Performances des options de stockage de blocs

Lorsque vous configurez une option de stockage pour les applications qui s'exécutent sur vos instances, procédez comme suit :

  1. Comprenez votre charge de travail : déterminez l'espace de stockage dont vous avez besoin et le niveau de performances requis par vos applications.
  2. Déterminez le type de disque approprié : comparez les performances entre les différents types de disques.
  3. Configurez vos instances et la taille de votre disque pour optimiser les performances de stockage : consultez les facteurs ayant une incidence sur les performances de stockage.

Charges de travail

Les exigences de performances pour une application donnée sont généralement séparées en deux modèles d'E/S distincts :

  • Opérations de lecture et d'écriture de petite taille (<1 Mo)
  • Opérations de lecture et d'écriture de grande taille

Pour les opérations de petite taille, le facteur limitant est le nombre aléatoire d'opérations d'entrées/sorties par seconde (IOPS). Les charges de travail qui impliquent de nombreuses opérations E/S simultanées de petite taille sont des charges de travail axées sur les IOPS.

Pour les opérations de lecture et d'écriture de grande taille, le facteur limitant est le débit. Les charges de travail qui impliquent des opérations E/S aléatoires de grande taille ou principalement séquentielles sont des charges de travail axées sur le débit.

Comparer les performances des options de stockage de blocs

Vous pouvez fournir plusieurs types de stockage de blocs pour vos instances. Chaque type présente des caractéristiques de prix, de performances et de durabilité différentes.

  • Les disques persistants standards offrent une option économique adaptée aux charges de travail de traitement des données de grande taille.
  • Les disques persistants SSD représentent une solution sensible aux performances, adaptée aux besoins des applications d'entreprise et bases de données qui exigent des performances élevées.
  • Les disques SSD locaux offrent des performances et une latence plus faibles. Ils ne sont pas redondants et ne sont disponibles que pendant la durée de vie d'une instance spécifique.

Les valeurs d'IOPS par Go et de débit représentent le total des performances globales pour les données sur un seul disque, qu'elles soient associées à une seule instance ou partagées entre plusieurs instances. Si des opérations de lecture sont exécutées par plusieurs instances sur le même disque, le débit global et la capacité IOPS du disque sont partagés entre les instances. À des fins de planification, nous vous recommandons d'utiliser les valeurs de débit et d'IOPS par Go suivantes :

Disques persistants
standardzonaux
Disques persistants
standardrégionaux
Disques persistants
SSDzonaux
Disques persistants
SSDrégionaux
SSD local (SCSI) SSD local (NVMe)
Nombre maximal d'IOPS soutenues
IOPS par Go en lecture 0,75 0,75 30 30 266,7 453,3
IOPS par Go en écriture 1,5 1,5 30 30 186,7 240
IOPS par instance en lecture 7 500* 3 000* 15 000-100 000* 15 000-100 000* 400 000 680 000
IOPS par instance en écriture 15 000* 15 000* 15 000-30 000* 15 000-30 000* 280 000 360 000
Débit soutenu maximal (Mo/s)
Débit par Go en lecture 0,12 0,12 0,48 0,48 1,04 1,77
Débit par Go en écriture 0,12 0,12 0,48 0,48 0,73 0,94
Débit par instance en lecture 240-1 200* 240* 240-1 200* 240-1 200* 1 560 2 650
Débit par instance en écriture 76-400** 38-200** 76-800* 38-400* 1 090 1 400

* Les IOPS et performances de débit des disques persistants dépendent du nombre de processeurs virtuels de l'instance et de la taille des blocs d'E/S. Pour en savoir plus, consultez la section Nombre de processeurs virtuels et volume des instances.

Comparer un disque persistant à un disque dur physique

Lorsque vous spécifiez la taille de vos disques persistants, tenez compte des performances de ceux-ci par rapport aux disques durs physiques traditionnels. Les tableaux suivants comparent les disques persistants standards et les disques persistants SSD aux performances typiques que vous pouvez attendre d'un disque SATA à 7 200 tr/min, qui atteint généralement 75 IOPS ou 120 Mo/s.

