INTRODUÇÃO AO EMC XTREMSF

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1 White paper INTRODUÇÃO AO EMC XTREMSF O XtremSF é um produto de hardware PCIe flash baseado em servidor O XtremSF pode ser usado como armazenamento local ou como um dispositivo de armazenamento em cache com o EMC XtremSW Cache Resumo Este white paper fornece uma introdução ao EMC XtremSF. Ele descreve o hardware PCIe flash e apresenta detalhes sobre implementação, uso, desempenho e benefícios. Maio de 2013

2 Copyright 2013 EMC Corporation. Todos os direitos reservados. A EMC assegura que as informações apresentadas neste documento estão corretas. As informações estão sujeitas a alterações sem prévio aviso. As informações nesta publicação são fornecidas "no estado em que se encontram". A EMC Corporation não garante nenhum tipo de informação contida nesta publicação, assim como se isenta das garantias para a comercialização de um produto para um propósito específico. O uso, a cópia e a distribuição de qualquer software da EMC descrito nesta publicação exigem uma licença de software. Para obter uma lista mais atualizada de produtos da EMC, consulte EMC Corporation Trademarks no site emc2.com.br. H

3 Índice Resumo executivo... 4 Introdução... 5 Público-alvo... 5 Terminologia... 5 Casos de uso da tecnologia flash... 6 Vantagens do XtremSF... 6 Arquitetura de célula flash... 7 Conceitos de design do XtremSF Benefícios para os negócios Detalhes da implementação XtremSF como DAS Proteção de dados com DAS XtremSF com XtremSW Cache XtremSF com XtremSW Cache em modo split-card Considerações sobre o desempenho Características da carga de trabalho Throughput versus latência XtremSW Cache em modo split-card Outros gargalos no ambiente Diretrizes de uso e características Especificações Restrições Casos de uso e desempenho do aplicativo Resultados do teste Conclusão Referências

4 Resumo executivo Desde que a EMC realizou a primeira implementação da tecnologia flash em módulos de disco (conhecidos como SSDs) em arrays corporativos, o objetivo da EMC tem sido expandir o uso dessa tecnologia para todo o ambiente de armazenamento. Graças aos custos cada vez mais baixos da tecnologia flash e aos requisitos de alto desempenho de aplicativos, o flash baseado em servidor se tornou uma parte integrante dessa expansão. O EMC XtremSF é um produto de hardware PCIe flash baseado em servidor que reduz a latência e aumenta o throughput para melhorar drasticamente o desempenho dos aplicativos. O XtremSF pode ser usado como um dispositivo de DAS (Direct-Attached Storage, armazenamento com conexão direta) ou como um dispositivo de armazenamento em cache em conjunto com o software de flash cache para servidor EMC XtremSW Cache. Quando usados como um DAS, os conjuntos de dados são armazenados localmente para fornecer leituras e gravações aceleradas. Quando usado com o XtremSW Cache, o algoritmo inteligente de armazenamento em cache acelera as leituras, enquanto todas as gravações permanecem no armazenamento em rede para proporcionar alta disponibilidade, integridade e recuperação de desastres. Este white paper terá como foco principal os casos de uso de DAS do XtremSF. Para obter mais detalhes sobre o caso de uso de armazenamento em cache, consulte o white paper Introduction to EMC XtremSW Cache (Introdução ao EMC XtremSW Cache) disponível no site brazil.emc.com. Implementado como um DAS ou como um nível de armazenamento em cache com o software XtremSW Cache, o XtremSF é uma excelente solução para aplicativos com requisitos de baixa latência e alto I/O. O XtremSF é ideal para cargas de trabalho altamente transacionais e/ou de alto desempenho normalmente associadas a aplicativos da Web 2.0, ambientes de VDI (Virtual Desktop Infrastructure, infraestrutura de desktop virtual), HPC (High-Performance Computing, computação de alto desempenho) e aplicativos de transações de alto desempenho. Entre os benefícios do XtremSF estão: Quando usado como um dispositivo de armazenamento local, o XtremSF fornece aceleração do desempenho para cargas de trabalho com atividade intensa tanto de leitura quanto de gravação. Com sua placa emlc HHHL (Half-Height, Half-Length) de 2,2 TB, o XtremSF fornece a maior capacidade do setor no menor modelo de PCIe. O XtremSF oferece a opção de flash emlc (Enterprise-Grade Multi-Level Cell) ou SLC (Single-Level Cell) para soluções de desempenho, capacidade e otimização do investimento. O XtremSF fornece altos níveis de simultaneidade para aplicativos que exigem que vários I/Os sejam processados em paralelo. Quando usado com o XtremSW Cache, o XtremSF permite desempenho acelerado com a proteção do storage array de back-end em rede. 4

