PRÉSENTATION D EMC XTREMSF

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1 Livre blanc PRÉSENTATION D EMC XTREMSF XtremSF est une carte matérielle Flash PCIe basée sur serveur. Elle peut être utilisée comme périphérique de stockage local, ou comme périphérique de mise en cache en association avec EMC XtremSW Cache. Résumé Ce livre blanc présente la carte Flash PCIe EMC XtremSF. Il décrit en détail la mise en œuvre, l utilisation, les performances et les avantages de ce matériel. Mai 2013

2 Copyright 2013 EMC Corporation. Tous droits réservés. EMC estime que les informations figurant dans ce document sont exactes à la date de publication. Ces informations sont modifiables sans préavis. Les informations contenues dans cette publication sont fournies «en l état». EMC Corporation ne fournit aucune déclaration ou garantie d'aucune sorte concernant les informations contenues dans cette publication et rejette plus spécialement toute garantie implicite de qualité commerciale ou d adéquation à une utilisation particulière. 2

3 L utilisation, la copie et la diffusion de tout logiciel EMC décrit dans cette publication nécessitent une licence logicielle en cours de validité. Pour obtenir la liste actualisée des noms de produits, consultez la rubrique des marques EMC via le lien Législation, sur H Sommaire Résumé analytique... 4 Introduction... 6 Audience... 6 Terminologie... 6 Exemples d utilisation de la technologie Flash... 7 Avantages d XtremSF... 7 Architecture des cellules Flash... 8 Principes de conception d XtremSF Avantages pour l entreprise Détails de la mise en œuvre XtremSF en tant que périphérique DAS Système DAS et protection des données XtremSF avec XtremSW Cache XtremSF avec XtremSW Cache en mode carte partagée Considérations relatives aux performances Caractéristiques des charges de travail Débit et latence XtremSW Cache en mode carte partagée Autres goulots d étranglement dans l environnement Consignes d utilisation et caractéristiques Caractéristiques techniques Contraintes Exemples d utilisation et performances Résultats des tests Conclusion Références

4 Résumé analytique Depuis qu EMC a déployé pour la première fois la technologie Flash dans les modules disque (communément appelés disques SSD) des baies d entreprise, la société s attache à étendre l utilisation de cette technologie à l ensemble de l environnement de stockage. En raison de la diminution du coût de cette technologie et des exigences de performances élevées des applications, la technologie Flash basée sur serveur fait désormais partie intégrante de ce développement. EMC XtremSF est une carte matérielle Flash PCIe basée sur serveur qui réduit les temps de latence et accroît le débit pour améliorer sensiblement les performances des applications. Elle peut être utilisée comme périphérique de stockage en attachement direct (DAS) ou comme périphérique de mise en cache en association avec le logiciel Flash Cache sur serveur EMC XtremSW Cache. En tant que périphérique DAS, elle permet le stockage local des Datasets, accélérant ainsi les opérations de lecture et d écriture. En association avec XtremSW Cache, elle applique un algorithme de mise en cache intelligent qui accélère les opérations de lecture, tout en maintenant l ensemble des écritures sur le stockage en réseau pour offrir haute disponibilité, intégrité et reprise après sinistre. Ce livre blanc se concentre principalement sur les exemples d utilisation de la carte XtremSF en tant que périphérique DAS. Pour en savoir plus sur son utilisation à des fins de mise en cache, consultez le livre blanc Introduction to EMC XtremSW Cache, disponible sur Qu elle soit mise en œuvre en tant que DAS ou en tant que niveau de mise en cache en association avec le logiciel XtremSW Cache, XtremSF s impose comme une excellente solution pour les applications exigeant un fort taux d E/S et une faible latence. La carte XtremSF convient parfaitement aux charges de travail hautes performances et/ou à taux de transactions élevé qui sont souvent associées aux applications Web 2.0, aux infrastructures de bureaux virtuels (VDI), au calcul hautes performances (HPC) et aux applications commerciales hautes performances. 4

5 Cette carte offre les avantages suivants : Utilisée en tant que périphérique de stockage local, elle accélère les performances des charges de travail impliquant de nombreuses opérations de lecture et d écriture. Sa version emlc mi-hauteur, mi-longueur (HHHL) de 2,2 To offre la capacité la plus importante du marché pour un encombrement PCIe des plus faibles. La carte XtremSF offre le choix entre les technologies Flash emlc et SLC pour des solutions optimisées sur le plan des performances, de la capacité et du prix. Elle permet un grand nombre d accès simultanés pour les applications exigeant le traitement de plusieurs E/S en parallèle. Utilisée en association avec XtremSW Cache, elle accélère les performances tout en protégeant la baie de stockage en réseau back-end. 5

