EMC XTREMSF PERFORMANCE ACCELERATION FOR MICROSOFT SQL SERVER 2012

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1 White Paper EMC XTREMSF PERFORMANCE ACCELERATION FOR MICROSOFT SQL SERVER 2012 Aceleração do desempenho do SQL Server com EMC XtremSF Recuperação de desastres com AlwaysOn Availability Groups no EMC XtremSF Geração de relatórios com cópia legível AlwaysOn no EMC XtremSF Virtualização de servidores VMware vsphere EMC Solutions Group Resumo Este white paper descreve o desempenho de uma placa PCIe EMC XtremSF integrada ao VMware vsphere em um ambiente virtualizado do SQL Server 2012 com Availability Groups. Nessa solução, as placas armazenam réplicas e dados de usuários, eliminando a necessidade de acesso ao storage array. Julho de 2013

2 Copyright 2013 EMC Corporation. Todos os direitos reservados. A EMC assegura que as informações apresentadas neste documento estão corretas na data da publicação. As informações estão sujeitas a alterações sem prévio aviso. As informações contidas 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 de garantias de comercialização ou adequação de um produto a 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 brazil.emc.com. Todas as marcas comerciais aqui mencionadas pertencem a seus respectivos proprietários. Número da peça H EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

3 Índice Resumo executivo... 5 Business case... 5 Visão geral da solução... 5 Principais resultados... 6 Introdução... 7 Finalidade... 7 Escopo... 7 Público... 7 Terminologia... 7 Visão geral da tecnologia... 9 Introdução aos principais componentes... 9 EMC XtremSF... 9 Vantagens do XtremSF O que há de melhor em desempenho e capacidade Casos de uso de alto desempenho do XtremSF Métodos de proteção a serem considerados para o XtremSF como armazenamento local Funcionamento perfeito com o vsphere Impacto mínimo nos recursos do sistema VMware vsphere Microsoft SQL Server AlwaysOn AlwaysOn Availability Groups Réplicas de disponibilidade e funções Modos de disponibilidade Configuração da solução Visão geral da solução Arquitetura da solução Design e perfil de usuário do SQL Server Recursos de hardware Recursos de software Design de armazenamento Visão geral Layout do design de armazenamento Gerenciamento e configuração do XtremSF Visão geral Configuração do XtremSF como um dispositivo de passagem Configuração do XtremSF como VMDK EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

4 Teste e validação Visão geral do teste Sobre os resultados de desempenho de benchmark Objetivos do teste Procedimentos do teste Resultados do teste Resumo Desempenho de carga de trabalho de OLTP para um banco de dados com XtremSF como armazenamento O XtremSF reduz o tempo de sincronização dos Availability Groups Impacto de Availability Groups com banco de dados do SQL Server no XtremSF Custo e benefícios com sistema de geração de relatórios na cópia síncrona legível de Availability Groups Conclusão Resumo Resultados Referências Artigos técnicos Documentação de produtos Outros documentos EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

5 Resumo executivo Business case Nos ambientes cada vez mais econômicos de hoje, as empresas são levadas a otimizar seus processos e a aprimorar seus serviços, ao mesmo tempo em que reduzem os custos de TI. Também há demandas mais altas com relação ao desempenho da infraestrutura de TI, que são geradas por: Cargas de trabalho mais exigentes Aplicativos em que o tempo é um fator determinante e crescentes contratos de nível de serviço Cargas de trabalho transacionais que exigem uma alta capacidade de resposta de I/O A necessidade de arquiteturas de baixo custo e provisionamento preciso de recursos Com relação aos desafios de desempenho, as empresas que usam o SQL Server 2012 devem pensar na utilização de novas abordagens que tenham custos menores e um nível mais alto de proteção de dados. O EMC XtremSF é uma placa de hardware Flash discreta que se encaixa no slot PCIe (Peripheral Component Internet Express) de qualquer servidor instalado em rack. Ele permite que os aplicativos atinjam desempenho de classe de memória sem que seja necessário adquirir mais memória. Ele também oferece grande capacidade de armazenamento com um espaço físico reduzido. Ele acelera as operações de leitura e gravação, reduzindo a latência e aumentando o throughput. Uma única placa XtremSF de 2,2 TB pode processar mais de solicitações de I/O de 8 KB por segundo, enquanto um drive SSD típico pode processar apenas alguns milhares de solicitações de leitura. Com o XtremSF, a EMC oferece uma solução que otimiza o desempenho do SQL Server com impacto mínimo sobre os recursos do sistema, como CPU e memória. Trabalhando juntas, a Microsoft e a EMC fornecem componentes essenciais necessários à entrega de soluções de disponibilidade de alto desempenho de nível corporativo para ambientes Microsoft SQL Server Combinando o poder dos AlwaysOn Availability Groups (AG) do Microsoft SQL Server 2012 com o XtremSF em um ambiente virtualizado, essa solução proporciona não apenas a redução do tempo de inatividade após uma falha, mas também permite um acesso mais rápido e mais fácil que aprimora a Business Intelligence e a lógica analítica. Visão geral da solução O objetivo desta solução é demonstrar os recursos e o valor do XtremSF em ambientes SQL Server essenciais e muito exigentes. Essa solução demonstra o XtremSF como uma opção de armazenamento simples e altamente eficiente para infraestruturas SQL Server 2012 em um ambiente virtualizado. O uso do XtremSF em um ambiente virtual permite o gerenciamento de armazenamento simples em uma implementação virtualizada do SQL Server Associado aos AlwaysOn Availability Groups, o XtremSF é uma solução de HA/DR (High Availability/Disaster Recovery, alta disponibilidade/ recuperação de desastres) de baixo impacto e grande eficiência. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

