Este capítulo apresenta os seguintes tópicos:
VISÃO GERAL ... 56 Arquitetura da implementação do XtremCache em VMware ... 56 Arquitetura de implementação do XtremCache em Hyper-V ... 58 XtremCache para banco de dados SQL Server OLTP ... 59 XtremCache para Exchange Server ... 64 XtremCache para SharePoint ... 74 XtremCache para Banco de Dados Oracle OLTP ... 79 XtremCache para nuvem privada ... 82
VISÃO GERAL
Qualquer VSPEX Proven Infrastructure que precise impulsionar o desempenho de aplicativos, como Oracle e SQL Server OLTP (Online Transaction Processing, processamento de transações on-line), aplicativos Web e financeiros e o Exchange, podem se beneficiar do XtremCache. É possível considerar o
XtremCache como um upgrade ou um recurso complementar para se obter uma solução em nuvem mais ampla.
Esta seção descreve casos de uso de aplicativos nos quais o XtremCache agrega valor. Ela inclui as práticas recomendadas, os cenários de implementação e os benefícios esperados para os seguintes casos de uso de aplicativos:
• SQL Server • Exchange • SharePoint • Oracle
• Nuvem privada
Arquitetura da implementação do XtremCache em VMware
A Figura 25 mostra a arquitetura validada para uma implementação do XtremCache em uma nuvem privada VSPEX com VMware. A placa XtremSF é
instalada no servidor VMware ESXi físico e é colocada em um pool do XtremCache. O dispositivo XtremCache criado nesse pool de cache é atribuído às máquinas virtuais que hospedam o aplicativo que precisa ser acelerado. O dispositivo de cache pode usar parte de todo o armazenamento disponível no pool do
XtremCache.
Em cada máquina virtual, configuramos as LUNs que serão aceleradas pelo XtremCache como LUNs de origem para o dispositivo do XtremCache. Depois que elas são ativadas, os dados são armazenados em cache exatamente como ocorre em um ambiente físico. As LUNs de origem podem ser qualquer LUN na máquina virtual, como arquivos de dados de máquina virtual para VMware (VMDK) ou RDM.
Figura 25. Arquitetura da VSPEX Proven Infrastructure para implementação do
Arquitetura de implementação do XtremCache em Hyper-V
A Figura 26 mostra a arquitetura validada para uma implementação do XtremCache em uma nuvem privada VSPEX com Hyper-V. Em um ambiente Hyper-V, o XtremCache é implementado no host Hyper-V e gerenciado nesse nível. O I/O emitido pelas máquinas virtuais é acelerado no nível do Hyper-V. Se houver vários VHDXs na mesma LUN no host Hyper-V, todos eles serão acelerados porque a LUN de origem do XtremCache está configurada no nível do host Hyper-V.
Se um VHDX for usado no Hyper-V, a LUN de origem para o XtremCache no host Hyper-V deverá conter apenas VHDXs que precisam ser acelerados.
Figura 26. Arquitetura da VSPEX Proven Infrastructure para implementação do
XtremCache para banco de dados SQL Server OLTP
Em um ambiente SQL Server, as LUNs de armazenamento que hospedam os arquivos de dados do banco de dados OLTP são as que têm a maior
probabilidade de se beneficiar com a aceleração do XtremCache.
A proporção leitura-para-gravação de um arquivo de dados de um banco de dados SQL Server OLTP típico varia de 70:30 a 90:10, tornando a LUN do arquivo ideal para a aceleração do XtremCache. No caso de uso de exemplo descrito nesta seção, testamos um banco de dados OLTP ativo com uma proporção leitura- para-gravação de 90:10. O uso de um cache de cerca de 100 GB para acelerar um banco de dados OLTP de 1 TB reduziu a latência de leitura em mais da metade.
O XtremCache é comprovadamente um dispositivo altamente dimensionável e confiável. Ele pode aliviar a pressão de processamento de I/O do sistema de armazenamento e impulsionar as operações de leitura de disco conduzidas pelo host, mesmo em ambientes virtuais baseados em ESXi. O XtremCache aumenta a taxa de transação geral do SQL Server e reduz as latências do disco de maneira significativa, com impacto mínimo nos recursos do sistema.
O XtremCache em ambientes SQL Server OLTP proporciona os seguintes benefícios:
• O XtremCache pode reduzir o tempo de resposta do armazenamento do SQL Server.