5 Introdução Este white paper fornece uma introdução ao XtremSF. Os tópicos abordados neste white paper incluem implementação em ambientes físicos, considerações sobre o desempenho, práticas recomendadas, diretrizes de uso, características e alguns casos de uso de aplicativos específicos. Público-alvo Este white paper é direcionado a organizações que estão considerando o uso do XtremSF em seus ambientes de armazenamento. Ele presume que o leitor tenha noções básicas sobre a tecnologia flash e seus benefícios. Terminologia Conjunto de dados: volume de dados que estão sendo gerenciados por um aplicativo; por exemplo, o tamanho do banco de dados Conjunto de trabalho: quantidade de dados acessados ativamente no conjunto de dados Tamanho da fila: número de solicitações pendentes de I/O do aplicativo 5

6 Casos de uso da tecnologia flash Há diversas maneiras de usar a tecnologia flash em um ambiente dependendo do caso de uso, do aplicativo e das necessidades do cliente. A abordagem da arquitetura da EMC é usar a tecnologia certa, no local certo e no momento certo. O flash pode ser usado: Como armazenamento com conexão direta Como um cache em um servidor Como um cache em um array Como um nível de armazenamento em um array Em um array totalmente flash Além disso, há diferentes tipos de flash, com diferentes estruturas de custo, considerações de durabilidade e características de desempenho. Todos os tipos de flash têm um lugar apropriado nos vários casos de uso existentes. Entre os casos de uso de flash estão: Os aplicativos com requisitos de desempenho com ou sem requisitos de proteção que têm muita atividade de leitura e gravação podem ser apropriados para o PCle flash no servidor como DAS por exemplo, o XtremSF. Os aplicativos com requisitos de alto desempenho e proteção que têm muita atividade de leitura são perfeitos para o PCIe flash no servidor como um cache por exemplo, o XtremSF em conjunto com o XtremSW Cache. Os aplicativos com requisitos de desempenho e proteção que têm muita atividade de leitura e gravação podem ser apropriados para o flash no array como um cache por exemplo, o EMC FAST Cache em um sistema de armazenamento EMC VNX. Os aplicativos com cargas de trabalho mistas e com dados que variam entre ativos e inativos são perfeitos para flash como parte de uma estratégia de classificação por níveis por exemplo, o FAST VP (Fully Automated Storage Tiering for Virtual Pools, armazenamento com classificação totalmente automatizada por níveis para pools virtuais) em um sistema de armazenamento EMC VMAX. Os aplicativos que requerem um desempenho altamente consistente podem ser apropriados para um array totalmente flash por exemplo, o EMC XtremIO. Vantagens do XtremSF O uso do hardware XtremSF para aceleração de aplicativos apresenta diversas vantagens: O desempenho líder do setor do XtremSF reduz a latência e aumenta o throughput para melhorar drasticamente o desempenho de aplicativos com intensa atividade de leitura e gravação. 6

