Este capítulo apresenta os seguintes tópicos:
VISÃO GERAL ... 40 Previsor de desempenho do XtremCache ... 40 Ambientes VSPEX que podem se beneficiar do XtremCache ... 44 Seleção de uma placa do XtremSF ... 46 Considerações de projeto de virtualização ... 47 Considerações de posicionamento do XtremCache ... 48 Considerações sobre VMware ... 50 Considerações sobre Hyper-V ... 52
VISÃO GERAL
Este capítulo apresenta as práticas recomendadas e as considerações sobre a implementação do XtremCache na VSPEX Proven Infrastructure para vários aplicativos. Nós1
• Previsor de desempenho do XtremCache
consideramos os seguintes aspectos durante a arquitetura de solução:
• Console de gerenciamento remoto do XtremCache • Seleção da placa XtremSF
• Projeto do layout do XtremCache • Projeto de virtualização
Previsor de desempenho do XtremCache
O Previsor de desempenho do XtremCache é uma ferramenta gratuita disponível no Suporte on-line da EMC. Você pode usar essa ferramenta para fazer uma estimativa dos benefícios da implementação do XtremCache em um ambiente específico. Ela coleta dados no lado do host usando ferramentas comuns de conjunto de rastreamento, e análise de rastreamento em um host ou em qualquer laptop que atenda aos requisitos de sistema. A ferramenta simula as operações do XtremCache e gera um arquivo de saída PDF descrevendo os benefícios.
Essa ferramenta não requer a aquisição de nenhuma placa ou software e é executado em todos os sistemas operacionais compatíveis com XtremCache. A ferramenta cria um conjunto de tabelas e gráficos que mostram se o ambiente pode se beneficiar do XtremCache, e fornece uma estimativa de melhoria de desempenho possível com base em:
• Tempo de resposta observado do host • Capacidade usada pelo host
• Nível de skew
Esta seção fornece um exemplo de resultado da ferramenta Previsor de
desempenho do XtremCache. Figura 15 mostra o conjunto de desempenho e a configuração de cache de um exemplo de PDF de resultado da ferramenta.
Figura 15. Exemplo de resultado do Previsor de desempenho do XtremCache: coleta de
dados de desempenho Exemplo de resultado do Previsor de desempenho do XtremCache
A Figura 16 mostra o resultado da ferramenta com relação à distribuição de disco I/O. Você pode usar essas informações para definir o tamanho da página e o tamanho máximo de I/O do XtremCache real para um melhor desempenho se necessário (o padrão para tamanho de página é 8 K e o tamanho máximo de I/O é de 64 k).
Figura 16. Exemplo de resultado do Previsor de desempenho do XtremCache:
A Figura 17 mostra a análise de leitura de cache. Se a ferramenta indica uma taxa de acesso ao cache muito alta, então o dispositivo sob carga é um bom
candidato para aceleração do XtremCache.
Figura 17. Exemplo de resultado do Previsor de desempenho do XtremCache: previsão
A Figura 18 mostra uma estimativa da melhoria do desempenho obtida pelo disco a partir da aceleração do XtremCache. Este é um resultado simulado e serve como uma boa referência para perceber como o aplicativo se beneficiará da aceleração do XtremCache.
Figura 18. Exemplo de resultado do Previsor de desempenho do XtremCache: previsão
de latência de disco
Para obter o melhor desempenho, use o Previsor de desempenho do XtremCache como uma ferramenta de planejamento quando o XtremCache for incluído em um ambiente VSPEX.
Ambientes VSPEX que podem se beneficiar do XtremCache
Ambientes de cara de trabalho com estas características podem geralmente se beneficiar do XtremCache:
• Uma alta taxa de carga de trabalho de leitura-para-gravação. A eficácia máxima é obtida quando os mesmos blocks de dados são lidos muitas vezes e raramente gravados.
• Um reduzido conjunto de trabalho que recebe o impulso máximo possível. • Cargas de trabalho predominantemente aleatórias. Cargas de trabalho
sequenciais tendem a ter um conjunto de dados ativo e significativamente maior em relação ao tamanho disponível do XtremCache (como data warehousing) e, portanto, não se beneficiam muito do XtremCache. • Um alto grau de simultaneidade de I/O (ou seja, vários threads de I/O). • Tamanhos de I/O menores (8 KB ou menos). Aplicativos que geram uma
O software XtremCache permite que você ajuste recursos, como o tamanho da página e os tamanhos máximos de I/O, que ajudam muito esses ambientes a continuar a acelerar I/O específicas e evitar outras I/O (como I/O de leitura de backup).
