An Introduction to EMC VFCache

White paper
INTRODUÇÃO AO EMC XTREMSF
 O XtremSF é um produto de hardware PCIe flash baseado em servidor
 O XtremSF pode ser usado como armazenamento local ou como um
dispositivo de armazenamento em cache com o EMC XtremSW Cache
Resumo
Este white paper fornece uma introdução ao EMC XtremSF.
Ele descreve o hardware PCIe flash e apresenta detalhes
sobre implementação, uso, desempenho e benefícios.
Maio de 2013
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como se isenta das garantias para a comercialização de um
produto para um propósito específico.
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descrito nesta publicação exigem uma licença de software.
Para obter uma lista mais atualizada de produtos da EMC,
consulte EMC Corporation Trademarks no site emc2.com.br.
H11572.3
Introdução ao EMC XtremSF
2
Índice
Resumo executivo ............................................................................................. 4
Introdução ....................................................................................................... 5
Público-alvo .................................................................................................................. 5
Terminologia ................................................................................................................. 5
Casos de uso da tecnologia flash ........................................................................ 6
Vantagens do XtremSF ................................................................................................... 6
Arquitetura de célula flash ............................................................................................. 7
Conceitos de design do XtremSF ....................................................................... 10
Benefícios para os negócios ......................................................................................... 12
Detalhes da implementação ............................................................................. 13
XtremSF como DAS ...................................................................................................... 13
Proteção de dados com DAS......................................................................................... 14
XtremSF com XtremSW Cache ....................................................................................... 15
XtremSF com XtremSW Cache em modo split-card ......................................................... 15
Considerações sobre o desempenho ................................................................. 17
Características da carga de trabalho ............................................................................. 17
Throughput versus latência .......................................................................................... 18
XtremSW Cache em modo split-card ............................................................................. 18
Outros gargalos no ambiente ....................................................................................... 18
Diretrizes de uso e características ..................................................................... 19
Especificações............................................................................................................. 20
Restrições ................................................................................................................... 20
Casos de uso e desempenho do aplicativo ......................................................... 21
Resultados do teste ..................................................................................................... 21
Conclusão ...................................................................................................... 23
Referências .................................................................................................... 24
Introdução ao EMC XtremSF
3
Resumo executivo
Desde que a EMC realizou a primeira implementação da tecnologia flash em
módulos de disco (conhecidos como SSDs) em arrays corporativos, o objetivo da
EMC tem sido expandir o uso dessa tecnologia para todo o ambiente de
armazenamento. Graças aos custos cada vez mais baixos da tecnologia flash e
aos requisitos de alto desempenho de aplicativos, o flash baseado em servidor se
tornou uma parte integrante dessa expansão.
O EMC XtremSF é um produto de hardware PCIe flash baseado em servidor que
reduz a latência e aumenta o throughput para melhorar drasticamente o
desempenho dos aplicativos. O XtremSF pode ser usado como um dispositivo de
DAS (Direct-Attached Storage, armazenamento com conexão direta) ou como um
dispositivo de armazenamento em cache em conjunto com o software de flash
cache para servidor EMC XtremSW Cache. Quando usados como um DAS, os
conjuntos de dados são armazenados localmente para fornecer leituras e
gravações aceleradas. Quando usado com o XtremSW Cache, o algoritmo
inteligente de armazenamento em cache acelera as leituras, enquanto todas as
gravações permanecem no armazenamento em rede para proporcionar alta
disponibilidade, integridade e recuperação de desastres. Este white paper terá
como foco principal os casos de uso de DAS do XtremSF. Para obter mais detalhes
sobre o caso de uso de armazenamento em cache, consulte o white paper
Introduction to EMC XtremSW Cache (Introdução ao EMC XtremSW Cache)
disponível no site brazil.EMC.com.
Implementado como um DAS ou como um nível de armazenamento em cache com
o software XtremSW Cache, o XtremSF é uma excelente solução para aplicativos
com requisitos de baixa latência e alto I/O. O XtremSF é ideal para cargas de
trabalho altamente transacionais e/ou de alto desempenho normalmente
associadas a aplicativos da Web 2.0, ambientes de VDI (Virtual Desktop
Infrastructure, infraestrutura de desktop virtual), HPC (High-Performance
Computing, computação de alto desempenho) e aplicativos de transações de alto
desempenho.
Entre os benefícios do XtremSF estão:

Quando usado como um dispositivo de armazenamento local, o XtremSF
fornece aceleração do desempenho para cargas de trabalho com atividade
intensa tanto de leitura quanto de gravação.

Com sua placa eMLC HHHL (Half-Height, Half-Length) de 2,2 TB, o XtremSF
fornece a maior capacidade do setor no menor modelo de PCIe.

