LIVRE BLANC MAXCACHE 2. Réduisez les temps d attente et augmentez les performances de vos applications jusqu à 13 fois avec les solutions de mise en cache de lecture et d'écriture sur SSD maxcache 2. d'adaptec Synthèse Les centres de données et les environnements de cloud computing actuels ont besoin d augmenter les performances d'i/o et de réduire les temps d attente pour prendre en charge des applications à grande échelle telles que le service Web, le service de fichiers, les bases de données, le traitement transactionnel en ligne (OLTP), Microsoft Exchange Server et l informatique haute performance (HPC). Ce livre blanc traite des avantages en termes de performance liés à l utilisation des solutions de mise en cache SSD Adaptec maxcache 2. pour ces applications clés de centres de données et des économies pouvant être réalisées grâce à l amélioration des performances des applications ainsi obtenue. Les performances et les avantages financiers de maxcache 2. sont illustrés ci-dessous en comparant les niveaux de performance dans un scénario IOmeter de charges de travail d I/O 1 % aléatoires entre un contrôleur de stockage Adaptec avec maxcache 2. et un contrôleur de stockage Adaptec équivalent sans maxcache 2., ainsi qu un scénario de charges OLTP entre un contrôleur de stockage Adaptec avec maxcache 2. et un contrôleur de stockage Adaptec sans maxcache 2.. Ces améliorations quantifiées des performances peuvent être appliquées à un calcul du coût total de possession (TCO) résumant les économies potentielles en dépenses d investissement (CapEx) et frais d exploitation (OpEx). Le point sur les performances Accélérer le fonctionnement des applications, réduire les délais d'attente et augmenter le nombre d utilisateurs pris en charge par chaque serveur sont des besoins essentiels pour tout centre de données ou environnement de cloud computing. Les tests de la solution de mise en cache SSD maxcache 2. d Adaptec par rapport à des solutions n utilisant que des disques durs montrent : Une amélioration des performances allant jusqu à 13 fois en termes de débit IOPS sur des opérations de lecture principalement Une réduction des temps d attente allant jusqu à 13 fois pour les applications gourmandes en lecture Lors de la comparaison d une solution faisant appel uniquement à des disques durs SAS par rapport à une solution disques durs SATA/SSD avec maxcache 2., les observations relevées ont été les suivantes : Une amélioration de 6 fois des performances en termes de débit IOPS sur charge de travail mixte Une réduction de 1 fois des temps d attente pour les applications sur charge de travail mixte Une augmentation de 7 fois de la capacité disponible des serveurs et une réduction considérable du coût par Go et par I/O Introduction Les centres de données et les environnements de cloud computing ont besoin de serveurs haute densité dédiés aux applications pour pouvoir offrir en permanence aux utilisateurs une qualité de service (QOS) élevée. Généralement, ces déploiements de serveurs ciblent des applications spécifiques comme le service Web, le service de fichiers, les bases de données, le traitement transactionnel en ligne (OLTP), Microsoft Exchange Server et l'informatique haute performance (HPC). Les clients de ces centres de données et applications de cloud computing signent généralement des contrats de niveau de service (SLA) qui obligent les exploitants à leur fournir des niveaux de RAS (fiabilité, disponibilité et facilité de gestion) et de performances prédéterminés. Pour faire face à ces exigences, les exploitants de centres de données déploient des serveurs à haute capacité d I/O et débit IOPS élevé qui sont "optimisés pour les applications" afin de garantir le respect des termes du SLA. Toute infraction aux termes du contrat de service peut se traduire par de lourdes amendes pour l exploitant du centre de données, sans parler de la réaction négative du client à toute performance ou expérience utilisateur inadéquate. Outre les exigences liées au contrat de service, les contraintes budgétaires forcent les centres de données à augmenter le nombre d utilisateurs hébergés par serveur afin de réduire le coût du service par utilisateur ainsi que les dépenses d investissement (CapEx) et les frais d exploitation (OpEx) liés au matériel supplémentaire. Mais l ajout d utilisateurs supplémentaires à un serveur va entraîner une augmentation des temps d attente et une réduction du débit IOPS. Comme ces deux problèmes surviennent bien avant que la capacité de stockage maximale soit atteinte, les centres de données et les environnements de cloud computing sont forcés d ajouter de nouveaux serveurs pour maintenir les niveaux de service appropriés, même si les serveurs existants possèdent la capacité de stockage requise pour gérer davantage d utilisateurs. Ceci résulte en une faible utilisation de la capacité de stockage et en une augmentation des dépenses d investissement et des frais d exploitation (à savoir les coûts de maintenance, d alimentation et de refroidissement), ainsi qu une augmentation de l espace physique nécessaire. De plus, pour répondre aux impératifs du SLA en termes de temps de réponse accéléré et de disponibilité, et pour accroître le nombre d utilisateurs hébergés, ce qui est nécessaire afin de réduire le COS, les exploitants configurent les serveurs de manière à regrouper les données dans le cache système, en dépit du fait que les utilisateurs n accèdent pas à toutes les données uniformément. Les serveurs 1 When more Website visitors hurt your business: Are you ready for peak traffic?, Equation Research, 21