Conforme explicado em Capítulo 3: Visão Geral da Solução,o XtremCache pode acelerar operações de leitura enquanto todas as operações de gravação são gravadas no storage array e não são afetadas pelo XtremCache. Em muitos casos, é possível observar aprimoramento no desempenho do throughput de gravação à medida que o XtremCache descarrega as operações de leitura, permitindo que o array manipule mais operações de gravação como um benefício secundário. O XtremCache pode não ser adequado para aplicativos sequenciais ou com muita atividade de gravação, como data warehousing, fluxo contínuo, mídia ou aplicativos de big data. Figura 19 mostra estes casos de uso.
Figura 19. Casos de uso do XtremCache
O eixo horizontal representa uma proporção leitura-para-gravação típica para uma carga de trabalho de aplicativos. O lado esquerdo representa aplicativos com atividades intensas de gravação, como backups. O lado direito representa aplicativos com atividades intensas de leitura, como ferramentas de geração de relatórios.
O eixo vertical representa o conjunto de trabalho da carga de trabalho do
aplicativo. A extremidade inferior representa aplicativos que têm um conjunto de trabalho muito grande, e a parte superior do gráfico representa aplicativos com um conjunto de trabalho reduzido, em que a maior parte do I/O vai para um conjunto muito reduzido de dados. Em geral, os aplicativos com um conjunto de trabalho reduzido ocupam menos espaço no XtremCache.
A melhoria de desempenho mais importante pode ser obtida com o XtremCache em aplicativos com atividades intensas de leitura com um reduzido conjunto de dados de trabalho altamente concentrado.
Para resumir, você pode usar o XtremSF como o armazenamento local para aceleração de leitura e gravação, dados temporários e grandes conjuntos de trabalho, enquanto o XtremSF com XtremCache pode ser usado para a aceleração de leitura de dados essenciais com reduzidos conjuntos de trabalho que
requerem proteção de dados.
Seleção de uma placa do XtremSF
Em geral, as duas tecnologias mais importantes usadas em todos os flash drives são:
• Célula flash baseada em SLC NAND
• Célula flash baseada em NAND MLC (Multilevel Cell, célula de vários níveis) Esta seção discute qual placa selecionar ao projetar uma solução XtremCache. O EMC XtremSF tem placas SLC e MLC de diferentes tamanhos para atender a diferentes necessidades de um ambiente de cliente. Para obter mais informações sobre tamanhos de placas XtremSF, consulte Tabela 3 na página 20.
Os dispositivos de armazenamento flash guardam as informações em um conjunto de células flash criado a partir de transistores de porta flutuante. Os dispositivos SLC armazenam apenas um bit de informações em cada célula flash (binária). Os dispositivos MLC armazenam mais do que um bit por célula flash por meio da seleção de vários níveis de carga elétrica a ser aplicada nas portas flutuantes dos transistores, conforme mostrado na Figura 20.
Figura 20. Comparação entre o armazenamento de dados em célula SLC e MLC flash
Como cada célula em MLC flash tem mais bits de informação, um dispositivo de armazenamento baseado em MLC flash oferece maior densidade de
armazenamento em comparação a uma versão baseada em SLC flash. No entanto, a MLC NAND apresenta um desempenho e uma durabilidade inferiores devido às suas desvantagens arquitetônicas inerentes. A maior funcionalidade complica ainda mais o uso do MLC NAND, o que torna necessário implementar algoritmos e controladoras de gerenciamento flash mais avançados.
A Tabela 7 compara as características de SLC e de MLC flash com alguns valores
Práticas
recomendadas de projeto
Tabela 7. Comparação entre SLC e MLC flash
Recursos MLC SLC
Bits por célula 2 1
Durabilidade (ciclos de
eliminação/gravação) Cerca de 10.000 Cerca de 100.000 Tempo de serviço de leitura
(média)
129 μs 38 μs
Tempo de serviço de gravação (média)
1.375 μs 377 μs
Eliminação de blocos (média) 4.500 μs 1.400 μs
Embora a tecnologia SLC NAND Flash ofereça uma densidade inferior, ela também proporciona um nível aprimorado de desempenho na forma de leituras e
gravações mais rápidas. Como a SLC NAND Flash armazena apenas um bit por célula, a necessidade de correção de erros é reduzida. A SLC também permite uma maior durabilidade de ciclos de gravação e eliminação, tornando-a a opção mais adequada para uso em aplicativos que requeiram maior durabilidade e viabilidade em ciclos de vida de vários anos de produtos.
