Desempenho do armazenamento em blocos

Para configurar uma opção de armazenamento dos apps executados nas suas instâncias, use o seguinte processo:

Noções básicas sobre sua carga de trabalho

Para cargas de trabalho que envolvem principalmente E/Ss aleatórias pequenas (4 KB a 16 KB), o fator limitante são as operações aleatórias de entrada/saída por segundo (IOPS).

Para cargas de trabalho que envolvem principalmente E/Ss aleatórias sequenciais ou grandes (256 KB a 1 MB), o fator limitante é a capacidade.

Escolher uma opção de armazenamento

É possível fornecer vários tipos diferentes de armazenamento em blocos para uso das instâncias. Cada tipo tem diferentes características de preço, desempenho e durabilidade. Veja Opções de armazenamento para uma comparação completa.

  • Discos permanentes padrão são adequados para grandes cargas de trabalho de processamento de dados que usam principalmente E/Ss sequenciais.
  • Discos permanentes SSD são adequados para aplicativos empresariais e necessidades de banco de dados de alto desempenho que exigem menos latência e mais IOPS do que os discos permanentes padrão. Os discos permanentes SSD são projetados para latências de milissegundo com um dígito. A latência observada é específica do app.
  • SSDs locais fornecem baixa latência, mas não são redundantes e existem apenas durante a vida útil de uma instância específica.
Discos
permanentes
padrão zonais
Discos
permanentes
padrão regionais
Discos
permanentes
SSD zonais
Discos
permanentes
SSD regionais
SSD local (SCSI) SSD local (NVMe)
IOPS máximas sustentadas
IOPS de leitura por GB 0,75 0,75 30 30
IOPS de gravação por GB 1,5 1,5 30 30
IOPS de leitura por instância 7.500* 3.000* 15.000–100.000* 15.000–100.000* 900.000 (Beta) 2.400.000 (Beta)
IOPS de gravação por instância 15.000* 15.000* 15,000–30,000* 15,000–30,000* 800.000 (Beta) 1.200.000 (Beta)
Capacidade sustentada máxima (MB/s)
Capacidade de leitura por GB 0,12 0,12 0,48 0,48
Capacidade de gravação por GB 0,12 0,12 0,48 0,48
Capacidade de leitura por instância 240–1.200* 240–1.200* 240–1.200* 240–1.200* 9.360 (Beta) 9.360 (Beta)
Capacidade de gravação por instância 76–400** 38–200** 204–800* 102–400* 4.680 (Beta) 4.680 (Beta)
* O desempenho de IOPS e capacidade do disco permanente depende do tamanho do disco, número de vCPUs da instância e tamanho do bloco de E/S, entre outros fatores.
** Os discos permanentes podem alcançar um desempenho de capacidade maior em instâncias com mais vCPUs. Leia Limite de saída de rede na capacidade de gravação.

Anexar um disco a várias máquinas virtuais não afeta o desempenho ou o custo agregado. Cada máquina recebe uma parcela do limite de desempenho por disco.

A largura de banda de leitura SSD e a consistência de IOPS perto dos limites máximos de desempenho dependem muito da utilização de entrada da rede. É de se esperar certa variabilidade nos limites de desempenho, especialmente ao operar próximo aos limites máximos de IOPs com um tamanho de E/S de 16 KB.

Calcular o preço por IOP para um disco permanente

Como não há custos por E/S no disco permanente, não é necessário fazer a estimativa mensal para calcular o orçamento do que será gasto em discos. No entanto, para cargas de trabalho orientadas por IOPS, é possível detalhar o custo mensal para analisar o preço por IOPS para fins de comparação.

Nos exemplos de cálculo de preços abaixo, o sistema de preços de disco permanente dos EUA é usado. Considere os custos relativos dos discos permanentes padrão em comparação com os discos permanentes SSD. Por exemplo, na zona us-central1, os discos permanentes padrão custam US$ 0,040 por GB e os discos permanentes SSD custam US$ 0,170 por GB. Ao aumentar o tamanho de um volume, você também aumenta os limites de desempenho automaticamente, sem nenhum custo extra.

Para determinar o custo por IOPS de um disco permanente, divida o preço por GB mensal pelo número de IOPS por GB. Na tabela a seguir, veja o cálculo do preço por IOPS de leitura aleatória por GB. Use essa mesma fórmula para calcular também o preço por IOPS de gravação.

Tipo de disco Preço (por GB ao mês) IOPS de leitura por GB Preço por IOPS por GB
Disco permanente padrão US$ 0,040 0,75 US$ 0,040 / 0,75 = US$ 0,0533
Disco permanente SSD US$ 0,170 30 US$ 0,170 / 30 = US$ 0,0057

Discos permanentes padrão oferecem capacidade acessível, enquanto os discos SSD permanentes oferecem índices de preço-desempenho adequados a cargas de trabalho orientadas por IOPS. Saiba mais sobre preços de disco permanente e de SSD local.

