Fix some bugs when testing opensds ansible
[stor4nfv.git] / src / ceph / doc / start / hardware-recommendations.rst
1 ==========================
2  Hardware Recommendations
3 ==========================
4
5 Ceph was designed to run on commodity hardware, which makes building and
6 maintaining petabyte-scale data clusters economically feasible. 
7 When planning out your cluster hardware, you will need to balance a number 
8 of considerations, including failure domains and potential performance
9 issues. Hardware planning should include distributing Ceph daemons and 
10 other processes that use Ceph across many hosts. Generally, we recommend 
11 running Ceph daemons of a specific type on a host configured for that type 
12 of daemon. We recommend using other hosts for processes that utilize your 
13 data cluster (e.g., OpenStack, CloudStack, etc).
14
15
16 .. tip:: Check out the Ceph blog too. Articles like `Ceph Write Throughput 1`_,
17    `Ceph Write Throughput 2`_, `Argonaut v. Bobtail Performance Preview`_, 
18    `Bobtail Performance - I/O Scheduler Comparison`_ and others are an
19    excellent source of information. 
20
21
22 CPU
23 ===
24
25 Ceph metadata servers dynamically redistribute their load, which is CPU
26 intensive. So your metadata servers should have significant processing power
27 (e.g., quad core or better CPUs). Ceph OSDs run the :term:`RADOS` service, calculate
28 data placement with :term:`CRUSH`, replicate data, and maintain their own copy of the
29 cluster map. Therefore, OSDs should have a reasonable amount of processing power
30 (e.g., dual core processors). Monitors simply maintain a master copy of the
31 cluster map, so they are not CPU intensive. You must also consider whether the
32 host machine will run CPU-intensive processes in addition to Ceph daemons. For
33 example, if your hosts will run computing VMs (e.g., OpenStack Nova), you will
34 need to ensure that these other processes leave sufficient processing power for
35 Ceph daemons. We recommend running additional CPU-intensive processes on
36 separate hosts.
37
38
39 RAM
40 ===
41
42 Metadata servers and monitors must be capable of serving their data quickly, so
43 they should have plenty of RAM (e.g., 1GB of RAM per daemon instance). OSDs do
44 not require as much RAM for regular operations (e.g., 500MB of RAM per daemon
45 instance); however, during recovery they need significantly more RAM (e.g., ~1GB
46 per 1TB of storage per daemon). Generally, more RAM is better.
47
48
49 Data Storage
50 ============
51
52 Plan your data storage configuration carefully. There are significant cost and
53 performance tradeoffs to consider when planning for data storage. Simultaneous
54 OS operations, and simultaneous request for read and write operations from
55 multiple daemons against a single drive can slow performance considerably.
56
57 .. important:: Since Ceph has to write all data to the journal before it can 
58    send an ACK (for XFS at least), having the journal and OSD 
59    performance in balance is really important!
60
61
62 Hard Disk Drives
63 ----------------
64
65 OSDs should have plenty of hard disk drive space for object data. We recommend a
66 minimum hard disk drive size of 1 terabyte. Consider the cost-per-gigabyte
67 advantage of larger disks. We recommend dividing the price of the hard disk
68 drive by the number of gigabytes to arrive at a cost per gigabyte, because
69 larger drives may have a significant impact on the cost-per-gigabyte. For
70 example, a 1 terabyte hard disk priced at $75.00 has a cost of $0.07 per
71 gigabyte (i.e., $75 / 1024 = 0.0732). By contrast, a 3 terabyte hard disk priced
72 at $150.00 has a cost of $0.05 per gigabyte (i.e., $150 / 3072 = 0.0488). In the
73 foregoing example, using the 1 terabyte disks would generally increase the cost
74 per gigabyte by 40%--rendering your cluster substantially less cost efficient.
75 Also, the larger the storage drive capacity, the more memory per Ceph OSD Daemon
76 you will need, especially during rebalancing, backfilling and recovery. A 
77 general rule of thumb is ~1GB of RAM for 1TB of storage space. 
78
79 .. tip:: Running multiple OSDs on a single disk--irrespective of partitions--is 
80    **NOT** a good idea.
81
82 .. tip:: Running an OSD and a monitor or a metadata server on a single 
83    disk--irrespective of partitions--is **NOT** a good idea either.
84
85 Storage drives are subject to limitations on seek time, access time, read and
86 write times, as well as total throughput. These physical limitations affect
87 overall system performance--especially during recovery. We recommend using a
88 dedicated drive for the operating system and software, and one drive for each
89 Ceph OSD Daemon you run on the host. Most "slow OSD" issues arise due to running
90 an operating system, multiple OSDs, and/or multiple journals on the same drive.