A SLC e a MLC NAND oferecem recursos que atendem a diferentes tipos de
aplicativos — os que requerem alto desempenho a um custo por bit atraente (MLC) e os que são menos sensíveis aos custos e buscam um desempenho ainda
melhor com o tempo (SLC).
Considerações de projeto de virtualização
O XtremCache é totalmente compatível quando implementado em um ambiente virtual com a tecnologia VMware vSphere ESXi ou Windows Server Hyper-V. A seguir, são descritas as práticas recomendadas e as considerações sobre projeto relativas ao XtremCache em ambientes virtualizados:
• Identifique as máquinas virtuais no servidor ESXi que seriam boas candidatas para que o XtremCache acelere seu desempenho a um custo razoável.
• Calcule a capacidade total necessária para o XtremCache.
• Se necessário, ajuste a colocação das máquinas virtuais no ambiente a fim de melhorar a utilização do XtremCache.
• Selecione a placa XtremSF apropriada em termos de capacidade e desempenho.
Recomendações sobre tamanho estão disponíveis para cada tipo de aplicativo diferente. A implementação também varia de acordo com o ambiente. Tabela 8 mostra as configurações mínimas recomendadas para cada aplicativo, com base em nossos testes em um ambiente controlado com carga de trabalho de
aplicativos e de banco de dados típicas. Use os números fornecidos como diretriz. Para determinar o tamanho ideal para um aplicativo e um ambiente específicos, é importante considerar o nível de desempenho necessário e o orçamento. Na
Recomendações sobre tamanho
maioria dos casos, a adição de mais XtremCache proporciona um melhor desempenho até o tamanho do cache se equiparar ou superar o tamanho do conjunto de trabalho.
A Tabela 8 faz recomendações sobre o XtremCache para cada aplicativo. A relação de cache/armazenamento (a relação entre o cache e o tamanho do armazenamento do banco de dados, uma relação de 1:10, representa um XtremCache de 1 GB para cada 10 GB de dados) depende, em grande parte, do conjunto de trabalho ativo do banco de dados e mudará com base no uso real. Tabela 8. Cache recomendado para cada aplicativo
Apl. Tipo de banco de dados Proporção leitura-para-gravação
Relação recomendada de XtremCache para
armazenamento 2
SQL Server/Oracle OLTP 90:10 1:10 SQL Server/Oracle OLTP 70:30 1:5 SharePoint Server Conteúdo/locali
zação 100% de leitura 1:5 Exchange Server Mailbox 60:40 1:100
Para aplicativos OLAP (Online Analytical Processing) Oracle ou SQL Server, como um ambiente de data warehouse, o eMLC XtremSF (autônomo ou no modo split- card) pode ser usado como o tempdb para aprimorar o desempenho das
consultas. Considere, pelo menos, 200 GB de espaço de tempdb para cada 1 TB de banco de dados.
Considerações de posicionamento do XtremCache
O EMC XtremCache pode acelerar o desempenho sob demanda para aplicativos em uma VSPEX Proven Infrastructure.
A flexibilidade de implementação do XtremCache permite a colocação do XtremSF no servidor host das máquinas virtuais específicas que requerem aceleração do desempenho. Nessas máquinas virtuais, você habilita apenas as LUNs de armazenamento específicas que precisam do XtremCache. Para garantir que essas máquinas virtuais continuem a ter acesso à aceleração do XtremCache, defina as regras de afinidade apropriadas para o hipervisor de maneira que as máquinas virtuais possam residir somente nos servidores acelerados pelo XtremSF Cache.
Além disso, você pode instalar placas XtremSF Flash em todos os servidores físicos da infraestrutura de servidores e, em seguida, instalar e ativar o XtremCache em todos eles.
2 A relação do XtremCache para armazenamento é a relação entre o cache e o tamanho do
Recomendações de desempenho
Trabalhando na configuração básica do VSPEX, para cada aplicativo que você pretende executar no ambiente, determine quais aplicativos precisam da aceleração do XtremCache usando o Previsor de desempenho do XtremCache. Isso estimará os benefícios da adição do XtremCache ao ambiente.