LIVRE BLANC MAXC ACHE 2. 2 Adaptec maxcache 2. Web, par exemple, regroupent les pages d accueil des sites Web qu ils hébergent bien plus fréquemment que les autres pages. Les applications de commerce en ligne interrogent les images des produits faisant l objet des accès les plus fréquents (les produits les plus demandés) bien plus souvent que celles des autres produits (moins demandés), et vendent aussi ces produits particulièrement demandés plus souvent. Mais ce n est pas uniquement le contrat de service qui est en jeu. Les utilisateurs et les clients tendent à tolérer de moins en moins les longs temps d attente et les mauvaises performances en termes de débit IOPS. Selon Equation Research1 : 78 % des visiteurs d un site passent à celui d un concurrent pour cause de performance dégradée pendant les heures de pointe. 88 % sont moins susceptibles de retourner sur un site après une mauvaise expérience utilisateur. 47 % ont quitté le site avec une perception moins positive de la société. Un site web présentant de mauvaises performances peut avoir des implications financières quantifiables. Amazon a déterminé qu un dixième de seconde d attente suffit à réduire de 1 % le montant des recettes de ventes, par exemple1. Les sociétés qui s attaquent au problème des temps d attente se sont vues récompensées. Shopzilla, par exemple, rapporte que l amélioration de cinq secondes de la performance d un site web entraîne la consultation de % de pages supplémentaires et une augmentation de 12 % des revenus ; de grandes institutions financières font jouer un gain de vitesse d'une demi-seconde pour exécuter des millions d ordres par seconde et réaliser des bénéfices records1. Une technologie capable d assurer de bons temps de réponse dans l accès aux données très demandées tout en maintenant une grosse capacité de données moins demandées permettra de réaliser des économies directes par la réduction du nombre de serveurs déployés. En d autres termes, toute amélioration dans les performances d I/O des serveurs permettra d augmenter le nombre d utilisateurs par serveur et de réduire le coût par utilisateur. Une technologie pouvant garantir un tel gain de performances tout en augmentant aussi la capacité disponible du serveur améliorera encore davantage ses indices de coût par utilisateur et d utilisateurs par serveur. La mise en cache SSD maxcache 2. d'adaptec répond aux besoins des centres de données et des environnements de cloud computing les plus exigeants en termes d'i/o en leur permettant de transformer des serveurs standard en équipements de stockage économiques, très performants et évolutifs optimisant les utilisations critiques, les performances et les mesures financières. À propos des solutions de mise en cache SSD Adaptec maxcache La solution Adaptec maxcache associe des SSD utilisés comme mémoire cache au logiciel de mise en cache SSD maxcache d Adaptec pour accélérer spectaculairement les performances d I/O et réduire les coûts sans perturber les opérations en cours. Elle élimine pratiquement le goulot d étranglement qui se forme entre les processeurs, la mémoire et le stockage. Les SSD offrent de nombreux avantages par rapport aux disques durs, notamment une bande passante de lecture plus étendue, des débits IOPS plus élevés, une meilleure fiabilité mécanique (due à l absence d éléments mobiles) et une plus grande résistance aux chocs et aux vibrations. Toutefois, les mêmes caractéristiques (à savoir la mise en œuvre de composants flash) qui leur procurent ces avantages s assortissent également de limitations inhérentes par rapport aux disques durs, notamment une moindre capacité et une bande passante d écriture en streaming plus restreinte. La durée de vie utile d un SSD est aussi étroitement conditionnée au nombre d opérations d écriture qui auront été effectuées dessus. Pour exploiter les avantages des SSD tout en supprimant leurs limitations, la solution de mise en cache SSD maxcache augmente les performances des opérations de lecture et d écriture. Un algorithme de chemin acquis (brevet en instance) identifie les données fréquemment sollicitées et optimise les opérations de lecture et d'écriture en plaçant une copie de ces données directement dans un cache SSD pour accélérer leur extraction lors de requêtes ultérieures. Le stockage des seules données très demandées dans le cache SSD optimise l équilibre entre performances et capacité des SSD. En exploitant sa présence unique dans le chemin des données pour créer un pool de cache des données les plus demandées, la solution de mise en cache SSD maxcache 2. peut assurer des gains de performance significatifs comparés aux déploiements n utilisant que des disques durs (Figure 1). Dans le cadre de charges de travail ne comportant que des accès en lecture, maxcache 2. assure une amélioration du débit IOPS pouvant aller jusqu à 13 fois et une réduction de 13 fois des temps d attente des applications. Centre de données avec serveurs intégrant maxcache 2. Opérations d'écriture Pool de cache SSD DONNÉES LES PLUS LUES DONNÉES LES PLUS LUES Operations Copie DONNÉES LES MOINS LUES Opérations Applications gourmandes en I/O Figure 1. Déploiement de maxcache 2. 1 When more Website visitors hurt your business: Are you ready for peak traffic?, Equation Research, 21
