Concetti per la progettazione di XtremSF

White paper
INTRODUZIONE A EMC XTREMSF
 XtremSF è un componente hardware PCIe Flash basato su server
 XtremSF può essere utilizzato come local storage o come dispositivo di
memorizzazione nella cache con EMC XtremSW Cache
Abstract
In questo white paper viene fornita un'introduzione a EMC
XtremSF. Viene descritto l'hardware PCIe Flash e sono
riportate informazioni dettagliate su implementazione,
utilizzo, prestazioni e vantaggi.
Maggio 2013
Copyright © 2013 EMC Corporation. Tutti i diritti riservati.
EMC ritiene che le informazioni contenute in questo
documento siano accurate al momento della sua data di
pubblicazione. Le informazioni sono soggette a modifiche
senza preavviso.
Le informazioni contenute nella presente documentazione
sono fornite "così come sono".
EMC Corporation non fornisce alcuna dichiarazione o
garanzia in relazione alle informazioni contenute nella
presente pubblicazione, in particolare per quanto attiene alle
garanzie di commerciabilità o idoneità per uno scopo
specifico.
Introduzione a EMC XtremSF
2
L'utilizzo, la copia e la distribuzione dei prodotti software di
EMC descritti in questo documento richiedono una licenza
d'uso valida per ciascun software.
Per un elenco aggiornato dei nomi dei prodotti EMC, vedere
la sezione relativa ai marchi commerciali di EMC Corporation
sul sito web di EMC.
H11572.3
Sommario
Executive Summary ................................................................................................. 4
Introduzione ........................................................................................................... 5
Audience ............................................................................................................................ 5
Terminologia ...................................................................................................................... 5
Use case della tecnologia Flash ............................................................................... 6
Vantaggi di XtremSF ........................................................................................................... 6
Architettura delle celle Flash .............................................................................................. 7
Concetti per la progettazione di XtremSF ................................................................ 10
Vantaggi per il business ................................................................................................... 11
Dettagli dell'implementazione ............................................................................... 12
XtremSF come DAS ........................................................................................................... 13
Protezione dei dati con DAS ............................................................................................. 13
XtremSF con XtremSW Cache ............................................................................................ 14
XtremSF con XtremSW Cache in modalità di suddivisione della scheda ............................ 15
Considerazioni sulle prestazioni ............................................................................ 17
Caratteristiche del carico di lavoro ................................................................................... 17
Throughput e latenza........................................................................................................ 18
XtremSW Cache in modalità di suddivisione della scheda ................................................ 18
Altri colli di bottiglia nell'ambiente ................................................................................... 18
Guide linea per l'utilizzo e caratteristiche ............................................................... 19
Specifiche ........................................................................................................................ 20
Limiti ................................................................................................................................ 20
Use case e prestazioni dell'applicazione ................................................................ 21
Risultati del test ............................................................................................................... 21
Conclusioni ........................................................................................................... 23
Riferimenti ............................................................................................................ 24
Introduzione a EMC XtremSF
3
Executive Summary
Fin dalla prima implementazione della tecnologia Flash nei moduli disco,
comunemente definiti unità SSD (Solid State Drive) da EMC negli array di livello
enterprise, l'obiettivo di EMC è stato quello di espandere l'uso di questa
tecnologia all'interno dell'ambiente di storage. Grazie alla diminuzione dei costi
della tecnologia Flash e ai requisiti di elevate prestazioni dell'applicazione, la
tecnologia Flash basata su server è diventata parte integrante di tale espansione.
EMC XtremSF è un componente hardware PCIe Flash basato su server che
consente di ridurre la latenza e di aumentare il throughput, migliorando
drasticamente le prestazioni dell'applicazione. XtremSF può essere utilizzato
come dispositivo DAS (Direct-Attached Storage) o come dispositivo di
memorizzazione nella cache in combinazione con il software di flash caching del
server EMC XtremSW Cache. Quando utilizzati come DAS, i dataset sono
memorizzati a livello locale per l'accelerazione delle operazioni di lettura e
scrittura. Quando utilizzato con XtremSW Cache, l'algoritmo di memorizzazione
nella cache intelligente accelera le letture, mentre tutte le scritture permangono
sullo storage in rete per garantire high availability, integrità e disaster recovery
(DR). Questo white paper è incentrato principalmente sugli use case di DAS con
XtremSF. Per informazioni dettagliate sugli use case relativi alla memorizzazione
nella cache, consultare il white paper Introduction to EMC XtremSW Cache
disponibile su http://italy.emc.com.
Implementato come DAS o come tier di memorizzazione nella cache con il
software XtremSW Cache, XtremSF è una soluzione eccellente per le applicazioni
con bassa latenza e requisiti di I/O elevati. XtremSF è l'ideale per i carichi di
lavoro con alto numero di transazioni e/o prestazioni elevate, spesso associati
alle applicazioni web 2.0, agli ambienti VDI (Virtual Desktop Infrastructure), alle
applicazioni HPC (High-Performance Computing) e HPT (High-Performance
Trading).
I vantaggi offerti da XtremSF sono:

Quando utilizzato come storage device locale, XtremSF consente
l'accelerazione delle prestazioni per tutti i carichi di lavoro in lettura e
scrittura.