7 As vastas capacidades oferecidas no portfólio do XtremSF permitem que os usuários armazenem grandes conjuntos de dados ou vários conjuntos de trabalho em um dispositivo PCIe flash único. A variedade de opções de capacidade da linha do XtremSF fornece a flexibilidade de adicionar a quantidade exata de flash necessária para acelerar aplicativos de destino. A possibilidade de escolher entre NAND flash emlc e SLC oferece aos clientes a flexibilidade de optar pela memória flash que atenda a suas necessidades individuais. (Consulte a arquitetura de célula flash abaixo para obter descrições de emlc e SLC.) O XtremSF fornece recursos simples de instalação e gerenciamento para que a solução seja facilmente instalável pelo cliente. Arquitetura de célula flash Em geral, há duas tecnologias principais de célula flash baseada em NAND usadas em todos os flash drives: SLC (Single-Level Cell) MLC (Multi-Level Cell) Uma célula é a menor unidade de armazenamento em qualquer tecnologia flash e é usada para reter uma determinada quantidade de carga eletrônica. Essa capacidade é usada para armazenar informações binárias. As células NAND flash têm uma arquitetura muito compacta; o tamanho dessas células é quase metade do tamanho de uma célula NOR flash comparável. Essa característica, quando combinada com um processo de produção mais simples, permite que a célula NAND flash ofereça densidades mais altas com mais memória em determinado tamanho de pastilha semicondutora. Isso resulta em um custo mais baixo por gigabyte. Os dispositivos de armazenamento flash guardam as informações em um conjunto de células flash criadas a partir de transistores de porta flutuante. Os dispositivos de SLC armazenam somente um bit de informações em cada célula flash (binários), enquanto os dispositivos de MLC armazenam mais de um bit por célula flash optando entre vários níveis de carga elétrica que serão aplicados nas portas flutuantes dos transistores (consulte Figura 1). 7

8 Figura 1: comparação entre armazenamento de dados com células flash SLC e MLC 1 Como cada célula flash MLC tem mais bits de informações, um dispositivo de armazenamento MLC baseado em flash oferece maior densidade de armazenamento em comparação a uma versão SLC baseada em flash. No entanto, o flash MLC tem desempenho e durabilidade inferiores devido a suas vantagens e desvantagens inerentes da arquitetura. O uso do flash MLC se torna ainda mais complicado com a maior funcionalidade, que requer controladoras e algoritmos de gerenciamento de flash avançados. Atualmente, duas classes de flash MLC são produzidas: a classe de consumidor (cmlc), usada em produtos de armazenamento para consumidores como pen drives, e a classe corporativa (emlc), que apresenta maior qualidade e é usada nas versões para MLC do XtremSF. O flash SLC e o flash MLC oferecem recursos que atuam sobre dois tipos de aplicativos muito diferentes: os que requerem alto desempenho a um custo atrativo por bit (emlc) e os com orçamento menos limitado e que buscam obter ainda mais desempenho e durabilidade com o passar do tempo (SLC). Levando em consideração os variados tipos de perfis e requisitos de I/O dos aplicativos corporativos, o EMC XtremSF fornece aos clientes a flexibilidade de escolher entre as arquiteturas flash emlc e SLC. Tabela 1 compara as características do flash SLC e MLC (valores padrão). 1 Kaplan, Francois. "Flash Memory Moves From Niche To Mainstream". Chip Design Magazine. Abril/maio de

9 Características emlc SLC Bits por célula 2 1 Durabilidade (ciclos de eliminação/gravação) Aprox. 30K Aprox. 100K Página de leitura (média) 50 µs 35 µs Página de programa (média) µs 300 µs Eliminação em bloco (média) µs 700 µs Tabela 1: Comparação entre flash SLC e MLC Embora o flash SLC ofereça uma densidade mais baixa, ele também fornece um nível avançado de desempenho na forma de leituras e gravações mais rápidas. Como o flash SLC armazena apenas um bit por célula, a necessidade de correção de erros é reduzida. O SLC também permite uma durabilidade mais alta do ciclo de gravação/eliminação, tornando-o uma opção mais apropriada para uso em aplicativos que requerem maior durabilidade e viabilidade em ciclos de vida de vários anos dos produtos. Para obter mais detalhes sobre as diversas arquiteturas de célula flash, consulte a Nota técnica Considerations for Choosing SLC versus MLC Flash (Considerações para fazer a escolha entre flash SLC e MLC) encontrada no site de suporte da EMC ( 9