6 Introduction Ce livre blanc présente la carte XtremSF. Il aborde un certain nombre de sujets, notamment la mise en œuvre dans des environnements physiques, les performances, les bonnes pratiques, les conditions d utilisation et les caractéristiques, et fournit des exemples d utilisation mettant en jeu des applications spécifiques. Audience Ce livre blanc s adresse aux entreprises qui envisagent d utiliser XtremSF dans leurs environnements de stockage. Il suppose une connaissance de base de la technologie Flash et de ses avantages. Terminologie Dataset : Espace de travail : étendue de données gérées par une application. Par exemple, la taille d une base de données. quantité de données sollicitées activement dans le Dataset. Longueur de la file d attente : nombre des demandes d E/S d une qui sont en attente. application 6

7 Exemples d utilisation de la technologie Flash Il existe plusieurs façons d utiliser la technologie Flash dans un environnement, en fonction des besoins dictés par le type d utilisation, l application et le client. EMC a développé une approche architecturale qui consiste à utiliser la bonne technologie au bon endroit et au bon moment. Ainsi, la technologie Flash est mise à profit comme suit : en tant que stockage en attachement direct ; en tant que cache sur un serveur ; en tant que cache dans une baie ; en tant que niveau de stockage dans une baie ; dans une baie 100 % Flash. Il existe différents types de technologie Flash, chacun ayant une structure de coûts, une endurance et des performances qui lui sont propres. Tous ont leur place dans un vaste ensemble d utilisations, dont voici quelques exemples : Les applications ayant des exigences de performances, avec ou sans besoins de protection, et caractérisées par un fort taux d opérations de lecture et d écriture sont de bonnes candidates à l utilisation de la technologie Flash PCIe sur serveur en tant que solution DAS. Par exemple, XtremSF. Les applications ayant des exigences de performances et de protection élevées et caractérisées par un fort taux d opérations de lecture sont des candidates idéales à l utilisation de la technologie Flash PCIe sur serveur en tant que solution de mise en cache. Par exemple, XtremSF associée à XtremSW Cache. Les applications ayant des exigences de performances et de protection et caractérisées par un fort taux d opérations de lecture et d écriture sont de bonnes candidates à l utilisation de la technologie Flash dans la baie en tant que solution de mise en cache. Par exemple, EMC FAST Cache sur un système de stockage EMC VNX. Les applications ayant des charges de travail mixtes et à la fois des données inactives et fréquemment sollicitées sont d excellentes candidates à l utilisation de la technologie Flash dans le cadre d une stratégie de hiérarchisation. Par exemple, FAST VP (Fully Automated Storage Tiering for Virtual Pools) sur un système de stockage EMC VMAX. Les applications exigeant des performances extrêmement prévisibles sont de bonnes candidates à l utilisation d une baie 100 % Flash, par exemple EMC XtremIO. Avantages d XtremSF L utilisation d une carte XtremSF pour accélérer les applications présente plusieurs avantages : Par ses performances exceptionnelles, XtremSF réduit les temps de latence et augmente le débit, améliorant ainsi considérablement les performances des applications à fort taux d opérations de lecture et d écriture. 7

8 Le portefeuille XtremSF contient des cartes de grande capacité qui permettent aux utilisateurs de stocker des Datasets volumineux ou plusieurs espaces de travail sur un seul et même périphérique Flash PCIe. Les différentes options de capacité proposées offrent la flexibilité recherchée pour ajouter exactement la quantité de mémoire Flash nécessaire à l accélération des applications cibles. Les clients sont libres de choisir la mémoire Flash qui répond le mieux à leurs besoins, qu il s agisse de la technologie Flash NAND emlc ou SLC. Pour une description de ces deux technologies, reportez-vous à la section Architecture des cellules Flash, ci-dessous. XtremSF offre des fonctions simplifiées d installation et de gestion pour une solution pouvant être installée facilement par le client. Architecture des cellules Flash En règle générale, tous les disques Flash utilisent deux technologies fondamentales de cellule Flash basées sur NAND : SLC (Single-Level Cell) MLC (Multi-Level Cell) Une cellule est la plus petite unité de stockage utilisée dans la technologie Flash. Elle contient une certaine quantité de charge électronique qui sert à stocker des informations binaires. Les cellules Flash NAND possèdent une architecture très compacte : elles sont presque deux fois plus petites qu une cellule Flash NOR comparable. Cette caractéristique, associée à un procédé de fabrication plus simple, permet à une cellule Flash NAND de proposer des densités plus élevées et une plus grande capacité de mémoire sur une puce semi-conductrice de même taille, d où une diminution du coût par gigaoctet. 8

