O EMC XTREMCACHE ACELERA O ORACLE

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1 White paper O EMC XTREMCACHE ACELERA O ORACLE EMC XtremSF, EMC XtremCache, EMC VNX, EMC FAST Suite, Oracle Database 11g O XtremCache estende o flash ao servidor O FAST Suite automatiza a inserção do armazenamento no array O VNX protege os dados Soluções EMC Resumo Este white paper descreve como o EMC XtremSF e o EMC XtremCache, junto com o EMC FAST Suite no armazenamento EMC VNX, aceleram o desempenho do OLTP (Online Transaction Processing, processamento de transações on-line) do Oracle Database 11g. Novembro 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 nesta publicação são fornecidas "no estado em que se encontram". A EMC Corporation não garante nem representa qualquer tipo de informação contida nesta publicação e especificamente se isenta das garantias implícitas de comercialização ou uso a um propósito específico. O uso, a cópia e a distribuição de qualquer software 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 utilizadas pertencem a seus respectivos proprietários. Número da peça: H

3 Índice Resumo executivo... 4 Business case... 4 Desafio do desempenho do armazenamento... 4 Solução da EMC... 5 A solução XtremCache... 6 Armazenamento em cache flash no lado do servidor para velocidade máxima... 6 Gravação no cache e na memória principal (write-through) para o array para proteção total... 7 Independência em termos de aplicativos... 7 Compartilhável e dimensionável... 7 Dados obsoletos... 8 Arquitetura da solução... 9 Introdução... 9 Arquitetura física... 9 EMC VNX... 9 EMC FAST Suite EMC FAST Cache EMC FAST VP XtremCache com Oracle Database: teste e validação Introdução Perfil da carga de trabalho Configuração recomendada Características de desempenho Conclusão Referências White papers Documentação de produtos

4 Resumo executivo Business case Em um ambiente cada vez mais competitivo, as empresas precisam automatizar os processos de negócios, aprimorar os serviços e, ao mesmo tempo, reduzir os custos de TI. Atender a essas necessidades se tornou essencial para o sucesso das organizações. Consequentemente, os aplicativos operacionais e de geração de receita estão passando por demandas drásticas em relação ao desempenho, geradas por: Aumento do número de usuários ativos Cada vez mais contratos de nível de serviço Maior complexidade dos processos de negócios e novas cargas analíticas Múltiplos bancos de dados com acesso simultâneo As empresas precisam considerar as novas abordagens dos desafios de desempenho para atender a essas demandas de modo econômico e sem sacrificar a proteção de dados. Desafio do desempenho do armazenamento Os servidores mais recentes com processadores multi-core representam um gargalo potencial para o desempenho do subsistema de armazenamento. À medida que a capacidade de processamento aumenta e cargas de trabalho mais intensas são adicionadas, o sistema de armazenamento enfrenta o desafio de acompanhar as crescentes demandas do I/O. Enquanto o desempenho de CPU aumenta 100 vezes a cada década, o tamanho do disco magnético permanece praticamente o mesmo, como mostrado na Figura 1. Figura 1. Desempenho de CPU x drives de disco Em uma arquitetura tradicional, como mostrado na Figura 2: Leituras e gravações são atendidas pelo storage array O desempenho varia dependendo da rede, da carga de trabalho e da mídia do array de back-end 4

5 Figura 2. Arquitetura tradicional E se fosse possível multiplicar o desempenho de seu aplicativo por dois com a redução da latência e o aumento do I/O por segundo e das transações por minuto? Solução da EMC O EMC XtremCache é um software de armazenamento em cache server flash que usa a tecnologia PCIe flash baseada em servidor EMC XtremSF para reduzir a latência e aumentar o throughput, o que melhora drasticamente o desempenho do aplicativo. Com o lançamento do XtremCache, a EMC estende a arquitetura FAST (Fully Automated Storage Tiering, armazenamento com classificação totalmente automatizada por níveis) para o servidor, adicionando mais uma camada de inteligência à pilha do I/O. Embora o XtremCache seja baseado em servidor, o software FAST armazena dinamicamente e exibe os dados no storage array a partir do tipo de drive mais econômico e com melhor desempenho necessário para a atividade dos dados. Como o XtremCache identifica automaticamente os dados de leitura acessados com frequência e promove esses dados para a placa flash PCIe do XtremSF, o XtremCache reduz a pressão do I/O a partir do array, o que acelera o desempenho do aplicativo. E, como os dados acessados com frequência estão localizados no servidor, o tempo de serviço do I/O é significativamente reduzido. O XtremCache opera de modo autônomo a partir do EMC VNX TM FAST Cache TM e do EMC VNX FAST VP TM (Fully Automated Storage Tiering for Virtual Pools, armazenamento com classificação totalmente automatizada por níveis para pools virtuais). O XtremCache é um cache somente leitura no lado do servidor dedicado que complementa o cache compartilhado no lado do array compartilhado do FAST Cache, que é compatível com leitura e gravação. Embora os dois caches sejam transitórios, o FAST VP move os dados entre as camadas no pool de armazenamento baseado em array de acordo com políticas predefinidas do cliente. As três tecnologias foram projetadas para funcionar em conjunto a fim de garantir que as informações acessadas mais frequentemente sejam especificadas com a menor latência. Como mostrado na Figura 3, o XtremCache e o FAST Suite, que inclui o FAST Cache e o FAST VP, criam o caminho do I/O mais eficiente e inteligente a partir do aplicativo para o datastore. Usados de modo combinado, o XtremCache e o FAST Suite agilizam ainda mais a entrega de dados no conjunto de dados. Isso fornece uma solução completa de classificação por níveis que otimiza o desempenho e a capacidade de aplicativo a partir do servidor até o armazenamento. 5