• O driver de host XtremCache causa um impacto mínimo nos recursos do sistema de servidores e máquinas virtuais. Nos testes, os recursos do sistema foram consumidos principalmente pela carga de trabalho do SQL Server. A sobrecarga do driver do XtremCache foi insignificante — 0,4% do uso de CPU neste caso de uso de exemplo.
• Com um sistema de armazenamento de vários níveis altamente otimizado, o XtremCache pode descarregar o processamento de I/O de leitura do storage array e reduzir, ao mesmo tempo, as latências do disco, permitindo, dessa maneira, um throughput transacional mais elevado e o consumo de ainda mais carga de trabalho pelo storage array da EMC.
• Com configurações de armazenamento de dois níveis menos otimizadas, o XtremCache pode impulsionar, de maneira significativa, as transações do SQL Server e diminuir a latência geral do disco host. Ele pode resolver “pontos de acesso” no datacenter e aliviar possíveis gargalos de armazenamento.
• Observamos uma melhora no desempenho logo após a adição de LUNs ao pool do XtremCache. O desempenho atingiu um nível de estabilidade em cerca de uma hora para todas as 16 LUNs que hospedavam um arquivo de banco de dados de 3 TB.
• O XtremCache é um cache baseado em servidor. A introdução do XtremCache em um ambiente de armazenamento não requer nenhuma alteração nos layouts de aplicativos nem do sistema de armazenamento. • Como o XtremCache é uma solução de armazenamento em cache, não uma
solução de armazenamento, não há necessidade de mover dados. Dessa maneira, não há risco de seus dados se tornarem inacessíveis no caso de falhas no servidor ou na placa PCIe.
Benefícios do XtremCache em um ambiente SQL Server OLTP
• O XtremCache minimiza a sobrecarga da CPU no servidor liberando as operações de gerenciamento de flash da CPU do host para a placa PCIe. • É fácil gerenciar e monitorar o XtremCache em um ambiente vSphere. Após
a configuração, o XtremCache não requer a intervenção do usuário e se ajusta de maneira contínua para atender às necessidades da carga de trabalho dos aplicativos.
Baseado no Previsor de desempenho do XtremCache, em um ambiente SQL Server OLTP onde uma carga de trabalho OLTP intensa esteja em execução, as LUNs de banco de dados principais são as que mais podem se beneficiar da aceleração do XtremCache. As LUNs de registro e do tempdb apresentam atividades intensas de gravação e não devem ser usadas com o XtremCache. Resumindo, em um ambiente SQL Server OLTP típico:
• Você deve usar o Previsor de desempenho do XtremCache para estimar os benefícios da adição do XtremCache ao ambiente do servidor SQL.
• As LUNs dos arquivos de dados de banco de dados, que apresentam atividades intensas de leitura, geralmente têm uma carga de trabalho intensa, sujeita a um skew de leitura elevado, e são boas candidatas para o XtremCache.
• Os arquivos de dados do SQL Server OLTP apresentam leituras aleatórias constantes e contribuem para a duração geral dos tempos de transação. Os arquivos de dados também apresentam picos regulares de atividade de gravação durante uma operação de checkpoint. Ao usar o XtremCache para executar leituras em cache e evitar uma carga de trabalho de I/O no array da EMC, você possibilita que o array consuma esses picos de gravação com mais rapidez e evita atrasos de leitura nas transações.
• As LUNs de registro e do tempdb em bancos de dados OLTP apresentam atividades intensas de gravação e normalmente não se beneficiam do XtremCache.
• Em ambientes SQL Server AlwaysOn, os bancos de dados secundários não precisam ser acelerados, a menos que um requisito de desempenho específico justifique o uso do XtremCache.
• Defina o tamanho da página como 64 KB no XtremCache para acomodar o I/O elevado para o banco de dados SQL Server.
• Se não houver expectativa de aumento da carga de trabalho após a
implementação do XtremCache na VSPEX Proven Infrastructure, não haverá necessidade de recursos adicionais do sistema, como memória ou CPU. • Com uma proporção leitura-para-gravação de 90:10 nas LUNs de banco de
dados OLTP, para cada 1 TB de banco de dados, um XtremCache de 100 GB ou mais aprimoraria, de maneira significativa, o desempenho das consultas OLTP e as operações de leitura.