9 Les périphériques de stockage Flash stockent des informations dans un ensemble de cellules Flash composées de transistors à grille flottante. Les périphériques SLC stockent un seul bit d information par cellule Flash (format binaire). En revanche, les périphériques MLC stockent plusieurs bits par cellule Flash en effectuant un choix parmi plusieurs niveaux de charge électrique à appliquer aux grilles flottantes de leurs transistors (voir Figure 1). Figure 1 : Comparaison entre les cellules Flash SLC et MLC pour le stockage de données 1 Comparé à une version Flash SLC, un périphérique de stockage utilisant la technologie Flash MLC offre une densité de stockage supérieure, car chaque cellule contient plusieurs bits d informations. Toutefois, la technologie Flash MLC offre des performances et une endurance moindres du fait des compromis inhérents à son architecture. Ses fonctions supérieures compliquent son utilisation, qui nécessite des algorithmes et des contrôleurs de gestion Flash avancés. Deux types de mémoire Flash MLC sont produits de nos jours : cmlc (consumer-grade), utilisé dans les produits de stockage grand public comme les clés USB, et emlc (enterprise-grade), utilisé dans les versions MLC de la carte XtremSF. 1 Kaplan, François. «Flash Memory Moves From Niche To Mainstream.» Chip Design Magazine. Avril/mai

10 Les technologies Flash SLC et MLC s adressent à deux types d applications très différents : celles qui exigent des performances élevées à un coût par bit attractif (emlc), et celles au budget plus conséquent qui nécessitent des performances et une endurance encore plus élevées sur une durée prolongée (SLC). EMC XtremSF laisse les clients choisir entre une architecture Flash emlc et SLC afin de tenir compte des différents types de profils d E/S et des diverses exigences des applications d entreprise. Tableau 1 : ce tableau compare les caractéristiques des technologies Flash SLC et MLC (valeurs de référence). Caractéristiques emlc SLC Bits par cellule 2 1 Endurance (cycles d effacement/écriture) ~ ~ Lecture d une page (en moyenne) 50 µs 35 µs Programmation d une page (en moyenne) µs 300 µs Effacement d un bloc (en moyenne) µs 700 µs Tableau 1 : Comparaison entre les technologies Flash SLC et MLC Bien que la technologie Flash SLC offre une densité plus faible, elle fournit également de meilleures performances en termes de rapidité des lectures/écritures. Du fait qu elle stocke un seul bit par cellule, le nombre de corrections à apporter est réduit. La technologie SLC supporte davantage de cycles d effacement/écriture, ce qui la rend particulièrement adaptée aux applications nécessitant une endurance et une viabilité accrues avec des cycles de vie des produits s étendant sur plusieurs années. Pour en savoir plus sur les différentes architectures des cellules Flash, consultez le document Considerations for Choosing SLC versus MLC Flash Technical Note sur le site Web de support EMC ( 10

11 Principes de conception d XtremSF Au cours de la dernière décennie, les technologies de traitement des serveurs ont continué de suivre la courbe de la Loi de Moore. La mémoire et la puissance de traitement ont doublé tous les 18 mois, mais ce n est pas le cas des technologies de disques. Les disques rotatifs tournent toujours à la même vitesse. Résultat : un goulot d étranglement dans la pile d E/S, le serveur et l application ayant la capacité de traiter un plus grand nombre d opérations d E/S que ne le permettent les disques. C est ce que l on appelle l écart au niveau des E/S, comme indiqué sur la Figure 2. Figure 2 : Écart au niveau des E/S entre le processeur et les sous-systèmes de stockage Les disques Flash qui équipent le système de stockage aident à combler cet écart. En effet, dans la mesure où ils utilisent la technologie Flash à base de silicium (plutôt que mécanique), ils suivent eux aussi la courbe de la Loi de Moore. Figure 3 : cette figure compare les différentes technologies de stockage sur la base du nombre d E/S par seconde (IOPS) par gigaoctet (Go) de stockage. 11