91 Since the cost of troubleshooting performance issues on a small cluster likely
92 exceeds the cost of the extra disk drives, you can accelerate your cluster
93 design planning by avoiding the temptation to overtax the OSD storage drives.
94
95 You may run multiple Ceph OSD Daemons per hard disk drive, but this will likely
96 lead to resource contention and diminish the overall throughput. You may store a
97 journal and object data on the same drive, but this may increase the time it
98 takes to journal a write and ACK to the client. Ceph must write to the journal
99 before it can ACK the write.
100
101 Ceph best practices dictate that you should run operating systems, OSD data and
102 OSD journals on separate drives.
103
104
105 Solid State Drives
106 ------------------
107
108 One opportunity for performance improvement is to use solid-state drives (SSDs)
109 to reduce random access time and read latency while accelerating throughput.
110 SSDs often cost more than 10x as much per gigabyte when compared to a hard disk
111 drive, but SSDs often exhibit access times that are at least 100x faster than a
112 hard disk drive.
113
114 SSDs do not have moving mechanical parts so they are not necessarily subject to
115 the same types of limitations as hard disk drives. SSDs do have significant
116 limitations though. When evaluating SSDs, it is important to consider the
117 performance of sequential reads and writes. An SSD that has 400MB/s sequential
118 write throughput may have much better performance than an SSD with 120MB/s of
119 sequential write throughput when storing multiple journals for multiple OSDs.
120
121 .. important:: We recommend exploring the use of SSDs to improve performance. 
122    However, before making a significant investment in SSDs, we **strongly
123    recommend** both reviewing the performance metrics of an SSD and testing the
124    SSD in a test configuration to gauge performance. 
125
126 Since SSDs have no moving mechanical parts, it makes sense to use them in the
127 areas of Ceph that do not use a lot of storage space (e.g., journals).
128 Relatively inexpensive SSDs may appeal to your sense of economy. Use caution.
129 Acceptable IOPS are not enough when selecting an SSD for use with Ceph. There
130 are a few important performance considerations for journals and SSDs:
131
132 - **Write-intensive semantics:** Journaling involves write-intensive semantics, 
133   so you should ensure that the SSD you choose to deploy will perform equal to
134   or better than a hard disk drive when writing data. Inexpensive SSDs may 
135   introduce write latency even as they accelerate access time, because 
136   sometimes high performance hard drives can write as fast or faster than 
137   some of the more economical SSDs available on the market!
138   
139 - **Sequential Writes:** When you store multiple journals on an SSD you must 
140   consider the sequential write limitations of the SSD too, since they may be 
141   handling requests to write to multiple OSD journals simultaneously.
142
143 - **Partition Alignment:** A common problem with SSD performance is that 
144   people like to partition drives as a best practice, but they often overlook
145   proper partition alignment with SSDs, which can cause SSDs to transfer data 
146   much more slowly. Ensure that SSD partitions are properly aligned.
147
148 While SSDs are cost prohibitive for object storage, OSDs may see a significant
149 performance improvement by storing an OSD's journal on an SSD and the OSD's
150 object data on a separate hard disk drive. The ``osd journal`` configuration
151 setting defaults to ``/var/lib/ceph/osd/$cluster-$id/journal``. You can mount
152 this path to an SSD or to an SSD partition so that it is not merely a file on
153 the same disk as the object data.
154
155 One way Ceph accelerates CephFS filesystem performance is to segregate the
156 storage of CephFS metadata from the storage of the CephFS file contents. Ceph
157 provides a default ``metadata`` pool for CephFS metadata. You will never have to
158 create a pool for CephFS metadata, but you can create a CRUSH map hierarchy for
159 your CephFS metadata pool that points only to a host's SSD storage media. See
160 `Mapping Pools to Different Types of OSDs`_ for details.
161
162
163 Controllers
164 -----------
165
166 Disk controllers also have a significant impact on write throughput. Carefully,
167 consider your selection of disk controllers to ensure that they do not create
168 a performance bottleneck.
169
170 .. tip:: The Ceph blog is often an excellent source of information on Ceph
171    performance issues. See `Ceph Write Throughput 1`_ and `Ceph Write 
172    Throughput 2`_ for additional details.
173
174
175 Additional Considerations
176 -------------------------
177
178 You may run multiple OSDs per host, but you should ensure that the sum of the
179 total throughput of your OSD hard disks doesn't exceed the network bandwidth
180 required to service a client's need to read or write data. You should also
181 consider what percentage of the overall data the cluster stores on each host. If
182 the percentage on a particular host is large and the host fails, it can lead to
183 problems such as exceeding the ``full ratio``,  which causes Ceph to halt
184 operations as a safety precaution that prevents data loss.