10 Conceitos de design do XtremSF Na última década, a tecnologia de processamento de servidor continuou avançando ao longo da curva da Lei de Moore. A cada 18 meses, a capacidade de processamento e memória tem duplicado, mas a tecnologia de drive de disco não. Drives em rotação continuam a girar na mesma proporção. Isso gera um gargalo no stack de I/O por meio do qual o servidor e o aplicativo têm capacidade de processar mais I/O do que os drives de disco podem oferecer. Isso é conhecido como intervalo de I/O, como apresentado na Figura 2. Figura 2: lacuna de I/O entre o processador e os subsistemas de armazenamento Os flash drives no sistema de armazenamento ajudaram a fechar essa lacuna, visto que o flash é uma tecnologia de silício não mecânica e, portanto, pode aproveitar a mesma curva da Lei de Moore. Figura 3 mostra uma comparação de diferentes tecnologias de armazenamento baseadas nas IOPS (I/Os Per Second, I/Os por segundo) por gigabyte (GB) de armazenamento que oferecem. 10

11 Figura 3: comparação de tecnologias de armazenamento Os drives mecânicos em rotação fornecem um valor econômico de dólar por gigabyte para conjuntos de dados estáticos, mas não fornecem o melhor desempenho. Incluir SSDs no array fornece um desempenho impressionantemente melhor. Incluir PCIe flash no servidor pode acelerar o desempenho ainda mais que nos SSDs. Além disso, incluir conjuntos de dados importantes no PCIe flash do servidor pode diminuir as latências associadas a discos locais, resultando em um aumento de mais de 40% de desempenho em aplicativos corporativos. O XtremSF garante o fácil acesso de dados armazenando-os a microssegundos de distância no barramento PCIe do servidor. Figura 4 mostra uma implementação do XtremSF em um ambiente típico de DAS. Figura 4: implementação típica do XtremSF 11

12 O XtremSF foi projetado para fornecer: Desempenho: reduz a latência e aumenta o throughput para melhorar drasticamente o desempenho dos aplicativos Capacidade: permite que os usuários instalem apenas a capacidade de PCIe flash necessária para seus requisitos específicos de aplicativo Flexibilidade: fornece opções de tecnologia flash emlc e SLC para atender a necessidades específicas de durabilidade e desempenho Benefícios para os negócios O XtremSF fornece os seguintes benefícios para os negócios: O XtremSF melhora o desempenho e reduz o tempo de resposta dos aplicativos. Para a maioria dos negócios, isso significa a capacidade de realizar transações mais rápidas e em maior número. o Por exemplo, uma empresa que utiliza um banco de dados OLTP Oracle ou SQL Server pode estar limitada quanto ao número de transações que pode processar devido ao número de IOPS que os drives locais podem fornecer. O XtremSF aumenta o throughput para permitir mais transações, gerando, assim, mais receita para a empresa. Quando usado com o XtremSW Cache, os clientes obtêm os seguintes benefícios adicionais: o Os ambientes típicos do cliente podem ter diversos aplicativos que acessam o mesmo sistema de armazenamento no back-end. Alguns desses aplicativos são mais importantes que outros. Os usuários querem obter o melhor desempenho para esses aplicativos, ao mesmo tempo que garantem que outros aplicativos não essenciais continuem recebendo um desempenho "bom o suficiente". o O XtremSF fornece flexibilidade, pois está instalado no servidor e não na rede de armazenamento. Com vários aplicativos acessando o mesmo armazenamento, o XtremSF melhora o desempenho de aplicativos no servidor onde está instalado, enquanto outros aplicativos em outros servidores continuam a obter um bom desempenho do sistema de armazenamento. Na verdade, eles podem obter uma pequena melhoria de desempenho porque parte da carga de trabalho do sistema de armazenamento de back-end é descarregada no XtremSF, e o sistema de armazenamento tem mais capacidade de processamento disponível para esses aplicativos. O XtremSF tem uma infraestrutura independente. Ele pode acelerar qualquer tipo de aplicativo que estiver sendo executado em uma ampla gama de sistemas operacionais. O modo split-card permite o uso de parte do flash para servidor para o cache (com o EMC XtremSW Cache) e a outra como DAS. 12