12 Figure 3 : Comparaison entre les différentes technologies de stockage Les disques à rotation mécanique se révèlent économiques pour les Datasets peu utilisés, avec un prix par gigaoctet très intéressant. Néanmoins, ils n assurent pas les meilleures performances. L utilisation de disques SSD dans la baie offre des performances considérablement améliorées. La technologie Flash PCIe sur serveur accélère encore davantage les performances par rapport aux disques SSD. En positionnant les principaux Datasets sur une carte Flash PCIe du serveur, il est possible de diminuer le temps de latence des disques locaux et d augmenter les performances des applications d entreprise, de 40 % dans certains cas. XtremSF garantit l accessibilité des données en quelques microsecondes en les stockant sur le bus PCIe du serveur. Figure 4 : cette figure présente le déploiement d XtremSF dans un environnement DAS standard. Figure 4 : Déploiement standard d XtremSF De par sa conception, la carte XtremSF présente les atouts suivants : Performances : elle réduit la latence et accroît le débit pour améliorer sensiblement les performances des applications. 12

13 Capacité : elle permet aux utilisateurs d installer autant ou aussi peu de capacité Flash PCIe que nécessaire pour répondre aux besoins spécifiques de leurs applications. Flexibilité : elle donne le choix entre les technologies Flash emlc et SLC pour satisfaire à des exigences spécifiques d'endurance et de performances. Avantages pour l entreprise La carte XtremSF offre aux entreprises les avantages suivants : Elle accroît les performances et réduit le temps de réponse des applications. Pour la plupart des entreprises, cela se traduit par des transactions plus rapides et plus nombreuses. o Par exemple, une société utilisant une base de données OLTP Oracle ou SQL Server est parfois limitée quant au nombre de transactions qu elle peut traiter en raison du nombre d E/S par seconde pris en charge par ses disques locaux. XtremSF augmente le débit pour permettre davantage de transactions, d où une hausse du chiffre d affaires de l entreprise. Utilisée avec XtremSW Cache, la carte XtremSF offre aux clients les avantages supplémentaires suivants : o Dans un environnement client classique, il arrive que plusieurs applications accèdent au même système de stockage back-end. Certaines de ces applications sont plus importantes que d autres. C est la raison pour laquelle les utilisateurs souhaitent pour cellesci les meilleures performances, tout en voulant garantir des performances «suffisantes» pour les autres applications non critiques. o La carte XtremSF offre une grande flexibilité, car elle est installée sur le serveur et non sur le réseau de stockage. Lorsque plusieurs applications accèdent au même système de stockage, la carte XtremSF améliore les performances de l application sur le serveur où elle est installée, tandis que les autres applications, installées sur les autres serveurs, continuent à bénéficier de bonnes performances de la part du système de stockage. En fait, elles peuvent même bénéficier de performances légèrement supérieures, car une partie de la charge de travail du système de stockage backend est déchargée sur XtremSF, et la puissance de traitement à disposition du système de stockage est donc supérieure pour ces applications. La carte XtremSF est indépendante de l infrastructure. Elle accélère tout type d application s exécutant sur un large choix de systèmes d exploitation. Le mode carte partagée permet d utiliser une partie de la mémoire Flash sur serveur pour la mise en cache (avec EMC XtremSW Cache) et l autre partie pour le stockage en attachement direct. 13

14 Détails de la mise en œuvre Cette section du livre blanc détaille la façon dont les opérations d E/S sont gérées lorsqu une carte XtremSF est installée sur le serveur. Une mise en œuvre DAS classique d XtremSF nécessite l installation des composants suivants dans l environnement : Périphérique physique XtremSF Pilote de périphérique XtremSF Pour en savoir plus sur l installation de ces composants, consultez le document EMC XtremSF Installation and Administration Guide. Si XtremSF doit également servir à la mise en cache des données avec une baie de stockage back-end, il est nécessaire d installer le composant suivant dans l environnement : Logiciel XtremSW Cache Pour en savoir plus sur l installation de ce composant, consultez le document EMC XtremSW Cache Installation and Administration Guide. Figure 6 : cette figure présente une forme simplifiée de l architecture DAS XtremSF. Le serveur comprend deux composants : la couche applicative et le périphérique XtremSF sur le serveur. La carte XtremSF est insérée dans un slot PCIe Gen2 x8 du serveur. Le pilote est installé au niveau du système d exploitation. Une fois installée, la carte XtremSF est configurée avec un système de fichiers, puis partitionnée à l aide du gestionnaire de volume logique du système d exploitation. L application cible est ensuite configurée de façon à lire et écrire des données sur un volume particulier d XtremSF. Si nécessaire, la carte XtremSF dans son ensemble peut être configurée comme un volume unique. Dans les exemples suivants, la carte XtremSF est configurée en tant que périphérique DAS pour le stockage local des données, et en tant que périphérique de mise en cache lorsqu elle est associée à XtremSW Cache. En fonction des exigences de la solution, utilisez la configuration la mieux adaptée au gain de performances souhaité. XtremSF en tant que périphérique DAS Dans cet exemple, la carte XtremSF sert au stockage local des données. Dans le cas d une utilisation en tant que périphérique DAS, les cartes Flash PCIe emlc se révèlent adaptées de par leurs performances et leur endurance. Figure 5 : cette figure illustre un exemple d utilisation en tant que périphérique DAS. 1. L application écrit les données sur la carte XtremSF. 2. Au moment opportun, l application lit les données sur la carte XtremSF. Dans cet exemple d utilisation, le débit et la latence de l application sont considérablement améliorés. 14