No caso de uso de exemplo, o XtremCache foi implementado para acelerar o desempenho do OLTP em um banco de dados virtualizado SQL Server 2012 de vários usuários com o ambiente VMware. Dois servidores ESXi hospedaram, cada um, uma máquina virtual SQL Server. Uma das máquinas virtuais SQL Server usou uma placa SLC XtremSF de 700 GB. O outro servidor não teve o XtremCache
Práticas recomendadas
Projeto e
implementação de caso de uso
O ambiente é baseado em uma solução de armazenamento de vários níveis, controlado e otimizado pelo EMC FAST (Fully Automated Storage Tiering, armazenamento com classificação totalmente automatizada por níveis).
A arquitetura de solução inclui os seguintes componentes e recursos mostrados na Figura 27:
• Dois servidores vSphere ESXi hospedando, cada um, uma máquina virtual SQL Server
• O XtremCache ativado na máquina virtual SQL Server principal
Figura 27. Projeto de arquitetura para o XtremCache ativado no ambiente virtual SQL
Server
Cenários de implementação
A Figura 28 mostra a implementação do XtremCache para este caso de uso. Todas as LUNs de arquivos do banco de dados no servidor primário estão configuradas como LUNs de origem para a aceleração do XtremCache; as LUNs do tempdb e de registro foram excluídas. O servidor secundário não tem o XtremCache
Figura 28. Implementação do SQL Server AlwaysOn XtremCache
Nesta solução, configuramos um XtremCache de 278 GB. Os 16 dispositivos de dados de origem foram associados ao dispositivo de cache, conforme mostrado na Figura 28.
A configuração é simples e é feita por meio de assistentes no plug-in integrado do VSI. Se preferir, você poderá usar a linha de comando da máquina virtual
Windows.
Execute as seguintes etapas para configurar o XtremCache para as LUNs de banco de dados na máquina virtual:
1. Use o vCenter Server para criar um datastore VMFS e, em seguida, crie um
pool do XtremCache com a placa XtremSF no servidor ESXi.
2. Crie o dispositivo XtremCache a partir do pool de cache e atribua-o às máquinas virtuais por meio do plug-in do VSI para XtremCache.
3. Adicione os dispositivos de origem ao dispositivo XtremCache habilitado
para acelerar o desempenho.
Qualquer dispositivo de origem pode ser interrompido ou removido
temporariamente da operação de armazenamento em cache sem afetar outros dispositivos de origem.
O XtremCache aprimora o desempenho do sistema
Depois de ativar o XtremCache pela primeira vez, a melhora do desempenho se tornou imediatamente visível.
O XtremCache começou a funcionar assim que foi ativado com os dispositivos que precisavam de uma melhoria no desempenho adicionados ao pool do cache. Levou cerca de uma hora nesse ambiente para atingir o aprimoramento máximo do desempenho.
Testamos o XtremCache para SQL Server em configurações de dois e três níveis. Figura 29 mostra IOPS de leitura e gravação do SQL Server principal antes da ativação do XtremCache em um sistema de armazenamento de dois níveis.
Configuração do XtremCache no ambiente VMware
Resultados do teste
Figura 29. Impulsionamento do desempenho após a ativação do XtremCache
Depois que o sistema atingiu um nível de estabilidade, o desempenho
permaneceu estável durante o período de testes de 24 horas.
O XtremCache reduz o tempo de resposta do SQL Server
O XtremCache reduziu, de maneira significativa, o tempo de resposta do SQL Server em transações de tempo de resposta elevado nas duas configurações de dois e três níveis.
O driver de host XtremCache causou um impacto mínimo nos recursos do sistema de servidores e máquinas virtuais. A latência de leitura foi reduzida em cerca de 50% a 70% após a ativação do XtremCache. Observamos um resultado similar com a latência das transações em que o XtremCache também diminuiu, de maneira significativa, o tempo de resposta das transações de alta latência. Sem o XtremCache, a configuração de dois níveis pode dar suporte a apenas 14.000 IOPS. Com o XtremCache, ela pode dar suporte total a uma carga de 24.000 IOPS com uma proporção leitura-para-gravação de 90:10.
O XtremCache reduziu, de maneira significativa, as atividades de I/O no storage array (cerca de 10.000 IOPS) na configuração de três níveis, habilitando, dessa maneira, o sistema de armazenamento para dar suporte a mais solicitações de I/O do servidor.