13 Detalhes da implementação Esta seção do white paper fornece detalhes sobre como as operações de I/O são tratadas quando o XtremSF está instalado no servidor. Em uma implementação típica do XtremSF como DAS, os componentes a seguir precisam ser instalados no ambiente: Dispositivo físico do XtremSF Driver de dispositivo do XtremSF Para obter mais informações sobre a instalação desses componentes, consulte o Guia de instalação e administração EMC XtremSF. Se o XtremSF também for utilizado para armazenamento de dados em cache com um storage array de back-end, os elementos a seguir também precisarão ser instalados no ambiente: Software XtremSW Cache Para obter mais informações sobre a instalação desses componentes, consulte o Guia de instalação e administração do EMC XtremSW Cache. Figura 6 mostra uma forma simplificada da arquitetura de DAS do XtremSF. O servidor consiste em dois componentes: a camada do aplicativo e o dispositivo do XtremSF no servidor. O hardware XtremSF é inserido em 8 slots PCIe Gen2 no servidor e o driver é instalado no nível do sistema operacional. Uma vez instalada, a placa do XtremSF é configurada com um file system e particionada por meio do gerenciador de volumes lógicos do sistema operacional. Após, o aplicativo de destino é configurado para realizar leituras e gravações em um volume específico do XtremSF. Se necessário, toda a placa do XtremSF pode também ser configurada como um volume único. Nos exemplos a seguir, o XtremSF é configurado como DAS para armazenar dados localmente e como um cache quando combinado com o XtremSW Cache. Com base nos requisitos da solução, a configuração mais apropriada pode ser usada para obter o tão desejado aumento de desempenho. XtremSF como DAS Neste exemplo, a placa do XtremSF está sendo usada para armazenamento local de dados. Para um caso de uso de DAS, as placas PCIe baseadas em flash emlc são adequadas de uma perspectiva de requisito de desempenho e durabilidade. Figura 5 apresentada abaixo mostra os detalhes de um caso de uso como DAS. 1. O aplicativo grava os dados na placa do XtremSF. 2. Quando necessário, o aplicativo faz a leitura dos dados a partir do XtremSF. Esse caso de uso fornece ao aplicativo benefícios significativos de throughput e latência. 13

14 Figura 5: XtremSF para armazenamento de dados temporários Proteção de dados com DAS O XtremSF como DAS beneficia tanto dados temporários quanto dados essenciais aos negócios. No entanto, visto que o PCIe flash não fornece os benefícios de proteção de dados encontrados intrinsecamente em storage arrays de back-end, os dados essenciais aos negócios devem ser protegidos de outras maneiras. A melhor forma de fazer isso é utilizar recursos de proteção de dados no nível do sistema operacional ou do aplicativo. Algumas ferramentas nativas do sistema operacional, como os LVMs (Logical Volume Managers, gerenciadores de volumes lógicos), podem combinar vários dispositivos de armazenamento (como visto pelo SO) em grupos de RAID para fornecer desempenho (RAID 0) ou proteção (RAID 1) aos dados do aplicativo. Nos casos em que vários dispositivos do XtremSF estão instalados em um servidor único, os LVMs podem ser usados para criar grupos de RAID e opcionalmente fornecer desempenho e/ou proteção. Serviços de replicação no nível do aplicativo são proporcionados por diversos aplicativos corporativos e de banco de dados. Serviços como o Oracle Data Guard, o Oracle RAC (Real Application Clusters), o Oracle ASM (Automatic Storage Management) e o Microsoft SQL Servers AlwaysOn podem fornecer a alta disponibilidade e a proteção da replicação de dados necessárias. Esses são apenas alguns exemplos de como a proteção de dados pode ser aplicada ao XtremSF. Cada instalação terá uma solução específica que seja a mais apropriada para os aplicativos e os sistemas operacionais em uso. As ferramentas de replicação baseadas em host podem fornecer a funcionalidade da replicação para dados armazenados localmente. Por exemplo, existem ferramentas de software de replicação no nível de bloco que fornecem replicação contínua em tempo real de qualquer dado entre servidores em uma LAN ou WAN. Elas são normalmente implementadas como um driver de filtro do sistema operacional localizado no file system no stack de I/O. Algumas dessas ferramentas podem fornecer tanto replicação síncrona quanto assíncrona. 14