O XtremSF oferece a opção de flash eMLC (Enterprise-Grade Multi-Level
Cell) ou SLC (Single-Level Cell) para soluções de desempenho, capacidade
e otimização do investimento.

O XtremSF fornece altos níveis de simultaneidade para aplicativos que
exigem que vários I/Os sejam processados em paralelo.

Quando usado com o XtremSW Cache, o XtremSF permite desempenho
acelerado com a proteção do storage array de back-end em rede.
Introdução ao EMC XtremSF
4
Introdução
Este white paper fornece uma introdução ao XtremSF. Os tópicos abordados neste
white paper incluem implementação em ambientes físicos, considerações sobre o
desempenho, práticas recomendadas, diretrizes de uso, características e alguns
casos de uso de aplicativos específicos.
Público-alvo
Este white paper é direcionado a organizações que estão considerando o uso do
XtremSF em seus ambientes de armazenamento. Ele presume que o leitor tenha
noções básicas sobre a tecnologia flash e seus benefícios.
Terminologia
Conjunto de dados:
volume de dados que estão sendo gerenciados por um
aplicativo; por exemplo, o tamanho do banco de dados
Conjunto de trabalho: quantidade de dados acessados ativamente no conjunto
de dados
Tamanho da fila:
número de solicitações pendentes de I/O do aplicativo
Introdução ao EMC XtremSF
5
Casos de uso da tecnologia flash
Há diversas maneiras de usar a tecnologia flash em um ambiente dependendo do
caso de uso, do aplicativo e das necessidades do cliente. A abordagem da
arquitetura da EMC é usar a tecnologia certa, no local certo e no momento certo.
O flash pode ser usado:

Como armazenamento com conexão direta

Como um cache em um servidor

Como um cache em um array

Como um nível de armazenamento em um array

Em um array totalmente flash
Além disso, há diferentes tipos de flash, com diferentes estruturas de custo,
considerações de durabilidade e características de desempenho. Todos os tipos
de flash têm um lugar apropriado nos vários casos de uso existentes. Entre os
casos de uso de flash estão:

Os aplicativos com requisitos de desempenho com ou sem requisitos
de proteção que têm muita atividade de leitura e gravação podem ser
apropriados para o PCle flash no servidor como DAS — por exemplo,
o XtremSF.

Os aplicativos com requisitos de alto desempenho e proteção que têm
muita atividade de leitura são perfeitos para o PCIe flash no servidor como
um cache — por exemplo, o XtremSF em conjunto com o XtremSW Cache.

Os aplicativos com requisitos de desempenho e proteção que têm muita
atividade de leitura e gravação podem ser apropriados para o flash no
array como um cache — por exemplo, o EMC FAST Cache em um sistema
de armazenamento EMC VNX.

Os aplicativos com cargas de trabalho mistas e com dados que variam
entre ativos e inativos são perfeitos para flash como parte de uma
estratégia de classificação por níveis — por exemplo, o FAST VP (Fully
Automated Storage Tiering for Virtual Pools, armazenamento com
classificação totalmente automatizada por níveis para pools virtuais)
em um sistema de armazenamento EMC VMAX.

Os aplicativos que requerem um desempenho altamente consistente
podem ser apropriados para um array totalmente flash — por exemplo,
o EMC XtremIO.
Vantagens do XtremSF
O uso do hardware XtremSF para aceleração de aplicativos apresenta diversas
vantagens:

O desempenho líder do setor do XtremSF reduz a latência e aumenta o
throughput para melhorar drasticamente o desempenho de aplicativos
com intensa atividade de leitura e gravação.
Introdução ao EMC XtremSF
6

As vastas capacidades oferecidas no portfólio do XtremSF permitem que os
usuários armazenem grandes conjuntos de dados ou vários conjuntos de
trabalho em um dispositivo PCIe flash único.

A variedade de opções de capacidade da linha do XtremSF fornece a
flexibilidade de adicionar a quantidade exata de flash necessária para
acelerar aplicativos de destino.

A possibilidade de escolher entre NAND flash eMLC e SLC oferece aos
clientes a flexibilidade de optar pela memória flash que atenda a suas
necessidades individuais. (Consulte a arquitetura de célula flash abaixo
para obter descrições de eMLC e SLC.)

