Bauen Sie sicheren Speicher mit hoher Dichte für eine NAS-Lösung mit Intel® QuickAssist-Technik

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Network Attached Storage (NAS) ist ein zweckspezifisches Datenspeichergerät mit mehreren Laufwerken, das für zahlreiche Dateispeicher- und Freigabelösungen eingesetzt werden kann. Es verbindet sich mit einem Heimnetzwerk oder Büronetzwerk und ermöglicht es Benutzern, von jedem Gerät aus auf Dateien zuzugreifen, ohne sich an das Laufwerk anzuschließen. Dies bietet eine skalierbare Lösung für eine Vielzahl von Unternehmen und Budgets. Und der massive Speicher wird auch zu einer erheblichen Herausforderung, mit der sich die NAS-Infrastruktur konfrontiert sieht, wobei Datenkomprimierung und Verschlüsselung eine entscheidende Technik zur Lösung von Problemen darstellt. Allerdings erfordert die Datenkomprimierung als typische rechenintensive Workload enorme Rechenressourcen von den Prozessoren. Wanyou Inc. hat als einer der bekanntesten Anbieter von hochwertigen NAS-Lösungen in der Volksrepublik China eng mit Intel und integrierten hardwarebasierten Datenkomprimierungs- und Verschlüsselungslösungen wie Intel® QuickAssist-Technik (QAT) zusammengearbeitet, um die Speicherdichte zu erhöhen, die IO-Leistung des Systems zu optimieren und die Verschlüsselung aus vielen persistenten Daten in das U-NAS Betriebssystem (OS) v6.1.2 von Wanyou zu beschleunigen.

Anforderungen:

  • Unterstützen Sie einen intelligenten Ansatz zur effizienten persistenten Verwaltung von NAS-Daten mit einem geschützten Mechanismus: Dies bietet Funktionen der Komprimierung auf Dateiebene mit geringem Overhead und qualifizierter Leistung, um eine sichere Freigabe von Dateien und Ordnern zu unterstützen, die vom NAS- Markt für KMU gefordert wird. Durch Komprimierung von Daten mit Beschleunigungstechnik reduzieren Sie die Zeit der Datenkomprimierung und die verwendeten Ressourcen des Server-Computing. Die NAS-Freigabe erfordert auch eine Verschlüsselung für Anwendungen, mit der Verschlüsselung oder Entschlüsselung geteilter Ordner für die Datenfreigabe.
  • Reduzieren Sie die NAS-Speicherkosten mit anhaltender IO-Leistung: Da die in NAS-Servern gespeicherten Daten dauernd wachsen, benötigt das U-NAS-Betriebssystem von Wanyou Datenkomprimierung, um die Speicherdichte zu verbessern und die Kosten der Datenspeicherung zu reduzieren. Dabei unterstützt die IO-Leistung den NAS-Backup in Situationen wie sichere Echtzeit-Wiederherstellung im Fall einer Katastrophe und Speicherung/Sicherung von riesigen Mengen kritischer Daten ohne Verzögerung.

Auflösungen:

  • Intel® C62x Chipsatz QuickAssist-Technik: Wanyou und Intel haben gemeinsam die hardwarebasierte Datenkomprimierungs- und Verschlüsselungslösung getestet. Ausgestattet mit 1 Intel® Xeon® D-2123IT-Prozessor, 8 Einheiten des SSD 860 EVO 250 GB für ZFS’s SW RaidZ1 (etwa das gleiche wie RAID5), 4 Kanäle mit 64 GB DDR4 2400 MHz für insgesamt 256 GB Arbeitsspeicher und einer PCIe*-basierten Intel® C62x Chipsatz QuickAssist Technology Steckkarte für ihren Linux-Kernel v5.10. schreibt das Benchmark-Programm 10G Rohdaten auf die SSDs. Die Unternehmen überwachten das Datenkomprimierungsverhältnis, die Komprimierungs- und Verschlüsselungszeiten, IOPs, die Prozessornutzung beim Ausführen des Benchmark-Programms.
  • ZFS Mainstream: Z File System (ZFS) auf Linux* (ZOL*) unterstützt Intel® QuickAssist seit v0.7.0. Sobald das neueste ZFS-Dateisystem darunter bereitgestellt wird, können auf das Laufwerk geschriebene Daten durch Intel® QuickAssist Hardware komprimiert oder verschlüsselt werden, und dann durch Intel® QuickAssist transparent entkomprimiert/entschlüsselt werden, wenn die Daten von der Festplatte gelesen werden.