15 XtremSF com XtremSW Cache O hardware XtremSF pode ser usado em conjunto com o software XtremSW Cache para criar uma solução de armazenamento em cache para que haja um desempenho avançado de aplicativo enquanto os dados são protegidos em um storage array de back-end. Figura 6 mostra a configuração básica do XtremSW Cache quando instalado com o XtremSF. Figura 6: XtremSF com XtremSW Cache Nesta configuração, uma cópia dos dados "mais dinâmicos" do aplicativo é armazenada na placa PCIe local para acelerar a leitura, enquanto as gravações são mantidas no storage array. Para obter uma descrição detalhada de uma implementação do XtremSW Cache com o XtremSF, consulte o white paper Introduction to EMC XtremSW Cache (Introdução ao EMC XtremSW Cache). XtremSF com XtremSW Cache em modo split-card O software EMC XtremSW Cache tem um recurso exclusivo de split-card, que permite que os usuários usem uma parte do flash para servidor como um dispositivo de armazenamento em cache com o XtremSW Cache e o restante como DAS. Essa funcionalidade fornece a capacidade de combinar simultaneamente os dois casos de uso anteriormente descritos. Figura 7 mostra uma representação de uma placa do XtremSF sendo usada em modo split-card. 15

16 Figura 7: XtremSF em modo split-card Como acontece em um caso de uso exclusivamente de DAS, o conteúdo da porção de DAS não persiste para nenhum storage array Por isso, é recomendável que o usuário armazene dados temporários na porção de DAS ou utilize uma ferramenta de proteção de dados no nível do aplicativo ou do sistema operacional. 16

17 Considerações sobre o desempenho Como DAS, o XtremSF é uma solução sofisticada de armazenamento com memória flash, portanto, há certas considerações que devem ser analisadas ao avaliar o desempenho do XtremSF. Características da carga de trabalho O benefício final do desempenho que você pode esperar do XtremSF depende das características da carga de trabalho do aplicativo. A EMC recomenda que o XtremSF não seja usado como armazenamento local para aplicativos que não tenham um perfil apropriado de carga de trabalho. Por exemplo: Tamanho do conjunto de dados: você deve ter uma ideia do tamanho do conjunto de dados do aplicativo com relação à capacidade da placa do XtremSF. Todo o conjunto de dados deve ser colocado na placa do XtremSF para se beneficiar do desempenho máximo. Cargas de trabalho aleatórias ou sequenciais: um storage array da EMC é muito eficiente no processamento de cargas de trabalho sequenciais a partir de seus aplicativos. O storage array usa seu próprio cache e outros mecanismos, como "prefetch", para realizar isso. Entretanto, se houver qualquer aleatoriedade no padrão da carga de trabalho, o desempenho será menor devido aos tempos de busca envolvidos no acesso de dados em drives mecânicos. O cache do storage array também tem uso limitado nesse caso, porque diferentes aplicativos que usam o storage array competirão pelo mesmo recurso de cache do storage array. A tecnologia flash não tem nenhuma latência associada a tempos de busca para acessar os dados. Portanto, o XtremSF apresentará uma melhoria no desempenho máximo quando a carga de trabalho de aplicativos tiver um alto grau de aleatoriedade. Simultaneidade: os drives mecânicos no storage array têm apenas uma ou duas cabeças de leitura e gravação, o que significa que somente um número limitado de I/Os pode ser processado em qualquer point-in-time a partir de um disco. Desse modo, quando houver vários threads no aplicativo tentando acessar os dados no storage array, os tempos de resposta tendem a aumentar porque os I/Os precisam esperar na fila antes de serem processados. Entretanto, os dispositivos de armazenamento e de cache que usam a tecnologia flash normalmente têm vários canais internamente que podem processar múltiplos I/Os ao mesmo tempo. O XtremSF, portanto, apresentará uma diferença no desempenho máximo quando a carga de trabalho de aplicativos tiver um alto grau de simultaneidade. O aplicativo deve solicitar vários I/Os ao mesmo tempo. Tamanho de I/O: tamanhos grandes de I/O tendem a ser orientados pela largura de banda e a reduzir a lacuna de desempenho entre a tecnologia flash e as tecnologias que não são flash. Embora o XtremSF melhore o desempenho em uma ampla gama de tamanhos de I/O, os aplicativos com tamanhos menores de I/O (por exemplo, 4 KB ou 8 KB) terão o benefício do desempenho máximo. 17