15 Figure 5 : XtremSF pour le stockage temporaire des données Système DAS et protection des données XtremSF en tant que périphérique DAS profite à la fois aux données temporaires et aux données critiques. Toutefois, la technologie Flash PCIe n offre pas la protection des données qui caractérise les baies de stockage back-end. Mieux vaut donc protéger les données critiques autrement. Pour ce faire, il est conseillé d utiliser des fonctions de protection des données au niveau du système d exploitation ou de l application. Les outils natifs du système d exploitation, par exemple les gestionnaires de volume logique (LVM), peuvent associer plusieurs périphériques de stockage (tels qu ils sont vus par le système d exploitation) dans des groupes RAID pour garantir les performances (RAID 0) ou la protection (RAID 1) des données applicatives. Lorsque plusieurs périphériques XtremSF sont installés sur un même serveur, les LVM peuvent servir à créer des groupes RAID et éventuellement à garantir les performances et/ou la protection. Un certain nombre d applications d entreprise et de base de données proposent des services de réplication au niveau de l application. Des services comme Oracle Data Guard, Oracle Real Application Clusters (RAC), Oracle Automatic Storage Management (ASM) et Microsoft SQL Server AlwaysOn peuvent assurer la haute disponibilité et la réplication des données à des fins de protection. Ce ne sont là que quelques-unes des méthodes de protection des données applicables à XtremSF. Chaque installation doit disposer d une solution spécifique adaptée aux applications et aux systèmes d exploitation utilisés. Les outils de réplication basés sur l hôte proposent des fonctions de réplication pour les données stockées en local. Par exemple, il existe des outils logiciels de réplication en mode bloc qui assurent une réplication continue en temps réel de toutes les données entre les serveurs, sur un réseau LAN ou WAN. Ils sont souvent mis en œuvre en tant que pilote de filtre du système d exploitation reposant sur le système de fichiers, dans la pile d E/S. Certains de ces outils assurent à la fois une réplication synchrone et asynchrone. 15

16 XtremSF avec XtremSW Cache La carte XtremSF peut également être utilisée avec le logiciel XtremSW Cache pour créer une solution de mise en cache qui améliore les performances des applications tout en protégeant les données sur une baie de stockage back-end. Figure 6 : cette figure présente la configuration de base du logiciel XtremSW Cache installé avec XtremSF. Figure 6 : XtremSF avec XtremSW Cache Dans cette configuration, une copie des données les plus utilisées de l application est stockée sur la carte PCIe locale pour une accélération en lecture, tandis que les écritures sont conservées sur la baie de stockage. Pour une description détaillée du déploiement d XtremSW Cache avec XtremSF, consultez le livre blanc Introduction to EMC XtremSW Cache. XtremSF avec XtremSW Cache en mode carte partagée Le logiciel EMC XtremSW Cache possède une fonction de carte partagée unique qui permet d utiliser une partie de la mémoire Flash sur serveur comme périphérique de mise en cache avec XtremSW Cache, et le reste en tant que périphérique DAS. Cette fonction offre la possibilité de combiner les deux exemples d utilisation décrits précédemment. Figure 7 cette figure représente une carte XtremSF utilisée en mode carte partagée. 16

17 Figure 7 : XtremSF en mode carte partagée Comme dans le cas d une utilisation 100 % DAS, le contenu de la partie DAS ne reste sur aucune baie de stockage. Aussi est-il recommandé à l utilisateur de stocker les données temporaires sur la partie DAS, ou d utiliser un outil de protection des données au niveau de l application ou du système d exploitation. 17