Use o XtremCache para aceleração de leituras de dados essenciais com
reduzidos conjuntos de trabalho que requerem proteção de dados. Considere as seguintes diretrizes ao colocar a placa flash dentro da infraestrutura do servidor: • Use o Previsor de desempenho do XtremCache para estimar os benefícios
da adição do XtremCache ao ambiente
• Use o XtremCache para aceleração de leituras de dados essenciais com reduzidos conjuntos de trabalho que requerem proteção de dados. • Quando a redundância for necessária, coloque, pelo menos, duas placas
XtremSF em sua infraestrutura de servidores VSPEX.
• Se o vMotion for necessário, calcule a capacidade e o posicionamento do XtremSF de maneira que a capacidade restante do XtremSF e dos servidores ainda possa atender às configurações do XtremCache de todas as
máquinas virtuais durante a execução do vMotion.
Por exemplo, você pode configurar 10 máquinas virtuais para usar 100 GB do XtremCache, o que requer um total de 1 TB da capacidade do
XtremCache. Se o vMotion for necessário, os servidores restantes no cluster virtualizado com XtremCache devem viabilizar pelo menos 1 TB de espaço do cache.
• Se os aplicativos precisarem de apenas uma pequena parte da capacidade da placa XtremSF para cada máquina virtual, as máquinas virtuais com esses aplicativos poderão compartilhar a mesma placa física. Você pode colocá-los no mesmo host ESXi ou Hyper-V.
• Se um determinado aplicativo exigir toda a capacidade disponível da placa XtremSF, o host deverá dedicar essa placa específica à máquina virtual. Você pode instalar várias placas XtremSF no mesmo servidor se necessário. Você também pode configurar várias placas XtremSF no mesmo hipervisor ou pool de cache para criar maior capacidade de cache para máquinas virtuais.
O tamanho de página do XtremCache é a menor unidade de alocação dentro do cache. O tamanho da página padrão é 8 KB. O tamanho de I/O máximo do XtremCache corresponde ao tamanho de I/O máximo que será promovido no cache. O tamanho de I/O máximo padrão é de 64 KB.
Determine a distribuição do tamanho de I/O de todos os aplicativos selecionados para aceleração. Se um aplicativo gerar tamanhos muito grandes de I/O (como o Exchange Server), isso poderá garantir uma alteração nas configurações de tamanho da página padrão e de I/O máxima para o XtremCache.
A Figura 21 mostra a tela de configuração no plug-in do VSI usado para alterar essas definições de configuração. O tamanho mínimo do dispositivo XtremCache é de 20 GB para qualquer máquina virtual que precise de aceleração de cache flash.
Práticas
recomendadas de projeto
Figura 21. Tela de configuração do dispositivo de cache
Há um consumo mínimo de recursos (sobrecarga) para máquinas virtuais que usam o XtremCache para acelerar o desempenho dos aplicativos, exceto quando o recurso de desduplicação é ativado. O consumo de recursos, inclusive CPU e memória, depende do aplicativo e especificamente do tamanho do conjunto de trabalho. A desduplicação gera uma utilização de memória e consumo de CPU muito limitados quando habilitada em um ambiente com um conjunto de
trabalho reduzido e skew alto. Isso é detalhado no exemplo da solução Exchange; para obter mais informações, consulte XtremCache para Exchange Server.
É possível ativar ou desativar o XtremCache a qualquer momento, uma vez que a placa XtremSF é instalada no host físico e configurada para a máquina virtual.
Considerações sobre VMware
Nesta seção, são apresentadas as considerações mais comuns e importantes sobre projeto para a implementação do XtremCache em um ambiente VSPEX com VMware.
O ambiente VMware em uma infraestrutura comprovada VSPEX deve seguir os princípios gerais de projeto da VSPEX e as práticas recomendadas para aplicativos específicos em VMware, conforme detalhado nos Guias de Implementação VSPEX.
O XtremSF deve ser instalado em cada servidor ESXi com máquinas virtuais que requerem a aceleração do XtremCache, conforme determinado pela análise de
Depois de instalar a placa flash XtremSF, você pode configurar o pool do XtremCache dentro do cluster ESXi usando o plug-in VSI ou o centro de gerenciamento do XtremCache, como mostrado na Figura 22.
