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Mayor rendimiento y menor latencia con NVMe y memoria de clase de almacenamiento de punto a punto como almacenamiento persistente
Por Kerry Dolan, analista ejecutivo de validación de TI Septiembre de 2019 Esta validación técnica de ESG se elaboró por encargo de Dell EMC y se distribuye con licenciamiento de ESG.
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Validación técnica
Dell EMC PowerMax y SCM con tecnología Intel Optane de dos puertos se combinan para mejorar el rendimiento general del sistema
Validación técnica: Dell EMC PowerMax y SCM con tecnología Intel Optane de dos puertos 2
La importancia de la arquitectura ....................................................................................................................................... 4
La diferencia con las unidades NVMe ............................................................................................................................. 4
Lo último: Front-end de FC-NVMe y un nivel de SCM persistente con tecnología Intel Optane ................................... 4
Validación técnica de ESG ....................................................................................................................................................... 6
Prueba de rendimiento de I/O ............................................................................................................................................ 6
Ancho de banda: ............................................................................................................................................................. 6
Rendimiento de la unidad NAND frente a la unidad SCM: ............................................................................................. 7
Pruebas en el nivel de las aplicaciones ............................................................................................................................... 7
Pruebas de escalamiento de cargas de trabajo mixtas ................................................................................................... 8
Pruebas de QoS de cargas de trabajo mixtas ................................................................................................................ 10
La gran verdad ....................................................................................................................................................................... 13
Validaciones técnicas de ESG
El objetivo de las validaciones técnicas de ESG es educar a los profesionales de TI acera de soluciones de tecnología de la información para empresas de todos los tipos y tamaños. Las validaciones técnicas de ESG no pretenden reemplazar el proceso de evaluación que debe realizarse antes de tomar decisiones de compra, sino proporcionar información valiosa de estas tecnologías emergentes. Nuestros objetivos son explorar algunas de las características y funciones más valiosas de las soluciones de TI, mostrar cómo se pueden utilizar para resolver problemas reales de los clientes e identificar las áreas que necesitan mejoras. La perspectiva de terceros expertos del equipo de validación de ESG se basa en nuestras propias pruebas prácticas, así como en entrevistas con clientes que utilizan estos productos en entornos de producción.
Validación técnica: Dell EMC PowerMax y SCM con tecnología Intel Optane de dos puertos 3
Este informe documenta la auditoría de ESG de las pruebas de rendimiento del PowerMax más reciente de Dell EMC con
NVMe y memoria de clase de almacenamiento (SCM) de punto a punto, con la tecnología de Intel Optane de dos puertos,
para ofrecer el alto rendimiento y la baja latencia que necesitan las aplicaciones en tiempo real del mundo actual.
Antecedentes
Las empresas están recopilando cada vez volúmenes más grandes de datos que no solo se utilizan en aplicaciones
impulsadas por el negocio, como el Procesamiento de transacciones en línea de Oracle (OLTP), Oracle y SQL Server, sino
también para obtener información valiosa de los clientes y las tendencias de negocios. En la investigación de ESG, el 48 %
de los tomadores de decisiones de TI informaron que los datos de producción primarios y los datos secundarios crecen
más del 30 % anualmente.1 Las crecientes exigencias del negocio y la complejidad de la TI hacen que sea un reto para las
áreas de TI diseñar centros de datos optimizados que ofrezcan los niveles de rendimiento, escalabilidad, eficiencia y
agilidad necesarios para tener éxito.
El almacenamiento, que anteriormente se consideraba un proceso de TI estático y en segundo plano, hoy en día
desempeña una función fundamental en el éxito del negocio. La infraestructura de almacenamiento adecuada puede
ofrecer la combinación óptima de rendimiento, eficiencia, funcionalidad de la nube y costo. Cuando se les preguntó qué
describe mejor la función que desempeña la tecnología de almacenamiento de datos en las operaciones de TI y del negocio
de su organización, el 53 % de los encuestados por ESG coincidió en que el almacenamiento tuvo un papel estratégico, y en
que las estrategias de almacenamiento eficaces fueron fundamentales para sus aplicaciones y procesos de negocios
principales.2
Figura 1. La función estratégica del almacenamiento
Fuente: Enterprise Strategy Group
1 Fuente: Resultados de la encuesta principal de ESG, Copy Data Management Trends, marzo de 2018. 2 Fuente: Resultados de la encuesta principal de ESG, 2017 General Storage Trends, noviembre de 2017.