185
186 When you run multiple OSDs per host, you also need to ensure that the kernel
187 is up to date. See `OS Recommendations`_ for notes on ``glibc`` and
188 ``syncfs(2)`` to ensure that your hardware performs as expected when running
189 multiple OSDs per host.
190
191 Hosts with high numbers of OSDs (e.g., > 20) may spawn a lot of threads, 
192 especially during recovery and rebalancing. Many Linux kernels default to 
193 a relatively small maximum number of threads (e.g., 32k). If you encounter
194 problems starting up OSDs on hosts with a high number of OSDs, consider
195 setting ``kernel.pid_max`` to a higher number of threads. The theoretical
196 maximum is 4,194,303 threads. For example, you could add the following to
197 the ``/etc/sysctl.conf`` file:: 
198
199         kernel.pid_max = 4194303
200
201
202 Networks
203 ========
204
205 We recommend that each host have at least two 1Gbps network interface
206 controllers (NICs). Since most commodity hard disk drives have a throughput of
207 approximately 100MB/second, your NICs should be able to handle the traffic for
208 the OSD disks on your host. We recommend a minimum of two NICs to account for a
209 public (front-side) network and a cluster (back-side) network. A cluster network
210 (preferably not connected to the internet) handles the additional load for data
211 replication and helps stop denial of service attacks that prevent the cluster
212 from achieving ``active + clean`` states for placement groups as OSDs replicate
213 data across the cluster. Consider starting with a 10Gbps network in your racks.
214 Replicating 1TB of data across a 1Gbps network takes 3 hours, and 3TBs (a
215 typical drive configuration) takes 9 hours. By contrast, with a 10Gbps network,
216 the  replication times would be 20 minutes and 1 hour respectively. In a
217 petabyte-scale cluster, failure of an OSD disk should be an expectation, not an
218 exception. System administrators will appreciate PGs recovering from a
219 ``degraded`` state to an ``active + clean`` state as rapidly as possible, with
220 price / performance tradeoffs taken into consideration. Additionally, some
221 deployment tools  (e.g., Dell's Crowbar) deploy with five different networks,
222 but employ VLANs to make hardware and network cabling more manageable. VLANs
223 using 802.1q protocol require VLAN-capable NICs and Switches. The added hardware
224 expense may be offset by the operational cost savings for network setup and
225 maintenance. When using VLANs to handle VM traffic between the cluster
226 and compute stacks (e.g., OpenStack, CloudStack, etc.), it is also worth
227 considering using 10G Ethernet. Top-of-rack routers for each network also need
228 to be able to communicate with spine routers that have even faster
229 throughput--e.g.,  40Gbps to 100Gbps.
230
231 Your server hardware should have a Baseboard Management Controller (BMC).
232 Administration and deployment tools may also use BMCs extensively, so consider
233 the cost/benefit tradeoff of an out-of-band network for administration.
234 Hypervisor SSH access, VM image uploads, OS image installs, management sockets,
235 etc. can impose significant loads on a network.  Running three networks may seem
236 like overkill, but each traffic path represents a potential capacity, throughput
237 and/or performance bottleneck that you should carefully consider before
238 deploying a large scale data cluster.
239  
240
241 Failure Domains
242 ===============
243
244 A failure domain is any failure that prevents access to one or more OSDs. That
245 could be a stopped daemon on a host; a hard disk failure,  an OS crash, a
246 malfunctioning NIC, a failed power supply, a network outage, a power outage, and
247 so forth. When planning out your hardware needs, you must balance the
248 temptation to reduce costs by placing too many responsibilities into too few
249 failure domains, and the added costs of isolating every potential failure
250 domain.
251
252
253 Minimum Hardware Recommendations
254 ================================
255
256 Ceph can run on inexpensive commodity hardware. Small production clusters
257 and development clusters can run successfully with modest hardware.
