Im Rechenzentrum gibt es einen nie endenden Wettlauf zwischen Prozessoren und Speicher. Im Laufe des letzten Jahrzehnts haben Prozessoren die Anzahl der Kerne, die sie enthalten, von einem oder zwei auf 8, 16, 32 oder sogar 64 erhöht. Speichertechnologien haben in dieser Zeit ihre Latenzzeiten drastisch verringert und den Datendurchsatz erhöht. Die Realität ist jedoch, dass viel zu viele CPU-Zyklen mit dem Warten auf Daten verschwendet werden, die sich auf PCIe-Geräten oder im Netzwerkspeicher befinden. Mit dem Aufkommen einer neuen Art von Speicherhardware erreichen wir einen Wendepunkt: Storage Class Memory (SCM). SCM befindet sich im Speicherkanal, der nicht durch Latenz- und Datenbandbreitenbeschränkungen des Peripheriespeichers beeinträchtigt wird. Durch die Anbindung an den Speicherkanal ist SCM viel näher an der CPU, was bedeutet, dass es über mehr gleichzeitige „Swim Lanes“ für den Datentransport zu modernen CPUs verfügt. Dadurch wird die Geschwindigkeit, mit der der Prozessor auf Daten zugreifen kann, deutlich erhöht.
Da SCM weitaus schneller ist als die herkömmliche Speicherlösung für Rechenzentren, hat es die Möglichkeit, die Art und Weise, wie wir Speicher nutzen, neu zu gestalten. Obwohl SCM das Potenzial hat, Speicher an die Spitze des Technologiewettlaufs im Rechenzentrum zu bringen, wird dies nur gelingen, wenn wir es nutzen können – was mit der entwickelten Fähigkeit, die Leistungsfähigkeit von SCM für die Datenspeicherung effektiv zu nutzen, durchaus möglich ist. In diesem Artikel werden wir darlegen, was SCM ist, und diskutieren, was es so transformativ macht: das Versprechen dieser Technologie, unser Testverfahren und warum wir glauben, dass es im Rechenzentrum transformativ sein könnte.
Eines der Probleme vieler neuer Hardwaretechnologien besteht darin, dass Anwendungen oder Dienste oft neu geschrieben oder umstrukturiert werden müssen, um ihre Möglichkeiten voll auszuschöpfen. Ein Paradebeispiel hierfür ist die Einführung von Mehrkernprozessoren, für die Multithreading erforderlich war. Ähnlich verhielt es sich mit SCM, bis die Firma Formulus Black eine Methode entwickelte, mit der bestehende, unveränderte Anwendungen SCM nutzen und so ihre Leistung steigern konnten. Formulus Black entwickelte eine Speichermanagement-Software, die ein standardkonformes POSIX-Blockgerät bereitstellt, sodass Anwendungen SCM ohne jegliche Modifikation nutzen können. Erste Tests von Formulus Black zeigen, dass Anwendungen mit SCM-basiertem Speicher deutliche Leistungssteigerungen erzielen. Wir werden diese Steigerungen in den Laboren von StorageReview.com überprüfen und quantifizieren.
Bevor wir uns mit den Einzelheiten von Formulus Black befassen, möchten wir einen kurzen Überblick über SCM und seinen Hintergrund geben. SCM unterscheidet sich stark von allen anderen Serverspeichern, die wir gesehen haben, da Prozessoren über den Speicherbus über DIMM-Steckplätze darauf zugreifen und nicht über einen Peripheriebus (wie es bei NVMe und SSD/HDD der Fall ist) – und diese Prozessormethode Der Zugriff führt zu einer erheblichen Verringerung der Latenz. Im Gegensatz zu DRAM (das nicht dauerhaft ist) behält SCM die Informationen nach einem Stromausfall oder einem Neustart bei. Obwohl SCM über andere Fähigkeiten als SSD/HDD-Technologien verfügt, sind die Geschwindigkeit, mit der darauf zugegriffen werden kann, und seine Beständigkeit bei weitem die wichtigsten.