6 Principais resultados A solução apresenta os seguintes resultados: O XtremSF dá suporte às cargas de trabalho transacionais de OLTP (Online Transaction Processing, processamento de transações online) mais exigentes, com muitas IOPS (Input/Output Operations per Second, operações de entrada/saída por segundo) e baixa latência. O XtremSF apresenta uma melhoria drástica de desempenho em comparação ao armazenamento em rede padrão. O XtremSF funciona perfeitamente com as tecnologias SQL Server AlwaysOn para fornecer uma solução de HA/DR sem comprometer o desempenho. O XtremSF pode dar suporte a cargas de trabalho de geração de relatórios em tempo real, que aproveitam cópias AlwaysOn somente leitura com o mínimo de impacto sobre o desempenho do servidor de produção. O XtremSF causa o mínimo de impacto sobre os recursos do sistema, como a CPU e a memória. O XtremSF funciona perfeitamente em ambientes virtualizados e em ambientes físicos, além de ser fácil de gerenciar e monitorar. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

7 Introdução Finalidade Escopo Público Terminologia Este white paper demonstra como o XtremSF dá suporte a cargas de trabalho de OLTP do SQL Server com muitas operações de I/O, ao mesmo tempo em que proporciona altíssimo desempenho e fácil configuração. Ele também demonstra que os AlwaysOn Availability Groups associados ao XtremSF podem oferecer HA/DR eficiente em bancos de dados, sem afetar o desempenho do servidor de produção e, ao mesmo tempo, fornecem um sistema de geração de relatórios bastante eficiente. Este white paper demonstra: A capacidade do XtremSF para acelerar o desempenho de grandes cargas de trabalho de OLTP do SQL Server com impacto mínimo sobre os recursos do sistema. Como a solução de HA/DR que o XtremSF oferece com AlwaysOn Availability Groups funciona perfeitamente, sem impacto sobre o desempenho do banco de dados de produção. Que o XtremSF fornece excelente desempenho para um sistema de geração de relatórios quando configurado como cópia AlwaysOn legível em um servidor secundário, com impacto mínimo sobre o desempenho do banco de dados de produção. Que o XtremSF é fácil de configurar e gerenciar. Este white paper destina-se a administradores de bancos de dados e arquitetos de armazenamento do SQL Server 2012 envolvidos no planejamento, design ou administração de um ambiente com XtremSF. Este white paper inclui a terminologia a seguir. Tabela 1. Terminologia Termo AG (Availability Groups, grupos de disponibilidade) Réplica de disponibilidade Sincronização de dados Definição Solução de HA e DR que proporciona uma alternativa de nível empresarial ao espelhamento de banco de dados. Introduzido no SQL Server 2012, o recurso AlwaysOn Availability Groups maximiza a disponibilidade de um conjunto de bancos de dados de usuários. Instância de um grupo de disponibilidade que é hospedada por uma instância específica do SQL Server e mantém uma cópia local de cada banco de dados de disponibilidade pertencente ao grupo de disponibilidade. Existem dois tipos de réplica de disponibilidade uma réplica primária única (consulte Réplica primária) e até quatro réplicas secundárias (consulte Réplica secundária legível). O processo pelo qual as alterações feitas em um banco de dados primário são reproduzidas em um banco de dados secundário. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

8 Termo EMC XtremSF emlc IOPS OLTP PCIe Réplica primária Réplica secundária legível Repropagação SLC AlwaysOn do SQL Server 2012 AlwaysOn do SQL Server 2012 SSD VMDK Definição Uma única placa de hardware de servidor Flash discreta que se encaixa em qualquer servidor montado em rack dentro do envelope de alimentação de um só slot PCIe, disponível com um amplo conjunto de recursos emlc (Enterprise Multi-Level Cells, células multinível corporativas) e SLC (Single-Level Cell, célula de nível único). Célula multinível corporativa. Células multinível desenvolvidas para oferecer baixas taxas de erro. Uma tecnologia de memória flash que utiliza vários níveis por célula para permitir que mais bits sejam armazenados com o uso do mesmo número de transistores. Input/output operations per second (operações de entrada/saída por segundo). Online Transaction Processing (processamento de transações on-line). Os aplicativos típicos de OLTP incluem processamento de transações de recuperação e entrada de dados. Peripheral Component Internet Express. A réplica de disponibilidade que torna os bancos de dados primários disponíveis para conexões de leitura e gravação de clientes e envia apontamentos de registro de transações de cada banco de dados primário a cada réplica secundária. Bancos de dados de réplica secundária configurados para permitir conexões de cliente somente leitura. Processo de copiar um banco de dados de uma réplica primária para réplicas secundárias correspondentes. Single-Level Cell (células de nível único). Cada célula pode existir em um de dois estados, armazenando um bit de informações por célula. Refere-se à nova e abrangente solução de HA e DR para o SQL Server O AlwaysOn apresenta recursos novos e aprimorados para bancos de dados específicos e instâncias inteiras, fornecendo flexibilidade para dar suporte a várias configurações de alta disponibilidade. Refere-se à nova e abrangente solução de HA e DR para o SQL Server O AlwaysOn apresenta recursos novos e aprimorados para bancos de dados específicos e instâncias inteiras, fornecendo flexibilidade para dar suporte a várias configurações de alta disponibilidade. Solid-State Disk (disco de estado sólido). Especificação de formato de disco de máquina virtual para VMware. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

9 Visão geral da tecnologia Introdução aos principais componentes EMC XtremSF Este capítulo fornece uma visão geral das tecnologias utilizadas nesta solução: EMC XtremSF VMware vsphere 5.1 Microsoft SQL Server 2012 O EMC XtremSF é uma placa PCIe Flash implementada no servidor para melhorar drasticamente o desempenho dos aplicativos por meio da redução da latência e da aceleração do throughput. Como mostrado na Figura 1, a CPU melhora 100 vezes a cada década, mas o mesmo não ocorre com a velocidade de disco. As tecnologias flash não são limitadas pela física de platters rotativos; portanto, acompanham o ritmo do crescimento de desempenho do processador e fecham a lacuna de I/O. Figura 1. Lacuna de desempenho entre CPU e HDD de acordo com a Lei de Moore 1 O XtremSF pode ser usado como um dispositivo de armazenamento local para agilizar o desempenho de leitura e gravação de aplicativos de alto desempenho e com grande número de transações. Ele também pode ser usado com o software de armazenamento em cache Flash para servidor, o EMC XtremSW Cache (anteriormente conhecido como VFCache), a fim de agilizar o desempenho de leitura com proteção de dados. O XtremSF está disponível em emlc com capacidades de 550 GB, 700 GB, 1,4 TB e 2,2 TB, além de SLC Flash com capacidades de 350 GB e 700 GB. 1 A Lei de Moore é uma previsão criada pelo cofundador da Intel, Gordon Moore. De acordo com ela, o número de transistores em um chip dobra a cada dois anos, aproximadamente. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