6 Figura 3. O XtremCache e o FAST nivelam automaticamente os dados dinâmicos e estáticos A solução XtremCache Armazenamento em cache flash no lado do servidor para velocidade máxima O software XtremCache armazena os dados usados mais frequentemente em cache no XtremSF, colocando os dados mais perto do aplicativo. Isso reduz a necessidade de acesso aos dados na rede a partir do storage array, o que reduz o tempo de resposta e aumenta o desempenho. O XtremCache se adapta automaticamente a cargas de trabalho dinâmicas determinando quais dados são consultados mais frequentemente e colocando-os no cache flash para o servidor. Isso significa que os dados mais ativos residem automaticamente na placa PCIe do XtremSF no servidor para acelerar o acesso. Como mostrado na Figura 4, a arquitetura avançada do XtremCache combina desempenho acelerado com proteção de dados: As leituras são fornecidas pelo XtremCache para desempenho As gravações são passadas ao storage array para proteção Figura 4. Arquitetura avançada com o EMC XtremCache 6

7 O XtremCache é especialmente útil para aplicativos com atividade intensa de leitura, como o aplicativo OLTP (Online Transaction Processing, processamento de transações on-line) Oracle Database 11g, usado para validar esta solução. Nos testes da solução, o XtremCache demonstrou uma melhoria no throughput de leitura de até 210% e reduções na latência da leitura de até 60%. O XtremCache aprimora os aplicativos físicos e virtualizados, permitindo que você migre seu datacenter com tranquilidade para a nuvem privada no local indicado para sua empresa. Gravação no cache e na memória principal (write-through) para o array para proteção total O XtremCache protege os dados com o uso de um algoritmo de write-through, o que significa que a gravação persiste no storage array de back-end. O armazenamento de rede confiável da EMC, como o EMC Symmetrix VMAX TM e a família VNX de storage arrays, protege os dados e fornece benefícios adicionais de desempenho com serviços de dados avançados, que incluem alta disponibilidade, integridade de dados, confiabilidade e recuperação de desastres. Independência em termos de aplicativos O XtremCache é transparente para os aplicativos, portanto, não é necessário regravar, testar nem certificar novamente para implementar o XtremCache no ambiente. Embora este white paper se concentre no Oracle Database 11g, o XtremCache funciona com aplicativos de muitos tipos, como bancos de dados, lógica analítica, servidores de aplicativos corporativos, e servidores da Web, para fazer com que eles tenham o impulso de desempenho de que precisam. Compartilhável e dimensionável Embora aprimore diretamente o desempenho de aplicativos com atividade intensa de leitura, o XtremCache pode aprimorar indiretamente aplicativos com atividade intensa de gravação, que agora têm mais acesso aos recursos da SAN (Storage Area Network). O XtremCache descarrega a maior parte do tráfego de leitura do storage array, o que permite que ele aloque uma maior capacidade de processamento a outros aplicativos. Embora um aplicativo seja acelerado com o XtremCache, o desempenho do array para os outros aplicativos é mantido ou até mesmo levemente melhorado. Como o XtremCache é instalado em mais servidores do ambiente, o resultado é um modelo de processamento de I/O altamente dimensionável. O ambiente como um todo (o que inclui os servidores e o sistema de armazenamento) é capaz de processar cada vez mais IOPS. 7

