, são as

operações de E/S, nos FileSystems;

• Para o experimento desse artigo o

hypervisor vSphere da empresa VMware foi

escolhido por se tratar da maior base

instalada atualmente nas organizações;


2 - Contexto


3 - FileSystems • Projetados para armazenar e gerenciar um

grande número de arquivos, com recursos

para criação, atribuição de nomes e exclusão

de arquivos;

• O hypervisor vSphere da VMware, na sua

última versão 5, possibilita a criação de

unidades de discos virtuais para as máquinas

virtuais por pelo menos quatro maneiras

diferentes, as quais são testadas neste

experimento em uma VM Windows 2008.


3 - FileSystems

a) Disco criado em um DataStore VMFS3

b) Disco criado em um DataStore VMFS5

c) Disco criado em um área no storage

mapeado diretamente para a máquina

virtual, ou seja, no esquema RDM (Raw

Device Mapping), sendo a formatação em

NTFS;

d) Disco criado em um DataStore NFS


3.1 - VMFS

DataStores

VMFS são áreas

disponibilizadas

no Storage para

os hypervisors

vSphere por meio

do protocolo FCP

ou iSCSI


3.2 – RDM - NTFS Neste caso não é

criado o arquivo

.vmdk, pois a

formatação da

LUN no storage é

feita pela

máquina virtual,

por exemplo

NTFS no

Windows


3.3 – NFS Os DataStores NFS são

áreas disponibilizadas no

Storage para os hypervisors

vSphere por meio do

protocolo NFS utilizando

uma infraestrutura TCP/IP.

(apenas NFSv3,

por enquanto)


4 – Trabalhos relacionados

• [VMWA07] VMware Inc; “Performance

Characteristics of VMFS and RDM”. Artigo,

USA (2007):

• Filesystems VMFS3 e RDM. Para acessos

randômicos ambos produziram vazão

similar, e para acessos sequenciais o disco

em RDM apresentaram resultados melhores

que VMFS3.


5 – Especificação do experimento

VMware

vSphere 5

Storage Netapp

FAS2040.

(RAID 7+1)

Máq. Virtual:

Windows 2008

R2 64 bits

Laboratório

dedicado


5 – Especificação do experimento

• No Storage, 3 LUNs iSCSI e 1 volume NFS

disponibilizados para os servidores ESX;

• No ESX, 4 discos adicionais na VM Win

2008 (VMFS3, VMFS5, RDM e NFS;

• Na VM, partições iguais de 10GBytes em

cada disco e formatados com NTFS;

• Ferramenta IOMeter instalada na VM.

www.iometer.org

http://www.iometer.org/


6 – Simulação de carga

Configurações fixas:

• Relação 75% leitura x 25% escrita;

• 40% randômico x 60% sequencial;

• 16 threads (# of outstanding I/O);

• Tamanho de arquivo em 32Kbytes;

• I/O alinhado em blocos de 4Kbytes

(o mesmo do Storage Netapp)


6 – Simulação de carga Especificação no IOMeter:


7 – Coleta de resultados

• Servidor Windows (4 pontos de coleta). Ex.:

• Storage Netapp (3 pontos de coleta). Ex.:

IOPs Vazão (MB/s) Tempo de Resposta (ms)

Util. CPU

1865 58MB/s 8.5ms 4%

Util. CPU Operações/Seg Util. Disco

58% 2.230 84%


8 – Gráficos de desempenho • IOPs (Servidor)


8 – Gráficos de desempenho • Vazão


8 – Gráficos de desempenho • Tempo de Resposta


8 – Gráficos de desempenho • CPU (Servidor)


8 – Gráficos de desempenho • CPU (Storage)


8 – Gráficos de desempenho • Operações (Storage)


8 – Gráficos de desempenho • Disco (Storage)


9 – Provisionamento

• Criação nos discos, todos os 4 filesystems

suportam o thin provisioning. Há perda de

espaço para a formatação do filesystem

VMFS, que não ocorre no NTFS direto em

RDM ou em um datastore NFS;

• Na deleção dos discos, VMFS3, VMFS5 e

RDM não libera espaço (característica SAN)

– necessário “block reclamation”. Somente

NFS libera espaço (característica NAS).

Bom para ambiente dinâmicos (Cloud)


10 – Backup em fita

• VMFS (3 ou 5) e RDM: backup para fita com

agente instalado na máquina virtual e os

dados sendo copiados pela rede ethernet

para um Media Server e desde para Fita:

Desvant.: Custo da aquisição de uma

licença do agente de backup e eventual

sobrecarga da rede ethernet da máquina

virtual ou do hypervisor durante a janela de

backup;

Vant.: Granularidade de arquivos na VM.


10 – Backup em fita

• NFS: backup pelo protocolo NDMP. Storage

esteja conectado diretamente a um

dispositivo de fita (tape device):

Vant.: não consome recursos do servidor

hypervisor e nem da VM. Custo baixo:

licenciamento apenas de um agente no

servidor de Backup;

Desvant.: granularidade até o nível da VM,

mas não de arquivos dentro da VM. OBS.:

Há métodos alternativos manuais.


11 – Trabalhos futuros

• Novas funcionalidades nas configurações

ethernet: Jumbo Frames, IPv6, etc;

• Analisar a influencia do VAAI (vStorage APIs

for Array integration);

• Explorar a desfragmentação dos filesystems

e alinhamentos de blocos no Storage;

• Estender os testes a outros hypervisors,

Citrix XenServer e Microsoft HyperV e

outros S.O. como Linux com FS ext3;


12 – Conclusão

• Desempenho: VMFS5 um pouco melhor na

1ª exec + prep; NFS melhor a partir da 2ª

execução, mais eficiente sob fragmentação;

• Provisionamento: após deleção NFS mais

eficiente na liberação de espaço no storage

(ambientes dinâmicos – Cloud);

• Backup em fita: VMFS e RDM restauração

granular de arquivos, com desvantagens de

maior custo e utilização de recursos do

servidor. NFS, backup via NDMP storage

para fita, restore granular manual.


Apêndices vSphere


Apêndices IOMeter


Apêndices

Storage

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