Vorteile:

  • 1Die Datenkomprimierungskapazität wird erheblich verbessert: Durch die Bevorzugung einer höheren Komprimierung über die Geschwindigkeit verbesserte sich die IO-Leistung der ZFS-Komprimierung auf Systemebene um das 16,4-fache von 1346 auf 22.100 IOPS, am Beispiel eines 64K-sequentiellen Schreibtests, und die CPU-Auslastung fiel dabei auch von 75 % auf 22 %.
  • 1Datenspeicherkosten werden sicher reduziert: Durch Intel® QuickAssist C62x für hardwarebasierte Datenkomprimierung und -verschlüsselung kann Wanyou von ZFS profitieren und mehr Daten auf dem gleichen Speicherplatz unterbringen, um Speicherkosten zu senken und sichere Ordner mit akzeptabler Leistung für NAS SW bereitzustellen.

Wanyou, ein chinesisches Unternehmen, das 2007 gegründet wurde, konzentriert sich energisch auf Technik, Design und Fertigung, um die kostengünstigsten NAS-Produkte und die vielseitigsten und kostengünstigsten NSA-Lösungen (Network Attached Storage) auf NAS-Märkte zu bringen. Bislang hat es in der Volksrepublik China die Top 2 das NAS-Markts für KMU erreicht. Die Nachfrage nach Speicher und Sicherheit wächst in Unternehmen aufgrund der zunehmenden Cyberangriffe, die in vielen Formen kommen, um die Sicherheit von KMU in diesen Jahren zu gefährden. Wanyou bringt mehr Lösungen für sein U-NAS-Betriebssystem, um seinen KMU-Kunden dabei zu helfen, die Daten aus ihren Rechensystemen zu schützen, was enorme Herausforderungen an die Datenanwendungen stellt.

IO-Leistung von ZFS mit Datenkomprimierung und Verschlüsselung in RAID

Um die Speichereffizienz in NAS zu verbessern, entschied sich Wanyou, die Datenkomprimierungstechnik zu testen. Daten wurden über ZFS komprimiert, bevor sie auf das Laufwerk geschrieben wurden, damit mehr Daten im gleichen Speicherplatz gespeichert werden können. Wanyou verwendete einen Server mit einem Intel® Xeon® D-2123IT und testete den IO-Zugriff mit Einheiten von 4K/64K/256K, einschließlich zufälliger oder sequentieller Methoden auf 10 GB Daten mit unterschiedlichen Anzahl gleichzeitigen Prozessen im ZFS-Dateisystem. Der Test zeigte sich, dass im Durchschnitt für ZFS mit der von QAT unterstützten Komprimierung ein höherer Durchsatz der IO-Leistung zwischen Datenzugriffsrate (MB/s) und IOPS-Durchsatz erzielt wurde, etwa das 8-16-fache im Vergleich zur reinen CPU-Verarbeitung. Mit ZFS mit Verschlüsselungsunterstützung über Intel QAT bleiben die Leistung des IO-Durchsatzes und IOPS auch im Vergleich zu einer reinen Prozessorlösung gut und stabil.

Es wird nicht nur die IO-Leistung in Tests verbessert. Außerdem wird die Datenzugriffszeit reduziert und die Leistung des Dateisystems verbessert, was die Daten auf dem NAS-Server optimal nutzt.

Reduzieren Sie die Belegung von Prozessoren bei der Datenkomprimierung oder Verschlüsselung