10 Vantagens do XtremSF As vantagens da placa XtremSF são: Desempenho: o XtremSF melhora drasticamente a latência e o throughput de aplicativos; até 1,13 milhão de IOPS com uma placa XtremSF. Flexibilidade: a EMC oferece uma ampla variedade de XtremSF com recursos emlc e SLC para uso como armazenamento local ou com XtremSW Cache. Eficiência: o EMC XtremSF oferece o melhor TCO (Total Cost of Ownership, custo total de propriedade) com a mais baixa sobrecarga, o melhor desempenho, o menor consumo de energia e a melhor densidade. O que há de melhor em desempenho e capacidade O XtremSF oferece o que há de melhor em desempenho e capacidade. Com metade da altura e do comprimento, o XtremSF é uma placa individual e discreta, que cabe em qualquer servidor montado em rack e consome a mesma energia de um único slot PCIe. O XtremSF oferece o melhor desempenho do setor. O XtremSF proporciona alto desempenho de classe de memória sem a adição de mais memória. A placa XtremSF de 2,2 TB tem a maior capacidade de armazenamento do setor no menor espaço ocupado, com metade da altura e do comprimento. A tabela 2 mostra as características de desempenho de algumas placas XtremSF selecionadas. Tabela 2. Características de desempenho de placas XtremSF selecionadas Largura de banda de leitura Largura de banda de gravação IOPS de leitura aleatória de 4 KB IOPS de gravação aleatória de 4 KB IOPS mista e aleatória de 4 KB Latência do acesso de leitura Latência do acesso de gravação emlc de 550 GB emlc de 2,2 TB SLC de 350 GB SLC de 700 GB 1,36 GB/s 2,47 GB/s 2,9 GB/s 2,9 GB/s 512 MB/s 1,1 GB/s 756 MB/s 1,8 GB/s µs 87 µs 50 µs 50 µs 37 µs 30 µs 13 µs 13 µs EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

11 Casos de uso de alto desempenho do XtremSF O XtremSF oferece IOPS sustentável, previsível e consistentemente alta em uma grande variedade de aplicativos e cargas de trabalho. Sendo um acelerador de leitura e gravação, o XtremSF é ideal para cargas de trabalho com grande quantidade de transações e 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 a lógica analítica, a geração de relatórios, a modelagem de dados, os índices, os dumps do banco de dados, o processamento em lote, as tarefas de segundo plano e outras cargas de trabalho temporárias. Métodos de proteção a serem considerados para o XtremSF como armazenamento local Como os dados no XtremSF não são mantidos em nenhum storage array, a proteção de dados deve ser levada em consideração quando dados essenciais são armazenados no XtremSF. Os dados armazenados no XtremSF podem ser protegidos por uma solução de HA/DR em nível de aplicativo com o Microsoft SQL Server AlwaysOn ou entre várias placas XtremSF. Nessa solução, os AlwaysOn Availability Groups do SQL Server são usados no XtremSF para fornecer uma solução robusta de HA/DR no nível do banco de dados, com o mínimo de impacto sobre o desempenho do SQL Server de produção. Funcionamento perfeito com o vsphere O XtremSF funciona perfeitamente com ambientes virtualizados e físicos. A GUI (Graphical User Interface) do vpcie SSD Manager do Windows, mostrada na Figura 2, simplifica o gerenciamento e o monitoramento do XtremSF para a configuração de passagem do XtremSF. Quando o XtremSF é configurado como VMDK (Virtual Machine Disk, disco de máquina virtual), sua capacidade pode ser dividida entre as máquinas virtuais a fim de atender às necessidades de armazenamento de diferentes servidores virtuais. Figura 2. GUI do vpcie SSD Manager EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

12 Impacto mínimo nos recursos do sistema O XtremSF foi projetado para minimizar a sobrecarga da CPU no servidor, liberando as operações de gerenciamento de Flash da CPU do host para a placa PCIe. O XtremSF cria o caminho de I/O mais eficiente e inteligente do aplicativo para o datastore, o que resulta em uma infraestrutura dinamicamente otimizada para desempenho em ambientes físicos e virtuais. VMware vsphere 5.1 O VMware vsphere 5.1 é o sistema operacional de data center virtual da VMware. Ele continua a transformar a infraestrutura de TI no utilitário mais eficiente, compartilhado e sob demanda, com serviços integrados de disponibilidade, capacidade de expansão e segurança para todos os aplicativos, além de gerenciamento simples, proativo e automatizado. O vsphere 5.1 conta com as seguintes melhorias de capacidade de expansão e desempenho, que permitem que uma máquina virtual use mais recursos do hipervisor: Multiprocessamento simétrico virtual de 32 vias O ESXi 5.1 dá suporte a máquinas virtuais com até 32 CPUs virtuais, o que permite a execução de cargas de trabalho maiores e que exigem mais CPU, como SQL Server 2012, no sistema operacional VMware ESXi RAM de 1 TB para máquinas virtuais Você pode atribuir até 1 TB de RAM para máquinas virtuais do ESXi 5.1 Até um milhão de IOPS para cada servidor VMware vsphere Largura de banda de rede com mais de 36 GB/s O XtremSF oferece armazenamento corporativo eficiente que funciona com a infraestrutura em nuvem do VMware vsphere 5.1. Microsoft SQL Server 2012 O Microsoft SQL Server 2012 é a mais recente versão do sistema de gerenciamento e análise de banco de dados da Microsoft para soluções de comércio eletrônico, linha de negócios e data warehousing. AlwaysOn SQL Server AlwaysOn é uma nova e abrangente solução de HA e recuperação de desastres para o SQL Server O AlwaysOn apresenta recursos novos e aprimorados para bancos de dados específicos e instâncias inteiras, fornecendo flexibilidade para dar suporte a várias configurações de alta disponibilidade por meio de: Instâncias de cluster de failover do AlwaysOn AlwaysOn Availability Groups Essa solução explora os AlwaysOn Availability Groups, com foco no recurso de replicação em nível de transação, que oferece acesso quase em tempo real a réplicas secundárias legíveis em bancos de dados de produção. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