Estratégico: las estrategias de
almacenamiento eficaces son fundamentales para
los procesos de negocios/aplicaciones principales y pueden generar una ventaja
competitiva para nuestra organización, 53 %
Táctico: el almacenamiento es una
parte importante de nuestras operaciones de TI, pero no se ve
como una herramienta estratégica o un recurso, el 39 %
No es prioritario: el almacenamiento es necesario, pero no
pensamos demasiado en eso, a menos que
sea necesario agregar mayor capacidad, 6 %
No sabe/no tiene opinión, 2 %
¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor la función que la tecnología de almacenamiento de datos desempeña en las operaciones de TI y en las operaciones de
negocios de su organización? (Porcentaje de encuestados, N = 356)
La incorporación de un módulo de I/O de FC-NVMe de front-end de 32 GB permite el NVMe de punto a punto para
obtener el rendimiento de lectura de caché más rápido y la latencia más baja. La habilitación del protocolo NVMe para la
ejecución a través de una SAN Fibre Channel con switches Connectrix y PowerPath facilita la adopción de estas mejoras en
las organizaciones.
Las unidades de SCM ofrecen un rendimiento similar a la memoria volátil DRAM, pero como un medio persistente, como lo
es la tecnología flash NAND. PowerMax brinda la opción de agregar unidades SCM con discos SSD Intel Optane de dos
puertos como un nivel de almacenamiento persistente. Esto no solo reduce la latencia de lectura de las unidades, sino que
también mantiene un tiempo de respuesta de lectura bajo, incluso en casos de volumen elevado de escrituras en las
unidades, lo que representa una mejora respecto de la tecnología flash NAND, cuya latencia de lectura sufre cuando existe
una gran cantidad de escrituras. La mayoría de las organizaciones apuntará a estas unidades para casos de uso específicos,
como los análisis en tiempo real y OLTP de alta exigencia para finanzas, telecomunicaciones, sector minorista, detección de
fraudes, etc.
Estos avances son compatibles con el concepto de arquitectura de PowerMax para aprovechar al máximo la caché a fin de
acelerar las lecturas y escrituras de los hosts, y reducir la latencia cuando se accede a los datos desde las unidades de back-
end. Esta poderosa combinación del protocolo más rápido y las tecnologías de unidades con organización en niveles
automatizada crea un arreglo que ofrece no solo el rendimiento máximo, sino también la capacidad de equilibrar el
rendimiento y el costo. Las cargas de trabajo que necesitan el máximo rendimiento pueden contar con eso, mientras que
las otras cargas de trabajo no se someten a costos excesivos.
Entre otras funciones de PowerMax, se incluyen las siguientes:
Motor de aprendizaje automático incorporado para la ubicación automatizada de los datos sin sobrecarga. Este motor analiza las operaciones de I/O y utiliza análisis predictivos para optimizar el rendimiento y los costos mediante la asignación de datos a los mejores medios (flash o SCM) y la elección de cuándo omitir la compresión/deduplicación cuando los conjuntos de datos están muy activos a fin de evitar los cuellos de botella de rendimiento. Los usuarios pueden priorizar las aplicaciones y asignar niveles de servicio que se incorporan en esta automatización.
Escalabilidad lineal con NVMe over Fabrics cuando se escala de 2 a 8 clústeres, con cada puerto capaz de acceder a todas las unidades DIMM y back-end.
Eficiencia extrema con compresión y deduplicación en línea globales, que incluyen la reducción de datos garantizada de 3:1 por medio del programa Future-Proof de fidelidad de Dell EMC.