18 Throughput versus latência Há alguns aplicativos que podem forçar o ambiente de armazenamento ao limite a fim de fornecer quantas IOPS forem possíveis. O uso do XtremSF nesses ambientes de aplicativos acarretará IOPS muito altas com tempos de resposta muito baixos. No entanto, também há aplicativos que não precisam ter IOPS muito altas, mas que requerem tempos de resposta muito baixos. Você pode ver o benefício de usar o XtremSF também nesses ambientes de aplicativos. Embora o aplicativo emita relativamente poucos I/Os, sempre que os I/Os forem emitidos, eles serão fornecidos com um tempo de resposta muito baixo. Por exemplo, um aplicativo da Web pode não ter muita atividade em geral, mas sempre que um usuário emitir uma solicitação, a resposta será muito rápida. XtremSW Cache em modo split-card Quando essa funcionalidade é usada, os mesmos recursos flash são compartilhados entre as porções de cache e de DAS. Portanto, o desempenho de cache pode ser menor em comparação a quando a placa PCIe é usada exclusivamente como um dispositivo de armazenamento em cache. Outros gargalos no ambiente Tornando os dados ainda mais acessíveis ao aplicativo, o XtremSF ajuda a melhorar o throughput e a reduzir latências. No entanto, qualquer aprimoramento drástico no throughput do aplicativo pode expor novos gargalos de desempenho e/ou anomalias subjacentes no stack de hardware ou software. 18

19 Diretrizes de uso e características Esta seção fornece algumas das diretrizes de uso e das características principais do XtremSF. O XtremSF é otimizado para trabalhar com cargas de trabalho com alto grau de simultaneidade, fornecendo maior desempenho com números maiores de thread. Esse design aproveita a capacidade da mídia flash de dar suporte a altas taxas de largura de banda. Acessando um número menor de chips flash para cada I/O, os gargalos no nível de chip que normalmente ocorrem com vários threads são evitados. Por essa razão, os aplicativos que podem utilizar vários threads obterão o melhor benefício de desempenho. O XtremSF corrigiu o mapeamento dos tamanhos das unidades que são otimizados para corresponder aos tamanhos maiores de I/O (4K ou 8K) que são normalmente associados aos tamanhos de I/O de aplicativos corporativos comuns. Na maioria dos modelos do XtremSF, o gerenciamento do flash é feito dentro da placa, liberando essas tarefas do servidor host. Isso reduz a utilização da CPU e a quantidade de DRAM necessárias no host. A integridade dos dados é uma das principais preocupações. É essencial garantir que os dados retornados em uma leitura espelhem o que foi gravado por último no dispositivo. Para fornecer integridade de dados no XtremSF, um checksum completo é utilizado para verificar se os dados lidos correspondem exatamente aos dados anteriormente gravados no bloco. Para proteger o flash de falhas, as placas do XtremSF usam um esquema de paridade de RAID, em que cada elemento no grupo de RAID é processado por um canal de flash diferente. No caso de ocorrer falha de um chip flash na placa PCIe, o XtremSF detectará automaticamente e reconstruirá rapidamente os dados afetados. A coleta de lixo e o wear leveling (balanceamento de desgaste) são executados com impacto pequeno no desempenho. Essas atividades são realizadas no nível do chip flash e aproveitam a capacidade de alta simultaneidade do XtremSF, reduzindo o impacto causado ao aplicativo. Quando usado com o XtremSW Cache como um dispositivo de armazenamento em cache, as gravações são sincronizadas com o array. As operações de gravação emitidas pelo aplicativo serão limitadas pela velocidade com a qual o array de back-end pode processar as gravações. Quando usado em modo split-card, isso afeta somente a porção de armazenamento em cache da placa; a porção de DAS não é afetada pelo desempenho do array. Quando o XtremSF é usado como um dispositivo de armazenamento, tanto as leituras quanto as gravações são aceleradas. Para proteger dados essenciais aos negócios armazenados na placa, devem ser usados recursos de proteção de dados em nível de aplicativo ou operacional. 19