13 AlwaysOn Availability Groups AlwaysOn Availability Groups é uma solução de HA e DR introduzida no SQL Server 2012, permitindo aos administradores maximizar a disponibilidade de um ou mais bancos de dados de usuários. As instâncias do SQL Server são configuradas de modo que um único banco de dados primário (ou um grupo destes) possa ter até quatro cópias de banco de dados secundário nos nós do WSFC (Windows Server Failover Cluster, cluster de failover do Windows Server). Réplicas de disponibilidade e funções Os Availability Groups consistem em um conjunto de dois ou mais parceiros de failover chamados de réplicas de disponibilidade. Cada réplica de disponibilidade é hospedada em uma instância separada do SQL Server que, por sua vez, fica em um nó separado de um WSFC. Cada instância do SQL Server é um cluster de failover do SQL Server ou uma instância autônoma com o recurso AlwaysOn Availability Groups ativado, conforme mostra a Figura 3. Figura 3. AlwaysOn Availability Groups do SQL Server Cada réplica de disponibilidade hospeda uma cópia dos bancos de dados de disponibilidade no grupo de disponibilidade. A cada réplica de disponibilidade é atribuída uma função inicial (primária ou secundária): Réplica primária - Tem a função primária; só pode haver uma. Uma réplica primária hospeda os bancos de dados de leitura-gravação conhecidos como "bancos de dados primários". Réplicas secundárias - pode haver até quatro réplicas com função secundária; elas podem hospedar os bancos de dados somente leitura. Qualquer réplica secundária pode se tornar a réplica principal como resultado de failover. Nesta solução, nós 2 criamos duas réplicas secundárias para o banco de dados maior: uma para geração de relatórios e outra para HA/DR. A cópia de HA/DR foi criada para o banco de dados menor. 2 Neste white paper, "nós" refere-se à equipe de engenharia da EMC Solutions que validou a solução. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

14 Réplicas secundárias legíveis As réplicas secundárias podem ser configuradas de modo que, quando estiverem na função secundária, aceitem conexões de cliente somente leitura com os bancos de dados locais. Esses bancos de dados secundários são chamados de réplicas secundárias legíveis. Os dados nas réplicas secundárias são quase em tempo real. Diferentemente de um banco de dados somente leitura, que é estático, uma réplica secundária é dinâmica e muda constantemente de acordo com as alterações no banco de dados primário correspondente. O direcionamento de conexões somente leitura com réplicas secundárias legíveis oferece os seguintes benefícios: Descarrega as cargas de trabalho secundárias somente leitura da réplica primária, conservando recursos para cargas de trabalho essenciais Observação: se você tiver uma carga de trabalho somente leitura de missão crítica ou carga de trabalho que não tolere a latência, é melhor executá-la na réplica primária. Melhora o retorno sobre o investimento para os sistemas que hospedam réplicas secundárias legíveis Além disso, as réplicas secundárias legíveis dão suporte robusto a operações somente leitura da seguinte maneira: As estatísticas temporárias em bancos de dados secundários legíveis otimizam consultas somente leitura. As cargas de trabalho somente leitura usam controle de versão de linha para remover o conflito de acesso de bloqueio nos bancos de dados secundários. Todas as consultas em execução nos bancos de dados secundários são mapeadas automaticamente ao nível de transação de isolamento de snapshot, mesmo quando outros níveis de isolamento de transações são explicitamente definidos. Além disso, todas as dicas de bloqueio são ignoradas. Isso elimina o conflito de acesso de leitura para gravação. Para obter mais informações sobre réplicas secundárias legíveis, consulte o tópico Secundárias ativas: réplicas secundárias legíveis (Grupos de Disponibilidade AlwaysOn) na biblioteca da MSDN. Modos de disponibilidade Cada grupo de disponibilidade tem uma configuração de modo de disponibilidade, que determina se a réplica primária deve aguardar a confirmação de uma transação em um banco de dados antes de a réplica secundária correspondente gravar o registro de transações no disco (fortalecimento do registro). Os AlwaysOn Availability Groups dão suporte a dois modos: Modo de confirmação assíncrono No modo de confirmação assíncrono, a réplica primária confirma uma transação sem confirmar se uma réplica com confirmação assíncrona fortaleceu o registro. Esse modo minimiza a latência das transações, permitindo que os bancos de dados secundários tenham atrasos em relação aos primários. Isso possibilita a perda de dados. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

15 Modo de confirmação síncrono No modo de confirmação síncrono, a réplica primária aguarda confirmação de que uma réplica secundária com confirmação síncrona fortaleceu o registro antes de confirmar uma transação. Esse modo aumenta a latência das transações, mas protege contra perda de dados. Isso significa que, enquanto os bancos de dados secundários estiverem em estado síncrono em relação ao banco de dados primário, as transações confirmadas estarão totalmente protegidas. Nesta solução, o modo de confirmação síncrono foi configurado para todas as réplicas. Devido à latência extremamente baixa fornecida pelo XtremSF, conseguimos configurar as réplicas com esse modo e, ainda assim, manter uma latência muito baixa para as transações. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