LIVRE BLANC MAXCACHE 2. Adaptec maxcache 2. 3 Adaptec maxcache 2. permet également la mise en cache des données en écriture pour que les charges de travail associant lectures et écritures puissent elles aussi bénéficier des avantages de la mise en cache SSD en termes de performances et de réduction des temps d attente. En élargissant l'utilisation de la mise en cache SSD, la solution maxcache 2. convient idéalement aux déploiements de centres de données à grande échelle car elle se révèle avantageuse sur le plan financier tout en rationalisant la conception et la mise en œuvre du matériel. L optimisation de l espace disponible est critique pour les centres de données actuels et futurs si l'on considère les coûts directs sur la conception et les investissements gaspillés si de l espace demeure inutilisé. Grâce à l accélération du débit IOPS et à la réduction des temps d attente, maxcache 2. permet aux centres de données et aux environnements de cloud computing d héberger davantage d utilisateurs et d exécuter plus de transactions par seconde tout en réduisant le nombre global de serveurs requis pour faire face à une charge de travail donnée. Ceci réduit dans une large proportion les dépenses d investissement (CapEx) d une société et assure une meilleure utilisation du matériel ainsi qu une réduction de la taille des serveurs requis à l intérieur d un centre de données. Cette réduction du nombre de serveurs présente l'avantage supplémentaire, d'un point de vue financier, de faire baisser les frais d'exploitation associés à l'alimentation électrique, au refroidissement et à la maintenance du matériel, pour faire de maxcache une solution au coût total de possession extrêmement bas (Figure 2). La réduction des frais d exploitation représente des économies permanentes tout au long de la durée de vie d'un serveur ; plus celui-ci est utilisé, plus importantes seront les économies réalisées sur les frais d exploitation. Méthode traditionnelle Méthode avec maxcache 2. 2 serveurs, 1 rack complet $294,* Coût du système $121,** Frais d'exploitation sur 4 ans 6 serveurs + 24 SSD, 1 rack avec espace libre $11,* Coût du système $35,** Frais d'exploitation sur 4 ans Figure 2. Impact quantifié sur l utilisation des investissements en matériel *Sur la base d'un coût unitaire de matériel estimé à 15 $ et zéro frais de licence logicielle **Sur la base d'un Power Estimator système à 8 W par serveur et d'une moyenne nationale de,11 $ par kwh selon le département américain de l énergie Adaptec maxcache 2. comparé à des disques SSD standard et à des cartes flash de type PCIe Les périphériques de stockage à base de mémoire flash deviennent de plus en plus abordables et répandus dans les environnements informatiques, mais il ne faut pas les confondre avec les solutions maxcache 2.. Pour garantir des performances maximales lors de l'utilisation d'un SSD standard ou d'une carte flash PCIe, les applications doivent impérativement être optimisées afin de stocker les données nécessitant les débits IOPS les plus élevés sur le SSD ou la carte flash hautes performances. Ceci exige que l'administrateur ait une parfaite connaissance de l'application en question et comprenne pourquoi il sera avantageux d'acheminer les données nécessitant les débits IOPS les plus élevés sur le SSD. En outre, les capacités de stockage d un SSD standard sont encore relativement réduites comparées à celles des disques durs conventionnels. Par conséquent, il faut recourir à un plus grand nombre de SSD, ce qui va entraîner une augmentation significative du coût d'investissement. La mise en cache SSD maxcache 2. d'adaptec permet de tirer encore profit des capacités plus importantes des supports rotatifs (disques durs), tout en bénéficiant des performances d I/O améliorées des SSD. maxcache 2. assure un bon compromis entre les performances des SSD et la capacité des disques durs pour résoudre les défis spécifiques auxquels sont confrontés les exploitants de centres de données et d environnements de cloud computing. Méthodologie d'essai L'outil IOmeter a été utilisé pour comparer les performances des solutions de mise en cache SSD maxcache 2. d'adaptec avec un contrôleur de stockage Adaptec Série 6 et un modèle Adaptec Série 6Q. Les tests ont été menés afin de mesurer les avantages de maxcache 2. selon deux axes. Le premier jeu de tests a été exécuté pour mesurer les performances de maxcache 2. dans le cadre d une charge de travail constituée uniquement d'accès en lecture et les comparer à celles d'une solution n utilisant que des disques durs. Un second jeu de tests a ensuite été exécuté pour déterminer quels avantages la mise en cache des données en lecture et écriture pouvait produire avec des disques durs SATA de grande capacité et comparer les résultats à ceux d'une configuration n utilisant que des disques durs de type SAS. Performances de mise en cache de lecture Débit IOPS et temps d attente Des applications très gourmandes en termes de lecture telles que les serveurs Web, les serveurs de fichiers et les applications de commerce en ligne bénéficient radicalement de l'apport de maxcache 2., avec des débits IOPS pouvant être multipliés par 13 et des temps d attente divisés par 13.