Type d'E/S Modèle d'E/S Taille requise pour correspondre à un disque SATA à 7 200 tr/min
Disque persistant standard Disque persistant SSD
Lectures aléatoires de petite taille 75 lectures aléatoires de petite taille 100 Go 3 Go
Écritures aléatoires de petite taille 75 écritures aléatoires de petite taille 50 Go 3 Go
Lectures de grande taille en streaming 120 Mo/s de lectures en streaming 1 000 Go 250 Go
Écritures de grande taille en streaming 120 Mo/s d'écritures en streaming 1 000 Go 250 Go

Prix et performances

Vous avez plusieurs éléments à prendre en compte lorsque vous sélectionnez un type et une taille de volume pour votre application, mais le coût lié à l'utilisation de votre volume de stockage n'en est pas un. Les disques persistants ne génèrent aucun coût par E/S. Il n'est donc pas nécessaire d'estimer les E/S mensuelles pour calculer votre budget disque. Néanmoins, vous pouvez analyser le coût mensuel des charges de travail axées IOPS à des fins de comparaison.

Les exemples de calcul des coûts suivants sont basés sur les tarifs américains des disques persistants. Dans ces exemples, vous devez considérer les coûts relatifs des disques persistants standards par rapport aux disques persistants SSD. Les disques persistants standards coûtent 0,040 $ par Go et les disques persistants SSD 0,170 $ par Go. L'augmentation de la taille d'un volume entraîne également l'augmentation automatique des plafonds de performances, sans frais supplémentaires.

Pour déterminer le coût par IOPS d'un disque persistant, divisez le prix par Go par mois par le nombre d'IOPS par Go. Le tableau suivant calcule le prix par IOPS en lecture aléatoire par Go. Vous pouvez également appliquer les mêmes calculs pour déterminer le prix par IOPS en écriture.

Type de disque Prix (par Go/mois) IOPS par Go en lecture Prix par IOPS par Go
Disque persistant standard 0,040 $ 0,75 0,040 $ / 0,75 = 0,0533 $
Disque persistant SSD 0,170 $ 30 0,170 $ / 30 = 0,0057 $

Facteurs ayant une incidence sur les limites de performances

Nombre de processeurs virtuels et volume des instances

Disque persistant standard

Les performances en matière d'IOPS et de débit des disques persistants standards augmentent de manière linéaire avec la taille du disque en question, jusqu'à atteindre les limites par instance suivantes :

  • Débit de lecture : jusqu'à 1 200 Mo/s avec un disque de 10 To
  • Débit d'écriture : jusqu'à 400 Mo/s avec un disque de 3,4 To
  • IOPS en lecture : jusqu'à 7 500 IOPS avec un disque de 10 To
  • IOPS en écriture : jusqu'à 15 000 IOPS avec un disque de 10 To

La présence de 16 processeurs virtuels ou plus ne limite pas les performances des disques persistants standards.

En revanche, si votre instance dispose de moins de 8 processeurs virtuels, sa capacité de débit en écriture sera limitée, car les limites de sortie réseau sont proportionnelles au nombre de processeurs virtuels. Le débit d'écriture observé dépend également de la taille des E/S (des E/S à 16 Ko consomment plus de débit que des E/S à 8 Ko au même niveau d'IOPS).

Pour améliorer les performances des disques persistants de vos instances existantes, redimensionnez vos disques persistants pour augmenter leur nombre d'IOPS et leur débit.

Taille du volume (Go) IOPS aléatoires soutenues Débit soutenu (Mo/s)
Lecture
(<=16 Ko par E/S)
Écriture
(<=8 Ko par E/S)
Écriture
(16 Ko par E/S)
Lecture Écriture
10 * * * * *
32 24 48 48 3 3
64 48 96 96 7 7
128 96 192 192 15 15
256 192 384 384 30 30
512 384 768 768 61 61
1 000 750 1 500 1 500 120 120
1 500 1 125 2 250 2 250 180 180
2 048 1 536 3 072 3 072 245 245
4 000 3 000 6 000 6 000 480 400
5 000 3 750 7 500 7 500 600 400
8 192 6 144 12 288 7 500 983 400
10 000** 7 500 15 000 7 500 1 200 400
65 536 7 500 15 000 7 500 1 200 400

* Nous vous conseillons de n'utiliser cette taille que pour les volumes de démarrage. L'utilisation intensive d'E/S offre des performances plus élevées pour les volumes de démarrage que le scaling linéaire décrit ici.