Cifrado basado en hardware de datos en reposo que es un registro de auditoría de FIPS 140-2 validado y a prueba de alteraciones para ofrecer mayor seguridad.
Administración de copias de datos integrada.
Migraciones de datos no disruptivas.
Interfaz de administración intuitiva Unisphere basada en HTML 5.
Opciones de protección de datos, incluidas las instantáneas con uso eficiente del espacio de SnapVX; RecoverPoint para la recuperación a cualquier punto en el tiempo; alta disponibilidad con SRDF Metro; y el respaldo directo en Dell EMC Data Domain.
Otras opciones de software, incluidos el monitoreo y los análisis del almacenamiento de CloudIQ; múltiples rutas de PowerPath; herramientas de creación de informes y métricas de administración de recursos de almacenamiento.
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Figura 2. Versión de PowerMax del tercer trimestre de 2019
Fuente: Enterprise Strategy Group
Validación técnica de ESG
ESG auditó los resultados de las pruebas llevadas a cabo en las instalaciones de Dell EMC Hopkinton, Massachusetts. Las pruebas
se llevaron a cabo con las herramientas internas de Dell EMC para demostrar el rendimiento general mediante el nuevo director
de FC de 32 GB y las unidades SCM; en las pruebas al nivel de la aplicación con Oracle y SQL Server se demostró la escalabilidad
y la calidad de servicio (QoS) de las cargas de trabajo mixtas mediante parámetros estándares del sector.
Prueba de rendimiento de I/O
ESG auditó los resultados de las pruebas de rendimiento de Dell EMC que midieron las IOPS, la latencia y el ancho de
banda mediante la I/O generada por los servidores Dell EMC PowerEdge R740 que ejecutan SLES y Windows Server 2012. A
continuación, se proporciona una descripción general de la auditoría.
Ancho de banda:
La prueba del ancho de banda del puerto utilizó un PowerMax 8000 de dos motores y comparó el rendimiento de los
directores de front-end de 16 GB y 32 GB mediante una
carga de trabajo de I/O de 128 K de lectura aleatoria de
aciertos de caché de escritura aleatoria. En las pruebas de
puerto único y puerto doble, se demostró una escalabilidad
lineal para las lecturas y casi lineal para las escrituras (los
puertos adicionales se ejecutaron en un límite de PCI).
Para las lecturas aleatorias, un puerto único escaló el 100 % de 1,53 GB/s a 3,07 GB/s; en el caso de las escrituras aleatorias, un puerto único escaló de 1,44 GB/s a 2,74 GB/s.
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Para las lecturas aleatorias, los puertos dobles escalaron el 100 % de 3,07 GB/s a 6,14 GB/s; en el caso de las escrituras aleatorias, los puertos dobles escalaron de 2,87 GB/s a 5,49 GB/s.
Rendimiento de la unidad NAND frente a la unidad SCM:
En las pruebas de unidades de back-end se utilizó PowerMax 8000 de un solo motor y se comparó la tecnología flash NAND
con el rendimiento de la unidad SCM. Las cargas de trabajo se configuraron para no perder caché a fin de garantizar que se
evaluaran las unidades de back-end.
Para una carga de trabajo de I/O de 8000 lecturas aleatorias que utiliza unidades NVMe-NAND, el tiempo de respuesta a las 100 000 IOPS fue de 0,2921 ms. El uso de unidades NVMe-SCM con discos SSD Intel Optane, el tiempo de respuesta a las 100 000 IOPS fue de 0,2162 ms, un 26 % menos latencia.
En una prueba intensiva de escritura que utiliza 8000 lecturas aleatorias y 128 000 escrituras aleatorias se demostró que las unidades flash NAND arrojaron hasta 5000 operaciones IOPS, mientras SCM con discos SSD de Intel Optane proporcionaron hasta 30 000 IOPS, un 500 % más que las operaciones IOPS NAND.