18 Considérations relatives aux performances Utilisée en tant que périphérique DAS, la carte XtremSF est une solution sophistiquée de stockage en mémoire Flash. Par conséquent, certains points sont à prendre en compte dans l évaluation de ses performances. Caractéristiques des charges de travail Le gain de performances auquel vous êtes en droit d'attendre de la carte XtremSF dépend des caractéristiques des charges de travail applicatives. EMC vous recommande d utiliser XtremSF en tant que système de stockage local, uniquement pour les applications dont le profil de charge de travail est adapté à une telle utilisation. Par exemple : Taille du Dataset : vous devez évaluer la taille du Dataset de l application et la comparer à la capacité de la carte XtremSF. Pour un gain de performances maximal, il est possible de placer l intégralité du Dataset sur la carte XtremSF. Charges de travail aléatoires ou séquentielles : une baie de stockage EMC traite très efficacement les charges de travail séquentielles issues des applications. Elle utilise pour cela son propre cache, ainsi que d autres mécanismes comme le «préchargement». Toutefois, si la charge de travail est en partie aléatoire, les performances sont réduites en raison des temps de recherche nécessaires pour accéder aux données sur les disques mécaniques. Dans ce cas, l utilisation du cache de la baie de stockage est également limitée, car différentes applications utilisant la baie de stockage se disputent ces mêmes ressources de cache. La technologie Flash ne présente aucune latence associée aux temps de recherche pour l accès aux données. XtremSF permet donc une amélioration maximale des performances lorsque la charge de travail applicative est en grande partie aléatoire. Accès simultanés : les disques mécaniques de la baie de stockage possèdent uniquement une ou deux têtes de lecture/écriture. Cela signifie que seul un nombre limité d E/S peut être traité depuis un disque, à un point dans le temps. Aussi, lorsque plusieurs threads de l application tentent d accéder aux données sur la baie de stockage, les temps de réponse ont tendance à augmenter, car les E/S doivent attendre en file d attente avant d être traitées. Toutefois, les périphériques de stockage et de mise en cache utilisant la technologie Flash disposent habituellement de plusieurs canaux en interne qui traitent plusieurs E/S à la fois. XtremSF affiche ainsi un écart de performances maximal lorsque la charge de travail applicative présente un fort taux d accès simultanés. L application doit demander simultanément plusieurs E/S. Taille des E/S : les E/S de grande taille dépendent surtout de la bande passante. L écart de performances entre la technologie Flash et les autres technologies est donc moindre dans leur cas. Bien qu XtremSF améliore les performances pour une grande variété de tailles d E/S, les applications présentant des tailles d E/S plus petites (par exemple, 4 ou 8 Ko) bénéficient d un gain de performances maximal. 18

19 Débit et latence Certaines applications poussent l environnement de stockage dans ses derniers retranchements pour fournir autant d E/S par seconde que possible. L utilisation d XtremSF dans ces environnements applicatifs permet d obtenir un taux très élevé d E/S par seconde avec des temps de réponse extrêmement courts. Toutefois, il existe également des applications qui n ont pas besoin d un taux d E/S par seconde très élevé, mais qui nécessitent des temps de réponse très faibles. Ces environnements applicatifs ont tout à gagner à utiliser XtremSF. Même si l application concernée génère relativement peu d E/S, celles-ci, à peine émises, sont traitées avec un temps de réponse très faible. Par exemple, il se peut qu une application Web ne présente pas une forte activité en général, mais doive répondre très rapidement dès qu un utilisateur émet une demande. XtremSW Cache en mode carte partagée Lorsque cette fonction est utilisée, les mêmes ressources Flash sont partagées entre la partie dédiée au cache et la partie dédiée au stockage en attachement direct. Aussi les performances du cache risquent-elles d être plus faibles que lorsque la carte PCIe est entièrement dédiée à cet usage. Autres goulots d étranglement dans l environnement En rendant les données encore plus accessibles à l application, XtremSF améliore le débit et diminue le temps de latence. Cependant, toute amélioration drastique du débit des applications peut entraîner de nouveaux goulots d étranglement au niveau des performances et/ou des anomalies au sein de la pile matérielle ou logicielle. 19