Die Entwicklung der Technologie zur Realisierung von SCM war ein langwieriger Prozess. Da man NAND-Flashspeicher (der aktuell in SSDs verwendet wird) nicht einfach in DIMM-Steckplätze einsetzen und eine gute Leistung erwarten kann, musste eine neue Art von Halbleitern entwickelt werden. Intel war mit seinem 3D-XPoint-Chip, der in der Optane DC Persistent Memory- Produktlinie zum Einsatz kommt, führend in der SCM-Technologie.
Erste Tests von Intel zeigen, dass 3D XPoint 100-mal schneller als NAND, aber nur 10-mal langsamer als DRAM ist. Obwohl 3D Obwohl es verschiedene SCM-PMEM-Produkte auf dem Markt gibt, konzentrieren wir uns der Einfachheit halber und da Intel derzeit auf diesem Gebiet führend zu sein scheint, in diesem Artikel auf das SCM-Angebot.
Nachdem SCM-Produkte verfügbar wurden, mussten Unternehmen den optimalen Weg finden, diese Technologie zu nutzen – und genau das hat Formulus Black mit Forsa geschafft . Forsa ist ein Software-Stack, der die Erstellung und Verwaltung eines Block-Level-Geräts, eines sogenannten logischen erweiterten Speichers (LEM), ermöglicht und dabei SCM oder DRAM als physische Speichermedien verwendet. Da ein LEM POSIX-konform ist, kann es direkt von einer Anwendung genutzt werden; es lässt sich ein Standard-Dateisystem darauf einbinden oder es kann von einer virtuellen Maschine (VM) verwendet werden. Zur Verdeutlichung: Forsa kann auch mit DRAM verwendet werden, die Tests in unserem StorageReview.com-Labor werden jedoch mit Optane DC Persistent Memory (DCPMM) durchgeführt.
Es gibt andere Gerätetreiber auf Blockebene für DCPMM, aber im Gegensatz zu anderen Geräten auf Blockebene hat Formulus Black den LEM mit Speicherfunktionen für Unternehmen wie Datenintegrität, Echtzeit-Datenreduzierung, Klone, Snapshots, Hochverfügbarkeit usw. ausgestattet. Diese Funktionen können kann (unabhängig davon, ob das LEM von einer VM verwendet wird) als Dateisystem oder direkt von einer Anwendung verwendet werden. Darüber hinaus befasst sich FORSA mit den Komplexitäten, die nur bei der Verwendung des Speicherkanals auftreten, z. B. verfügt Standard-DCPMM nicht über NUMA-Kenntnisse, während FORSA-LEMs aufgrund ihrer NURA-Architektur NUMA-Kenntnisse besitzen. Anstatt beispielsweise vier separate SCM-Speicherregionen auf dem Lenovo SR950-Server in unserem Testlabor bereitstellen und verwalten zu müssen, ordnet Forsa alle SCM-Speicherregionen allen NUMA-Knoten auf einem Multi-Socket-Server zu und ermöglicht Ihnen die Bereitstellung und Verwaltung von SCM-Speicherregionen. basierende LEMs unter Nutzung der gesamten SCM-Kapazität aller.
Das Erstellen und Aktivieren von LEMs mit den oben genannten Unternehmensfunktionen ist sehr einfach, da Forsa über eine elegante webbasierte Benutzeroberfläche verfügt. Da Formulus Black jedoch eine API-First-Denkweise verfolgt, kann auf alle LEM-Verwaltungsfunktionen über die RESTful-API zugegriffen werden.
Um die Datenintegrität sicherzustellen, verfügt Forsa über einen Central Fault Tolerance Manager (CFTM), der Speicherfehlerprüfungen und Bad Block Replacement (BBR) durchführt.
Um die Dateneffizienz zu steigern, bietet Formulus Black auch eine Datenreduzierungsfunktion, einen Echtzeit-Inline-Algorithmus, der die proprietäre Formulus Bit Marker (FbM)-Technologie nutzt, um doppelte Daten zu reduzieren. Erste Tests von Formulus Black deuten darauf hin, dass FbM die Menge an Rohdaten erhöhen kann, die auf demselben physischen Speichermedium gespeichert werden kann, und die effektiven Kosten pro GB für die Verwendung von Speicher als schnelle Speicherebene senken kann. In einem Nischentest, in dem sie viele RHEL-VM-Instanzen bereitgestellt haben, behaupten sie jedoch, dass FbM die effektive Speicherkapazität des Arbeitsspeichers um mehr als das Zwanzigfache erhöht habe. Dies liegt an der Fähigkeit von FbM, Datenmuster wie Golden Image-Instanzen von RHEL und andere Anwendungsdaten zu erkennen, die über mehrere Instanzen virtueller Maschinen laufen.