Configurar seus discos e instâncias

Para maximizar o desempenho, configure o tamanho correto do disco, a contagem de vCPU e o tipo de máquina.

Comparar o disco permanente com um disco rígido físico

Ao especificar o tamanho dos discos permanentes, pense em como esses discos se comparam em relação aos discos rígidos físicos tradicionais. Nas tabelas a seguir, veja a comparação entre discos permanentes SSD e padrão quanto ao desempenho típico esperado de uma unidade SATA de 7.200 RPM, que normalmente atinge 75 IOPS ou 120 MB/s.

Tipo de E/S Padrão de E/S Tamanho necessário para atender a uma unidade SATA de 7.200 RPM (GB)
Disco permanente padrão Disco permanente SSD
Leituras pequenas aleatórias 75 leituras pequenas aleatórias 100 3
Gravações pequenas aleatórias 75 gravações pequenas aleatórias 50 3
Leituras grandes de streaming Leituras de streaming de 120 MB/s 1.000 250
Gravações grandes de streaming Gravações de streaming de 120 MB/s 1.000 250

Tamanho do disco e contagem de vCPU

O desempenho dos discos permanentes padrão e SSD é escalonado de acordo com o tamanho do disco. O desempenho também depende do número de vCPUs na instância de VM devido aos limites de saída de rede na capacidade de gravação.

O desempenho é escalonado linearmente até atingir os limites do disco ou os limites da instância a que o disco está anexado. Os limites da instância a que o disco está anexado são baseados no tipo de máquina e no número de vCPUs na instância. Para detalhes sobre como o desempenho do disco permanente SSD depende dos limites da instância, consulte Tipos de máquina e contagem de vCPUs.

Por exemplo, considere um disco permanente SSD de 1.000 GB anexado a uma instância com um tipo de máquina N2 e quatro vCPUs. O limite de leitura baseado apenas no tamanho do disco é de 30.000 IOPS. No entanto, como a instância tem quatro vCPUs, o limite de leitura é restrito a 15.000 IOPS.

Nas tabelas a seguir, mostramos o desempenho por tamanho de disco em incrementos em que o desempenho muda significativamente. No entanto, é possível especificar um tamanho de disco em qualquer incremento de 1 GB.

Desempenho padrão do disco permanente por tamanho do disco

IOPS Capacidade sustentada (MB/s)
Tamanho do disco (GB) Leitura
(<=16 KB por E/S)
Gravação
(<=8 KB por E/S)
Gravação
(16 KB por E/S)
Leitura Gravação
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–
65.536
7.500 15.000 7.500 1.200 400

* Use esse tamanho de disco apenas para discos de inicialização. O bursting de E/S fornece um desempenho mais alto para volumes de inicialização do que o escalonamento linear descrito nesta página.

Desempenho do disco permanente SSD por tamanho do disco

IOPS Capacidade sustentada (MB/s)
Tamanho do disco (GB) Leitura
(<=8 KB por E/S)
Leitura
(<=16 KB por E/S)
Gravação
(<=8 KB por E/S)
Gravação
(16 KB por E/S)
Leitura Gravação
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
3.500–65.536 100.000 75.000 30.000 25.000 1.200 800

Tipo de máquina e contagem de vCPUs

No Compute Engine, os tipos de máquinas são agrupados e selecionados para diferentes cargas de trabalho. Cada tipo de máquina está sujeito a limites específicos de disco permanente por vCPU. O desempenho por tamanho de disco é o mesmo em todos os tipos de máquina.

Considerar fatores que afetam o desempenho

Limite de saída de rede na capacidade de gravação

Sua instância de máquina virtual (VM, na sigla em inglês) tem um limite de saída de rede que depende do tipo de máquina da VM.

O Compute Engine armazena dados em discos permanentes com várias gravações paralelas para garantir a redundância integrada. Além disso, cada solicitação de gravação tem uma sobrecarga que usa largura de banda extra.

O tráfego máximo de gravação que uma instância de VM pode emitir é o limite de saída da rede dividido por um multiplicador de largura de banda que considera a largura de banda de gravação usada por essa redundância e sobrecarga.

Em uma situação em que o disco permanente compete com o tráfego IP da largura de banda da saída de rede, 60% da largura de banda máxima de gravação vai para o tráfego do disco permanente, deixando 40% para o tráfego IP. Clique abaixo para ver um exemplo de como calcular o tráfego máximo de gravação em disco permanente que uma instância de VM pode emitir.

Leituras e gravações simultâneas

Nos discos permanentes padrão, leituras e gravações simultâneas compartilham os mesmos limites de desempenho. Enquanto a instância estiver usando mais capacidade de leitura ou IOPS, ela poderá executar menos gravações. Por outro lado, instâncias que usam mais capacidade de gravação ou IOPS podem executar menos leituras.