A Tabela 9 mostra os resultados detalhados dos testes em todos os
cenários nesta solução.
Tabela 9. Dados de desempenho com carga OLTP
Desempenho
Armazenamento de três níveis Armazenamento de dois níveis Sem XtremCache Com XtremCache Sem XtremCache Com XtremCache
CPU da máquina virtual SQL
Server 67,45% 67,85% 15,50%* 51,43% CPU ESXi 77,80% 78,20% 24,63%* 65,57% TPS (Transactions per Second,
transações por segundo) do cliente
2.193 2.585 1.225 2.229
IOPS da máquina virtual SQL Server
23.938 23.916 14.123 23.602
IOPS de front-end do array 24.698 14.987 15.475 13.798 Latência (ms)
(leitura/gravação/transferência) 4/1/4 2/2/2 11/1/10 4/3/4 * O uso da CPU foi menor porque o gargalo do armazenamento criado neste teste limitou a carga do cliente que pode ser enviada ao sistema.
XtremCache para Exchange Server
Em um ambiente Exchange Server, as LUNs do banco de dados Exchange são as que têm maior probabilidade de se beneficiar da aceleração do XtremCache. No caso de uso de exemplo descrito nesta seção, o desempenho do banco de dados pode ser aperfeiçoado com o uso de 10 GB do XtremCache para cada 1 TB de dados do Exchange nas máquinas virtuais do servidor de caixa de correio. Embora a carga de trabalho da caixa de correio tenha uma proporção leitura-para- gravação de cerca de 60:40 e um tamanho elevado de I/O, o conjunto de trabalho dos bancos de dados Exchange é muito reduzido. Isso significa que o
desempenho da carga de trabalho da caixa de correio pode ser melhorado drasticamente quando uma pequena parte do XtremSF é configurada como o XtremCache para as LUNs do banco de dados da caixa de correio. O skew elevado do I/O neste caso de uso o torna um bom candidato para a desduplicação com um consumo limitado de memória e CPU.
O uso do XtremCache em um ambiente Exchange oferece muitos benefícios: • O XtremCache aprimora o desempenho do Exchange reduzindo as latências de
leitura e liberando as operações de leitura do armazenamento de back-end. • O XtremCache ajuda a maximizar o throughput de I/O para cargas de
trabalho do Exchange sem alterar nem adicionar outros recursos de
Benefícios do XtremCache em um ambiente
• O XtremCache reduz os requisitos de largura de banda por meio dos recursos de desduplicação, liberando o processamento de gravações do armazenamento de back-end do Exchange.
• O XtremCache pode ser integrado ao vSphere para migração de máquinas virtuais com um dispositivo XtremCache conectado. Com a configuração adequada, os aplicativos podem retomar o estado acelerado após a migração automática da máquina virtual.
• O XtremCache causa pouco impacto nos recursos do sistema, como a CPU e a memória.
• O período de ativação inicial do XtremCache com cargas de trabalho simuladas do Exchange varia de acordo com o ambiente. Nesta solução, o efeito do XtremCache foi observado imediatamente depois de ativado. Ele atingiu um nível de estabilidade em cerca de 30 minutos para todas as LUNs de banco de dados aceleradas do Exchange com 15 TB de dados. • A integração com o plug-in do VSI para VMware torna o XtremCache fácil de
gerenciar e monitorar em um ambiente virtualizado.
• O XtremCache foi projetado para minimizar a sobrecarga da CPU no servidor, liberando as operações de gerenciamento de flash da CPU do host na placa XtremSF PCIe.
• Com uma carga de trabalho do Exchange, o XtremCache pode aliviar o processamento de I/O do sistema de armazenamento e impulsionar as operações de leitura do disco acionadas pelo host.
• O XtremCache aumenta as IOPS gerais dos aplicativos do Exchange e reduz as latências do disco de maneira significativa com o mínimo de impacto nos recursos do sistema.
• O uso do XtremCache permite que os clientes configurem o Exchange para obter alto desempenho e baixo custo sem a necessidade de fazer
concessões com relação a vantagens e desvantagens.
• É fácil gerenciar e monitorar o XtremCache em um ambiente vSphere. Após a configuração, o XtremCache não requer a intervenção do usuário e se ajusta de maneira contínua para atender aos requisitos de carga de trabalho dos aplicativos.