8 Dados obsoletos É necessário cuidado com dois cenários possíveis que podem deixar dados obsoletos no XtremCache: Uso de snapshots de storage array: uma LUN restaurada a partir de um snapshot anterior sem o conhecimento do software XtremCache no servidor pode deixar blocks obsoletos no XtremCache. Migração entre servidores: se a instância do banco de dados for migrada para um servidor diferente por razões operacionais e recolocada no servidor original sem o conhecimento do software, isso também pode resultar em blocks obsoletos no XtremCache. Para evitar essas situações, é necessário descartar o cache antes da restauração das LUNs a partir dos snapshots ou mover o banco de dados entre servidores. Não há necessidade de descartar todo o cache, você pode descartar apenas as LUNs afetadas pela operação. 8

9 Arquitetura da solução Introdução Esta seção fornece uma visão geral da arquitetura física desta solução. Arquitetura física Figura 5 mostra a configuração usada para esta solução. Figura 5. EMC XtremCache com Oracle Database e EMC VNX5500 A arquitetura da solução é composta por um Oracle Database, um Cisco Server e um storage array EMC. É possível configurar a solução com vários storage arrays, como o Symmetrix VMAX 10K ou VNX. Nesta solução, a EMC usou o VNX5500. Para esta configuração de teste, foi usado um servidor Cisco UCS C-250 montado em rack com dois processadores Xeon e 12 núcleos. A configuração do servidor incluiu a placa flash PCIe do XtremSF, o cache flash baseado em servidor XtremCache e duas conexões de 8 GB/s para switches SAN. EMC VNX A família EMC VNX oferece inovação e recursos corporativos líderes do setor para armazenamento de file, block e objeto em uma solução dimensionável e fácil de usar. Essa plataforma de armazenamento combina hardware sofisticado e flexível com software avançado de eficiência, gerenciamento e proteção para atender às grandes exigências das empresas de hoje. O VNX e o EMC VNXe são compatíveis com o XtremCache quando usados para acesso ao armazenamento em block. 9

10 EMC FAST Suite A série VNX foi projetada expressamente para aproveitar as mais recentes inovações em tecnologia de flash drive. Além disso, a combinação de flash drives e discos rígidos oferece melhor desempenho e eficiência, ao mesmo tempo em que reduz o custo por GB. O EMC FAST Suite contém o software necessário, especificamente o FAST Cache e o FAST VP, para aprimorar o desempenho e maximizar a eficiência do armazenamento no VNX. Com apenas alguns flash drives e o FAST Suite, os clientes do VNX podem aproveitar os benefícios da estratégia de dados FLASH 1 st. Para o desempenho ideal, essa estratégia garante que os dados mais ativos sejam armazenados em flash drives e fornecidos a partir deles, enquanto os dados menos ativos ficam em drives de disco rígido para obtenção do custo total de propriedade mais baixo. EMC FAST Cache Um nível de armazenamento em cache é um cache secundário de grande capacidade que usa flash drives posicionados entre o cache principal baseado em DRAM do processador de armazenamento e os discos rígidos. O FAST Cache é um cache de leitura/gravação não disruptivo que estende o cache existente do VNX em até 2 TB. O FAST Cache monitora o I/O de entrada para obter a frequência de acesso e copia automaticamente os dados acessados com frequência em fragmentos de 64k dos drives de back-end para o cache. O FAST Cache é fácil de administrar e fornece, de modo econômico, benefícios de desempenho imediatos para o sistema EMC FAST VP O FAST VP gerencia a classificação dinâmica por níveis dos dados no pool de armazenamento composto por mais de um tipo de drive, o que permite o nível mais alto de eficiência e utilização de disco. Com base em políticas definidas pelo cliente, o software FAST VP promove e degrada por meio de algoritmos os dados do usuário no pool com base na frequência com que os dados são acessados. Os dados acessados com maior frequência são movidos para níveis de desempenho mais altos, como flash drives ou drives SAS. Já os dados acessados com menor frequência são movidos para níveis de alta capacidade e menor desempenho conforme necessário, como drives SAS ou NL-SAS. Ao longo do tempo, os dados acessados com maior frequência residem nos dispositivos de armazenamento mais rápidos, e os acessados com pouca frequência ficam em armazenamento em lote econômico. O FAST VP fornece benefícios para gastos de capital e operacionais, pois permite que você compre uma alocação de drives combinados que resulta em custos mais baixos de energia e refrigeração, economia de espaço físico e menor tempo de administração. Observação: para esta solução, apenas o FAST Cache foi usado durante o teste. 10

