Степень сжатия двигателя (связь с компрессией, как рассчитать и увеличить коэффициент)
Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 7 мин. Просмотров 732
Содержание
- Как связаны степень сжатия и компрессия двигателя?
- Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия
- Основные методы увеличения
- Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?
- Цикл Миллера-Аткинсона
- Математический расчет
- Видео:Как измерить степень сжатия правильно.
- Практический расчет методом проливки
- Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?
От величины сжатия зависит термический КПД двигателя. Но с ростом степени повышается и риск детонации, поэтому при форсировке и капитальном ремонте следует уделить время расчетам. Давайте рассмотрим, как увеличить степень сжатия двигателя, взаимосвязь компрессии и степени, и чем примечателен двигатель цикла Миллера-Аткинсона.
Как связаны степень сжатия и компрессия двигателя?
Степень сжатия в цилиндрах мотора – величина абсолютная и рассчитывается математически.
На практике это соотношение отображает коэффициент сжатия поступившей в цилиндр топливной смеси на такте впуска. Понятие компрессии означает пиковое давление в камере сгорания в конце такта сжатия и может быть измерено практически. Компрессия хоть и является производной от степени сжатия, но зависит от многих факторов:
- герметичность цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и клапанного механизма;
- мощность стартера, состояние АКБ и качество контактов, влияющее на количество оборотов стартера.
Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия
Чем выше степень, тем горячее воздух в конце такта сжатия и тем выше КПД двигателя. Но повышение одного параметра не гарантирует линейное возрастание второго. Наибольший прирост мощности ощущается при повышении степени до 10-11 единиц.
К примеру, увеличив степень сжатия стандартного ВАЗовского мотора с 9.
8 до 11, мы в теории получаем прирост термического КПД на 4%. Тест на стенде при этом покажет куда более скромное значение – 2,5%. Повысив степень сжатия того же мотора еще на единицу, мы получим фактическую прибавку в 4.5%. Моментная характеристика возрастет главным образом на низких и средних оборотах. Дальнейшее увеличение степени сжатия без перехода на высокооктановое спортивное топливо и вовсе не даст результат.
Причина такого явления — в детонации, которая возникает в случае слишком высокого пикового давления в камере сгорания. При контакте с разогретым воздухом в таком случае смесь самовоспламеняется еще до момента подачи искры. При этом фронт пламени распространяется со скоростью более 2000 м/с, тогда как значение при нормальном сгорании не превышает 250-300 м/с.
Ударная волна такой силы оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания, поршни. Также значительно повышается температура выхлопных газов, что приводит к прогоранию днища поршня, клапанов.
Поэтому тюнинг со сжатием следует проводить после точного математического расчета и с прицелом на октановое число бензина.
Основные методы увеличения
- Уменьшение толщины ГБЦ, БЦ. С привалочной плоскости головки и блока методом фрезеровки либо шлифовки снимается слой металла и уменьшается объем камеры сгорания.
- Установка поршней с выпуклостями. Цель, как и в предыдущем методе – уменьшение объема камеры сгорания.
- Увеличение хода поршня за счет установки другого коленчатого вала, шатунов.
Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?
До недавнего времени показатель степени закладывался инженерами на этапе разработки и был фиксированным вне зависимости от режима работы двигателя. Нормальное значение для современных бензиновых моторов варьируется от 8 до 14 единиц, традиционно высокая степень сжатия у дизельных моторов – 18-23.
Ужесточение экологических норм заставляет гениев инженерной мысли искать новые пути увеличения термического КПД.
Одно из таких решений – двигатель с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов динамического изменения степени:
- дополнительная секция в полости ГБЦ. Открытие секции позволяет увеличить объем камеры сгорания, уменьшая тем самым степень. Система не получила распространения из-за избыточного усложнения конструкции ГБЦ;
- поршни с изменяемой высотой. Конструкция получилась слишком громоздкой, появились проблемы с перекосом поршней и уплотнением ЦПГ;
- регулировка высоты подъема коленчатого вала. Изменение степени сжатия осуществляется за счет специальных эксцентриковых муфт, которые регулируют высоту опорных подшипников коленвала. Технология долгое время тестировалась концерном VAG, но так и не вошла в серию;
- регулировка высоты поднятия ГБЦ. Специальный механизм с электроприводом и шарнирное соединение частей блока двигателя позволяли регулировать степень от 8 до 14 единиц. Разрабатывалась технология инженерами SAAB, но из-за ненадежности резинового кожуха, герметизирующего подвижные части блока, и излишней сложности конструкции также не пошла в серию;
- шатун с изменяемой длиной.
Высота шатуна регулировалась специальным реечным механизмом с помощью давления масла. Как и в предыдущих случаях, разработка французских инженерах не была внедрена в массовое производство;
- траверсный механизм сочленения шатуна с коленчатым валом. За счет изменения угла поворота траверсы уменьшается либо увеличивается ход поршня. Разработка инженеров Infiniti используется на двухлитровом моторе VC-T, который сейчас устанавливается на кроссовер QX50. Двигатель развивает максимальную мощность в 268 л.с. и пиковый крутящий момент 380 Нм.
Цикл Миллера-Аткинсона
Большую известность цикл Миллера-Аткинсона получил благодаря рекламным брошюрам компании Mazda. Маркетологи гордо заявляют, что инженерам удалось поднять степень сжатия двигателей модели Skyactive до 14 единиц. На самом деле речь идет о геометрической степени сжатия, а не о фактической.