20 Consignes d utilisation et caractéristiques Cette section répertorie quelques consignes d utilisation et fonctions essentielles d XtremSF. L utilisation d XtremSF est optimisée pour les charges de travail à accès simultanés, fournissant ainsi des performances accrues avec un nombre de threads supérieur. Cette conception s appuie sur la capacité des médias de type Flash à prendre en charge une large bande passante. L accès à un nombre réduit de puces de mémoire Flash pour chaque E/S évite les goulots d étranglement qui surviennent habituellement avec plusieurs threads. Pour cette raison, les applications qui utilisent plusieurs threads en retirent un gain de performances maximal. XtremSF possède des tailles d unité de mappage fixes, optimisées pour les E/S de grande taille (4 ou 8 Ko) qui caractérisent les applications d entreprise courantes. Pour la plupart des modèles XtremSF, la gestion de la mémoire Flash s effectue sur la carte elle-même, de façon à décharger le serveur hôte de cette tâche. Cela limite l utilisation du CPU, ainsi que la quantité de DRAM nécessaire sur l hôte. L intégrité des données est une préoccupation majeure. Il est capital que les données renvoyées pour lecture correspondent bien aux dernières données écrites sur le périphérique. Pour assurer l intégrité des données sur XtremSF, un checksum de bout en bout vérifie que les données lues correspondent exactement aux données précédemment écrites sur le bloc. Pour protéger la mémoire Flash contre toute défaillance, les cartes XtremSF utilisent un schéma de parité RAID selon lequel chaque élément du groupe RAID est traité par un canal Flash différent. Dans l éventualité d une panne de puce de mémoire Flash sur la carte PCIe XtremSF, cette dernière détecte automatiquement la défaillance et reconstruit rapidement les données. Les opérations de récupération d'espace et de nivellement d usure s exécutent avec une incidence minime sur les performances. Elles s effectuent au niveau de la puce de mémoire Flash et s appuient sur la capacité d XtremSF à gérer les accès simultanés, en limitant l impact sur l application. 20

21 Dans le cas d une utilisation en tant que périphérique de mise en cache avec XtremSW Cache, les écritures sont synchronisées avec la baie. Les opérations d écriture émises par l application dépendent de la vitesse à laquelle la baie back-end peut en assurer le traitement. Dans le cas d une utilisation en mode carte partagée, cela n affecte que la partie de la carte dédiée à la mise en cache. La partie DAS n est pas concernée par les performances de la baie. Lorsque la carte XtremSF est utilisée en tant que périphérique de stockage, les opérations de lecture et d écriture sont accélérées. Pour protéger les données critiques stockées sur la carte, mieux vaut utiliser des fonctions de protection des données au niveau de l application ou du système d exploitation. 21

22 Caractéristiques techniques La carte XtremSF est optimisée pour les charges d E/S de 4 et 8 Ko. Toutefois, elle fonctionne aussi de manière transparente et avantageuse avec des applications ayant d autres tailles d E/S. La carte XtremSF doit être installée dans un slot PCIe Gen2 x8 sur un serveur monté en rack. Elle peut également être installée dans un slot PCIe x16, auquel cas elle n utilise que 8 canaux. Ses performances sont inférieures si elle est installée dans un slot PCIe x4 du serveur. De par sa conception, XtremSF maintient une consommation électrique inférieure à 25 W d après la spécification PCIe 2.0. Plusieurs capacités de cartes XtremSF sont proposées : Contraintes o SLC (Single-Level Cell) 350 Go et 700 Go o emlc (Multi-Level Cell) 550 Go, 700 Go, 1,4 To et 2,2 To Un serveur peut contenir plusieurs cartes XtremSF. Il est possible de créer un volume source logique unique sur plusieurs cartes en utilisant un gestionnaire de volume logique (LVM) du système d exploitation. Plusieurs volumes sources peuvent être créés sur une seule carte à l aide d un gestionnaire de volume logique du système d exploitation. La carte XtremSF est conforme aux spécifications du Trade Agreements Act (TAA). Les exigences suivantes sont certifiées inapplicables à XtremSF : o FIPS o Common Criteria o IPv6 (Internet Protocol version 6) La carte XtremSF assure la protection de l intégrité des données au niveau de la mémoire Flash à l aide d un schéma de parité RAID. Toutefois, elle ne fournit aucun service de protection des données critiques. Si une protection des données est requise, utilisez XtremSW Cache ou d autres outils logiciels. 22