Für den Datenschutz kann Forsa im Hochverfügbarkeitsmodus (HA) verwendet werden, in dem es ein Spiegelbild des LEM erstellt, das Sie auf einem zweiten Knoten schützen möchten. Wir halten den HA-Modus für äußerst nützlich bei hochwertigen LEMs oder bei der Verwendung von DRAM als Speicherunterstützung, da er nicht persistent ist.
Sie können LEMs auch schützen, indem Sie sie auf einem SSD-Speichergerät sichern. Die Backup-Funktion von Forsa, BLINK, ist eine Funktion, die Sie für alle oder nur einige der LEMs eines Systems verwenden können. Wie der HA-Modus halten wir BLINK für äußerst nützlich bei hochwertigen LEMs oder bei der Verwendung von DRAM als Speicherunterstützung, da es nicht persistent ist.
Es kann vorkommen, dass der LEM, den Sie erstellen möchten, die Kapazität des DRAM oder SCM auf einem einzelnen Server übersteigt. Um diesen Situationen gerecht zu werden, können Sie mit Forsa ein LEM erstellen, das sich über zwei Server erstreckt, auf denen Forsa ausgeführt wird.
Die Systemanforderungen für Forsa sind recht niedrig und können auf der Formel Black-Website eingesehen werden. Die Anforderungen für Intel Optane DC Persistent Memory sind hingegen strenger, da es nur von bestimmten Mainboards und Modellen der neuesten Intel-Prozessoren unterstützt wird. Für unsere Tests verwenden wir einen leistungsstarken Lenovo SR950-Server. Dieser verfügt über 768 GB RAM, vier 8280M-Prozessoren, eine integrierte SATA-M.2-SSD für das Systemstartsystem und zwölf 1.6 TB Intel P4610 NVMe-SSDs. In unseren vorherigen Tests erzielten wir beeindruckende Leistungswerte. Bei VDBench-Workloads erreichte er über 5 Millionen IOPS beim 4K-Lesen und 3.2 Millionen IOPS beim 4K-Schreiben. Dieses System eignet sich ideal für Forsa-Tests, da es nicht durch CPU-Leistungsprobleme eingeschränkt wird. Einen ausführlichen Testbericht des SR950 finden Sie hier.
Einige Anwendungen, wie beispielsweise SAP HANA, wurden neu geschrieben oder modifiziert, um die Vorteile der DCPMM-Technologie zu nutzen, die überwiegende Mehrheit jedoch nicht. Forsa verfügt nicht nur über das Potenzial, diesen extrem schnellen Speicher zu nutzen, sondern erweitert auch die Fähigkeiten von DCPMM, da es Funktionen unterstützt, die Unternehmenskunden fordern, wie z. B. HA, Backup und Datenreduzierung über FbM. Formula Black Forsa ist vielversprechend und wir freuen uns darauf, in unserem Labor damit zu arbeiten. Die Möglichkeit, die Vorteile der SCM-Technologie zu nutzen, ohne Anwendungen neu zu schreiben oder zu strukturieren, könnte Forsa zur Killeranwendung für DCPMM machen.
Formulus Black hat einige kühne Behauptungen aufgestellt, dass Forsa die schnellste Blockspeicherschnittstelle für persistenten Speicher auf dem Markt sei, und behauptet, dass Forsa-LEMs sogar native Dateisysteme mit persistentem Speicher übertroffen haben. Wir bei StorageReview freuen uns darauf, in unserem Labor damit zu arbeiten und diese Behauptungen zu testen.
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Dieser Bericht wird von Formula Black gesponsert. Alle in diesem Bericht geäußerten Ansichten und Meinungen basieren auf unserer unvoreingenommenen Sicht auf das/die betrachtete(n) Produkt(e).
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