Трюк заключается в том, что во время поднятия поршня на такте сжатия выпускные клапаны еще долгое время открытые, из-за чего часть свежего воздушного заряда выталкивается в выхлопной тракт.
Поэтому фактическая степень близка к стандартным для бензиновых моторов 12 единицам. Увеличение термического КПД при этом достигается за счет более эффективного использования энергии расширяющихся газов на такте рабочего хода. За счет большего хода (увеличен диаметр кривошипа) газы дольше давят на поршень. Поэтому при сгорании одной и той же доли топлива, в сравнении с обычным циклом Отто, на коленчатый вал передается больший крутящий момент. Технология позволяет в режимах малых и средних нагрузок значительно уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов.
Математический расчет
Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания равняется объему камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и рассчитывается по формуле (V + C)/C = CR, где
- V — объем цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Для расчета необходимо сумму объемов всех цилиндров (указывается в технической характеристике ДВС) разделить на количество котлов;
- С — объем камеры сгорания, когда поршень в верхней мертвой точке (ВМТ).
Включает в себя объем полости ГБЦ, прокладки ГБЦ и выемок в цилиндре. Если поршень имеет выпуклость, ее объем отнимается от общего объема камеры сгорания.
Вычислить степень сжатия математически довольно непросто из-за сложной геометрической формы камеры сгорания. Поэтому на практике применяются 2 основные методы вычисления.
Видео:Как измерить степень сжатия правильно.
Практический расчет методом проливки
Суть измерения заключается в поочередном заполнении жидкостью площади над поршнем, когда тот находится в верхней мертвой точке, и стенок камеры сгорания ГБЦ. Для измерения нам необходим кусок оргстекла, в котором будут пропилены отверстия для вкручивания болтов ГБЦ и отверстие для заливки жидкости. Между оргстеклом и блоком необходимо установить уже использованную (обжатую) прокладку. Стенки цилиндров для увеличения гидроплотности необходимо смазать густой консистентной смазкой (литиевой либо обычным солидолом).
Притянув оргстекло болтами, заполните образовавшейся объем жидкостью. Объем поместившейся воды будет соответствовать объему надпоршневого пространства. Аналогичный тест проводится и с головкой блока. При этом клапана должны быть притерты, между седлами и тарелками нанесена консистентная смазка. Сумма объема залитых жидкостей и будет объемом камеры сгорания.
Чтобы рассчитать степень сжатия на онлайн-калькуляторе, также будет необходимо измерить величину хода поршня и диаметр цилиндра. Все эти значения помогут вычислить объем двигателя, который изменяется при каждой фрезеровке плоскостей БЦ, ГБЦ, установке поршней иной геометрической формы, расточки цилиндров либо установке других шатунов, коленчатого вала.
Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?
Компрессия напрямую зависит не только от понятия степени сжатия двигателя, но и от природы сжимаемого газа и условий в камере сгорания. На практике зависимость этих параметров выливается в формулу Р = Ро*Ɛƴ, где
- Ро – начальное давление в цилиндре, принимаемое за 1;
- Ƴ – адиабатический показатель для воздуха.
В двигателе внутреннего сгорания при сжатии часть тепла отдается стенкам цилиндра, камеры сгорания; происходит утечка части газа через неплотности, а воздух перемешан с частичками топлива, поэтому процесс считается недиабетическим. Показатель политропы при этом равняется не эталонным 1.4, а приближенным к фактическим 1.2.
Все это значит, что, измерив компрессию, мы можем вычислить показатель степени сжатия двигателя. К примеру, при компрессии 15,8 степень сжатия будет близка к 10 единицам. Чтобы уменьшить погрешность, нужно соблюсти все правила измерения компрессии:
- Свечи должны быть выкручены.
- Дроссель открыт на 100%.
- Отключена подача топлива.
- АКБ должна быть полностью заряжена. При этом емкости должно хватать на измерения компрессии во всех котлах.
- Стартер должен быть исправен, а на проводах его питания отсутствует значительное падение напряжение из-за окислов.
Печать
Реставратор для пластика и кожи 5 минут и салон авто как новый. Посмотрите фото до и после | 1490 р. | |||
Набор для ремонта стекла Ремонт стекла авто своими руками. | 1690 р. | |||
Зеркало видеорегистратор Vehicle Blackbox DVR видеорегистратор + зеркало заднего вида + камера заднего вида | 1990 р. | |||
Зеркало — бортовой компьютер 12в1 — видеорегистратор, GPS-навигатор, | 1990 р. | |||
Авточехлы из экокожи Салон будет как новый! | 3990 р. |
Понятие компрессии и степени сжатия
Советы водителям
0
Время прочтения:
Показатель мощности мотора напрямую связан с характеристикой компрессии и степенью сжатия мотора. При уменьшении этих показателей неизменно отмечаются проблемы с мощностью двигателя, который не обеспечивает должную тягу и плохо разгоняется при нажатии педали газа. Поговорим поподробнее о том, что же представляет собой компрессия двигателя, степень сжатия двигателя, а также опишем технологию ремонта при наличии подобных проблем.
Понятие компрессии и степени сжатия
Принято отличать два этих понятия, от которых непосредственно зависят технические характеристики конкретного силового агрегата.