Grazie alla scheda eMLC HHHL (half-height, half-length ) da 2,2 TB, XtremSF
offre la capacità più elevata del settore con un fattore di forma PCIe
minimo.

XtremSF offre la possibilità di scegliere la tecnologia Flash (eMLC)
(enterprise-grade multi-level cell) o SLC (single-level cell) per soluzioni
ottimizzate in base a livelli diversi di prezzo, prestazioni e capacità.

XtremSF offre livelli elevati di simultaneità per le applicazioni che
richiedono l'elaborazione in parallelo di più I/O.

Quando utilizzato con XtremSW Cache, XtremSF garantisce prestazioni di
livello superiore insieme alla protezione garantita dallo storage array in
rete back-end.
Introduzione a EMC XtremSF
4
Introduzione
In questo white paper viene fornita un'introduzione a XtremSF. Gli argomenti
illustrati in questo white paper includono l'implementazione in ambienti fisici,
considerazioni sulle prestazioni, best practice, linee guida per l'utilizzo,
caratteristiche e alcuni use case specifici dell'applicazione.
Audience
Questo white paper è destinato alle organizzazioni che stanno considerando l'uso
di XtremSF negli ambienti di storage. Presume una conoscenza di base della
tecnologia Flash e dei relativi vantaggi.
Terminologia
Dataset:
serie di dati gestiti da un'applicazione;
ad esempio, le dimensioni del database
Set di lavoro:
l'insieme di dati cui viene eseguito attivamente l'accesso
all'interno del dataset
Profondità della coda:
numero di richieste di I/O in sospeso dall'applicazione
Introduzione a EMC XtremSF
5
Use case della tecnologia Flash
La tecnologia Flash può essere utilizzata in diversi modi in un ambiente, in base
agli use case, alle applicazioni e alle esigenze dei clienti. L'approccio
dell'architettura di EMC è di utilizzare al meglio la tecnologia giusta nel luogo
appropriato e al momento opportuno. Pertanto la tecnologia Flash viene
utilizzata:

Come DAS (Direct-Attached Storage)

Come cache del server

Come cache dell'array

Come storage tier dell'array

In un array All-Flash
Esistono, inoltre, diversi tipi di tecnologia Flash, con strutture di costo,
considerazioni sulla durata e caratteristiche di prestazioni diverse. Ciascuno di
questi trova una collocazione appropriata nell'ampio continuum di use case. Di
seguito sono riportati alcuni degli use case per la tecnologia Flash:

Le applicazioni con requisiti di prestazioni con o senza requisiti di
protezione, a utilizzo intensivo di operazioni di lettura e scrittura sono
idonee per l'utilizzo della tecnologia PCIe Flash nel server come DAS, ad
esempio XtremSF.

Le applicazioni con requisiti di prestazioni e protezione elevati e con
operazioni intensive di lettura sono ideali per utilizzare al meglio la
tecnologia PCIe Flash nel server come cache, ad esempio XtremSF
combinato con XtremSW Cache.

Le applicazioni con requisiti di prestazioni e protezione e con operazioni
intensive di lettura e scrittura sono idonee per l'utilizzo di Flash nell'array
come cache, ad esempio EMC FAST Cache su un sistema di storage EMC
VNX.

Le applicazioni con carichi di lavoro misti e "temperature" dei dati variabili
sono ideali per l'utilizzo di Flash nell'ambito di una strategia di tiering, ad
esempio FAST VP (Fully Automated Storage Tiering for Virtual Pools) su un
sistema di storage EMC VMAX.

Le applicazioni con requisiti di prestazioni costantemente elevate sono
idonee per l'utilizzo di un array All-Flash, ad esempio EMC XtremIO.
Vantaggi di XtremSF
Sono diversi i vantaggi derivanti dall'utilizzo dell'hardware XtremSF per
l'accelerazione dell'applicazione:

Le prestazioni leader del settore di XtremSF consentono di ridurre la
latenza e di aumentare il throughput per migliorare in modo sensibile le
prestazioni per applicazioni con operazioni intensive di lettura e scrittura.

Le grandi capacità di storage offerte dal portafoglio di prodotti XtremSF
consente agli utenti di archiviare dataset di grandi dimensioni o più set di
lavoro su un singolo dispositivo PCIe Flash.
Introduzione a EMC XtremSF
6

La gamma di opzioni di capacità della serie XtremSF offre la flessibilità
necessaria per aggiungere l'esatta quantità di Flash necessaria per
accelerate le applicazioni di destinazione.

La scelta tra Flash NAND SLC ed eMLC offre ai clienti la possibilità di
selezionare la memoria Flash più adatta alle esigenze specifiche (per una
descrizione delle opzioni eMLC e SLC consultare la sezione relativa
all'architettura delle celle Flash di seguito).