O XtremSF fornece recursos simples de instalação e gerenciamento para
que a solução seja facilmente instalável pelo cliente.
Arquitetura de célula flash
Em geral, há duas tecnologias principais de célula flash baseada em NAND
usadas em todos os flash drives:

SLC (Single-Level Cell)

MLC (Multi-Level Cell)
Uma célula é a menor unidade de armazenamento em qualquer tecnologia flash
e é usada para reter uma determinada quantidade de carga eletrônica. Essa
capacidade é usada para armazenar informações binárias.
As células NAND flash têm uma arquitetura muito compacta; o tamanho dessas
células é quase metade do tamanho de uma célula NOR flash comparável. Essa
característica, quando combinada com um processo de produção mais simples,
permite que a célula NAND flash ofereça densidades mais altas com mais
memória em determinado tamanho de pastilha semicondutora. Isso resulta em
um custo mais baixo por gigabyte.
Os dispositivos de armazenamento flash guardam as informações em um
conjunto de células flash criadas a partir de transistores de porta flutuante. Os
dispositivos de SLC armazenam somente um bit de informações em cada célula
flash (binários), enquanto os dispositivos de MLC armazenam mais de um bit por
célula flash optando entre vários níveis de carga elétrica que serão aplicados nas
portas flutuantes dos transistores (consulte Figura 1).
Introdução ao EMC XtremSF
7
Figura 1: comparação entre armazenamento de dados com células flash SLC
e MLC1
Como cada célula flash MLC tem mais bits de informações, um dispositivo de
armazenamento MLC baseado em flash oferece maior densidade de
armazenamento em comparação a uma versão SLC baseada em flash. No entanto,
o flash MLC tem desempenho e durabilidade inferiores devido a suas vantagens e
desvantagens inerentes da arquitetura. O uso do flash MLC se torna ainda mais
complicado com a maior funcionalidade, que requer controladoras e algoritmos de
gerenciamento de flash avançados. Atualmente, duas classes de flash MLC são
produzidas: a classe de consumidor (cMLC), usada em produtos de armazenamento
para consumidores como pen drives, e a classe corporativa (eMLC), que apresenta
maior qualidade e é usada nas versões para MLC do XtremSF.
O flash SLC e o flash MLC oferecem recursos que atuam sobre dois tipos de
aplicativos muito diferentes: os que requerem alto desempenho a um custo
atrativo por bit (eMLC) e os com orçamento menos limitado e que buscam obter
ainda mais desempenho e durabilidade com o passar do tempo (SLC).
Levando em consideração os variados tipos de perfis e requisitos de I/O dos
aplicativos corporativos, o EMC XtremSF fornece aos clientes a flexibilidade de
escolher entre as arquiteturas flash eMLC e SLC.
Tabela 1 compara as características do flash SLC e MLC (valores padrão).
1
Kaplan, Francois. "Flash Memory Moves From Niche To Mainstream". Chip Design Magazine. Abril/maio de 2006.
Introdução ao EMC XtremSF
8
Características
eMLC
SLC
Bits por célula
2
1
Durabilidade (ciclos de
eliminação/gravação)
Aprox. 30K
Aprox. 100K
Página de leitura (média)
50 µs
35 µs
Página de programa (média)
1.600 µs
300 µs
Eliminação em bloco (média)
5.500 µs
700 µs
Tabela 1: Comparação entre flash SLC e MLC
Embora o flash SLC ofereça uma densidade mais baixa, ele também fornece um
nível avançado de desempenho na forma de leituras e gravações mais rápidas.
Como o flash SLC armazena apenas um bit por célula, a necessidade de correção
de erros é reduzida. O SLC também permite uma durabilidade mais alta do ciclo
de gravação/eliminação, tornando-o uma opção mais apropriada para uso em
aplicativos que requerem maior durabilidade e viabilidade em ciclos de vida de
vários anos dos produtos.
Para obter mais detalhes sobre as diversas arquiteturas de célula flash, consulte a
Nota técnica Considerations for Choosing SLC versus MLC Flash (Considerações
para fazer a escolha entre flash SLC e MLC) encontrada no site de suporte da EMC
(https://support.emc.com).
Introdução ao EMC XtremSF
9
Conceitos de design do XtremSF
Na última década, a tecnologia de processamento de servidor continuou
avançando ao longo da curva da Lei de Moore. A cada 18 meses, a capacidade de
processamento e memória tem duplicado, mas a tecnologia de drive de disco não.
Drives em rotação continuam a girar na mesma proporção. Isso gera um gargalo
no stack de I/O por meio do qual o servidor e o aplicativo têm capacidade de
processar mais I/O do que os drives de disco podem oferecer. Isso é conhecido
como intervalo de I/O, como apresentado na Figura 2.
Figura 2: lacuna de I/O entre o processador e os subsistemas de armazenamento
Os flash drives no sistema de armazenamento ajudaram a fechar essa lacuna,
visto que o flash é uma tecnologia de silício — não mecânica — e, portanto, pode
aproveitar a mesma curva da Lei de Moore. Figura 3 mostra uma comparação de
diferentes tecnologias de armazenamento baseadas nas IOPS (I/Os Per Second,
I/Os por segundo) por gigabyte (GB) de armazenamento que oferecem.
Introdução ao EMC XtremSF
10
Figura 3: comparação de tecnologias de armazenamento
Os drives mecânicos em rotação fornecem um valor econômico de dólar por
gigabyte para conjuntos de dados estáticos, mas não fornecem o melhor
desempenho. Incluir SSDs no array fornece um desempenho
impressionantemente melhor. Incluir PCIe flash no servidor pode acelerar o
desempenho ainda mais que nos SSDs.
Além disso, incluir conjuntos de dados importantes no PCIe flash do servidor
pode diminuir as latências associadas a discos locais, resultando em um aumento
de mais de 40% de desempenho em aplicativos corporativos.
O XtremSF garante o fácil acesso de dados armazenando-os a microssegundos de
distância no barramento PCIe do servidor. Figura 4 mostra uma implementação do
XtremSF em um ambiente típico de DAS.
Figura 4: implementação típica do XtremSF
Introdução ao EMC XtremSF
11
O XtremSF foi projetado para fornecer:

Desempenho: reduz a latência e aumenta o throughput para melhorar
drasticamente o desempenho dos aplicativos

Capacidade: permite que os usuários instalem apenas a capacidade de
PCIe flash necessária para seus requisitos específicos de aplicativo

Flexibilidade: fornece opções de tecnologia flash eMLC e SLC para atender
a necessidades específicas de durabilidade e desempenho
Benefícios para os negócios
O XtremSF fornece os seguintes benefícios para os negócios:

O XtremSF melhora o desempenho e reduz o tempo de resposta dos
aplicativos. Para a maioria dos negócios, isso significa a capacidade de
realizar transações mais rápidas e em maior número.
o Por exemplo, uma empresa que utiliza um banco de dados OLTP
Oracle ou SQL Server pode estar limitada quanto ao número de
transações que pode processar devido ao número de IOPS que os
drives locais podem fornecer. O XtremSF aumenta o throughput
para permitir mais transações, gerando, assim, mais receita para
a empresa.

Quando usado com o XtremSW Cache, os clientes obtêm os seguintes
benefícios adicionais:
o Os ambientes típicos do cliente podem ter diversos aplicativos que
acessam o mesmo sistema de armazenamento no back-end. Alguns
desses aplicativos são mais importantes que outros. Os usuários
querem obter o melhor desempenho para esses aplicativos, ao
mesmo tempo que garantem que outros aplicativos não essenciais
continuem recebendo um desempenho "bom o suficiente".
o O XtremSF fornece flexibilidade, pois está instalado no servidor e
não na rede de armazenamento. Com vários aplicativos acessando
o mesmo armazenamento, o XtremSF melhora o desempenho de
aplicativos no servidor onde está instalado, enquanto outros
aplicativos em outros servidores continuam a obter um bom
desempenho do sistema de armazenamento. Na verdade, eles
podem obter uma pequena melhoria de desempenho porque parte
da carga de trabalho do sistema de armazenamento de back-end é
descarregada no XtremSF, e o sistema de armazenamento tem mais
capacidade de processamento disponível para esses aplicativos.

O XtremSF tem uma infraestrutura independente. Ele pode acelerar
qualquer tipo de aplicativo que estiver sendo executado em uma ampla
gama de sistemas operacionais.

O modo split-card permite o uso de parte do flash para servidor para o
cache (com o EMC XtremSW Cache) e a outra como DAS.
Introdução ao EMC XtremSF
12
Detalhes da implementação
Esta seção do white paper fornece detalhes sobre como as operações de I/O são
tratadas quando o XtremSF está instalado no servidor. Em uma implementação
típica do XtremSF como DAS, os componentes a seguir precisam ser instalados
no ambiente:

Dispositivo físico do XtremSF

Driver de dispositivo do XtremSF
Para obter mais informações sobre a instalação desses componentes, consulte
o Guia de instalação e administração EMC XtremSF .
Se o XtremSF também for utilizado para armazenamento de dados em cache com
um storage array de back-end, os elementos a seguir também precisarão ser
instalados no ambiente:

Software XtremSW Cache
Para obter mais informações sobre a instalação desses componentes, consulte
o Guia de instalação e administração do EMC XtremSW Cache.
Figura 6 mostra uma forma simplificada da arquitetura de DAS do XtremSF. O
servidor consiste em dois componentes: a camada do aplicativo e o dispositivo
do XtremSF no servidor.
O hardware XtremSF é inserido em 8 slots PCIe Gen2 no servidor e o driver é
instalado no nível do sistema operacional. Uma vez instalada, a placa do XtremSF
é configurada com um file system e particionada por meio do gerenciador de
volumes lógicos do sistema operacional. Após, o aplicativo de destino é
configurado para realizar leituras e gravações em um volume específico do
XtremSF. Se necessário, toda a placa do XtremSF pode também ser configurada
como um volume único.
Nos exemplos a seguir, o XtremSF é configurado como DAS para armazenar dados
localmente e como um cache quando combinado com o XtremSW Cache. Com
base nos requisitos da solução, a configuração mais apropriada pode ser usada
para obter o tão desejado aumento de desempenho.
XtremSF como DAS
Neste exemplo, a placa do XtremSF está sendo usada para armazenamento local
de dados. Para um caso de uso de DAS, as placas PCIe baseadas em flash eMLC
são adequadas de uma perspectiva de requisito de desempenho e durabilidade.
Figura 5 apresentada abaixo mostra os detalhes de um caso de uso como DAS.
1. O aplicativo grava os dados na placa do XtremSF.
2. Quando necessário, o aplicativo faz a leitura dos dados a partir do
XtremSF.
Esse caso de uso fornece ao aplicativo benefícios significativos de throughput
e latência.
Introdução ao EMC XtremSF
13
Figura 5: XtremSF para armazenamento de dados temporários
Proteção de dados com DAS
O XtremSF como DAS beneficia tanto dados temporários quanto dados essenciais
aos negócios. No entanto, visto que o PCIe flash não fornece os benefícios de
proteção de dados encontrados intrinsecamente em storage arrays de back-end,
os dados essenciais aos negócios devem ser protegidos de outras maneiras. A
melhor forma de fazer isso é utilizar recursos de proteção de dados no nível do
sistema operacional ou do aplicativo.
Algumas ferramentas nativas do sistema operacional, como os LVMs (Logical
Volume Managers, gerenciadores de volumes lógicos), podem combinar vários
dispositivos de armazenamento (como visto pelo SO) em grupos de RAID para
fornecer desempenho (RAID 0) ou proteção (RAID 1) aos dados do aplicativo. Nos
casos em que vários dispositivos do XtremSF estão instalados em um servidor
único, os LVMs podem ser usados para criar grupos de RAID e opcionalmente
fornecer desempenho e/ou proteção.
Serviços de replicação no nível do aplicativo são proporcionados por diversos
aplicativos corporativos e de banco de dados. Serviços como o Oracle Data Guard,
o Oracle RAC (Real Application Clusters), o Oracle ASM (Automatic Storage
Management) e o Microsoft SQL Servers AlwaysOn podem fornecer a alta
disponibilidade e a proteção da replicação de dados necessárias. Esses são
apenas alguns exemplos de como a proteção de dados pode ser aplicada ao
XtremSF. Cada instalação terá uma solução específica que seja a mais apropriada
para os aplicativos e os sistemas operacionais em uso.
As ferramentas de replicação baseadas em host podem fornecer a funcionalidade
da replicação para dados armazenados localmente. Por exemplo, existem
ferramentas de software de replicação no nível de bloco que fornecem replicação
contínua em tempo real de qualquer dado entre servidores em uma LAN ou WAN.
Elas são normalmente implementadas como um driver de filtro do sistema
operacional localizado no file system no stack de I/O. Algumas dessas
ferramentas podem fornecer tanto replicação síncrona quanto assíncrona.
Introdução ao EMC XtremSF
14
XtremSF com XtremSW Cache
O hardware XtremSF pode ser usado em conjunto com o software XtremSW Cache
para criar uma solução de armazenamento em cache para que haja um
desempenho avançado de aplicativo enquanto os dados são protegidos em um
storage array de back-end. Figura 6 mostra a configuração básica do XtremSW
Cache quando instalado com o XtremSF.
Figura 6: XtremSF com XtremSW Cache
Nesta configuração, uma cópia dos dados "mais dinâmicos" do aplicativo é
armazenada na placa PCIe local para acelerar a leitura, enquanto as gravações
são mantidas no storage array. Para obter uma descrição detalhada de uma
implementação do XtremSW Cache com o XtremSF, consulte o white paper
Introduction to EMC XtremSW Cache (Introdução ao EMC XtremSW Cache).
XtremSF com XtremSW Cache em modo split-card
O software EMC XtremSW Cache tem um recurso exclusivo de split-card, que
permite que os usuários usem uma parte do flash para servidor como um
dispositivo de armazenamento em cache com o XtremSW Cache e o restante como
DAS. Essa funcionalidade fornece a capacidade de combinar simultaneamente os
dois casos de uso anteriormente descritos.
Figura 7 mostra uma representação de uma placa do XtremSF sendo usada em
modo split-card.
Introdução ao EMC XtremSF
15
Figura 7: XtremSF em modo split-card
Como acontece em um caso de uso exclusivamente de DAS, o conteúdo da porção
de DAS não persiste para nenhum storage array Por isso, é recomendável que o
usuário armazene dados temporários na porção de DAS ou utilize uma ferramenta
de proteção de dados no nível do aplicativo ou do sistema operacional.
Introdução ao EMC XtremSF
16
Considerações sobre o desempenho
Como DAS, o XtremSF é uma solução sofisticada de armazenamento com memória
flash, portanto, há certas considerações que devem ser analisadas ao avaliar o
desempenho do XtremSF.
Características da carga de trabalho
O benefício final do desempenho que você pode esperar do XtremSF depende das
características da carga de trabalho do aplicativo. A EMC recomenda que o
XtremSF não seja usado como armazenamento local para aplicativos que não
tenham um perfil apropriado de carga de trabalho. Por exemplo:

Tamanho do conjunto de dados: você deve ter uma ideia do tamanho do
conjunto de dados do aplicativo com relação à capacidade da placa do
XtremSF. Todo o conjunto de dados deve ser colocado na placa do XtremSF
para se beneficiar do desempenho máximo.