** Un débit proche de la limite dépend de l'utilisation du processeur et de la disponibilité des ressources. Une certaine variabilité est donc à prévoir.

Disque persistant SSD

Les performances en termes d'IOPS des disques persistants SSD dépendent du nombre de processeurs virtuels dans l'instance, en plus de la taille du disque. Les performances évoluent de manière linéaire jusqu'à atteindre les limites du volume ou les limites de chaque instance Compute Engine.

Prenons l'exemple d'un disque SSD persistant d'une taille de 1 000 Go. Selon les tableaux ci-dessous, la limite de lecture est de 30 000 IOPS. Toutefois, si vous utilisez une instance avec seulement 4 processeurs virtuels, la limite de lecture est de 15 000 IOPS.

Les machines virtuelles comportant moins de cœurs ont des limites d'IOPS en écriture et de débit inférieures en raison des limitations du débit en écriture à la sortie réseau. Pour en savoir plus, consultez la section Plafonds de sortie réseau sur le débit d'écriture. La bande passante en lecture SSD et la cohérence des IOPS à proximité des limites maximales dépendent en grande partie de l'utilisation de l'entrée réseau. Une certaine variabilité est à prévoir, en particulier pour les E/S de 16 Ko proches des limites maximales d'IOPS.

Les disques persistants SSD sont conçus pour des latences de l'ordre de la milliseconde. Notons que les latences observées sont toujours spécifiques à l'application.

Pour améliorer les performances des disques persistants SSD de vos instances existantes, modifiez le type de machine de l'instance pour augmenter les limites par VM, et redimensionnez vos disques persistants pour augmenter leur nombre d'IOPS et leur débit.

IOPS aléatoires soutenues Débit soutenu (Mo/s)
Taille du volume (Go) Lecture
(<=8 Ko par E/S)
Lecture
(<=16 Ko par E/S)
Écriture
(<=8 Ko par E/S)
Écriture
(16 Ko par E/S)
Lecture Écriture
10 300 300 300 300 4,8 4,8
32 960 960 960 960 15 15
64 1 920 1 920 1 920 1 920 30 30
128 3 840 3 840 3 840 3 840 61 61
256 7 680 7 680 7 680 7 680 122 122
500 15 000 15 000 15 000 15 000 240 240
834 25 000 25 000 25 000 25 000 400 400
1 000 30 000 30 000 30 000 25 000 480 480
1 334 40 000 40 000 30 000 25 000 640 640
1 667 50 000 50 000 30 000 25 000 800 800
2 048 60 000 60 000 30 000 25 000 983 800
4 096 100 000 75 000 30 000 25 000 1 200 800
8 192 100 000 75 000 30 000 25 000 1 200 800
16 384 100 000 75 000 30 000 25 000 1 200 800
32 768 100 000 75 000 30 000 25 000 1 200 800
65 536 100 000 75 000 30 000 25 000 1 200 800
Nombre de processeurs virtuels par instance Lecture
(<=8 Ko par E/S)
Lecture
(<=16 Ko par E/S)
Écriture
(<=8 Ko par E/S)
Écriture
(16 Ko par E/S)
Lecture* Écriture
1 processeur virtuel 15 000 15 000 9 000 4 500 240 72
2 à 3 processeurs virtuels 15 000 15 000 15 000 4 500/processeur virtuel 240 72/processeur virtuel
4 à 7 processeurs virtuels 15 000 15 000 15 000 15 000 240 240
8 à 15 processeurs virtuels 15 000 15 000 15 000 15 000 800 400
16 à 31 processeurs virtuels 25 000 25 000 25 000 25 000 1 200 800
32 à 63 processeurs virtuels 60 000 60 000 30 000 25 000 1 200 800
64 processeurs virtuels et plus** 100 000 75 000 30 000 25 000 1 200 800

* Débit maximal en se basant sur des tailles de bloc d'E/S de 256 Ko ou plus.

** Les performances maximales peuvent ne pas être atteintes lorsque le taux d'utilisation du processeur est à son maximum.

Type de machine

Les types de machines optimisés pour le calcul sont soumis à des limites de disque persistant spécifiques par processeur virtuel différentes des autres types de machines. Les tableaux suivants présentent ces limites.

Notez que les performances par volume restent identiques à celles décrites dans les sections Performances des disques standards et Performances des disques SSD.