XtremSF offre funzionalità di installazione e gestione intuitive che la
rendono una soluzione facilmente installabile dall'utente.
Architettura delle celle Flash
In generale, esistono due tecnologie principali di celle Flash basate su NAND
utilizzate in tutte le unità Flash:

SLC (Single-level Cell)

MLC (Multi-level Cell)
La cella è la più piccola unità di storage in qualsiasi tecnologia Flash ed è
utilizzata per contenere una specifica quantità di carica elettronica. La quantità di
tale carica è utilizzata per lo storage di dati binari.
Le celle Flash NAND hanno un'architettura molto compatta, la cui dimensione è
quasi la metà di una cella Flash NOR equiparabile. Questa caratteristica, quando
combinata con un processo di produzione più semplice, consente a una cella
Flash NAND di offrire densità più elevate con maggiore memoria su una specifica
dimensione di substrato del semiconduttore. Questo determina un costo per
gigabyte inferiore.
Gli storage device Flash archiviano le informazioni in un insieme di celle Flash
composte da transistor con floating gate. I dispositivi SLC archiviano un solo bit
di informazioni in ogni cella Flash (sistema binario), mentre i dispositivi MLC
archiviano più bit per cella Flash, scegliendo tra diversi livelli di carica elettrica da
applicare ai floating gate dei transistor (vedere la Figura 1).
Introduzione a EMC XtremSF
7
Figura 1: confronto tra lo storage dei dati delle celle Flash SLC e MLC1
Poiché ogni cella di un dispositivo MLC Flash contiene più bit di informazioni, uno
storage device MLC basato su Flash offre una densità di storage superiore rispetto
a una versione SLC basata su Flash. Tuttavia le schede Flash MLC offrono un livello
inferiore di prestazioni e di resistenza, a causa dei compromessi relativi
all'architettura fisica. Le funzionalità superiori complicano ulteriormente l'uso
della tecnologia Flash MLC, che richiede controller e algoritmi di gestione Flash
avanzati. Attualmente vengono prodotti due tipi di dispositivi Flash MLC:
consumer-grade (cMLC) utilizzati nei prodotti di storage di livello consumer quali
thumb drive, ed enterprise-grade (eMLC), di qualità più elevata, utilizzati nelle
versioni MLC di XtremSF.
I dispositivi Flash MLC e SLC offrono funzionalità utili per due tipologie di
applicazioni molto diverse: quelle che richiedono prestazioni elevate a un costo
per bit contenuto (eMLC) e quelle che richiedono prestazioni e durata ancora più
elevate, per le quali il problema costi è meno rilevante (SLC).
Tenendo conto dei diversi tipi di profili delle attività di I/O nelle applicazioni di
livello enterprise e dei relativi requisiti, EMC XtremSF offre ai clienti la flessibilità
di scelta tra le architetture Flash eMLC e SLC.
Tabella 1 mette a confronto le caratteristiche dei dispositivi Flash SLC e MLC
(valori tipici).
1
Kaplan, Francois. "Flash Memory Moves From Niche To Mainstream". Chip Design Magazine. Aprile/Maggio 2006.
Introduzione a EMC XtremSF
8
Risorse
eMLC
SLC
Bit per cella
2
1
Resistenza (cicli
scrittura/cancellazione)
~30.000
~100.000
Pagina lettura (media)
50 µs
35 µs
Pagina programma (media)
1.600 µs
300 µs
Cancellazione blocco (media)
5.500 µs
700 µs
Tabella 1: confronto tra Flash SLC e MLC
Sebbene la tecnologia Flash SLC offra una densità inferiore, offre anche un livello
di prestazioni ottimizzato per letture e scritture più veloci. Poiché la tecnologia
Flash SLC archivia un solo bit per cella, la necessità di correzione degli errori è
ridotta. SLC consente inoltre una più elevata resistenza del ciclo di
scrittura/cancellazione, il che la rende particolarmente adatta per l'uso in
applicazioni che richiedono una maggiore resistenza e applicabilità in cicli di vita
di più anni del prodotto.
Per ulteriori dettagli sulle diverse architetture delle celle Flash, consultare il
documento Considerations for Choosing SLC versus MLC Flash Technical Note sul
sito web di supporto EMC (http://italy.emc.com/support).
Introduzione a EMC XtremSF
9
Concetti per la progettazione di XtremSF
Negli ultimi dieci anni la tecnologia di elaborazione server ha continuato a
progredire secondo la curva della legge di Moore. Ogni 18 mesi, memoria e
potenza di elaborazione sono raddoppiate, cosa che tuttavia non è avvenuta per
la tecnologia delle unità disco. Le unità a rotazione continuano a funzionare alla
stessa velocità, il che ha causato un collo di bottiglia nello stack di I/O per effetto
del quale il server e l'applicazione hanno la capacità di elaborare più attività di
I/O di quanto le unità disco riescano a fornire. Questa situazione viene definita
divario di I/O, come illustrato nella Figura 2.
Figura 2: divario di I/O tra processore e sottosistemi di storage
Le unità Flash nel sistema di storage sono state d'aiuto per colmare questo
divario, poiché i dispositivi Flash utilizzano una tecnologia in silicio, non
meccanica, e possono quindi seguire la medesima curva della legge di Moore.
Figura 3 mostra un confronto tra diverse tecnologie di storage in base al numero di
operazioni di I/O al secondo (IOPS) per gigabyte (GB) di storage offerte.
Introduzione a EMC XtremSF
10
Figura 3: tecnologie di storage a confronto
Le unità a rotazione meccanica offrono un ottimo rapporto dollaro-gigabyte per i
dataset inattivi, ma non offrono prestazioni elevate. L'inserimento di SSD
nell'array garantisce prestazioni migliorate di un ordine di grandezza. Inserendo
la tecnologia PCIe Flash nel server è possibile accelerare le prestazioni di un
ulteriore ordine di grandezza rispetto alle unità SSD.
Posizionando i dataset chiave sulle unità PCIe Flash nel server è possibile
diminuire la latenza associata ai dischi locali, il che ha come risultato un
miglioramento delle prestazioni fino al 40% nelle applicazioni di livello enterprise.
XtremSF assicura l'accessibilità dei dati in pochi microsecondi grazie allo storage
sul bus PCIe del server. Figura 4 mostra un'implementazione di XtremSF in un
ambiente DAS tipico.
Figura 4: implementazione tipica di XtremSF
XtremSF è progettato per offrire:

Prestazioni: riduzione della latenza e aumento del throughput per
migliorare in modo significativo le prestazioni dell'applicazione

Capacità: possibilità per gli utenti di installare la capacità PCIe Flash
necessaria in base ai requisiti dell'applicazione specifica

Flessibilità: possibilità di scelta della tecnologia Flash eMLC e SLC per
rispondere alle esigenze specifiche di resistenza e prestazioni
Vantaggi per il business
XtremSF offre i seguenti vantaggi per il business:

XtremSF consente di migliorare le prestazioni e di ridurre il tempo di
risposta delle applicazioni. Per la maggior parte delle aziende questo si
traduce nella possibilità di eseguire più velocemente un maggior numero di
transazioni.
Introduzione a EMC XtremSF
11
o Ad esempio, in un'azienda che utilizza un database Oracle o SQL
Server OLTP, il numero di transazioni che è possibile elaborare
potrebbe essere limitato dal numero di IOPS che le unità locali sono
in grado di fornire. XtremSF aumenta il throughput, consentendo
l'elaborazione di un numero maggiore di transazioni e generando
pertanto maggiori entrate per l'azienda.

Quando utilizzato con XtremSW Cache, offre i seguenti ulteriori vantaggi:
o Negli ambienti tipici dei clienti è possibile che allo stesso sistema
di storage back-end accedano più applicazioni. Alcune di tali
applicazioni sono più importanti di altre. Gli utenti che desiderano
ottenere prestazioni ottimizzate per queste applicazioni
assicurandosi al contempo che le altre applicazioni non critiche
continuino a usufruire di prestazioni sufficienti.
o XtremSF offre flessibilità perché è installato nel server invece che
nella rete di storage. Negli ambienti in cui più applicazioni
accedono allo stesso storage, XtremSF migliora le prestazioni delle
applicazioni sul server su cui è installato, mentre le altre
applicazioni continuano a usufruire di buone prestazioni dal
sistema di storage, fino a registrare, eventualmente, un piccolo
aumento delle stesse, considerato che parte del carico di lavoro del
sistema storage back-end viene trasferita a XtremSF e il sistema di
storage stesso dispone di più potenza di elaborazione per
eseguirle.

XtremSF è indipendente dall'infrastruttura. È in grado di accelerare
qualsiasi tipo di applicazione con un'ampia varietà di sistemi operativi.

La modalità di suddivisione della scheda consente di utilizzare una parte
della memoria Flash su server per la cache (con EMC XtremSW Cache) e
l'altra parte come DAS.
Dettagli dell'implementazione
Questa sezione del white paper offre informazioni dettagliate sul modo in cui le
operazioni di I/O vengono gestite quando XtremSF è installato sul server. In
un'implementazione DAS tipica di XtremSF, è necessario installare i seguenti
componenti:

Dispositivo fisico XtremSF

Driver del dispositivo XtremSF
Per ulteriori informazioni sull'installazione di questi componenti, consultare la
EMC XtremSF Installation and Administration Guide.
Se XtremSF verrà utilizzato anche per la memorizzazione nella cache dei dati con
uno storage array back-end, è necessario che nell'ambiente sia inoltre installato il
seguente componente:

Software XtremSW Cache
Per ulteriori informazioni sull'installazione di questi componenti, consultare la
EMC XtremSW Cache Installation and Administration Guide.
Introduzione a EMC XtremSF
12
Figura 6 mostra un esempio semplificato di architettura DAS XtremSF. Il server è
composto da due componenti: APL (Application Layer) e dispositivo XtremSF nel
server.
L'hardware di XtremSF è inserito in uno slot Gen2 x8 PCIe nel server e il driver è
installato a livello di sistema operativo. Una volta installata, la scheda di XtremSF
viene configurata con un file system e partizionata utilizzando il logical volume
manager del sistema operativo. L'applicazione di destinazione viene quindi
configurata per la lettura da e la scrittura su uno specifico volume di XtremSF. Se
necessario, l'intera scheda XtremSF può essere configurata come volume singolo.
Negli esempi riportati di seguito, XtremSF è configurato come DAS per
l'archiviazione dei dati in locale e come cache quando combinato con XtremSW
Cache. In base ai requisiti della soluzione, è possibile utilizzare la configurazione
più adatta per ottenere le prestazioni desiderate.
XtremSF come DAS
In questo esempio, la scheda XtremSF viene utilizzata per lo storage locale dei
dati. Per uno use case di DAS, le schede PCIe basate su Flash eMLC sono
appropriate dal punto di vista dei requisiti di prestazioni e resistenza. Figura 5
riportata di seguito illustra i dettagli di uno use case di DAS.
1. L'applicazione scrive i dati sulla scheda XtremSF.
2. Quando necessario, l'applicazione legge i dati da XtremSF.
Questo use case prevede significativi vantaggi in termini di throughput e latenza
per l'applicazione.
Figura 5: XtremSF per lo storage di dati temporanei
Protezione dei dati con DAS
XtremSF utilizzato come DAS offre vantaggi per lo storage sia dei dati temporanei
che di quelli business-critical. Tuttavia, poiché la tecnologia PCIe Flash non
fornisce i vantaggi di protezione dei dati che è possibile trovare negli storage array
back-end, è necessario proteggere i dati business-critical in altri modi. Il modo
Introduzione a EMC XtremSF
13
migliore è utilizzare le funzionalità di protezione dei dati a livello di sistema
operativo o di applicazione.
Strumenti nativi del sistema operativo quali logical volume manager (LVM)
possono combinare più storage device (rilevati dal sistema operativo) in RAID
group per fornire le prestazioni (RAID 0) o la protezione (RAID 1) per i dati delle
applicazioni. Con più dispositivi XtremSF installati in un singolo server, è
possibile utilizzare gli strumenti LVM per creare i RAID group e in via opzionale,
per migliorare le prestazioni e/o fornire protezione.
I servizi di replica a livello di applicazione vengono forniti da una serie di
applicazioni di livello enterprise e di database. Servizi quali Oracle Data Guard,
Oracle Real Application Clusters (RAC), Oracle Automatic Storage Management
(ASM) e Microsoft SQL Servers AlwaysOn sono in grado di offrire la high
availability e la protezione mediante replica dei dati richieste. Questi sono solo
alcuni esempi del modo in cui la protezione dei dati può essere applicata a
XtremSF. Ciascuna installazione avrà la soluzione specifica più adatta per le
applicazioni e il sistema operativo in uso.
Gli strumenti di replica basati su host offrono la funzionalità di replica per i dati
archiviati in locale. Ad esempio, esistono strumenti di software di replica a livello
di blocco che forniscono la replica continua in tempo reale di tutti i dati trasmessi
tra i server di una LAN o di una WAN. Questi sono spesso implementati come
driver di filtro del sistema operativo che si trova nel file system nello stack di I/O.
Alcuni di questi strumenti possono fornire sia la replica sincrona che quella
asincrona.
XtremSF con XtremSW Cache
L'hardware di XtremSF può inoltre essere utilizzato insieme al software XtremSW
Cache per creare una soluzione di memorizzazione nella cache per migliorare le
prestazioni dell'applicazione proteggendo al contempo i dati su uno storage array
back-end. Figura 6 mostra la configurazione di base di XtremSW Cache installato
con XtremSF.
Introduzione a EMC XtremSF
14
Figura 6: XtremSF con XtremSW Cache
In questa configurazione, una copia dei dati più attivi dell'applicazione viene
memorizzata sulla scheda PCIe locale per l'accelerazione delle operazioni di
lettura, mentre le scritture persistono nello storage array. Per una descrizione
dettagliata dell'implementazione di XtremSW Cache con XtremSF, consultare il
white paper Introduction to EMC XtremSW Cache.
XtremSF con XtremSW Cache in modalità di suddivisione della scheda
Il software EMC XtremSW Cache è dotato di una funzionalità esclusiva di
suddivisione della scheda che consente agli utenti di utilizzare una parte della
memoria Flash del server come dispositivo di memorizzazione nella cache con
XtremSW Cache e il resto come DAS. Questa funzionalità offre la possibilità di
combinare contemporaneamente i due use case descritti in precedenza.
Figura 7 mostra una rappresentazione grafica di una scheda XtremSF utilizzata in
modalità di suddivisione scheda.
Introduzione a EMC XtremSF
15
Figura 7: XtremSF in modalità di suddivisione della scheda
Come nel caso di uno use case di DAS al 100%, il contenuto della parte DAS non
persiste in alcuno storage array. Pertanto è consigliabile che l'utente memorizzi i
dati temporanei sulla parte DAS o utilizzi uno strumento di protezione dei dati a
livello dell'applicazione o del sistema operativo.
Introduzione a EMC XtremSF
16
Considerazioni sulle prestazioni
Come DAS, XtremSF è una soluzione di storage avanzata nella memoria Flash ed è
pertanto necessario prendere in considerazione alcuni fattori per la valutazione
delle prestazioni di XtremSF.
Caratteristiche del carico di lavoro
Il livello finale di prestazioni che è possibile aspettarsi da XtremSF dipende dalle
caratteristiche del carico di lavoro dell'applicazione. EMC consiglia di non
utilizzare XtremSW come storage locale per applicazioni che non dispongono di
un profilo di carico di lavoro idoneo. Ad esempio:

Dimensione dataset: è necessario avere un'idea delle dimensioni del
dataset dell'applicazione in relazione alle dimensioni della scheda
XtremSF. L'intero dataset può essere posizionato sulla scheda XtremSF per
ottenere le massime prestazioni.

Carichi di lavoro casuali/sequenziali: lo storage array EMC è molto
efficiente nell'elaborazione dei carichi di lavoro sequenziali dalle
applicazioni. A tale scopo lo storage array utilizza la propria cache e altri
meccanismi quali il "pre-fetching". Se, tuttavia, una certa casualità è insita
nel modello del carico di lavoro, le prestazioni sono inferiori a causa dei
tempi di ricerca associati all'accesso ai dati nelle unità meccaniche. Anche
la cache dello storage array è di scarsa utilità in questo caso, perché le
varie applicazioni che utilizzano lo storage array saranno in competizione
per le stesse risorse nella cache dello storage array. La tecnologia Flash
non presenta alcuna latenza associata ai tempi di ricerca per l'accesso ai
dati. XtremSF offrirà pertanto un miglioramento delle massime prestazioni
quando il carico di lavoro dell'applicazione presenta un grado di casualità
elevato.

Simultaneità: le unità meccaniche nello storage array hanno una o due
testine di lettura e scrittura; ciò significa che solo un numero limitato di
attività di I/O può essere elaborato in un qualsiasi point-in-time da un
disco. Di conseguenza, quando più thread nell'applicazione tentano di
accedere ai dati dallo storage array, i tempi di risposta tendono ad
aumentare perché le attività di I/O devono attendere in coda prima di poter
essere elaborate. Invece gli storage device e i dispositivi di
memorizzazione nella cache che utilizzano la tecnologia Flash in genere
dispongono internamente di più canali in grado di elaborare più attività di
I/O contemporaneamente. XtremSF mostrerà pertanto una differenza nelle
massime prestazioni quando il carico di lavoro dell'applicazione presenta
un grado di simultaneità elevato. L'applicazione deve richiedere più
attività di I/O contemporaneamente.

Dimensione di I/O: le attività di I/O di grandi dimensioni tendono a
dipendere dalla larghezza di banda e a ridurre il divario prestazionale tra la
tecnologia Flash e le tecnologie non Flash. Anche se XtremSF migliorerà le
prestazioni per un'ampia gamma di dimensioni di attività di I/O, le
applicazioni con dimensioni di I/O inferiori (ad esempio 4 KB o 8 KB)
mostreranno i maggiori vantaggi in termini di massime prestazioni.
Introduzione a EMC XtremSF
17
Throughput e latenza
Esistono alcune applicazioni in grado di spingere ai limiti l'ambiente di storage
per fornire il maggior numero possibile di IOPS. L'utilizzo di XtremSF negli
ambienti applicativi di questo genere consente di ottenere un numero di IOPS
molto elevato con tempi di risposta molto bassi. Tuttavia esistono anche
applicazioni che non richiedono un numero di IOPS molto elevato, ma che
necessitano di tempi di risposta molto bassi. È possibile ottenere tutti i vantaggi
dell'utilizzo di XtremSF anche in questi ambienti applicativi. Benché le richieste
inviate dall'applicazione comportino un numero di attività di I/O relativamente
limitato, le richieste di attività di I/O vengono eseguite con un tempo di risposta
molto basso. Ad esempio, un'applicazione web potrebbe non comportare un
numero elevato di attività in generale ma, ogni volta che un utente invia una
richiesta, la risposta sarà molto rapida.
XtremSW Cache in modalità di suddivisione della scheda
Quando si utilizza questa funzionalità, le stesse risorse Flash sono condivise tra le
parti cache e DAS. Le prestazioni della cache possono pertanto essere inferiori
rispetto allo scenario in cui la scheda PCIe viene utilizzata esclusivamente come
dispositivo di memorizzazione nella cache.
Altri colli di bottiglia nell'ambiente
Rendendo i dati ancora più accessibili all'applicazione, XtremSF consente di
migliorare il throughput e di ridurre la latenza. Tuttavia, qualsiasi miglioramento
drastico del throughput dell'applicazione può rivelare nuovi colli di bottiglia e/o
anomalie delle prestazioni dello stack hardware o software.
Introduzione a EMC XtremSF
18
Guide linea per l'utilizzo e caratteristiche
In questa sezione sono riportate alcune linee guida per l'utilizzo e sono illustrate
alcune delle funzionalità principali di XtremSF.