Cargas de trabalho aleatórias ou sequenciais: um storage array da EMC é
muito eficiente no processamento de cargas de trabalho sequenciais a
partir de seus aplicativos. O storage array usa seu próprio cache e outros
mecanismos, como "prefetch", para realizar isso. Entretanto, se houver
qualquer aleatoriedade no padrão da carga de trabalho, o desempenho
será menor devido aos tempos de busca envolvidos no acesso de dados
em drives mecânicos. O cache do storage array também tem uso limitado
nesse caso, porque diferentes aplicativos que usam o storage array
competirão pelo mesmo recurso de cache do storage array. A tecnologia
flash não tem nenhuma latência associada a tempos de busca para
acessar os dados. Portanto, o XtremSF apresentará uma melhoria no
desempenho máximo quando a carga de trabalho de aplicativos tiver um
alto grau de aleatoriedade.

Simultaneidade: os drives mecânicos no storage array têm apenas uma ou
duas cabeças de leitura e gravação, o que significa que somente um
número limitado de I/Os pode ser processado em qualquer point-in-time a
partir de um disco. Desse modo, quando houver vários threads no
aplicativo tentando acessar os dados no storage array, os tempos de
resposta tendem a aumentar porque os I/Os precisam esperar na fila antes
de serem processados. Entretanto, os dispositivos de armazenamento e de
cache que usam a tecnologia flash normalmente têm vários canais
internamente que podem processar múltiplos I/Os ao mesmo tempo. O
XtremSF, portanto, apresentará uma diferença no desempenho máximo
quando a carga de trabalho de aplicativos tiver um alto grau de
simultaneidade. O aplicativo deve solicitar vários I/Os ao mesmo tempo.

Tamanho de I/O: tamanhos grandes de I/O tendem a ser orientados pela
largura de banda e a reduzir a lacuna de desempenho entre a tecnologia
flash e as tecnologias que não são flash. Embora o XtremSF melhore o
desempenho em uma ampla gama de tamanhos de I/O, os aplicativos com
tamanhos menores de I/O (por exemplo, 4 KB ou 8 KB) terão o benefício do
desempenho máximo.
Introdução ao EMC XtremSF
17
Throughput versus latência
Há alguns aplicativos que podem forçar o ambiente de armazenamento ao limite
a fim de fornecer quantas IOPS forem possíveis. O uso do XtremSF nesses
ambientes de aplicativos acarretará IOPS muito altas com tempos de resposta
muito baixos. No entanto, também há aplicativos que não precisam ter IOPS
muito altas, mas que requerem tempos de resposta muito baixos. Você pode ver
o benefício de usar o XtremSF também nesses ambientes de aplicativos. Embora
o aplicativo emita relativamente poucos I/Os, sempre que os I/Os forem emitidos,
eles serão fornecidos com um tempo de resposta muito baixo. Por exemplo, um
aplicativo da Web pode não ter muita atividade em geral, mas sempre que um
usuário emitir uma solicitação, a resposta será muito rápida.
XtremSW Cache em modo split-card
Quando essa funcionalidade é usada, os mesmos recursos flash são
compartilhados entre as porções de cache e de DAS. Portanto, o desempenho
de cache pode ser menor em comparação a quando a placa PCIe é usada
exclusivamente como um dispositivo de armazenamento em cache.
Outros gargalos no ambiente
Tornando os dados ainda mais acessíveis ao aplicativo, o XtremSF ajuda a
melhorar o throughput e a reduzir latências. No entanto, qualquer aprimoramento
drástico no throughput do aplicativo pode expor novos gargalos de desempenho
e/ou anomalias subjacentes no stack de hardware ou software.
Introdução ao EMC XtremSF
18
Diretrizes de uso e características
Esta seção fornece algumas das diretrizes de uso e das características principais
do XtremSF.

O XtremSF é otimizado para trabalhar com cargas de trabalho com alto
grau de simultaneidade, fornecendo maior desempenho com números
maiores de thread. Esse design aproveita a capacidade da mídia flash de
dar suporte a altas taxas de largura de banda. Acessando um número
menor de chips flash para cada I/O, os gargalos no nível de chip que
normalmente ocorrem com vários threads são evitados. Por essa razão,
os aplicativos que podem utilizar vários threads obterão o melhor
benefício de desempenho.