16 Configuração da solução Visão geral da solução Esta solução inclui duas placas XtremSF que atuam como armazenamento de três instâncias do SQL Server em um ambiente virtualizado com SQL Server Para aumentar o desempenho, melhorar o processamento de I/O e reduzir o tempo de resposta do SQL Server primário, uma placa EMC XtremSF foi instalada na máquina virtual do ESXi que hospeda o SQL Server primário. Para proporcionar recursos de geração de relatórios e DR, a segunda placa EMC XtremSF foi instalada no servidor do ESXi que hospeda duas máquinas virtuais secundárias do SQL Server, a cópia legível do AlwaysOn da máquina virtual do SQL Server e a máquina virtual do SQL Server que hospeda cópias de HA/DR dos dois bancos de dados. Arquitetura da solução A arquitetura da solução inclui os seguintes componentes físicos: Dois servidores vsphere ESXi 5.1 hospedando máquinas virtuais do SQL Server Placas XtremSF instaladas nos dois servidores do ESXi XtremSF configurado como PCIe de passagem para a máquina virtual primária do SQL Server XtremSF configurado como VMDK para o servidor do ESXi que hospeda as máquinas virtuais secundárias do SQL Server: Um disco virtual maior foi criado no VMDK do XtremSF para que a máquina virtual do SQL Server de HA/DR hospede uma cópia secundária do banco de dados de usuários e do banco de dados temporário do SQL Server. Um disco virtual menor foi criado no VMDK do XtremSF para que a máquina virtual do SQL Server de geração de relatórios hospede a cópia secundária do banco de dados maior, que foi usado para transações somente leitura em um sistema de geração de relatórios, e o banco de dados temporário do SQL Server que foi descarregado do servidor primário. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

17 A Figura 4 mostra uma visão geral da arquitetura da solução. Figura 4. Arquitetura da solução Design e perfil de usuário do SQL Server 2012 O ambiente consiste em três máquinas virtuais do SQL Server 2012 no VMware vsphere 5.1. O ambiente virtualizado do SQL Server 2012 proporcionou desempenho e throughput suficientes, com maior eficiência dos recursos do servidor e redução dos custos de energia e refrigeração em comparação com o ambiente físico. O VMware vsphere 5.1 permite o uso de até 32 processadores para máquinas virtuais. Com isso, o SQL Server 2012 no nível corporativo é capaz de lidar com mais transações, oferecendo recursos de processamento mais avançados. Isso permite o scale-up de instâncias mais importantes, a consolidação de bancos de dados e economias de custo consideráveis no licenciamento do SQL Server e em hardware de servidor. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

18 A Tabela 3 mostra o perfil da configuração do SQL Server. Tabela 3. Perfil do SQL Server SQL Server Servidor primário Servidor DR Servidor ESXi ESXi 5.1, servidor 1 ESXi 5.1, servidor 2 Servidor de geração de relatórios Número de máquinas virtuais Número de instâncias do SQL Server Número de bancos de dados de usuário por máquina virtual vcpus das máquinas virtuais do SQL Server Memória da máquina virtual/do SQL Server (GB) /10 64/10 64/10 Capacidade do banco de dados do SQL Server (usuários simultâneos) 500 GB ( usuários) 100 GB ( usuários) 500 GB ( usuários) 100 GB ( usuários) 500 GB ( usuários) Função e configuração do AlwaysOn Primário Confirmação síncrona Failover automático Secundário ilegível Confirmação síncrona Failover automático Secundário legível Confirmação síncrona Failover manual Configuração de XtremSF Passagem VMDK VMDK Modo do XtremSF Capacidade máxima Capacidade máxima Capacidade máxima Armazenamento útil do XtremSF (TB) 2,2 1,2 1 O armazenamento do XtremSF também é usado para banco de dados temporário, repropagação banco de dados temporário banco de dados temporário EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

19 A Figura 4 mostra o design de LUN do SQL Server. Nesta solução, cerca de 700 GB de espaço utilizável na placa XtremSF de 2,2 TB são usados para atender às necessidades de arquivos de banco de dados e registro dos dois bancos de dados de usuários e do banco de dados temporários do SQL Server primário. O espaço restante na placa XtremSF é usado para a transferência do processo de repropagação a fim de criar cópias secundárias do AlwaysOn Availability Group e melhorar o tempo de propagação. Os SQL Servers secundários ficam no segundo servidor do ESXi e compartilham a outra placa XtremSF de 2,2 TB para atender às necessidades de armazenamento das cópias secundárias dos bancos da dados, além do arquivo de banco de dados temporário. A máquina virtual do SQL Server usada para DR usa 1,2 TB do espaço utilizável para hospedar o banco de dados temporário do SQL Server e cópias dos dois bancos de dados. A máquina virtual do SQL Server para geração de relatórios usa cerca de 1 TB do espaço utilizável para hospedar o banco de dados temporário do SQL Server e uma cópia do banco de dados maior para consultas somente leitura. O design segue as seguintes práticas recomendadas: Como a máquina virtual primária do SQL Server exige espaço e desempenho, crie um dispositivo PCIe de passagem para o respectivo XtremSF. Nesse dispositivo PCIe, crie volumes idênticos aos existentes em um servidor físico do Windows. Use o armazenamento PCIe para o armazenamento de registros e bancos de dados de usuários do SQL Server primário. Mova o banco de dados temporário para o volume XtremSF. Como os SQL Servers secundários exigem menos desempenho e capacidade, crie um datastore VMFS no dispositivo XtremSF, no servidor do ESXi. Crie discos virtuais com a capacidade exigida do datastore VMFS e adicione-os a máquinas virtuais secundárias do SQL Server, conforme necessário. Use um disco virtual do XtremSF como o banco de dados do SQL Server secundário e registre a LUN do banco de dados de usuários. Mova o banco de dados temporário para o disco virtual do XtremSF. Garanta a consistência das configurações dos servidores primário e secundário (dados, registro e banco de dados temporário). EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