XtremSF è ottimizzato per carichi di lavoro a elevata simultaneità, per
fornire prestazioni migliorate con un numero più elevato di thread. Questa
caratteristica sfrutta la capacità dei supporti Flash di sostenere un'elevata
larghezza di banda. Grazie all'accesso a un numero inferiore di chip Flash
per ciascuna operazione di I/O, vengono evitati i colli di bottiglia a livello di
chip che si verificano in genere con più thread. Per questo motivo, le
applicazioni che possono utilizzare più thread otterranno i vantaggi più
elevati in termini di prestazioni.

XtremSF presenta dimensioni delle unità con mapping fisso ottimizzate per
corrispondere alle dimensioni di attività di I/O più elevate (4 K o 8 K)
associate in genere con le dimensioni delle attività di I/O delle normali
applicazioni di livello enterprise.

Nella maggior parte dei modelli XtremSF, la gestione Flash viene eseguita
all'interno della scheda, scaricando queste attività dal server host. In
questo modo si riduce l'utilizzo della CPU e la quantità di DRAM richiesta
nell'host.

L'integrità dei dati è un fattore di importanza primaria. È di importanza
cruciale assicurarsi che i dati restituiti in una lettura rispecchino l'ultima
scrittura sul dispositivo. Per garantire l'integrità dei dati su XtremSF, viene
utilizzata una checksum end-to-end per verificare che la lettura dei dati
corrisponda esattamente ai dati scritti in precedenza nel blocco.

Per proteggere la memoria Flash da errori, le schede XtremSF utilizzano uno
schema a parità RAID, in cui ciascun elemento del RAID group viene
elaborato in un canale Flash diverso.

In caso di errore di un chip Flash sulla scheda PCIe, XtremSF rileva
automaticamente e ricostruisce rapidamente i dati.

Garbage collection e livellamento dell'usura vengono eseguiti con un
impatto minimo sulle prestazioni. Queste attività vengono infatti eseguite
a livello di chip Flash e sfruttano la funzionalità e capacità di elevata
simultaneità di XtremSF, riducendo l'impatto sull'applicazione.

Quando viene utilizzato con XtremSW Cache come dispositivo di
memorizzazione nella cache, le scritture sono sincronizzate con l'array. Le
operazioni di scrittura emesse dall'applicazione verranno limitate dalla
velocità con cui l'array back-end è in grado di elaborare le scritture.
Quando viene utilizzato in modalità di suddivisione scheda, influisce solo
sulla parte di memorizzazione nella cache della scheda; la parte DAS non
viene interessata dalle prestazioni dell'array.

Quando XtremSF è utilizzato come storage device, sia le letture che le
scritture risultano accelerate. Per proteggere i dati business-critical
memorizzati sulla scheda, è necessario utilizzare le funzionalità di
protezione dei dati a livello di applicazione o di sistema operativo.
Introduzione a EMC XtremSF
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Specifiche

XtremSF è ottimizzato per i carichi di lavoro di attività di I/O da 4 K e 8 K,
ma funzionerà in maniera trasparente e offrirà notevoli vantaggi anche con
altre dimensioni di I/O predominanti.

XtremSF deve essere installato in slot Gen2 x8 PCIe in un server con
montaggio su rack. Può anche essere installato in slot x16 PCIe, ma in
questo caso da XtremSF verranno utilizzati solo 8 canali. Allo stesso modo,
se installato in uno slot x4 PCIe nel server, le prestazioni di XtremSF non
risulteranno ottimizzate.

XtremSF è progettato per mantenere requisiti alimentazione <25 W in base
alle specifiche PCIe 2.0.

Le schede XtremSF sono disponibili con le seguenti capacità:
o SLC (Single-Level Cell)

350 GB e 700 GB
o MLC (Multi-Level Cell)

550 GB, 700 GB, 1,4 TB e 2,2 TB

È possibile utilizzare più schede XtremSF per ogni server. È inoltre
possibile creare un singolo volume logico di origine su più schede
utilizzando il Logical Volume Manager (LVM) del sistema operativo.

È possibile creare più volumi di origine in una singola scheda utilizzando il
LVM del sistema operativo.

XtremSF è conforme al Trade Agreements Act (TAA). I requisiti principali
riportati di seguito sono stati certificati come non applicabili a XtremSF:
o FIPS 140-2
o Common Criteria
o Internet Protocol versione 6
Limiti

XtremSF fornisce la protezione dell'integrità dei dati a livello Flash
mediante l'uso di uno schema di parità RAID. Tuttavia, XtremSF non
fornisce servizi di protezione dei dati per i dati business-critical. Se è
richiesta la protezione dei dati, è necessario utilizzare XtremSW Cache o
altri strumenti software.