Степень сжатия двигателя – это соотношение объема надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в его нижней мертвой точке (объем цилиндра полностью) к объему аналогичного подпоршневого пространства в верхней мертвой точке (объему камеры сгорания).
Соответственно, чем больше показатель степени сжатия двигателя, тем больше мощность мотора. Необходимо сказать, что степень сжатия является конструктивным параметром, который отображает изменение объемов цилиндра во время работы мотора. При этом отмечается зависимость степени сжатия и использования топлива с более высоким октановым числом. Последнее позволяет избежать появления детонации топлива при его сгорании.
Под компрессией двигателя принято понимать показатель максимального давления в цилиндрах, которое создается при движении поршня от нижней мертвой точки до верхней.
Проверка компрессии выполняется соответствующими измерительными приборами и позволяет определить наличие каких-либо отклонений данной характеристики в каждом из цилиндров. На основании полученных измерений можно будет определить имеющиеся проблемы силового агрегата и в последующем устранить поломки.
Причины изменения компрессии
Следует сказать, что проблемы с компрессией свидетельствуют о серьезных поломках двигателя, и, с большой долей вероятности, автовладельцу придется выполнять дорогостоящий капитальный ремонт автомобиля.
В том случае, если отмечается нарастание компрессии по мере увеличения тактов двигателя, это может говорить об износе стенок цилиндра, поршневых канавок и проблемах с кольцами.
Если же, наоборот, компрессия двигателя не увеличивается и не достигает необходимых показателей, то в результате седла клапанов не обеспечивают должную герметизацию камеры сгорания и из нее выходит воздух. В данном случае необходим ремонт головки блока цилиндров.
В том случае, если измерения компрессии проводились при полностью открытой заслонке, и при этом отмечается недостаточный уровень данной характеристики, это говорит о прогаре поршней и клапанов, деформации клапанов и задирах на цилиндрах двигателя.
Последнее в особенности распространено на современных моторах, поэтому дополнительно при подозрении на задиры производят осмотр мотора специальными устройствами, которые позволяют визуально определять состояние каждого цилиндра на предмет выявления таких проблем. У таких моторов с задирами отмечается уменьшенная компрессия двигателя.
Измеряем компрессию мотора
Проверка компрессии позволяет определить состояние двигателя, в том числе его предполагаемый пробег и ресурс. Поэтому такую проверку достаточно часто проводят при покупке автомобиля с пробегом.
Опытный мастер по имеющимся данным о компрессии сможет определить имеющиеся у мотора проблемы, что и станет залогом качественного выбора автомобиля или его последующего правильного ремонта. Необходимо лишь качественно проводить такие измерения и в последующем грамотно восстанавливать автомобиль.
У большинства современных силовых агрегатов технология измерения компрессии стандартна. Условием проведения качественной проверки такой характеристики мотора является использование заряженной аккумуляторной батареи и исправного стартера.
- Проверка выполняется на прогретом двигателе, что необходимо для получения минимальной вязкости моторного масла. Необходимо отключить подачу топлива в двигателе, для чего снимают подающий патрубок от топливной системы.
Также одновременно выкручиваются свечи и достаются высоковольтные катушки. При этом необходимо открыть на полную дроссельную и воздушную заслонку. - Далее вам потребуется использовать специальный прибор под названием компрессометр. Он имеет соответствующий измерительный наконечник, который вставляется в отверстие выкрученной свечи. Компрессометр необходимо герметично вкрутить в резьбу свечи, после чего стартером прокрутить коленвал до момента прекращения увеличения давления в измеряемом цилиндре.
- Вам лишь останется записать показания прибора, сбросить компрессометр и провести аналогичные операции со всеми цилиндрами в двигателе. Как вы можете видеть, выполнение такой проверки по измерению компрессии не представляет особой сложности. Необходимо лишь использовать исправные компрессометры, и вы сможете самостоятельно выполнить данную процедуру, не прибегая к услугам соответствующих ремонтных мастерских.
В том случае, если вы определили существенные расхождения показателей компрессии в различных цилиндрах, или же этот показатель не достигает нужной величины, то необходимо либо самостоятельно заниматься ремонтом двигателя или же обратиться в соответствующие ремонтные мастерские.
Отметим, что такой ремонт отличается повышенной сложностью, поэтому браться за него самостоятельно можно лишь в том случае, если у вас имеется соответствующий опыт работы. А вот неквалифицированное вмешательство в двигатель неизменно приведет к усугублению имеющихся проблем, и в последующем стоимость восстановления мотора будет существенно выше, нежели чем первоначальные затраты на ремонт.
Сжатие и расширение
Термодинамика — раздел физики который имеет дело с энергией и работой системы. Термодинамика имеет дело только с крупномасштабной реакцией системы, которую мы можем наблюдать и измерять в опытах. Подобно братьям Райт, мы наиболее интересуется термодинамикой из-за той роли, которую она играет в конструкция двигателя.
На этом слайде мы выводим два важных уравнения, которые связывают
давление и
температура
газа к объему, который газ занимает во время
такт сжатия и рабочий ход
двигателя внутреннего сгорания.
В левом верхнем углу рисунка мы показываем компьютерный рисунок одиночного
цилиндр
Райт 19двигатель 03. Движение серого поршня внутри синего
цилиндр поворачивает красную часть
коленчатый вал
который превращает
пропеллеры для создания тяги.