Os discos permanentes SSD são capazes de atingir os respectivos limites máximos em termos de capacidade para leituras e gravações simultaneamente. No entanto, não é possível que discos permanentes SSD alcancem os limites máximos de IOPS para leituras e gravações simultaneamente.

Observe que a capacidade = IOPS * tamanho de E/S. Para aproveitar os limites máximos de capacidade para leituras e gravações simultâneas em discos permanentes SSD, use um tamanho de E/S de modo que as IOPs de leitura e gravação combinadas não excedam o limite de IOPS.

Tamanho do volume lógico

Os discos permanentes podem ter até 64 TB. É possível criar volumes lógicos de até 257 TB usando o gerenciamento correspondente na sua VM. Um tamanho de volume maior afeta o desempenho destas maneiras:

  • Nem todos os sistemas de arquivos locais têm bom funcionamento nessa escala. Operações comuns como a ativação e a verificação do sistema de arquivos podem demorar mais do que o esperado.

  • O disco permanente atinge desempenho máximo quando tem tamanhos menores. Quando há muito armazenamento em uma VM, os discos levam mais tempo para fazer leituras e gravações completas. Se seu aplicativo for compatível, use várias VMs para aumentar a capacidade total do sistema.

  • Criar snapshots de grandes quantidades de disco permanente pode demorar mais do que o esperado e fornecer uma visualização inconsistente do volume lógico, sem uma coordenação cuidadosa com o aplicativo.

Vários discos em uma única instância de VM

Vários discos do mesmo tipo

Suponha que você tenha vários discos do mesmo tipo (padrão ou SSD) anexados no mesmo modo (por exemplo, leitura e gravação). Se você usar apenas um disco, ele poderá atingir o limite de desempenho correspondente ao tamanho combinado dos discos. Se você usar 100% de todos os discos, o limite de desempenho agregado será dividido igualmente entre os discos, seja qual for o tamanho relativo deles.

Por exemplo, suponha que você tenha um disco padrão de 200 GB e outro de 1.000 GB.

Se você não usar o disco de 1.000 GB, o disco de 200 GB poderá atingir o limite de desempenho de um disco padrão de 1.200 GB. Se você usar 100% dos dois discos, cada um terá o limite de desempenho de um disco permanente padrão de 600 GB (1.200 GB / 2 discos = disco de 600 GB).

Para demonstrar isso, considere as instâncias a seguir. instance-a tem um disco permanente padrão de 200 GB e outro de 1.000 GB. instance-b tem um disco permanente padrão de 200 GB. Caso contrário, as duas instâncias terão a mesma configuração.

Instância de vários discos. Instância de disco único.

Os seguintes comandos testam IOPS de leitura para o disco de 200 GB em instance-a e para o disco de 200 GB em instance-b, separadamente.

IOPS de leitura de instância de vários discos. IOPS de leitura de instância de disco único.

Os IOPs de leitura observados para o disco de 200 GB em instance-a é 902, que corresponde ao nível de IOPS de leitura esperado para um tamanho de disco combinado de 200 GB + 1.000 GB = 1.200 GB.

Vários discos de diferentes tipos

Se você tiver vários discos de diferentes tipos anexados a uma única VM, o limite de desempenho total da VM será determinado pelo limite de SSD por VM. Esse limite de desempenho total é compartilhado entre todos os discos anexados à VM.

Por exemplo, suponha que você tenha um disco padrão de 5.000 GB e um disco SSD de 1.000 GB anexado a uma VM N2 com uma vCPU. O limite de IOPS de leitura para o disco padrão é 3.000 e o limite de IOPS de leitura para o disco SSD é 15.000. Como o limite do disco SSD determina o limite geral, o limite total de IOPS de leitura para sua VM é de 15.000. Esse limite é compartilhado entre todos os discos anexados.

Analisar métricas de desempenho

Faça isso no Cloud Monitoring, a solução de monitoramento integrada do Google Cloud.

Várias dessas métricas são úteis para entender se e quando seus discos estão sendo limitados. O objetivo da limitação é facilitar a E/S de burst. Com a limitação, as E/Ss com estouro podem ser espalhadas por um período de tempo, para que os limites de desempenho do seu disco possam ser atingidos, mas não excedidos em nenhum momento.

Para saber mais, consulte Como analisar métricas de desempenho de disco permanente.

Otimizar o desempenho do disco

Para aumentar o desempenho do disco, comece com as seguintes etapas:

Depois de garantir que os gargalos não se devam ao tamanho do disco ou ao tipo de máquina da VM, talvez o app e o sistema operacional ainda precisem de algum ajuste. Consulte Como otimizar o desempenho do disco permanente e Como otimizar o desempenho do SSD local para mais informações sobre comparativo de mercado e ajuste de desempenho de disco permanente.

A seguir