20 Recursos de hardware A Tabela 4 mostra os recursos de hardware usados para validar esta solução. Tabela 4. Recursos de hardware Equipamentos Quantidade Configuração Servidor C260M2 do UCS 1 2 processadores Intel Xeon com 10 núcleos, modelo X2870 (2,40 GHz, cache de 30 MB, 130 W), PC2-5300FBD de 256 GB Servidor C460M2 do UCS 1 4 processadores Intel Xeon com 10 núcleos, modelo X4870 (2,40 GHz, cache de 30 MB, 130 W), PC2-5300FBD de 256 GB Switch de rede GigE 1 Switch de rede - 24 portas Placa XtremSF (2,2 TB) 3 2 Ambas configuradas com máxima capacidade Recursos de software A Tabela 5 mostra os recursos de software usados nesta solução. Tabela 5. Recursos de software Software Quantidade Versão Finalidade Windows Server 2012 Datacenter 4 3 Windows Server 2012 Datacenter Edition x64 Máquinas virtuais primárias e secundárias do SQL Server VMware ESXi Cluster ESXi de dois nós para hospedar máquinas virtuais VMware vcenter Servidor de gerenciamento do Virtual Center SQL Server SP1 x 64 Software do banco de dados Driver do XtremSF Driver do XtremSF instalado na máquina virtual Windows (na máquina virtual primária do SQL Server) ou servidor host do ESXi (no servidor secundário do ESXi) 3 O suporte ao Microsoft Windows 2012 para a placa EMC XtremSF de 2,2 TB estará disponível no quarto trimestre de O suporte ao Microsoft Windows 2012 para a placa EMC XtremSF de 2,2 TB estará disponível no quarto trimestre de EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

21 Design de armazenamento Visão geral Layout do design de armazenamento O XtremSF é usado exclusivamente para o armazenamento de arquivos de registro e dados dos bancos de dados de usuários. Os arquivos de registro e dados do banco de dados temporário também são transferidos para o armazenamento do XtremSF. Como resultado, a carga de trabalho de I/O de aplicativos é aceita inteiramente na placa XtremSF. O design de armazenamento de banco de dados do SQL Server exige uma latência de LUN de dados de hospedagem de menos de 20 milissegundos (ms) e latência de LUN de registro de menos de 5 ms. Como o XtremSF geralmente é configurado como um volume na máquina virtual (a menos que várias placas sejam necessárias), todos os arquivos de banco de dados ficam no mesmo volume com diferentes diretórios. O XtremSF oferece vantagens de desempenho com uma única placa. A placa XtremSF de 2,2 TB proporciona a capacidade de que um típico ambiente do SQL Server de médio porte precisa. Todos os arquivos de banco de dados de usuários, arquivos de registro e arquivos de banco de dados temporário podem ser armazenados no mesmo volume para atender aos requisitos de alto desempenho e capacidade. Isso simplificou o processo de design. A Figura 5 mostra o design de armazenamento usado nesta solução. Figura 5. Design de armazenamento da solução A proteção de dados é realizada por meio da cópia síncrona dos AlwaysOn Availability Groups do SQL Server 2012, configurada para realizar failover automático quando há um problema com o servidor primário. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

22 Gerenciamento e configuração do XtremSF Visão geral Esta seção apresenta uma visão geral de como a equipe da EMC Solutions configurou o XtremSF nesta solução. O XtremSF no servidor ESXi primário foi configurado como dispositivo PCIe de passagem e gerenciado usando o Windows 2012 Server, como em um ambiente físico. O XtremSF no servidor do ESXi secundário foi configurado como um datastore VMDK, e dois diferentes discos virtuais foram criados no datastore; cada um oferecia armazenamento de banco de dados para as duas máquinas virtuais secundárias do SQL Server. Configuração do XtremSF como um dispositivo de passagem No servidor do ESXi, o XtremSF pode ser configurado como uma passagem ou um VMDK. Quando configurado como um disco de passagem, o desempenho do XtremSF se aproxima ao de um ambiente físico com relação à velocidade. Em uma configuração de passagem, o armazenamento do XtremSF só pode ser configurado para uma máquina virtual específica. Não é possível compartilhar o armazenamento do XtremSF entre as diferentes máquinas virtuais. Nesta solução, o XtremSF no servidor do ESXi primário é dedicado à máquina virtual primária do SQL Server. Além do armazenamento usado para o banco de dados e o banco de dados temporário que dão suporte à carga de trabalho de OLTP, armazenamento extra foi usado para a repropagação de estágio quando cópias secundárias de AlwaysOn Availability Groups foram criadas para o banco de dados de usuários. Quando configurado como um dispositivo PCIe de passagem, o driver do XtremSF deve ser instalado no nível da máquina virtual. Configure o dispositivo PCIe como dispositivo de passagem no servidor do ESXi da seguinte maneira: 1. Na guia Configuration do servidor do ESXi, em Hardware, selecione Advanced Settings e clique em Edit, conforme mostra a Figura 6. Figura 6. Configurar o XtremSF como dispositivo PCIe de passagem EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

23 2. Em Mark devices for passthrough, selecione o dispositivo PCIe XtremSF, exibido em Unknown Flash memory controller. Como o XtremSF não está instalado, o servidor do ESXi não reconhece a placa, conforme mostra a Figura 7. Figura 7. XtremSF marcado para o dispositivo de passagem 3. Clique em OK. 4. O XtremSF é exibido na guia Configuration, conforme mostra a Figura 8. Figura 8. Controlador de memória Flash desconhecido antes da reinicialização EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

24 5. Reinicie o servidor do ESXi para concluir a instalação e configuração. Após a reinicialização, a placa XtremSF aparece como um dispositivo PCIe de passagem na janela Advanced Settings. O dispositivo PCIe já pode ser configurado para a máquina virtual do SQL Server. A Figura 9 mostra o dispositivo PCIe listado na guia Hardware da caixa de diálogo Virtual Machine Properties. Figura 9. Adicione o dispositivo PCIe à máquina virtual Agora o XtremSF pode ser gerenciado pela máquina virtual do Windows. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

25 6. Verifique se o driver do XtremSF para Windows está instalado corretamente e inicie o vpcie SSD Manager para exibir as propriedades do dispositivo, conforme mostra a Figura 10. Figura 10. vpcie SSD Manager 7. O modo padrão é Maximum Performance. Você também pode clicar no botão Modify para alterar o modo, conforme mostra a Figura 10. Observação: quando o modo é alterado para Maximum Performance, o espaço de armazenamento do XtremSF fica um pouco menor (no caso de 2,2 TB, o espaço é de cerca de 1,8 TB quando o modo é configurado como Maximum Performance). Nesta solução, o desempenho com padrão Maximum Capacity era suficiente, por isso, aceitamos o modo padrão. A caixa de diálogo mostrada na Figura 11 é exibida. Figura 11. Caixa de diálogo de alteração da configuração de modo EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