При движении поршня в цилиндре объем топливно-воздушной газовой смеси
внутри цилиндра меняется. Это изменение объема приводит к изменению
давление и температура газа, которые определяют, насколько
Работа
поршень может поставить.
При движении поршня будем считать, что
тепло в цилиндр не передается. Мы в дальнейшем будем пренебрегать любым
трения между поршнем и цилиндром и считать, что нет
потери энергии любого рода. (В реальности небольшие потери и мы
учитывать потери с помощью «коэффициента эффективности», применяемого к результату
получаем без потерь.)
Начнем наш вывод с определения значения фактора, который мы нужно позже. Из определений коэффициенты удельной теплоемкости, удельная теплоемкость при постоянном давлении сП минус удельная теплоемкость при постоянном объеме cv равна газовая постоянная R:
ср — ср = R
и мы определяем отношение удельных теплоемкостей как число, которое мы позвоню «гамма»
гамма = cp/cv
Если мы разделим первое уравнение на cp и воспользуемся определением «гамма» мы получаем:
R / cp = 1 — (1 / гамма) = (гамма — 1) / гамма
Теперь воспользуемся уравнением, которое мы вывели для энтропия газа:
s2 — s1 = cp ln(T2 / T1) — R ln(p2 / p1)
где цифры 1 и 2 обозначают состояния в начале и в конце
процесс сжатия, с – энтропия, Т – температура, p — давление,
а «ln» обозначает натуральный логарифм
функция.
Так как в цилиндр не передается теплота и нет других потерь,
изменение в
энтропия
равен нулю и процесс обратим. Тогда уравнение становится:
В процессе сжатия по мере увеличения давления от p1 до p2, температура увеличивается от T1 до T2 согласно этому экспоненциальному закону уравнение. «Гамма» — это просто число, которое зависит от газа. Для воздуха, на стандартные условия, это 1,4. Значение (гамма — 1)/гамма составляет около 0,286. Таким образом, если давление увеличилось вдвое, отношение температур равно 1,219. Ключевым моментом здесь является то, что у нас есть функция, которая связывает температуру изменение на изменение давления в процессе сжатия.
Мы можем использовать уравнение состояния, чтобы вывести соотношение между изменение объема и изменение давления. Уравнение состояния:
р * v = р * т
где v — удельный объем, занимаемый газом. Если мы заменим это выражение для T в температурное уравнение, получаем:
(p2 * v2) / (p1 * v1) = (p2 / p1) ^ [(гамма — 1)/гамма] 9(гамма)
Величина (v1/v2) есть отношение объема в состоянии 1 и состоянии 2 и
называется степенью сжатия .
Для v2 меньше, чем v1 , давление p2 больше, чем стр1 .
С помощью этого уравнения мы можем определить
изменение давления при заданной степени сжатия. И используя предыдущий
уравнения мы знаем также изменение температуры.
Значение степени сжатия
является функцией конструкции
отверстие и ход
поршня.
Виды деятельности:
Навигация..
- Возрождение пути Райта
- Руководство для начинающих по аэронавтике
- Домашняя страница НАСА
- http://www.nasa.gov
Тратьте меньше, повышая производительность с помощью Amazon FSx для сжатия данных Lustre
Дэррил Осборн | на | в Amazon FSx для блеска, хранения данных и передовых технологий | Постоянная ссылка | Комментарии | Делиться Многие клиенты связывают снижение производительности со сжатием данных, но это не относится к Amazon FSx для Lustre.
Благодаря FSx for Lustre сжатие данных снижает затраты на хранение и увеличивает совокупную пропускную способность файловой системы. Поскольку организации продолжают создавать приложения быстрее, чем когда-либо, объем данных, которые организации должны хранить, быстро растет. Организациям нужны инструменты, помогающие сократить объем затрат на хранение этих данных. Сжатие данных — это простой способ сделать это. Благодаря новой функции сжатия данных Amazon FSx для Lustre теперь вы можете повысить производительность при чтении и записи в файловую систему, сократив при этом свои расходы за счет использования файловой системы меньшего размера. Это беспроигрышный вариант для большинства рабочих нагрузок. В этом посте я покажу, как можно увеличить пропускную способность чтения и записи в файловой системе Amazon FSx for Lustre при использовании файловой системы меньшего размера.
Amazon FSx for Lustre — это полностью управляемый сервис, предоставляющий экономичное, высокопроизводительное масштабируемое хранилище для вычислительных рабочих нагрузок.
Он основан на Lustre, самой популярной в мире высокопроизводительной файловой системе, и обеспечивает задержку менее миллисекунды, пропускную способность до сотен гигабайт в секунду и миллионы операций ввода-вывода в секунду. Он предназначен для обслуживания многих типов рабочих нагрузок, включая машинное обучение, высокопроизводительные вычисления (HPC), рендеринг видео и финансовое моделирование; по сути, любая рабочая нагрузка с большим объемом вычислений на базе Linux, требующая высокопроизводительного общего хранилища.