Da die Datenkomprimierung mit Level 6 Gzip eine normalerweise rechenintensive Workload ist, erreicht die Nutzung der Server-CPU in Wanyous ZFS-Testumgebung bei der Komprimierung nur durch Prozessoren 78 %. Das wird die Systemstabilität aufgrund verschiedener NAS-Dienste und Anwendungen beeinflussen, die dynamisch laufen. Die prozessorbasierte Datenkomprimierungslösung ist nicht für die NAs-Produktionsumgebung geeignet, da sie zu viel CPU-Overhead für die Reduzierung des Speichers eingeführt hat. Mit der für GCM AES-128 in ZFS aktivierten Verschlüsselung besteht auch die Frage der Kosten, wenn Daten durch die CPU verschlüsselt werden. Daher ist es erforderlich, CPU-Ressourcen für die Verschlüsselung von ZFS abzuladen. Aufgrund von Untersuchungen und Forschcunsgarbeit hat Wanyou seine Aufmerksamkeit auf hardwarebasierte Datenkomprimierungs- und Verschlüsselungstechnik verlagert, und schließlich mit Hilfe von Intel den Datenkomprimierungstest auf der Basis der Intel® QuickAssist Adapter C62x-Reihe abgeschlossen und zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Darüber hinaus können die zukünftigen NAS-Produkte von Wanyou auch von auf dem Chip integrierten Intel QAT in Intels skalierbarem Xeon Prozessor der nächsten Generation (Codename Sapphire Rapids) profitieren, um 400 Gbit/s symmetrische Kryptographie oder bis zu 160 Gbit/s Komprimierung plus 160 Gbit/s Sek. Dekomprimierung gleichzeitig durchführen, doppelt so viel wie bei der vorherigen QAT-Version. Letztlich bot aus der Sicht der Systemintegration Intel® die Produktreihe QuickAssist Adapter C62x und Treiber für den Test, der auf Servern mit PCIe*-Steckplätzen mit Intel® Architektur verwendet werden kann. Intel hat die erforderlichen Upstream-Patches für das ZFS-Dateisystem auf der Grundlage des Intel QAT Hardware-Komprimierungsschemas abgeschlossen, wodurch Wanyou eine nahtlose Integration erreichen kann, indem die Hardware-Beschleunigung ohne Änderungen der Anwendungen voll genutzt wird.

1IO-Leistung von ZFS mit QAT wird erheblich verbessert

Die Ergebnisse zeigen die maximale Leistungsverbesserung mit 16,4-mal bei der Komprimierung (22.100 im Vergleich zu 1.346 in IOPS und 88.2 im Vergleich zu 1.451 MB/s. bei der Laufwerks-Datentransferrate) während des IO-Tests mehrerer Prozesse, die gleichzeitig ausgeführt wurden, was die Testerwartungen erfüllte. Außerdem sinkt die CPU-Auslastung laut der Ressourcenüberwachung im U-NAS-Betriebssystem von Wanyou von 75 auf 22 %. Durch die Tests konnte die ZFS die Leistungsverbesserungen und andere Vorteile erkennen, die durch die automatische Komprimierung von Daten mit dem hardwarebasierten Adapter statt der Änderung bestehender Anwendungscodes durchgeführt wurden. Natürlich könnte die QAT+ZFS Technik auf NAS angewendet werden, um die folgenden Probleme bei der Datenspeicherung zu bewältigen:

  • Die zunehmende Verwendung von All-Flash-Speicher, der die SSD-Nutzung für die IT-Kosten durch die Speicherkomprimierung (über Intel QAT) entscheidend macht.
  • Digitale Transformation, die eine Speicherkapazität im Petabyte-Bereich (Komprimierung durch ZFS+Intel QAT) erfordert.
  • Katastrophen-Recovery in Echtzeit für die Betriebszeit von Unternehmen und Konkurrenzfähigkeit über die stabile IO-Leistung von ZFS (mit Intel QAT).
  • Speicherung und Sicherung großer Mengen kritischer Daten ohne Verzögerung (durch Intel QAT).
  • Kompromisslose Datenintegrität, die die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Geschäftsdaten (ZFS) gewährleistet.

Sichere Daten mit stabiler IO-Durchsatzkapazität fördert NAS-Kritische Appliances

Darüber hinaus hilft die stabile IO-Leistung von ZFS mit Verschlüsselungsmechanismus (über QAT) NAS-Appliances, sicherere Anwendungen wie geschützte Ordner der Datenpersistenz zu ermöglichen. Es hilft beim Datenschutz und der Integrität des Inhaltsverwaltung, durch eine qualifizierte IO-Durchsatzkapazität des Datenlesens und Schreibens über Verschlüsselung.

Produkt- und Leistungsinformationen

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Ausführlichere Angaben über die Leistung und Benchmarkergebnisse finden Sie unter www.intel.de/benchmarks.