O XtremSF corrigiu o mapeamento dos tamanhos das unidades que são
otimizados para corresponder aos tamanhos maiores de I/O (4K ou 8K)
que são normalmente associados aos tamanhos de I/O de aplicativos
corporativos comuns.

Na maioria dos modelos do XtremSF, o gerenciamento do flash é feito
dentro da placa, liberando essas tarefas do servidor host. Isso reduz a
utilização da CPU e a quantidade de DRAM necessárias no host.

A integridade dos dados é uma das principais preocupações. É essencial
garantir que os dados retornados em uma leitura espelhem o que foi
gravado por último no dispositivo. Para fornecer integridade de dados no
XtremSF, um checksum completo é utilizado para verificar se os dados
lidos correspondem exatamente aos dados anteriormente gravados no
bloco.

Para proteger o flash de falhas, as placas do XtremSF usam um esquema
de paridade de RAID, em que cada elemento no grupo de RAID é
processado por um canal de flash diferente.

No caso de ocorrer falha de um chip flash na placa PCIe, o XtremSF
detectará automaticamente e reconstruirá rapidamente os dados afetados.

A coleta de lixo e o wear leveling (balanceamento de desgaste) são
executados com impacto pequeno no desempenho. Essas atividades são
realizadas no nível do chip flash e aproveitam a capacidade de alta
simultaneidade do XtremSF, reduzindo o impacto causado ao aplicativo.

Quando usado com o XtremSW Cache como um dispositivo de
armazenamento em cache, as gravações são sincronizadas com o array.
As operações de gravação emitidas pelo aplicativo serão limitadas pela
velocidade com a qual o array de back-end pode processar as gravações.
Quando usado em modo split-card, isso afeta somente a porção de
armazenamento em cache da placa; a porção de DAS não é afetada pelo
desempenho do array.

Quando o XtremSF é usado como um dispositivo de armazenamento, tanto
as leituras quanto as gravações são aceleradas. Para proteger dados
essenciais aos negócios armazenados na placa, devem ser usados
recursos de proteção de dados em nível de aplicativo ou operacional.
Introdução ao EMC XtremSF
19
Especificações

O XtremSF é otimizado para cargas de trabalho de I/O de 4K e 8K, mas ele
terá uma operação perfeita e fornecerá benefícios com aplicativos com
outros tamanhos predominantes de I/O.

O XtremSF precisa estar instalado em 8 slots PCIe Gen2 de um servidor
montado em rack. Ele também pode ser instalado em 169 slots PCIe, mas
apenas oito canais serão usados pelo XtremSF. Da mesma forma, se ele for
instalado em um slot x4 PCle no servidor, o XtremSF terá desempenho
abaixo do ideal.

O XtremSF foi projetado para manter um requisito de energia de menos
de 25 W pela especificação do PCIe 2.0.

As placas do XtremSF estão disponíveis com as capacidades a seguir:
o SLC (Single-Level Cell)

350 GB e 700 GB
o MLC (eMulti-Level Cell)

550 GB, 700 GB, 1,4 TB e 2,2 TB

Várias placas do XtremSF podem ser usadas por servidor. É possível criar
um só volume de origem lógico em várias placas usando um LVM do
sistema operacional.

É possível criar vários volumes de origem em uma só placa usando um LVM
do sistema operacional.

O XtremSF está de acordo com a TAA (Trade Agreements Act, lei de acordos
comerciais). Os requisitos principais a seguir são certificados como não
aplicáveis ao XtremSF:
o FIPS 140-2
o Critérios comuns
o Internet Protocol versão 6
Restrições

O XtremSF fornece proteção de integridade de dados no nível de flash
usando um esquema de paridade de RAID. No entanto, ele não fornece
serviços de proteção de dados para dados essenciais aos negócios. Se a
proteção de dados for necessária, ferramentas do XtremSW Cache ou de
outros produtos de software devem ser usadas.