С мая 2021 г. вы можете включить сжатие данных в файловых системах Amazon FSx for Lustre, чтобы уменьшить потребление хранилища как для хранилища файловой системы, так и для резервных копий файловой системы. Эта функция предназначена для обеспечения высокого уровня сжатия, и, основываясь на своем тестировании, я обнаружил, что она обеспечивает более высокие уровни пропускной способности для операций чтения и записи. Это достигается автоматическим сжатием данных перед записью на диск и автоматическим распаковыванием данных после чтения с диска.
Благодаря такому дизайну мы можем считывать и записывать больше данных на диск за то же время, что увеличивает пропускную способность и количество операций ввода-вывода в секунду.
В этой записи блога я расскажу вам о новой функции сжатия данных Amazon FSx for Lustre, поделюсь результатами тестирования потребления хранилища и пропускной способности, сравнивающего сжатые и несжатые файловые системы, и перечислю коэффициенты сжатия для некоторых распространенных типов данных.
Как работает сжатие данных Каждая файловая система Amazon FSx for Lustre состоит из файловых серверов Lustre, с которыми взаимодействуют клиенты Lustre, и дискового хранилища, подключенного к каждому файловому серверу. Каждый файловый сервер использует высокопроизводительную сеть, быстрое кэш-хранилище в памяти и дисковое хранилище на основе жесткого диска или твердотельного накопителя. Благодаря новой дополнительной функции сжатия данных файловые серверы Amazon FSx for Lustre теперь могут выполнять сжатие с использованием проверенного сообществом и ориентированного на производительность алгоритма LZ4, разработанного для обеспечения высокого уровня сжатия без снижения производительности.
Сжатие находится между кэш-памятью в памяти и дисковым хранилищем. Данные сжимаются перед записью на диск и распаковываются после чтения с диска. Эти компоненты показаны на следующей диаграмме ( Рисунок 1 ).
Рис. 1. Компоненты производительности файловой системы Amazon FSx for Lustre
Ключевым свойством Amazon FSx for Lustre является то, что пропускная способность файловой системы пропорциональна емкости ее хранилища: чем больше емкость хранилища, тем выше пропускная способность. Это достигается за счет того, что количество файловых серверов Lustre, как показано на рис. 1 , также пропорционально емкости хранилища. Чем больше емкости хранилища или дискового пространства вы выделяете файловой системе либо при создании, либо во время события масштабирования емкости хранилища (например, увеличения емкости хранилища), тем выше производительность сети, кэш-памяти в памяти, механизмов сжатия и т. д. и дисковое хранилище связано с вашей файловой системой.
Чтобы лучше понять, как размер этих компонентов зависит от емкости хранилища файловой системы, см. сводные таблицы производительности файловой системы в руководстве пользователя Amazon FSx for Lustre. Что не отражено в этих таблицах, так это то, как сжатие повлияет на вашу производительность. Коэффициенты сжатия данных измеряют уменьшение размера, обычно выражаемое как деление несжатого размера на сжатый размер (например, 2:1). Также обычно используется экономия места, то есть уменьшение размера по отношению к несжатому размеру (например, 1 — (сжатый размер ÷ несжатый размер)), обычно выражаемое в процентах (например, 50%). Достигаемая степень сжатия сильно зависит от типа сжимаемых данных.
Сначала я создаю две файловые системы Amazon FSx для Lustre. Один с включенным сжатием, названный LZ4 , и один без включенного сжатия, названный NONE . Каждая файловая система настроена на постоянное хранилище SSD с пропускной способностью на единицу хранения 200 МБ/с на ТиБ (до 1,3 ГБ/с на пакет ТиБ) и емкостью хранилища 14,4 ТиБ.
В зависимости от емкости хранилища и пропускной способности на единицу хранения каждая файловая система способна обеспечить базовую пропускную способность 2880 МБ/с и пиковую пропускную способность 18 720 МБ/с.
Во-вторых, я запускаю восемь инстансов c5n.9xlarge Amazon EC2, используя последнюю версию Amazon Linux 2 Amazon Machine Image (AMI). Я специально выбрал этот тип экземпляра из-за его неизменной сетевой производительности, чтобы я мог убедиться, что производительность EC2 не является ограничивающим фактором моего теста. Мне нужна стабильная производительность сети от Amazon EC2 до файловой системы.
Сценарий пользовательских данных для всех инстансов Amazon EC2 устанавливает последние версии Open Message Passing Interface (OpenMPI) и IOR вместе с AWS CLI v2 и два инструмента мониторинга, nload и ncdu. Следующий сценарий является примером сценария пользовательских данных, используемого для запуска этих экземпляров.
#облачная-конфигурация
repo_update: правда
repo_upgrade: все
выполнить команду:
- amazon-linux-extras установить -y epel lustre2.10
- yum установить -y nload ncdu gcc gcc-c++
# установить и настроить aws cli v2
- cd /home/ec2-пользователь
- curl "https://awscli.amazonaws.com/awscli-exe-linux-x86_64.zip" -o "awscliv2.zip"
- распаковать awscliv2.zip
- ./aws/install -i /usr/local/aws-cli -b /usr/local/bin
- sudo export PATH=/usr/local/bin:$PATH
- зона_доступности=$(curl -s http://169.254.169.254/последняя/мета-данные/зона размещения/доступности)
- регион=${!зона_доступности:0:-1}
- echo -e "\n\n${!region}\ntext\n" | настроить aws
- CD
# установить опенмпи
- cd /home/ec2-пользователь
- wget https://download.open-mpi.org/release/open-mpi/v4.1/openmpi-4.1.1.tar.gz
- смола xvzf openmpi-4.1.1.tar.gz
- cd openmpi-4.1.1
- ./настроить
- делать
- сделать установку
- CD
# установить иор
- cd /home/ec2-пользователь
- wget https://github.com/hpc/ior/releases/download/3.