Pruebas en el nivel de las aplicaciones
ESG validó las pruebas en el nivel de las aplicaciones, tanto de escala como de calidad de servicio (QoS). El Banco de
pruebas utilizó PowerMax 8000 de un solo motor con dos directores FC-NVMe de 32 GB, caché espejeada sin procesar de
1 TB y capacidad de almacenamiento proporcionada por las unidades flash de 30 NAND y ocho unidades SCM con
tecnología de Intel Optane de dos puertos. Los hosts para estas pruebas fueron dos servidores Dell EMC PowerEdge R740
de 24 núcleos, cada uno con 256 GB de RAM, que ejecutan PowerPath 7.0
Las cargas de trabajo de Oracle se ejecutaron con la versión 2.4 de Silly Little Oracle Benchmark (SLOB) que se encuentra disponible públicamente. SLOB es un kit de herramientas de generación de cargas de trabajo de I/O de Oracle que se usa para medir la idoneidad de una plataforma de hardware para implementaciones de bases de datos de Oracle que requieren I/O de alto rendimiento. Las pruebas de SLOB se ejecutaron en SLES 15, y Oracle Database y Grid Infrastructure, versión 19c.
Las cargas de trabajo de SQL Server se ejecutaron con la versión 2.23 de HammerDB, una herramienta de análisis comparativos y pruebas de carga de la base de datos de código abierto estándar del sector. La carga de trabajo OLTP analizada con HammerDB emula la actividad de los usuarios en una empresa de corretaje en línea típica mientras se generan transacciones, se realizan consultas de cuentas y se ejecuta una investigación de mercado. Las pruebas de HammerDB se ejecutaron en RHEL 8.0 y SQL Server 2017.
Por qué es importante
Para mantener la competitividad, las organizaciones de TI empresariales de hoy en día deben brindar un rendimiento rápido para satisfacer las necesidades de las aplicaciones en tiempo real.
ESG validó que el PowerMax 8000 más reciente de un solo motor con un director FC-NVMe de 32 GB y SCM con unidades Intel Optane de dos puertos proporcionó un 500 % más operaciones IOPS de escritura, un 100 % más ancho de banda y una latencia un 26 % menor que el director de 16 GB y las unidades flash NAND. Estas funcionalidades permiten a las organizaciones realizar más tareas en el mismo espacio físico, lo que reduce el TCO con la administración consolidada y costos de licenciamiento basados en nodos más bajos para aplicaciones como Oracle.
Tabla 1. Detalles de la prueba de escala de PowerMax y métricas al nivel de las aplicaciones
Prueba Carga de trabajo IOPS Tiempo de respuesta de lectura de I/O (ms)
Tiempo de espera promedio de escritura paralela del archivo de registro (ms)
TPM
Servidor único Oracle 70 128 0,19 0,37 N/D
SQL Server 42 604 0,13 N/D 339 018
Servidores dobles
Oracle 141 176 0,14 0,38 N/D
SQL Server 73 485 0,23 N/D 602 343
Métricas adicionales al nivel de las aplicaciones
Para que estos resultados sean más aplicables en el mundo real, hemos revisado las métricas específicas de Oracle y SQL.
La métrica de escritura paralela del archivo de registro es una estadística de carga de trabajo automática (AWR) de Oracle
que cuantifica el tiempo de espera promedio para los procesos que esperan que los bloques se escriban en el registro de
reconstitución en línea. Los tiempos de espera de escritura paralela del archivo de registro significativos son un indicador
probable de un problema de I/O con el archivo de registro de Oracle. Como se muestra en la Tabla 1, los tiempos de
escritura de los archivos de registro de menos de la mitad de un milisegundo permanecieron esencialmente constantes,
cuando la cantidad de actividad de la base de datos se duplicó durante las pruebas (0,37 ms a 0,38 ms).
Esta métrica al nivel de la aplicación de Oracle, combinada con el alto nivel de IOPS y tiempos de respuesta de lectura y escritura bajos, es un indicador claro de que no hubo cuellos de botella de I/O perceptibles a medida que se duplicó la cantidad de tráfico de la base de datos.