LIVRE BLANC MAXCACHE 2. Adaptec maxcache 2. 4 1 2 w/maxcache w/maxcache Comparaison des performances RAID 5 sous une charge de travail OLTP (ratio de 2:1 des opérations de lecture/écriture). 5, 1 Configuration avec 1disques durs uniquement : huit 2disques durs 4, SAS (15 tr/mn), capacité unitaire 3 Go, en RAID 5. Configuration maxcache w/maxcache 3, 2. : six disques SAS dur HDDs SATA de 3 To en 5 RAID 5 ; deux SSD SATA de 1 Go pour le pool maxcache. 1 1 5 2, 1, I OP s Comparaison des performances RAID sous une charge de travail IOmeter 3/5de lectures 1 % aléatoires. 4/6 SAS Configuration HDDs SATA HDDs avec w/maxcache disques durs uniquement SATA : huit HDDs disques w/maxcache durs SAS (15 tr/mn), capacité unitaire 3 Go, en RAID. Configuration maxcache 2. : 2, huit disques durs SAS (15 tr/mn), capacité unitaire 3 Go, en 1,6 RAID ; deux SSD SATA de 1 Go pour pool de cache maxcache. Performance de mise en cache d'écriture 4 L introduction de la mise en cache d'écriture permet aux applications Tps latence gourmandes moyen en I/O qui traitent Tps des latence charges de maxi travail mixtes, notamment les environnements de traitement transactionnel en ligne (OLTP), Microsoft Exchange Server et d informatique haute performance (HPC) de bénéficier elles aussi des avantages de maxcache 2.. 1,2 8 Temps de latence Performance de mise en cache d'écriture Temps d attente 3, 5 Des tests 2,réalisés avec maxcache 2. activé ont confirmé une réduction de 6 fois du temps d attente moyen et une réduction de 1, 1 fois du temps d attente maximum, ainsi que des améliorations significatives des temps de réponse et de leur uniformité. Là encore, I OP s Temps de latence ces mesures comparent une configuration avec disques durs SAS uniquement à une configuration maxcache 2. utilisant des disques durs SATA de grande capacité. 3/5 4/6 1 1 5 5, 4, Tps latence moyen 1 2, 1,6 1,2 8 4 w/maxcache Tps latence maxi Performance de mise en cache d'écriture Débit IOPS et Mo/s L activation de maxcache 2. améliore considérablement les performances tout en permettant aussi de concevoir des serveurs d une capacité potentielle beaucoup plus élevée. Dans cet exemple, les gains de performances se traduisent par une augmentation de 6 fois du débit IOPS et des Mo/s. Ces gains de performance ont été réalisés en renonçant à une configuration de serveur de type disques durs SAS en faveur d une configuration maxcache 2. avec disques durs SATA de grande capacité. Le changement de configuration a fait passer la capacité de la solution disponible de 2,4 To à 18 To, soit une augmentation de 7 fois qui réduit considérablement le coût par Go et le coût par I/O d un centre de données. 2, 15, 1, 5, IOPs MBs MB/s RAID 5 performance comparison under Online Transaction Processing (OLTP) workload: Eight 15k rpm, 3GB capacity each, Six 3TB SATA HDDs plus two 1GB SATA SSDs 6 5 4 3 2 1 Comparaison de la performance RAID 5 sous une charge de travail OLTP. Configuration avec disques durs uniquement : huit disques durs SAS (15 tr/mn), capacité unitaire 3 Go, en RAID 5. Configuration maxcache 2. : six disques dur SATA de 3 To en RAID 5 ; deux SSD SATA de 1 Go pour le pool maxcache. Conclusion Les exploitants de centres de données et d applications de cloud computing sont continuellement mis au défi d'améliorer les performances de leurs serveurs pour faire face aux demandes des applications haut débit et aux nombres d utilisateurs en expansion constante. Dans le même temps, les restrictions d'espace et les limitations des ressources en énergie et en refroidissement imposent aux centres de données de dénicher les produits les moins chers, les moins encombrants et les plus économes en énergie pour améliorer les capacités en termes d'i/o et de charges de travail de leurs serveurs. Comme les tests ci-dessus l ont démontré, maxcache 2. résout le problème des goulots d étranglement du temps d'attente et des I/O en conférant aux serveurs des performances jusqu à 13 fois meilleures pour les applications de service Web et de commerce en ligne. Ce potentiel de performances permet aux centres de données d utiliser une seule solution de serveur équipée de maxcache 2. en remplacement de treize serveurs «standard» et de réduire ainsi