Disque persistant standard C2

Nombre de processeurs virtuels par instance IOPS aléatoires soutenues Débit soutenu (Mo/s)
Lecture
(<=16 Ko par E/S)
Écriture
(<=8 Ko par E/S)
Écriture
(16 Ko par E/S)
Lecture* Écriture
4 processeurs virtuels 3 000 4 000 4 000 240 240
8 processeurs virtuels 3 000 4 000 4 000 240 240
16 processeurs virtuels3 000 4 000 4 000 240 240
30 processeurs virtuels 3 000 8 000 8 000 240 240
60 processeurs virtuels 3 000 15 000 15 000 240 240

Disque persistant SSD C2

Nombre de processeurs virtuels par instance IOPS aléatoires soutenues Débit soutenu (Mo/s)
Lecture
(<=16 Ko par E/S)
Écriture
(<=8 Ko par E/S)
Écriture
(16 Ko par E/S)
Lecture* Écriture
4 processeurs virtuels 4 000 4 000 4 000 240 240
8 processeurs virtuels 4 000 4 000 4 000 240 240
16 processeurs virtuels8 000 4 000 4 000 320 240
30 processeurs virtuels 15 000 8 000 8 000 600 240
60 processeurs virtuels 30 000 15 000 15 000 1 200 400

Lectures et écritures simultanées

Pour les disques persistants standards, les opérations simultanées de lecture et d'écriture partagent les mêmes ressources. Si votre instance dédie plus de débit ou d'IOPS aux opérations de lecture, elle est limitée en termes d'opérations d'écriture. À l'inverse, les instances qui utilisent plus de débit en écriture pourront effectuer moins d'opérations de lecture.

Les disques persistants SSD sont capables d'atteindre leur débit maximal à la fois pour les lectures et les écritures, ce qui n'est pas le cas pour les IOPS. Pour atteindre un débit maximal lors d'opérations simultanées de lecture et d'écriture, optimisez la taille des E/S afin d'atteindre les limites de débit sans créer de goulot d'étranglement IOPS.

Limites IOPS de l'instance pour les opérations simultanées de lecture et d'écriture :

Les nombres d'IOPS répertoriés dans le tableau suivant sont basés sur une taille d'E/S de 8 Ko. D'autres tailles d'E/S, telles que 16 Ko, peuvent générer des nombres d'IOPS différents, mais conserveront la même distribution en lecture/écriture.

Disque persistant standard Disque persistant SSD (8 processeurs virtuels) Disque persistant SSD (32 processeurs virtuels et plus)
Lecture Écriture Lecture Écriture Lecture Write
7 500 IOPS 0 IOPS 15 000 IOPS 0 IOPS 60 000 IOPS 0 IOPS
5 625 IOPS 3 750 IOPS 11 250 IOPS 3 750 IOPS 45 000 IOPS 7 500 IOPS
3 750 IOPS 7 500 IOPS 7 500 IOPS 7 500 IOPS 30 000 IOPS 15 000 IOPS
1 875 IOPS 11 250 IOPS 3 750 IOPS 11 250 IOPS 15 000 IOPS 22 500 IOPS
0 IOPS 15 000 IOPS 0 IOPS 15 000 IOPS 0 IOPS 30 000 IOPS

Limites de débit de l'instance pour les opérations simultanées de lecture et d'écriture :

Disque persistant standard Disque persistant SSD (8 processeurs virtuels) Disque persistant SSD (16 processeurs virtuels et plus)
Lecture Écriture Lecture Écriture Lecture Write
1 200 Mo/s 0 Mo/s 800 Mo/s* 400 Mo/s* 1 200 Mo/s* 800 Mo/s*
900 Mo/s* 100 Mo/s
600 Mo/s* 200 Mo/s*
300 Mo/s* 300 Mo/s*
0 Mo/s 400 Mo/s

* Pour les disques persistants SSD, le débit de lecture maximal et le débit d'écriture maximal sont indépendants l'un de l'autre. Ces limites sont donc constantes.

Performances d'un volume logique de plus grande taille

Les disques persistants peuvent atteindre une taille de 64 To. Vous pouvez créer des volumes logiques uniques de 257 To au maximum en utilisant la gestion du volume logique au sein de votre VM. Un volume de plus grande taille a un impact sur les performances des manières suivantes :

  • Les systèmes de fichiers locaux ne fonctionnent pas tous correctement à cette échelle. Les opérations courantes, telles que l'installation et la vérification du système de fichiers, peuvent prendre plus de temps que prévu.