3.0/ior-3.3.0.tar.gz
- смола xvzf ior-3.3.0.tar.gz
- компакт-диск ior-3.3.0
- ./настроить
- делать
- сделать установку
- компакт-диск В-третьих, я создаю каталог /fsx на всех экземплярах и монтирую файловую систему без сжатия данных (NONE) на первых четырех экземплярах и монтирую файловую систему со сжатием данных (LZ4) на последних четырех экземплярах. . Это позволяет мне запускать тесты параллельно, при этом первые четыре экземпляра монтируются и записываются в файловую систему NONE, а последние четыре экземпляра монтируются и записываются в файловую систему LZ4. Операция записи IOR будет использовать несколько потоков для создания и записи файлов размером 12 ГБ, поэтому я настроил Lustre для чередования каждого файла по всем Цели хранения объектов (OST) . Это оптимизирует доступ к файловой системе для моего теста, поскольку каждый экземпляр Amazon EC2 может получать доступ ко всем OST и записывать их параллельно, а данные будут равномерно распределены по всем OST.
Следующий сценарий является примером сценария, используемого для выполнения этого шага.
sudo mkdir -p /fsx/ sudo mount -t luster -o noatime,flock,.fsx. .amazonaws.com@tcp:/ /fsx sudo chown ec2-пользователь: ec2-пользователь / fsx lfs setstripe --stripe-count -1 /fsx
В-четвертых, используя OpenMPI и IOR, я непрерывно пишу в файловые системы Amazon FSx for Lustre в течение 12 часов. Каждый экземпляр создает 144 файла и записывает в каждый файл 12 ГБ данных. Получается, что 576 файлов и 6912 ГБ данных непрерывно записываются в файловую систему в течение 12 часов. Следующий сценарий является примером сценария, используемого для выполнения этого шага.
instance_id=$(curl -s http://169.254.169.254/latest/meta-data/instance-id)
mpirun --npernode 144 --oversubscribe ior --posix.odirect -t 1m -b 1m -s 12000 -g -v -w -i 1000 -F -k -D 0 -T 720 -o /fsx/${instance_id }-ior.bin Результаты Результаты сжатия данных впечатляют как с точки зрения экономии памяти (коэффициент сжатия), так и с точки зрения совокупной пропускной способности.
Каждые 12 ГБ данных, записанных в несжатую файловую систему (NONE), занимают 12 ГБ дискового пространства. Я узнаю это, выполнив следующую команду на экземпляре, на котором смонтирована несжатая файловая система (NONE) . Команда du -sh возвращает объем использования диска (сжатый) в удобочитаемом формате, в то время как du --apparent-size -sh возвращает данные об использовании дискового пространства (без сжатия) в удобочитаемом формате.
instance_id=$(curl -s http://169.254.169.254/latest/meta-data/instance-id)
_file=/fsx/${instance_id}-ior.bin.00000000
du -sh ${_file}
du --apparent-size -sh ${_file} Возвращает использование диска и видимое использование диска для файла, созданного и записанного потоком 0.
[ec2-user@ip-172-31-14-163 fsx]$ instance_id=$(curl -s http://169.254.169.254/последняя/метаданные/идентификатор экземпляра)
[ec2-user@ip-172-31-14-163 fsx]$ _file=/fsx/${instance_id}-ior.
bin.00000000
[ec2-user@ip-172-31-14-163 fsx]$ du -sh ${_file}
12G /fsx/i-0ecbd30817e5c8e26-ior.bin.00000000
[ec2-user@ip-172-31-14-163 fsx]$ du --apparent-size -sh ${_file}
12G /fsx/i-0ecbd30817e5c8e26-ior.bin.00000000 Поскольку в этой файловой системе не включено сжатие данных, логично, что использование диска и видимое использование диска для всех этих файлов одинаковы, по 12 ГБ каждый.
Теперь я запускаю ту же команду из экземпляра с файловой системой с включенным сжатием данных (LZ4).
[ec2-user@ip-172-31-6-87 fsx]$ instance_id=$(curl -s http://169.254.169.254/latest/meta-data/instance-id)
[ec2-user@ip-172-31-6-87 fsx]$ _file=/fsx/${instance_id}-ior.bin.00000000
[ec2-user@ip-172-31-6-87 fsx]$ du -sh ${_file}
3.2G /fsx/i-0183fe888b20813ba-ior.bin.00000000
[ec2-user@ip-172-31-6-87 fsx]$ du --apparent-size -sh ${_file}
12G /fsx/i-0183fe888b20813ba-ior.bin.00000000 Очевидное использование диска (несжатый размер) для этого файла такое же — 12 ГБ, но фактическое использование диска (сжатый размер) составляет всего 3,2 ГБ.
Это экономия места на 73,33% или коэффициент сжатия данных 3,75:1. Весь тестовый набор данных из 576 файлов с 12 ГБ данных, записанных в каждый файл, имеет общее видимое использование диска 6912 ГБ. Однако при включенном сжатии данных он занимает всего 1843,2 ГБ дискового пространства. Это огромная функция экономии средств, поскольку она позволяет создать файловую систему с меньшим объемом памяти.