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TPM es una medida de las transacciones de pedidos nuevos por minuto que se completaron durante la prueba de OLTP de
SQL Server. Las transacciones por minuto son un buen indicador de las funcionalidades de rendimiento de punto a punto
de una base de datos de SQL Server y su infraestructura de hardware subyacente. En este caso, la cantidad de
transacciones por minuto creció un 78 % cuando se duplicó la cantidad de tráfico de OLTP.
Esto se correlaciona con el aumento del 72 % de las operaciones IOPS y es un buen indicador de la escalabilidad predecible del PowerMax de un solo nodo que se evaluó.
Con los resultados de la prueba de rendimiento de un solo nodo como base para una proyección teórica de una plataforma
de PowerMax configurada de manera máxima, ESG está seguro de que el rendimiento de la versión PowerMaxOS del
tercer trimestre de 2019 puede admitir una carga de trabajo mixta que incluye las aplicaciones de Oracle críticas del
negocio y una infraestructura virtualizada de SQL Server que presta servicios a cientos de miles de clientes y recibe
millones de transacciones por minuto.
Pruebas de QoS de cargas de trabajo mixtas
Posteriormente, revisamos los resultados de las pruebas de QoS que demuestran el rendimiento de las aplicaciones
cuando las aplicaciones de acaparamiento, denominadas "vecinos ruidosos", compiten por los recursos. La prueba se
realizó en pasos:
Paso 1: La carga de trabajo de Oracle asignó un nivel de servicio Diamond para obtener el rendimiento de prioridad más alto.
Paso 2: Se agregó carga de trabajo de SQL Server sin el nivel de servicio asignado.
Paso 3: Se asignó una carga de trabajo de SQL Server a un nivel de servicio Silver de segundo nivel.
Paso 4: Se asignó una carga de trabajo de SQL Server a un nivel de servicio Bronze de tercer nivel.
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Las aplicaciones empresariales, como Oracle y SQL Server, impulsan a las empresas los días y exigen un alto rendimiento para las cargas de trabajo, como los análisis en tiempo real y las operaciones OLTP. Para recopilar los volúmenes de datos masivos necesarios y ofrecer acceso a los datos casi instantáneo para aplicaciones como el comercio en línea, la detección de fraudes, las interacciones con los clientes minoristas y otros supuestos similares, estas aplicaciones deben ser compatibles con una base de almacenamiento de clase empresarial. La consolidación a gran escala de cargas de trabajo mixtas puede aumentar la rentabilidad, siempre y cuando las cargas de trabajo críticas tengan garantías contar con el más alto rendimiento.
ESG validó la capacidad de la versión más reciente de PowerMax 8000 con SCM y NVMe de punto a punto, con tecnología de unidades Intel Optane de dos puertos de mantener una latencia extremadamente baja (menos de un cuarto de milisegundo) para cargas de trabajo mixtas de Oracle y SQL Server a medida que las IOPS aumentaron. Los archivos de registro de Oracle no indicaron cuellos de botella de I/O y las transacciones de SQL por minuto escalaron en línea con el aumento de las IOPS. Estos resultados y la escalabilidad comprobada en el campo de PowerMax a medida que se agregan motores confirman que PowerMax puede brindar servicio a cientos de miles de clientes y millones de transacciones por minuto.
También, se validó la capacidad de este arreglo para ofrecer un rendimiento prioritario basado en las asignaciones de nivel de servicio en entornos de cargas de trabajo mixtas. Las aplicaciones de menor prioridad se pueden ejecutar simultáneamente, pero una carga de trabajo de prioridad alta conservará su IOPS y tiempo de respuesta, independientemente de cualquier otra actividad. Esto permite la consolidación en un solo arreglo sin afectar el rendimiento de las aplicaciones.
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Enterprise Strategy Group es una empresa de análisis, investigación, validación y estrategia de TI que ofrece inteligencia del mercado e información útil a la comunidad mundial de TI.