Servidores blade requerem uma versão personalizada da placa e, portanto,
não são compatíveis com o XtremSF. No entanto, os servidores que
aceitam que uma placa PCIe de expansão seja conectada a seus chassis
podem funcionar com placas do XtremSF. Para obter a lista mais atual de
sistemas operacionais e servidores compatíveis, consulte o E-Lab
Interoperability Navigator.
Introdução ao EMC XtremSF
20
Casos de uso e desempenho do aplicativo
O XtremSF é ideal para cargas de trabalho altamente transacionais e/ou de alto
desempenho normalmente associadas a aplicativos da Web 2.0, ambientes de
VDI (Virtual Desktop Infrastructure, infraestrutura de desktop virtual), HPC (HighPerformance Computing, computação de alto desempenho) e aplicativos de
transações de alto desempenho. Ele também pode ser usado para acelerar
análise lógica, geração de relatórios, modelagem de dados, índices, dumps de
banco de dados, processamento de lotes, tarefas de segundo plano e outras
cargas de trabalho temporárias.
Ao usar o XtremSF como DAS, o maior benefício será alcançado em aplicativos com
intensa atividade de leitura e gravação com requisitos de baixa latência. Se
o XtremSF for combinado ao XtremSW Cache para fornecer armazenamento em
cache, os melhores resultados serão alcançados em aplicativos com intensa
atividade de leitura e em aplicativos com um skew de dados altamente concentrado.
Resultados do teste
A EMC conduziu testes específicos de aplicativos com o XtremSF para determinar
possíveis benefícios de desempenho quando esse produto é usado. A seguir,
apresentamos um resumo dos benefícios do XtremSF quando usado com alguns
aplicativos populares:
SQL Server
Com uma carga de trabalho tipo TPC-E em um ambiente de bancos de dados
Microsoft SQL Server 2012 de 800 GB em um servidor Cisco UCS, o XtremSF
forneceu 30 vezes mais IOPS que a mesma carga de trabalho em execução
em vários discos locais. A Figura 8 mostra essa melhoria no desempenho.
Figura 8: desempenho do XtremSF versus disco local com um banco de dados SQL
Server
Introdução ao EMC XtremSF
21
Oracle
Com uma carga de trabalho OLTP tipo TPC-E em um ambiente físico Oracle 11g R2
de 1,2 TB, o XtremSF registrou um desempenho 40 vezes maior se comparado à
mesma carga de trabalho em execução em vários discos locais. A Figura 9 mostra
essa melhoria no desempenho.
Figura 9: desempenho do XtremSF versus disco local para um Oracle Database
Para obter mais informações sobre diretrizes específicas de aplicativos e sobre os
resultados dos testes, consulte a lista de white papers fornecida na seção
Referências.
Introdução ao EMC XtremSF
22
Conclusão
Há diversas maneiras de usar a tecnologia flash em um ambiente — no servidor
ou no storage array, como cache ou nível. No entanto, o ponto principal é fazer a
correspondência entre a tecnologia de hardware e software com o aplicativo para
obter o benefício de desempenho máximo.
Com desempenho líder do setor, o XtremSF acelera drasticamente o desempenho
de aplicativos com intensa atividade de leitura e gravação. O XtremSF é uma
plataforma flexível de hardware que oferece diversos pontos de capacidade,
acomodando de pequenos a grandes conjuntos de dados. As placas estão
disponíveis tanto em memória flash SLC quanto em eMLC, oferecendo uma
flexibilidade maior ao atender requisitos específicos de desempenho e
durabilidade. O XtremSF fornece o armazenamento de servidor flash mais denso
no menor modelo de PCIe com sua placa HHHL de 2,2 TB. O XtremSF pode ser
utilizado isoladamente como DAS ou como cache quando combinado com o
XtremSW Cache.
Introdução ao EMC XtremSF
23
Referências
Os documentos a seguir estão disponíveis no https://support.emc.com:

White paper de analistas: Demartek — EMC XtremSW Cache Flash Caching
Solution Evaluation (Avaliação da solução de cache flash EMC XtremSW
Cache)

White paper de analistas: ESG — EMC’s Flash Strategy (Estratégia de flash
da EMC)

Data sheet: EMC XtremSF

Data sheet: EMC XtremSW Cache

Guia de Instalação e Administração: XtremSF for Windows and Linux

Guia de Instalação e Administração: XtremSW Cache for VMware

Guia de Instalação e Administração: XtremSW Cache for Windows and
Linux

Guia de Instalação e Administração: XtremSW Cache VMware Plug-in

Notas da versão: XtremSF for Windows and Linux

Notas da versão: XtremSW Cache for VMware

Notas da versão: XtremSW Cache for Windows and Linux

Nota técnica: Considerations for Choosing SLC versus MLC Flash
(Considerações para fazer a escolha entre flash SLC e MLC)

White paper: EMC XtremSF — Delivering Next Generation Performance for
Oracle Databases (Fornecendo desempenho de última geração para
bancos de dados Oracle)

White paper: EMC XtremSF — Delivering Next Generation Performance for
SQL Server Databases (Fornecendo desempenho de última geração para
bancos de dados SQL Server)

White paper: EMC XtremSF — Delivering Next Generation Performance for
MySQL Databases (Fornecendo desempenho de última geração para
bancos de dados MySQL)

White paper: EMC XtremSF — Next Generation Performance for Microsoft
Exchange 2010 (Fornecendo desempenho de última geração para
Microsoft Exchange 2010)

White paper: Introduction to EMC XtremSW Cache (Introdução ao EMC
XtremSW Cache)
Introdução ao EMC XtremSF
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