23 Les serveurs lames nécessitent une version personnalisée de la carte et ne sont donc pas compatibles avec XtremSF. Toutefois, les serveurs qui permettent la connexion d une carte d extension PCIe à leur châssis acceptent les cartes XtremSF. Pour une liste actualisée des systèmes d exploitation et serveurs pris en charge, consultez E-Lab Interoperability Navigator. Exemples d utilisation et performances La carte XtremSF convient parfaitement aux charges de travail hautes performances et/ou à taux de transactions élevé qui sont souvent associées aux applications Web 2.0, aux infrastructures de bureaux virtuels (VDI), au calcul hautes performances (HPC) et aux applications commerciales hautes performances. Elle sert également à accélérer l analyse prédictive, le reporting, la modélisation de données, les index, les vidages de base de données, le traitement par lot, les tâches d arrière-plan et d autres charges de travail temporaires. Utilisée en tant que périphérique DAS, elle produit les meilleurs résultats avec des applications présentant un fort taux d opérations de lecture et d écriture et exigeant une faible latence. Associée à XtremSW Cache pour la mise en cache, elle produit les meilleurs résultats avec des applications à fort taux d opérations de lecture ou présentant une asymétrie des données extrêmement concentrée. Résultats des tests EMC a mené des tests sur XtremSF avec des applications spécifiques afin de déterminer les gains de performance potentiels résultant de son utilisation. Voici un récapitulatif des avantages qu offre XtremSF avec certaines applications répandues : SQL Server Avec une charge de travail de type TPC-E dans un environnement de base de données Microsoft SQL Server 2012 de 800 Go, sur serveur Cisco UCS, XtremSF a permis de traiter 30 fois plus d E/S par seconde qu avec une même charge de travail exécutée sur plusieurs disques locaux. La Figure 8 montre cette amélioration des performances. 23

24 Performances base de données SQL Server Figure 8 : Comparaison entre les performances d XtremSF et celles d un disque local pour une base de données SQL Server 24

25 Oracle Avec une charge de travail OLTP de type TPC-E dans un environnement physique Oracle 11g R2 de 1,2 To, XtremSF a affiché des performances 40 fois supérieures à celles d une même charge de travail exécutée sur plusieurs disques locaux. La Figure 9 montre cette amélioration des performances. Performances base de données Oracle Figure 9 : Comparaison entre les performances d XtremSF et celles d un disque local pour une base de données Oracle Pour en savoir plus sur les conditions d utilisation et les résultats des tests avec des applications spécifiques, reportez-vous à la liste de livres blancs fournie à la section Références. 25

26 Conclusion Il existe plusieurs façons d intégrer la technologie Flash dans un environnement : dans le serveur ou dans la baie de stockage, sous forme de cache ou de niveau de stockage. Toutefois, pour des performances maximales, l essentiel est d utiliser une technologie matérielle et logicielle adaptée à l application. Avec ses performances exceptionnelles, la carte XtremSF accélère considérablement les performances des applications présentant un fort taux d opérations de lecture et d écriture. XtremSF est une plate-forme matérielle flexible qui se décline en plusieurs capacités, s adaptant aussi bien aux petits qu aux grands Datasets. Les cartes sont disponibles en versions Flash SLC et emlc. Elles répondent avec une flexibilité maximale à des exigences de performances et d'endurance spécifiques. Avec sa carte HHHL 2,2 To, XtremSF fournit le stockage Flash sur serveur le plus dense actuellement disponible, pour un encombrement PCIe des plus faibles. La carte XtremSF peut être utilisée seule, en tant que stockage en attachement direct, ou en tant que cache lorsqu elle est associée à XtremSW Cache. 26

27 Références Les documents suivants sont disponibles sur : Livre blanc d analystes : Demartek EMC XtremSW Cache Flash Caching Solution Evaluation Livre blanc d analystes : ESG EMC s Flash Strategy Fiche produit : EMC XtremSF Fiche produit : EMC XtremSW Cache Guide d installation et d administration : XtremSF for Windows and Linux Guide d installation et d administration : XtremSW Cache for VMware Guide d installation et d administration : XtremSW Cache for Windows and Linux Guide d installation et d administration : XtremSW Cache VMware Plug-in Notes de mise à jour : XtremSF for Windows and Linux Notes de mise à jour : XtremSW Cache for VMware Notes de mise à jour : XtremSW Cache for Windows and Linux Note technique : Considerations for Choosing SLC versus MLC Flash Livre blanc : EMC XtremSF Delivering Next Generation Performance for Oracle Databases Livre blanc : EMC XtremSF Delivering Next Generation Performance for SQL Server Databases Livre blanc : EMC XtremSF Delivering Next Generation Performance for MySQL Databases Livre blanc : EMC XtremSF Next Generation Performance for Microsoft Exchange 2010 Livre blanc : Introduction to EMC XtremSW Cache 27