26 8. Use o Gerenciamento de Disco do Windows para ativar o disco on-line, formatá-lo e atribuir uma letra de drive ou um ponto de montagem. Agora o dispositivo pode ser usado como espaço de armazenamento para o SQL Server. Configuração do XtremSF como VMDK Nesta solução, o servidor do ESXi que dá suporte a duas máquinas virtuais secundárias do SQL Server usa a placa XtremSF 2.2 a fim de proporcionar armazenamento para as duas máquinas virtuais do SQL Server. O XtremSF neste servidor do ESXi é configurado como VMDK. Dois diferentes discos virtuais são criados para atender às necessidades de armazenamento das duas máquinas virtuais, da seguinte maneira: 1. Instale o drive do XtremSF no servidor do ESXi. 2. Exiba a configuração de modo da seguinte maneira: # esxcli vgc config list vgc-config: 1.0.GA(51450.C6) Current Configuration: /dev/vgca 1 partition(s) /dev/vgca0 mode=maxcapacity sector-size=512 raid=enabled Como alternativa, o modo pode ser alterado para Maximum Performance. ~ # esxcli vgc config drive -d /dev/vgcb -n 1 -m maxperformance Observação: quando o modo é alterado para Maximum Performance, o espaço de armazenamento do XtremSF fica um pouco menor (no caso de 2,2 TB, o espaço é de cerca de 1,8 TB quando o modo é configurado como Maximum Performance). Nesta solução, precisávamos de capacidade para duas cópias dos bancos de dados; por isso, a capacidade máxima padrão foi usada. Tabela 6. Configuração Capacidade máxima Modo da capacidade máxima X modo de desempenho máximo Definição Capacidade da placa de 2,2 TB Benefícios Padrão 2,2 TB Ótimo desempenho com mais armazenamento. Desempenho máximo Configurável 1,8 TB Desempenho de I/O aprimorado com relação à configuração padrão, especialmente no desempenho de gravação. 3. Adicione dispositivos XtremSF, no formato de discos virtuais, a máquinas virtuais. O dispositivo inteiro pode ser adicionado a uma máquina virtual ou pode ser particionado em discos virtuais e usado para diferentes máquinas virtuais. O disco virtual XtremSF aparece como um disco local no assistente Disk Management da máquina virtual, como mostra a Figura Crie o volume e monte o disco na máquina virtual do Windows a ser usada como armazenamento de arquivos de registro e bancos de dados. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

27 Teste e validação Visão geral do teste Sobre os resultados de desempenho de benchmark Esta solução conta com o recurso do XtremSF de acelerar o desempenho de OLTP em um banco de dados com vários usuários usando o SQL Server 2012 com os AlwaysOn Availability Groups, com geração de relatórios quase em tempo real e HA/DR, virtualizados no ambiente VMware. Esta seção apresenta os resultados desse teste. Os resultados de benchmark dependem muito da carga de trabalho, de requisitos específicos do aplicativo e do design e da implementação do sistema. O desempenho relativo do sistema varia como resultado desses e de outros fatores. Portanto, essa carga de trabalho não deve ser usada como um substituto de um benchmark específico de aplicativos de clientes quando se trata de planejar a capacidade essencial e tomar decisões relativas à avaliação de produtos. Todos os dados de desempenho contidos neste relatório foram obtidos em um ambiente rigorosamente controlado. Os resultados obtidos em outros ambientes operacionais podem variar significativamente. A EMC Corporation não garante nem indica que um usuário pode ou alcançará desempenho semelhante expresso em transações por minuto. Objetivos do teste O objetivo desta solução era caracterizar o benefício de desempenho e o impacto da execução de cargas de trabalho do SQL Server em uma placa EMC XtremSF. Os principais alvos eram ambientes de pequeno e médio porte realizando a padronização para plataformas Microsoft SQL Server, usadas para cargas de trabalho essenciais em tempo real em um ambiente virtualizado com SQL Server Usamos o XtremSF na máquina virtual primária do SQL para servir como armazenamento de banco de dados de usuários e banco de dados temporário, a fim de observar o impacto do XtremSF no sistema. Medimos o impacto de usar o XtremSF como armazenamento primário do banco de dados do SQL Server para aumentar o desempenho do SQL Server (carga de trabalho de OLTP). A solução também usou a tecnologia de replicação em nível de transação do AlwaysOn do SQL Server 2012 para dar acesso, quase em tempo real, às réplicas secundárias somente leitura dos bancos de dados de produção. Ela usou ainda a réplica de disponibilidade para a continuidade de negócios. O objetivo era criar uma arquitetura de referência para um ambiente essencial e de alto desempenho do SQL Server Melhoramos o desempenho da instância de geração de relatórios e OLTP do SQL Server com Flash baseado em servidor - XtremSF. Mantivemos um ambiente de alta disponibilidade usando réplicas de AlwaysOn Availability Groups para geração de relatórios e DR. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