20 Especificações Restrições O XtremSF é otimizado para cargas de trabalho de I/O de 4K e 8K, mas ele terá uma operação perfeita e fornecerá benefícios com aplicativos com outros tamanhos predominantes de I/O. O XtremSF precisa estar instalado em 8 slots PCIe Gen2 de um servidor montado em rack. Ele também pode ser instalado em 169 slots PCIe, mas apenas oito canais serão usados pelo XtremSF. Da mesma forma, se ele for instalado em um slot x4 PCle no servidor, o XtremSF terá desempenho abaixo do ideal. O XtremSF foi projetado para manter um requisito de energia de menos de 25 W pela especificação do PCIe 2.0. As placas do XtremSF estão disponíveis com as capacidades a seguir: o SLC (Single-Level Cell) 350 GB e 700 GB o MLC (emulti-level Cell) 550 GB, 700 GB, 1,4 TB e 2,2 TB Várias placas do XtremSF podem ser usadas por servidor. É possível criar um só volume de origem lógico em várias placas usando um LVM do sistema operacional. É possível criar vários volumes de origem em uma só placa usando um LVM do sistema operacional. O XtremSF está de acordo com a TAA (Trade Agreements Act, lei de acordos comerciais). Os requisitos principais a seguir são certificados como não aplicáveis ao XtremSF: o FIPS o Critérios comuns o Internet Protocol versão 6 O XtremSF fornece proteção de integridade de dados no nível de flash usando um esquema de paridade de RAID. No entanto, ele não fornece serviços de proteção de dados para dados essenciais aos negócios. Se a proteção de dados for necessária, ferramentas do XtremSW Cache ou de outros produtos de software devem ser usadas. Servidores blade requerem uma versão personalizada da placa e, portanto, não são compatíveis com o XtremSF. No entanto, os servidores que aceitam que uma placa PCIe de expansão seja conectada a seus chassis podem funcionar com placas do XtremSF. Para obter a lista mais atual de sistemas operacionais e servidores compatíveis, consulte o E-Lab Interoperability Navigator. 20

21 Casos de uso e desempenho do aplicativo O XtremSF é ideal para cargas de trabalho altamente transacionais e/ou de alto desempenho normalmente associadas a aplicativos da Web 2.0, ambientes de VDI (Virtual Desktop Infrastructure, infraestrutura de desktop virtual), HPC (High- Performance Computing, computação de alto desempenho) e aplicativos de transações de alto desempenho. Ele também pode ser usado para acelerar análise lógica, geração de relatórios, modelagem de dados, índices, dumps de banco de dados, processamento de lotes, tarefas de segundo plano e outras cargas de trabalho temporárias. Ao usar o XtremSF como DAS, o maior benefício será alcançado em aplicativos com intensa atividade de leitura e gravação com requisitos de baixa latência. Se o XtremSF for combinado ao XtremSW Cache para fornecer armazenamento em cache, os melhores resultados serão alcançados em aplicativos com intensa atividade de leitura e em aplicativos com um skew de dados altamente concentrado. Resultados do teste A EMC conduziu testes específicos de aplicativos com o XtremSF para determinar possíveis benefícios de desempenho quando esse produto é usado. A seguir, apresentamos um resumo dos benefícios do XtremSF quando usado com alguns aplicativos populares: SQL Server Com uma carga de trabalho tipo TPC-E em um ambiente de bancos de dados Microsoft SQL Server 2012 de 800 GB em um servidor Cisco UCS, o XtremSF forneceu 30 vezes mais IOPS que a mesma carga de trabalho em execução em vários discos locais. A Figura 8 mostra essa melhoria no desempenho. Figura 8: desempenho do XtremSF versus disco local com um banco de dados SQL Server 21

22 Oracle Com uma carga de trabalho OLTP tipo TPC-E em um ambiente físico Oracle 11g R2 de 1,2 TB, o XtremSF registrou um desempenho 40 vezes maior se comparado à mesma carga de trabalho em execução em vários discos locais. A Figura 9 mostra essa melhoria no desempenho. Figura 9: desempenho do XtremSF versus disco local para um Oracle Database Para obter mais informações sobre diretrizes específicas de aplicativos e sobre os resultados dos testes, consulte a lista de white papers fornecida na seção Referências. 22