I blade server richiedono una versione personalizzata della scheda e
quindi non supportano XtremSF. Tuttavia, i server che prevedono la
possibilità di abilitare la connessione di una scheda di espansione PCIe
allo chassis possono utilizzare le schede XtremSF. Per l'elenco aggiornato
dei sistemi operativi e dei server supportati, vedere E-Lab Interoperability
Navigator.
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Use case e prestazioni dell'applicazione
XtremSF è l'ideale per i carichi di lavoro con alto numero di transazioni e/o
prestazioni elevate, spesso associati alle applicazioni web 2.0, agli ambienti VDI
(Virtual Desktop Infrastructure), alle applicazioni HPC (High-Performance
Computing) e HPT (High-Performance Trading). Può inoltre essere utilizzato per
accelerare analisi, generazione di report, data modeling, indici, dump di
database, elaborazione batch, attività in background e altri carichi di lavoro
temporanei.
Quando si utilizza XtremSF come DAS, i vantaggi maggiori saranno ottenuti nelle
applicazioni con elevato numero di letture e scritture con requisiti a bassa latenza.
Se XtremSF viene utilizzato in combinazione con XtremSW Cache per la
memorizzazione nella cache, si otterranno risultati eccellenti per le applicazioni
con requisiti di lettura elevati o che presentano un disallineamento dei dati ad
alta concentrazione.
Risultati del test
EMC ha svolto test specifici dell'applicazione con XtremSF per determinare i
potenziali vantaggi per le prestazioni derivanti dall'uso del prodotto. Di seguito è
riportato un riepilogo dei vantaggi offerti da XtremSF con alcune applicazioni
largamente diffuse:
SQL Server
Con un carico di lavoro di tipo TPC-E in un ambiente di database Microsoft SQL
Server 2012 da 800 GB su un server Cisco UCS, XtremSF ha offerto un numero di
IOPS trenta volte superiore rispetto allo stesso carico di lavoro eseguito su più
dischi locali. La Figura 8 mostra il miglioramento delle prestazioni ottenuto.
SQL Server Prestazioni del database
Figura 8: Prestazioni di XtremSF rispetto a un disco locale con un database SQL
Server
Introduzione a EMC XtremSF
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Oracle
Con un carico di lavoro OLTP di tipo TPC-E in un ambiente fisico Oracle 11g R2 da
1,2 TB, XtremSF ha registrato prestazioni quaranta volte superiori rispetto allo
stesso carico di lavoro eseguito su più dischi locali. La Figura 9 mostra il
miglioramento delle prestazioni ottenuto.
Oracle Prestazioni del database
Figura 9: Prestazioni di XtremSF rispetto a un disco locale per un database Oracle
Per ulteriori informazioni sui risultati dei test e linee guida per l'utilizzo specifiche
dell'applicazione, fare riferimento all'elenco dei white paper riportati nella sezione
Riferimenti.
Introduzione a EMC XtremSF
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Conclusioni
Esistono molteplici modi in cui la tecnologia Flash può essere utilizzata in un
ambiente: nel server o nello storage array, come cache o come tier. La chiave,
comunque, è far corrispondere la tecnologia di hardware e software con
l'applicazione per ottenere il vantaggio delle massime prestazioni.
Grazie alle prestazioni leader del settore, XtremSF accelera in modo significativo le
prestazioni delle applicazioni con operazioni intensive di lettura e scrittura.
XtremSF è una piattaforma hardware flessibile che offre una serie di punti di
capacità, per rispondere alle esigenze di dataset di tutte le dimensioni. Le schede
sono disponibili nei formati Flash SLC ed eMLC, per offrire una maggiore
flessibilità per soddisfare specifici requisiti di prestazioni e resistenza. XtremSF,
con la sua scheda HHHL da 2,2 TB, offre lo storage su server Flash a più elevata
densità con il fattore di forma PCIe più compatto. XtremSF può essere utilizzato
da solo come DAS o come cache quando combinato con EMC XtremSW Cache
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Riferimenti
I seguenti documenti sono disponibili all'indirizzo http://italy.emc.com/support:

White paper degli analisti: Demartek - EMC XtremSW Cache Flash Caching
Solution Evaluation

White paper degli analisti: ESG - EMC’s Flash Strategy

Data sheet: EMC XtremSF

Data sheet: EMC XtremSW Cache

Installation and Administration Guide: XtremSF for Windows and Linux

Installation and Administration Guide: XtremSW Cache for VMware

Installation and Administration Guide: XtremSW Cache for Windows and
Linux

Installation and Administration Guide: XtremSW Cache VMware Plug-in

Note di rilascio: XtremSF for Windows and Linux

Note di rilascio: XtremSW Cache for VMware

Note di rilascio: XtremSW Cache for Windows and Linux

Technical Note: Considerations for Choosing SLC versus MLC Flash

White paper: EMC XtremSF - Delivering Next Generation Performance for
Oracle Databases

White paper: EMC XtremSF - Delivering Next Generation Performance for
SQL Server Databases

White paper: EMC XtremSF - Delivering Next Generation Performance for
MySQL Databases

White paper: EMC XtremSF - Next Generation Performance for Microsoft
Exchange 2010

White paper: Introduction to EMC XtremSW Cache
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