  • Les performances maximales des disques persistants sont atteintes avec des volumes de taille inférieure. Les disques mettent plus de temps à effectuer des opérations de lecture ou d'écriture complètes avec autant d'espace de stockage sur une VM. Si votre application le permet, envisagez d'utiliser plusieurs VM pour un débit global plus élevé.

  • La création d'instantanés avec de grandes quantités de disques persistants peut prendre plus de temps que prévu et peut entraîner une incohérence de votre volume logique sans coordination précise avec votre application.

Plafonds de sortie réseau sur le débit d'écriture

Chaque opération d'écriture sur le disque persistant se cumule et rapproche votre instance de machine virtuelle (VM) de son plafond de sortie réseau.

Pour calculer le trafic maximal en écriture qu'une instance de VM peut générer sur un disque persistant, soustrayez les autres trafics de sortie réseau d'une instance de son plafond réseau de 2 Gbit/s par processeur virtuel. Le débit restant représente le débit disponible pour le trafic d'écriture sur disque persistant.

Compute Engine stocke les données sur des disques persistants de manière à disposer d'une redondance intégrée. Pour obtenir cette redondance, les instances écrivent trois fois en parallèle les données sur le disque persistant. En outre, chaque demande d'écriture est associée à une certaine quantité de tâches annexes, qui consomment de la bande passante de sortie.

Chaque instance comporte une limite d'écriture sur le disque persistant basée sur le plafond de sortie réseau de la VM. Dans une situation où le disque persistant est en concurrence pour la sortie réseau avec le trafic IP, 60 % du plafond de trafic de sortie réseau est alloué au trafic du disque persistant, ce qui laisse 40 % pour le trafic IP. Le tableau suivant indique la bande passante en écriture attendue sur le disque persistant avec et sans trafic IP supplémentaire :

Disque persistant standard Disque persistant SSD
Nombre de processeurs virtuels Limite d'écriture (Mo/s) Limite d'allocation en écriture (Mo/s) Taille requise pour atteindre la limite (Go) Limite d'écriture (Mo/s) Limite d'allocation en écriture (Mo/s) Taille requise pour atteindre la limite (Go)
1 72 43 600 72 43 150
2 144 86 1 200 144 86 300
4 240 173 2 000 240 173 500
8+ 400 346 3 334 400 346 834

Pour comprendre comment les valeurs de ce tableau ont été calculées, prenons l'exemple d'un processeur virtuel et d'un disque persistant standard. Dans cet exemple, nous estimons que le multiplicateur de bande passante pour chaque demande d'écriture est de 3,3 x, ce qui signifie que les données sont écrites 3 fois avec un volume total de tâches annexes de 10 %. Pour calculer le plafond de sortie, divisons le plafond de sortie réseau (soit 2 Gbit/s, ce qui équivaut à 238 Mo/s) par 3,3 :

Bande passante d'écriture maximale pour un processeur virtuel = 238/3,3 = ~72 Mo/s sur votre disque persistant standard

En vous basant sur les valeurs de débit d'écriture (en Go) sur disque persistant standard, fournies dans le tableau de performances vu précédemment, vous pouvez également obtenir la capacité de disque requise pour atteindre ces performances :

Capacité de disque requise pour obtenir une bande passante d'écriture maximale pour un processeur virtuel = 72/0,12 = ~600 Go

Comme pour les disques persistants zonaux, le trafic en écriture à partir de disques persistants régionaux contribue au plafond de sortie réseau cumulé d'une instance de VM. Pour calculer la sortie réseau disponible pour les disques persistants régionaux, utilisez un facteur de 6,6.

Bande passante d'écriture maximale pour un processeur virtuel = 238/6,6 = ~36 Mo/s sur votre disque persistant standard répliqué

Pour les VM à 16 cœurs ou plus, la bande passante réseau de sortie maximale consommée par les écritures sur disques persistants ne change pas avec le débit d'écriture supérieur à 400 Mo/s jusqu'à 800 Mo/s et reste à 1 320 Mo/s (400 Mo/s * 3,3).

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