Хотя при включенном сжатии данных экономия места сама по себе является огромным преимуществом, как это влияет на производительность или пропускную способность файловой системы? Если данные, к которым осуществляется доступ, могут быть сжаты, совокупная пропускная способность файловой системы с включенным сжатием данных (LZ4) значительно улучшилась по сравнению с файловой системой без сжатия данных (НЕТ).
Пропускная способность файловой системы NONE была стабильной на уровне 3560 МБ/с в течение всего 12-часового теста, что значительно больше, чем задокументированная пропускная способность 2880 МБ/с для файловой системы такого размера.
Однако пропускная способность файловой системы LZ4 превосходила файловую систему NONE. За первые восемь часов файловая система LZ4 достигла совокупной пропускной способности 12 460 МБ/с. Этот уровень пропускной способности потреблял пиковую пропускную способность сети файловой системы, которая имеет пиковую пропускную способность сети 1300 МБ/с на ТиБ хранилища или 18 720 МБ/с для этой файловой системы на 14,4 ТиБ. После полного использования максимальной пропускной способности сети пропускная способность снижается до базовой пропускной способности сети 750 МБ/с на ТиБ хранилища или 10 800 МБ/с для этой файловой системы на 14,4 ТиБ. Во время этой части теста файловая система LZ4 достигла пропускной способности 11 428 МБ/с, что немного выше, чем задокументированная базовая пропускная способность сети, после того, как она пережила пик пропускной способности сети. Если посмотреть на улучшение пропускной способности и степень сжатия между файловыми системами NONE и LZ4, я достиг улучшения пропускной способности примерно на 71,43% и коэффициента сжатия примерно 3,50:1 при повышенном потреблении пропускной способности сети.
В оставшейся части теста я добился повышения пропускной способности примерно на 68,85% и коэффициента сжатия ~3,21:1.
В следующей таблице ( Таблица 1 ) представлены различные характеристики производительности тестовых файловых систем и экстраполировано потенциальное увеличение пропускной способности диска на основе коэффициента сжатия данных тестовых файлов IOR.
| 14,4 ТиБ Persistent_1 SSD 200 МБ/с на ТиБ | Пропускная способность сети согласно руководству пользователя (МБ/с)* | Пропускная способность диска согласно руководству пользователя (МБ/с)* | Коэффициент сжатия данных (n:1) | Расчетная пропускная способность диска на основе коэффициента сжатия данных (МБ/с) | Фактическая пропускная способность диска (МБ/с) | ||||
| Сжатие | Базовый уровень | Взрыв | Базовый уровень | Взрыв | Базовый уровень | Взрыв | Базовый уровень | Взрыв | |
| НЕТ | 10800 | 18720 | 2880 | 3456 | Н/Д | 2880 | 3456 | 3560 | 3560 |
| ЛЗ4 | 10800 | 18720 | 2880 | 3456 | 3,75 | 10800 | 12960 | 11428 | 12460 |
*Amazon FSx for Lustre руководство пользователя раздел совокупной производительности файловой системы
Таблица 1: Сравнение пропускной способности файловых систем Amazon FSx для Lustre без сжатия и со сжатием LZ4
На следующем рисунке ( Рисунок 2 ) наглядно сравнивается общая совокупная пропускная способность файловых систем NONE и LZ4 во время теста.
Рисунок 2. Сравнение пропускной способности файловых систем Amazon FSx для Lustre без сжатия и со сжатием LZ4
Задержки диска, зарегистрированные во время операций записи IOR, также не показывают заметной разницы между файловыми системами NONE и LZ4.
Чтобы лучше понять задокументированные пиковые и базовые характеристики пропускной способности сети Amazon FSx, обратитесь к сводным таблицам производительности файловой системы в руководстве пользователя Amazon FSx для Lustre.
Объем экономии памяти и увеличение пропускной способности во время операций чтения и записи зависят от достижимого коэффициента сжатия для этого типа данных. Так что, как говорится, «не все типы данных одинаковы». Некоторые типы данных будут иметь более высокие коэффициенты сжатия, что приведет к большей экономии памяти и увеличению пропускной способности. В то время как другие типы данных будут иметь низкую степень сжатия или не будут иметь никакой степени сжатия, в результате экономия памяти или увеличение пропускной способности будут незначительными или отсутствующими.
Следующие таблицы ( Таблица 2 и Таблица 3 ) показывают коэффициенты сжатия и экономию места для нескольких образцов файлов из реестра Open Data on AWS и других файлов с открытым исходным кодом. Каждый образец файла имеет ссылку на источник.