258
259 +--------------+----------------+-----------------------------------------+
260 |  Process     | Criteria       | Minimum Recommended                     |
261 +==============+================+=========================================+
262 | ``ceph-osd`` | Processor      | - 1x 64-bit AMD-64                      |
263 |              |                | - 1x 32-bit ARM dual-core or better     |
264 |              +----------------+-----------------------------------------+
265 |              | RAM            |  ~1GB for 1TB of storage per daemon     |
266 |              +----------------+-----------------------------------------+
267 |              | Volume Storage |  1x storage drive per daemon            |
268 |              +----------------+-----------------------------------------+
269 |              | Journal        |  1x SSD partition per daemon (optional) |
270 |              +----------------+-----------------------------------------+
271 |              | Network        |  2x 1GB Ethernet NICs                   |
272 +--------------+----------------+-----------------------------------------+
273 | ``ceph-mon`` | Processor      | - 1x 64-bit AMD-64                      |
274 |              |                | - 1x 32-bit ARM dual-core or better     |
275 |              +----------------+-----------------------------------------+
276 |              | RAM            |  1 GB per daemon                        |
277 |              +----------------+-----------------------------------------+
278 |              | Disk Space     |  10 GB per daemon                       |
279 |              +----------------+-----------------------------------------+
280 |              | Network        |  2x 1GB Ethernet NICs                   |
281 +--------------+----------------+-----------------------------------------+
282 | ``ceph-mds`` | Processor      | - 1x 64-bit AMD-64 quad-core            |
283 |              |                | - 1x 32-bit ARM quad-core               |
284 |              +----------------+-----------------------------------------+
285 |              | RAM            |  1 GB minimum per daemon                |
286 |              +----------------+-----------------------------------------+
287 |              | Disk Space     |  1 MB per daemon                        |
288 |              +----------------+-----------------------------------------+
289 |              | Network        |  2x 1GB Ethernet NICs                   |
290 +--------------+----------------+-----------------------------------------+
291
292 .. tip:: If you are running an OSD with a single disk, create a
293    partition for your volume storage that is separate from the partition
294    containing the OS. Generally, we recommend separate disks for the
295    OS and the volume storage.
296
297
298 Production Cluster Examples
299 ===========================
300
301 Production clusters for petabyte scale data storage may also use commodity
302 hardware, but should have considerably more memory, processing power and data
303 storage to account for heavy traffic loads.
304
305 Dell Example
306 ------------
307
308 A recent (2012) Ceph cluster project is using two fairly robust hardware
309 configurations for Ceph OSDs, and a lighter configuration for monitors.
310
311 +----------------+----------------+------------------------------------+
312 |  Configuration | Criteria       | Minimum Recommended                |
313 +================+================+====================================+
314 | Dell PE R510   | Processor      |  2x 64-bit quad-core Xeon CPUs     |
315 |                +----------------+------------------------------------+
316 |                | RAM            |  16 GB                             |
317 |                +----------------+------------------------------------+
318 |                | Volume Storage |  8x 2TB drives. 1 OS, 7 Storage    |
319 |                +----------------+------------------------------------+
320 |                | Client Network |  2x 1GB Ethernet NICs              |
321 |                +----------------+------------------------------------+
322 |                | OSD Network    |  2x 1GB Ethernet NICs              |
323 |                +----------------+------------------------------------+
324 |                | Mgmt. Network  |  2x 1GB Ethernet NICs              |
325 +----------------+----------------+------------------------------------+
326 | Dell PE R515   | Processor      |  1x hex-core Opteron CPU           |
327 |                +----------------+------------------------------------+
328 |                | RAM            |  16 GB                             |
329 |                +----------------+------------------------------------+
330 |                | Volume Storage |  12x 3TB drives. Storage           |
331 |                +----------------+------------------------------------+
332 |                | OS Storage     |  1x 500GB drive. Operating System. |
333 |                +----------------+------------------------------------+
334 |                | Client Network |  2x 1GB Ethernet NICs              |
335 |                +----------------+------------------------------------+
336 |                | OSD Network    |  2x 1GB Ethernet NICs              |
337 |                +----------------+------------------------------------+
338 |                | Mgmt. Network  |  2x 1GB Ethernet NICs              |
339 +----------------+----------------+------------------------------------+
340
341
342
343
344
345 .. _Ceph Write Throughput 1: http://ceph.com/community/ceph-performance-part-1-disk-controller-write-throughput/
346 .. _Ceph Write Throughput 2: http://ceph.com/community/ceph-performance-part-2-write-throughput-without-ssd-journals/
347 .. _Argonaut v. Bobtail Performance Preview: http://ceph.com/uncategorized/argonaut-vs-bobtail-performance-preview/
348 .. _Bobtail Performance - I/O Scheduler Comparison: http://ceph.com/community/ceph-bobtail-performance-io-scheduler-comparison/ 
349 .. _Mapping Pools to Different Types of OSDs: ../../rados/operations/crush-map#placing-different-pools-on-different-osds
350 .. _OS Recommendations: ../os-recommendations