28 Procedimentos do teste A equipe da EMC Solution conduziu uma série de testes executando as mesmas cargas de trabalho de OLTP simultâneas nos bancos de dados de destino. O procedimento de teste foi o seguinte: 1. Configurar o XtremSF em máquinas virtuais primárias e secundárias do SQL Server. 2. Carregar os bancos de dados e medir o desempenho de linha de base do SQL Server com uma carga de trabalho de OLTP em ambos os bancos de dados. 3. Criar uma réplica secundária do AlwaysOn do SQL Server em duas máquinas virtuais diferentes do SQL Server no servidor do ESXi secundário. Analisar o desempenho de propagação. 4. Iniciar a carga de trabalho de OLTP de geração de relatórios na réplica secundária legível. Analisar o desempenho dos SQL Servers primário e secundário. 5. Interromper o SQL Server primário e forçar o failover automático para o SQL Server secundário que hospeda a cópia de DR. Observar o tempo de failover e verificar se houve perda de dados. 6. Iniciar um failback para o servidor de banco de dados primário original e verificar a integridade do banco de dados. Observação: os parâmetros do perfil da carga de trabalho foram consistentes em todos os testes. Resultados do teste Resumo O XtremSF reduziu significativamente o tempo de resposta do SQL Server para transações com grande tempo de resposta no ambiente virtualizado. O XtremSF causa um impacto mínimo nos recursos do sistema de servidores e máquinas virtuais. A latência de disco foi reduzida em cerca de 50% a 70%, em comparação com um array de SAN com SSD. O XtremSF também reduziu significativamente o tempo de resposta das transações de alta latência. Usando o XtremSF de 2,2 TB como armazenamento de banco de dados do SQL Server, essa configuração realizou cerca de IOPS com latência de 1 ms, I/O de 8 KB e uma proporção leitura para gravação de 90:10. O banco de dados maior (500 GB) tinha duas cópias síncronas, uma para alta disponibilidade e outra para o sistema de geração de relatórios legível. O banco de dados menor (100 GB) foi configurado com apenas uma cópia síncrona para HA/DR. Usando-se o EMC XtremSF para armazenamento de banco de dados de usuários e banco de dados temporário, o efeito da cópia secundária síncrona é quase imperceptível. Desempenho de carga de trabalho de OLTP para um banco de dados com XtremSF como armazenamento Quando a mesma carga de trabalho foi colocada em um storage array com 112 drives FC 450 de e 56 drives SATA de 7.500, todo o sistema realizou cerca de IOPS com latência de disco de 11 ms. Quando acrescentamos outros 16 drives SSD de 200 GB ao pool de armazenamento, a latência caiu para 4 ms e a IOPS aumentou para EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

29 A diferença de desempenho entre o armazenamento SAN e o XtremSF é mostrada na Figura 12. Um único dispositivo XtremSF 2.2 pode oferecer um desempenho muito maior, com 1 ms de latência e mais de IOPS. Figura 12. XtremSF X armazenamento SAN: desempenho de OLTP do SQL Server A Figura 13 mostra a drástica melhoria de desempenho quando o uso de recursos do sistema do XtremSF é comparado com 16 drives SSD, 112 FC e 56 SATA. Ao se usar o XtremSF como o armazenamento do base de dados de usuários, o uso de CPU caiu para uma fração do valor original, as necessidades de memória tiveram uma redução considerável e a latência de disco melhorou 25% em relação ao storage array. Figura 13. Consumo de recursos do sistema: XtremSF 2,2 TB X armazenamento SAN com SSD EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

30 Com os arquivos de banco de dados e registro no XtremSF, um throughput de 500 GB (com usuários) fica a cerca de IOPS com um tempo médio de resposta muito mais curto. Com a configuração de SAN, de 16 drives SSD, 112 drives FC e 64 drives SATA, o throughput é de apenas TPS (Transactions per Second, transações por segundo) com tempo de resposta mais longo. A Figura 14 mostra o tempo de resposta das consultas individuais. A consulta cuja conclusão levou um tempo consideravelmente mais longo foi a que mais se beneficiou do XtremSF. O tempo médio de resposta da "atualização comercial" foi de 0,26 segundo com o armazenamento SAN; quando executada no XtremSF, o tempo caiu para 0,05 segundo. Da mesma forma, o tempo médio de resposta da consulta de "pesquisa comercial" caiu para 0,04 segundo (o valor original era alto: 0,23 segundo). Figura 14. Resultados do teste de carga de trabalho de OLTP O XtremSF reduz o tempo de sincronização dos Availability Groups Nesta solução, nós criamos uma cópia síncrona legível para o banco de dados de usuários de 500 GB para geração de relatórios. Criamos outra cópia síncrona para cada um dos dois bancos de dados de usuários (500 GB e 100 GB). Configuramos o HA/DR no nível de banco de dados para realizar failover automático caso houvesse algum problema durante a execução do banco de dados na instância primária do SQL Server. Conduzimos o teste interrompendo o serviço do SQL Server primário. O SQL Server de HA/DR detectou a inatividade do servidor primário. Em dois segundos, ele alterou a cópia do banco de dados da função "Secondary" para "Resolving" e, passados mais dois segundos, para "Primary". Depois disso, todas as cópias de AG eram síncronas no SQL Server de HA/DR. EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

31 Impacto de Availability Groups com banco de dados do SQL Server no XtremSF Com a latência extremamente baixa do XtremSF, o impacto de Availability Groups do SQL Server sobre o desempenho do SQL Server primário é drasticamente reduzido, mesmo com uma grande carga de trabalho de cliente ou IOPS de disco. Com uso de CPU de 25 a 30% maior, a configuração assíncrona/síncrona tem de 36 a 40% mais TPS e IOPS muito próxima. Como mostra a Figura 15, as configurações síncrona e assíncrona são muito parecidas em termos de taxa de transações e uso de CPU, enquanto o total de IOPS do SQL cai de 6% a 7%. Figura 15. Impacto de Availability Groups com banco de dados do SQL Server no XtremSF EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server

32 Custo e benefícios com sistema de geração de relatórios na cópia síncrona legível de Availability Groups Como mostra a Figura 16, as cópias de banco de dados síncronas dos Availability Groups usam cerca de 15% mais espaço da CPU em comparação àquelas sem Availability Groups. O sistema secundário de geração de relatórios secundário usa 83% das 16 vcpus. As atividades de geração de relatórios na máquina virtual secundária (somente leitura) do SQL Server realizam mais de TPS, com mais de IOPS. Não há alteração visível no servidor primário. O desempenho da carga de trabalho de OLTP não foi alterado durante este teste. Figura 16. Custo e benefício de ter uma cópia síncrona legível de AG para o sistema de geração de relatórios EMC XtremSF Performance Acceleration for Microsoft SQL Server