11 XtremCache com Oracle Database: teste e validação Introdução A EMC testou os recursos do XtremCache com o FAST Cache para acelerar o desempenho do OLTP (Online Transaction Processing, processamento de transações on-line) em um ambiente Oracle Database 11g R2. Esta seção apresenta os resultados do teste. Observação: Os resultados de benchmark são altamente dependentes da carga de trabalho, de requisitos específicos do aplicativo, e da implementação e do design do sistema. O desempenho relativo do sistema variará 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 decisões de avaliação de produtos e/ou planejamento da capacidade crítica. Perfil da carga de trabalho Configuração recomendada Os testes da EMC usaram uma carga de trabalho OLTP (Online Transaction Processing, processamento de transações on-line) com um banco de dados de 1,2 TB e uma combinação de 70/30% para leitura/gravação. Para executar os testes, a EMC seguiu estas etapas: 1. Mediu a linha de base de desempenho para validar as características do desempenho do ambiente. 2. Ativou o XtremCache e mediu o TPM (transações por minuto) e a latência das transações no nível do aplicativo para demonstrar a contribuição do desempenho do XtremCache para o aplicativo. 3. Ativou o FAST Cache no VNX e mediu o TPM e a latência das transações no nível do aplicativo para demonstrar as melhorias no desempenho que podem ser alcançadas com o uso conjunto das duas tecnologias. O XtremCache é ativado em todas as LUNs de dados. Entretanto, ele não é ativado nas LUNs de registro porque elas são dominadas pelas gravações. O drives de rotação fornecem com facilidade o desempenho necessário para as LUNs de registro. Não são necessários ajustes específicos para o banco de dados Oracle. Com essa configuração, o XtremCache usa seus algoritmos de armazenamento em cache para manter automaticamente uma cópia dos dados mais dinâmicos para acesso imediato. Características de desempenho Figura 6 compara o throughput geral do sistema (TPM) da linha de base com o dos ambientes ativados pelo XtremCache. Com os dados dinâmicos disponíveis para o XtremCache do servidor, o TPM foi 2,5 vezes superior à linha de base. Como o melhor desempenho do TPM, houve uma redução de 30% na latência de leitura. 11

12 Melhorias relativas em transações por minuto Latência transacional relativa no nível do aplicativo 0.0 Linha Baseline de base XtremSW XtremCache Cache 0.0 Figura 6. Melhoria das transações por minuto (TPM) OLTP relativas O acréscimo do FAST Cache resultou em melhor desempenho e menor latência das transações. Como mostrado na Figura 7, o TPM foi 7,8 vezes maior do que a linha de base, enquanto a latência relativa no nível do aplicativo foi 80% menor do que a linha de base. Melhorias relativas em transações por minuto Linha Baseline de base XtremSW XtremCache Cache FAST Cache & XtremCache Latência transacional relativa no nível do aplicativo Figura 7. Impacto do FAST Cache com o XtremCache sobre o desempenho 12

13 Observe que os resultados podem variar dependendo de cada cliente. As melhorias no desempenho do aplicativo dependem de vários fatores, inclusive os seguintes: Proporção leitura-para-gravação do I/O Capacidade inerente de expansão da carga de trabalho Restrições existentes no subsistema de armazenamento antes da implementação do XtremCache Ajuste do banco de dados Oracle Compartilhamento do XtremCache, FAST Cache e FAST VP com outros aplicativos 13

14 Conclusão O teste da EMC com uma carga de trabalho Oracle OLTP fez uma comparação entre uma configuração de linha de base com um sistema equipado com o XtremSF e o XtremCache, e um sistema equipado com o XtremCache e o FAST Cache. Os testes confirmaram as seguintes vantagens de desempenho: Na configuração apenas com o XtremSF e o XtremCache, o throughput do sistema, medido em transações por minuto, foi 2,5 vezes maior do que o throughput da linha de base, enquanto a latência foi reduzida para 30%. Na configuração com o XtremCache e o FAST Cache, o throughput do sistema, medido em transações por minuto, foi 7,8 vezes maior do que o throughput da linha de base, enquanto a latência foi reduzida para 20%. Nenhuma alteração no banco de dados foi necessária. O XtremCache e o FAST Cache mantiveram a integridade dos dados. 14

15 Referências White papers Documentação de produtos Para obter informações adicionais, consulte os white papers listados abaixo. Introdução ao EMC XtremCache EMC FAST Cache uma análise detalhada EMC XtremCache acelera o Microsoft SQL Server EMC XtremSF, EMC XtremCache, EMC VNX, Microsoft SQL Server 2008 EMC XtremCache acelera o Oracle EMC XtremCache, EMC Symmetrix VMAX e VMAX 10K, Database 11g EMC XtremCache acelera o Oracle virtualizado EMC XtremCache, EMC Symmetrix VMAX e VMAX 10K, VMware vsphere, Oracle Database 11g Para obter informações adicionais, consulte os documentos dos produtos EMC listados a seguir. Data sheet do EMC XtremCache Data sheet da família EMC VNX Data sheet da série VNX da EMC Total Efficiency Pack 15