LIVRE BLANC MAXCACHE 2. Adaptec maxcache 2. 5 considérablement leurs dépenses d investissement et leurs frais d exploitation. maxcache 2. donne également la possibilité de remplacer une configuration à disques durs SAS par une configuration à disques SATA de grande capacité assurant une meilleure solution et une meilleure performance des applications, ce qui permet aux exploitants de centres de données de mieux optimiser leurs investissements en matériel. Adaptec by PMC fournit des solutions innovantes qui procurent des performances exceptionnelles en acheminant, optimisant et protégeant intelligemment les données à mesure que celles-ci avancent sur le chemin d'i/o. Avec la mise en cache SSD maxcache 2., Adaptec by PMC résout les défis commerciaux des centres de données de nouvelle génération et continue à permettre l expansion du cloud computing tout en minimisant les coûts environnementaux et financiers. Principaux avantages de maxcache 2. : Les contrôleurs de stockage Adaptec Série 6Q avec mise en cache SSD maxcache 2. confèrent les avantages suivants : Performances jusqu'à 13 fois supérieures à celles des solutions à disques durs uniquement : Le logiciel de mise en cache SSD maxcache 2. d'adaptec améliore l algorithme de chemin acquis qui identifie les données fréquemment consultées et optimise les performances des applications en copiant ces données directement dans un pool de cache SSD, ce qui accélère leur récupération lors des requêtes ultérieures. Possibilité de déployer la mise en cache d'écriture : Le logiciel de mise en cache SSD maxcache 2. d'adaptec offre une capacité de mise en cache d'écriture pour une extension des avantages de cette technologie à un plus grand nombre d'applications. Adaptec maxcache 2. tire parti des performances supérieures en écriture des disques SSD pour accroître les performances sur charge de travail. Réduction des coûts d'investissement et des frais d'exploitation : La mise en cache SSD maxcache 2. d'adaptec abaisse les coûts d'investissement en autorisant des débits IOPS accrus avec moins de matériel, réduisant ainsi de manière significative les frais d'exploitation liés à l'énergie et à la maintenance. Réduction des coûts et flexibilité accrue dans le choix des SSD : Les contrôleurs de stockage Série 6Q d'adaptec avec mise en cache SSD maxcache 2. autorisent l'utilisation de tout SSD standard en tant que cache, ce qui élargit l'éventail des fournisseurs et permet de bénéficier de coûts plus bas. Ces contrôleurs ont été qualifiés avec certains des produits SSD d'entreprise les plus récents pour garantir des performances en hausse ainsi que des fonctionnalités et une durabilité de classe industrielle. PMC-Sierra, Inc. 138 Bordeaux Dr. Sunnyvale, CA 9489 USA Tél. : +1 (48) 239-8 Internet : www.adaptec.com Support avant-vente : USA et Canada : 1 (8) 442-7274 ou (48) 957-7274 ou adaptecsales@pmc-sierra.com Royaume-Uni : +44 1276 854 528 ou uk_sales@pmc-sierra.com Australie : +61-2-9116787 Singapour : +65-9235144 Copyright PMC-Sierra, Inc. 212. Tous droits réservés. PMC, PMC-SIERRA et Adaptec sont des marques déposées de PMC-Sierra, Inc. Adaptec by PMC est une marque de PMC-Sierra, Inc. Les autres no de produits ou de sociétés mentionnés dans ce document appartiennent à leurs propriétaires respectifs. Pour consulter la liste complète des marques de PMC-Sierra, rendez-vous sur www.pmc-sierra.com/legal. WP_MAXCACHE2._12412_FR Les informations sont sujettes à modification sans préavis.