Em um ambiente do Exchange configurado com DAGs (Database Availability Groups, grupos de disponibilidade de banco de dados) (para cópias ativas e passivas de DAG) e baseado nos resultados da ferramenta Previsor de desempenho do XtremCache, as LUNs dos bancos de dados são as que mais podem se beneficiar da aceleração do XtremCache.
E, principalmente, o conjunto de trabalho do banco de dados Exchange é
relativamente reduzido; dessa forma, o tamanho do XtremCache necessário para a aceleração do servidor Exchange também é reduzido. Neste caso de uso, cada 1 TB de dados do Exchange requer apenas cerca de 10 GB do XtremCache. A
ativação da aceleração do XtremCache para bancos de dados ativos e passivos também aprimora o desempenho. Se houver um failover no DAG, o XtremCache já estará ativo quando ocorrerem falhas no DAG, e o ambiente Exchange não sofrerá quase nenhum impacto no desempenho. As LUNs do registro do banco de dados devem ser excluídas devido à carga de trabalho sequencial.
Práticas recomendadas
Resumindo, em um ambiente Exchange típico:
• Use o Previsor de desempenho do XtremCache para estimar os benefícios da adição do XtremCache ao ambiente Exchange.
• Em máquinas virtuais de caixa de correio, LUNs de arquivos de bancos de dados ativos e passivos com uma carga de trabalho intensa são,
normalmente, boas candidatas para as LUNs de origem do XtremCache. O XtremCache também ajuda a aprimorar o desempenho, mesmo em um cenário de failover do DAG.
• Normalmente, é necessário excluir LUNS de registro do XtremCache. • Defina o tamanho da página como 64 KB no XtremCache para acomodar o
tamanho elevado de I/O do Exchange Server.
• Para cada máquina virtual Exchange, a cada 1 TB de dados do Exchange, configure cerca de 10 GB do XtremCache para melhorar, de maneira significativa, o desempenho do servidor de caixa de correio.
No caso de uso de exemplo, o XtremCache foi implementado para acelerar o desempenho do Exchange 2010 em uma configuração de DAG com duas cópias de banco de dados virtualizadas com o ambiente VMware.
Instalamos duas placas SLC XtremSF de 700 GB nos servidores vSphere ESXi que hospedam seis máquinas virtuais do servidor de caixa de correio Exchange. Nos testes, as IOPS do sistema foram aprimoradas em 26%, e as latências de leitura diminuíram em cerca de 50% a 70%.
Também testamos a desduplicação no ambiente, com pouco consumo de recursos adicionais do sistema. Ao ativar a desduplicação do XtremCache para o Exchange Server, você pode reduzir o uso da CPU em 50% em determinadas cargas de trabalho, com uma diminuição de 30% nas IOPS de gravação no array de back-end.
A Figura 30 mostra o projeto da solução, que incluiu os seguintes componentes: • Um cluster HA vSphere consistindo em dois servidores vSphere ESXi, cada
um hospedando três máquinas virtuais do servidor de caixa de correio Exchange
• Duas cópias do banco de dados DAG configuradas em diferentes servidores de caixa de correio
• O XtremSF instalado nos dois servidores ESXi no cluster HA
• Cada máquina virtual do servidor de caixa de correio Exchange configurada com um XtremCache de 50 GB para seus bancos de dados de 5 TB
(inclusive cópias passivas e passivas do DAG).
Projeto e
implementação de caso de uso
Figura 30. Projeto de arquitetura para o ambiente virtual Exchange ativado para
XtremCache
Cenários de implementação
A Figura 31 mostra a implementação do XtremCache para o caso de uso do Exchange. Configuramos todas as LUNs de banco de dados nas cópias ativas e passivas nas máquinas virtuais como LUNs de origem para a aceleração do XtremCache. As LUNs de registro foram excluídas principalmente devido à I/O de gravação e sequência.
Figura 31. Implementação do XtremCache para Exchange 2010 no vSphere
Nessa implementação, para cada máquina virtual com 5 TB de armazenamento, implementamos 50 GB do XtremCache. Configuramos o restante da capacidade do XtremCache para dar suporte ao failover do vMotion.
A configuração do XtremCache para um servidor de caixa de correio Exchange em