Figura 22. Configuração do XtremCache com o plug-in do EMC VSI
Você pode usar vários dispositivos do XtremCache em um único pool de cache para dar suporte a uma maior capacidade de cache em certas máquinas virtuais. Um único dispositivo de cache XtremSF também pode dar suporte às necessidades de cache de diversas máquinas virtuais, como mostrado na Figura 23.
O tamanho do XtremCache deve seguir as práticas recomendadas para cada aplicativo diferente, conforme descrito anteriormente na seção Recomendações sobre tamanho. Para vários aplicativos ou LUNs de banco de dados, basta adicionar o tamanho do dispositivo XtremCache necessário e criar um só
dispositivo XtremCache para a máquina virtual, conforme mostrado na Figura 23. A única exceção é quando há necessidade de isolar o tráfego de I/O ou quando uma placa XtremSF não é grande o suficiente para a máquina virtual e,
consequentemente, diversos dispositivos de cache são necessários.
Como cada máquina virtual do ambiente VMware tem seu próprio dispositivo de cache XtremCache, não há conflito de acesso entre as diferentes máquinas virtuais para o armazenamento em cache do XtremCache. Para cada
implementação, deve haver um equilíbrio cuidadoso entre as considerações de desempenho e de custo.
Conforme mencionado anteriormente, as máquinas virtuais devem ser migradas pelo cluster VMware. Certifique-se de que a capacidade do XtremCache esteja disponível nos outros nós para aceitar uma máquina virtual “de entrada” configurada para aceleração. Por exemplo, se você desejar mover a SQLVM1 (configurada com um cache de 50 GB) do host ESXServer1 para o host
ESXServer2 (por uma migração do vMotion), certifique-se de que o ESXServer2 tenha, pelo menos, 50 GB de capacidade livre disponível no Xtrem Cache.
Considerações sobre Hyper-V
Nesta seção, são apresentadas as considerações mais comuns e importantes sobre projeto para a implementação do XtremCache em um ambiente Hyper-V. O ambiente Hyper-V em uma implementação da VSPEX deve seguir as práticas recomendadas de projeto da VSPEX para o aplicativo específico no ambiente Hyper-V, conforme detalhado nos Guias de Implementação VSPEX.
Conforme mostrado na Figura 24, instale o XtremSF em cada servidor Hyper-V com máquinas virtuais que requeiram a aceleração do XtremCache, conforme determinado pela análise de custo e desempenho do cliente.
Uma vez instalada, configure a placa XtremSF como o dispositivo de destino XtremCache no servidor Hyper-V. No servidor Hyper-V, configure todas as LUNs que requerem a aceleração do XtremCache como LUNs de origem para o dispositivo XtremCache de destino.
Conforme mostrado na Figura 24, todos os VHDXs das diferentes máquinas virtuais, bem como os discos de passagem físicos nessas LUNs configuradas como LUNs de origem do XtremCache, são acelerados pelo XtremCache.
Figura 24. Implementação do XtremCache em um ambiente Hyper-V para VSPEX
Como o XtremCache em um ambiente Hyper-V funciona no nível do Hyper-V, todos os dispositivos de origem das diferentes máquinas virtuais são acelerados com o mesmo destino do XtremCache. Isso significa que:
• Os aplicativos podem usufruir de um nível mais alto de serviço do XtremCache quando as outras máquinas virtuais não estão tão ativas no mesmo servidor Hyper-V. A razão disso é que o dispositivo de origem não está limitado à capacidade calculada do XtremCache e pode usar toda a capacidade disponível no cache.
• Poderá haver um conflito de acesso entre as diferentes máquinas virtuais se a carga de trabalho e o conjunto de dados ativos (os dados ativos) em uma das máquinas virtuais estiverem muito altos e usando mais do que a sua cota. Para evitar o conflito de acesso, é melhor colocar os aplicativos que exigem muito do XtremCache em servidores Hyper-V diferentes ou configurá-los com uma placa XtremSF diferente no mesmo servidor Hyper-V. • Atualmente, volumes CSV não são compatíveis com o software XtremCache
1.5x. Haverá suporte para eles em versões futuras.
Obs.: os volumes em um cluster Hyper-V não precisam ser CSV para usufruir dos benefícios da Migração em tempo real nem de outros recursos avançados do