| Примеры файлов (сжимаемые типы данных) | Тип данных | Несжатый размер ( (МиБ) | Сжатый размер ( (МиБ) | Степень сжатия (n:1) | Экономия места |
| agent_df_base_com_al_revised.pkl | .пкл | 21.10 | 1,19 | 17,68 | 94,34% |
| dgen_db.sql 902:30 | .sql | 2 583,63 | 305,21 | 8,47 | 88,19% |
1000genomes-dragen__dragen-3. 5.7b__hg38_altaware_nohla__germline.json | .json | 37,60 | 4,85 | 7,75 | 87,09% |
| SARS2.peptides.faa | .faa | 4,58 | 0,69 | 6,68 | 85,03% |
| ERR4082713.повторное выравнивание | .выровнять | 6,50 | 1,19 | 5,48 | 81,77% |
| 1979.csv | .csv | 109,97 | 24.13 | 4,56 | 78,06% |
| abetow-ERD2018-EBIRD_SCIENCE-20191109-a5cf4cb2_test-data.csv | . | 770,18 | 172,76 | 4,46 | 77,57% |
| гео10апр15а.н18-ВИ3г | .n18-VI3g | 17,80 | 4.13 | 4,31 | 76,81% |
| AVHRRBUVI01.1981auga.abf | .abf | 8,90 | 2,08 | 4,27 | 76,58% |
| гео81авг15а.н07-ВИ3г | .n07-VI3g | 17,80 | 4,54 | 3,92 | 74,46% |
| nex-gddp-s3-files.json | .json | 4,15 | 1,25 | 3,31 | 69,80% |
wtk_conus_2014_0m. h5 | .h5 | 1 014 508,26 | 313 181,87 | 3,24 | 69,13% |
| ladi_machine_labels.pgsql | .pgsql | 4 656,76 | 1 455,39 | 3,20 | 68,75% |
| ladi_machine_labels.csv | .csv | 4 656,76 | 1 455,42 | 3,20 | 68,75% |
| SARS2.contigs.fna | .fna | 7.12 | 2,31 | 3,09 | 67,59% |
| A_Synthetic_Building_Operation_Dataset.h5 | .h5 | 1 239 249,29 | 434 270,93 | 2,85 | 64,96% |
abetow-ERD2018-EBIRD_SCIENCE-20191109-a5cf4cb2_srd_raster_template. tif | .tif | 7,28 | 2,83 | 2,58 | 61,18% |
| train_AOI_4_Shanghai_geojson_roads_speed_wkt_weighted_raw.csv | .csv | 10,47 | 4,35 | 2,41 | 58,49% |
| ХГ00096.тн.цв | .тсв | 175,17 | 79,37 | 2.21 | 54,69% |
| резюме.tsv 902:30 | .тсв | 55,97 | 26,43 | 2.12 | 52,78% |
| 1120.лас | .лас | 1 179,03 | 695,84 | 1,69 | 40,98% |
M_R2_TGACCA_L006_R1_001. fastq.1 | .fastq | 10 047,73 | 5 980,53 | 1,68 | 40,48% |
| Посейдон_i1000-3600_x900-3200.sgy | .sgy | 31 643,19 | 18 967,74 | 1,67 | 40,06% |
| G26243.HT-1197.2.bam.bai | .бай | 5,25 | 3.19 | 1,64 | 39,19% |
| video_content_type_mp4.txt | .txt | 34,62 | 23,98 | 1,44 | 30,73% |
| 00README_V01.pdf | 0,33 | 0,23 | 1,43 | 29,99% | |
pi. txt | .txt | 16.04 | 11,79 | 1,36 | 26,54% |
| GBQYVRF01.sff | .sff | 1 496,16 | 1 157,40 | 1,29 | 22,64% |
| HG00371.bam.bai | .бай | 9.07 | 7,42 | 1,22 | 18,19% |
| dgen_db.sql.zip | .zip | 13 851,45 | 12 649,00 | 1.10 | 8,68% |
| RS1_A0631053_SCWA_20130301_093649_HH_SCW01F.tif | .tif | 204.15 | 193,84 | 1,05 | 5,05% |
пакет0. fast5 | .fast5 | 921,93 | 898,15 | 1,03 | 2,58% |
csvТаблица 2: Примеры файлов со сжимаемыми типами данных
Таблица 3: Примеры файлов с несжимаемыми типами данных
Вы можете включить или выключить сжатие данных при создании новой файловой системы FSx for Lustre или при обновлении существующих файловых систем. Поскольку FSx for Lustre является транзакционным, сжатие данных применяется только к новым операциям записи, поэтому файлы, существовавшие в файловой системе до включения сжатия данных, не сжимаются. Чтобы применить сжатие данных к существующим файлам, см.
сжатие ранее записанных файлов раздела
Руководство пользователя Amazon FSx for Lustre в дополнение к
Решение для сжатия FSx for Lustre в нашем репозитории GitHub. После того как сжатие данных включено, его использование становится полностью прозрачным для приложений и пользователей, выполняющих чтение и запись в файловую систему.
Включение сжатия данных для новых и существующих файловых систем FSx для Lustre настоятельно рекомендуется и должно использоваться всеми клиентами, если тип данных, к которым осуществляется доступ из FSx для Lustre, выигрывает от сжатия данных LZ4. Это позволяет создавать файловые системы FSx для Lustre с меньшей емкостью хранилища (экономя ваши деньги) и меньшей пропускной способностью на единицу (также экономя ваши деньги). Это также позволит вам повысить пропускную способность файловой системы, сократив время, необходимое для обработки данных, и количество вычислительных ресурсов, которые вы потребляете для обработки данных. Включение сжатия данных поможет вам тратить меньше средств при одновременном повышении производительности файловых систем FSx for Lustre.
Дополнительные сведения о сжатии данных Amazon FSx for Lustre см. в руководстве пользователя Amazon FSx for Lustre.
Спасибо, что прочитали этот пост в блоге.