En el centro de datos, hay una carrera sin fin entre los procesadores y el almacenamiento. Durante la última década, los procesadores han aumentado la cantidad de núcleos que contienen de uno o dos a 8, 16, 32 o incluso 64. Durante este tiempo, las tecnologías de almacenamiento han reducido drásticamente su latencia y han aumentado el rendimiento de datos. Sin embargo, la realidad es que se desperdician demasiados ciclos de CPU esperando datos que residen en dispositivos PCIe o en almacenamiento de red. Estamos llegando a un punto de inflexión con la aparición de un nuevo tipo de hardware de almacenamiento: Storage Class Memory (SCM). SCM reside en el canal de memoria, que no se ve obstaculizado por las limitaciones de latencia y ancho de banda de datos del almacenamiento periférico. Estar en el canal de memoria coloca a SCM mucho más cerca de la CPU, lo que significa que tiene más "carriles de natación" concurrentes para transferir datos a las CPU modernas. Esto aumenta significativamente la velocidad a la que el procesador puede acceder a los datos.
En el centro de datos, hay una carrera sin fin entre los procesadores y el almacenamiento. Durante la última década, los procesadores han aumentado la cantidad de núcleos que contienen de uno o dos a 8, 16, 32 o incluso 64. Durante este tiempo, las tecnologías de almacenamiento han reducido drásticamente su latencia y han aumentado el rendimiento de datos. Sin embargo, la realidad es que se desperdician demasiados ciclos de CPU esperando datos que residen en dispositivos PCIe o en almacenamiento de red. Estamos llegando a un punto de inflexión con la aparición de un nuevo tipo de hardware de almacenamiento: Storage Class Memory (SCM). SCM reside en el canal de memoria, que no se ve obstaculizado por las limitaciones de latencia y ancho de banda de datos del almacenamiento periférico. Estar en el canal de memoria coloca a SCM mucho más cerca de la CPU, lo que significa que tiene más "carriles de natación" concurrentes para transferir datos a las CPU modernas. Esto aumenta significativamente la velocidad a la que el procesador puede acceder a los datos.
Dado que SCM es mucho más rápido que la solución común de almacenamiento del centro de datos, tiene la capacidad de remodelar la forma en que usamos el almacenamiento. Si bien SCM tiene el potencial de poner el almacenamiento a la cabeza de la carrera tecnológica del centro de datos, solo tendrá éxito si podemos aprovecharlo, lo cual es completamente posible con la capacidad diseñada para aprovechar de manera efectiva el poder de SCM para el almacenamiento de datos. En este artículo, explicaremos qué es SCM y analizaremos qué la hace tan transformadora: la promesa de esta tecnología, nuestro proceso de prueba y por qué creemos que puede ser transformadora en el centro de datos.
Uno de los problemas con muchas tecnologías de hardware nuevas es que pueden requerir una reescritura o una nueva arquitectura de aplicaciones o servicios para aprovechar sus capacidades. Un excelente ejemplo de esto es cuando fue necesario escribir código multiproceso para aprovechar los procesadores multinúcleo cuando aparecieron por primera vez. SCM estaba en la misma situación hasta que una empresa, Fórmula negra, ideó una forma de permitir que las aplicaciones existentes sin modificar aprovecharan SCM para acelerar el rendimiento de las aplicaciones. Fórmula negra desarrolló un software de administración de memoria que presenta un dispositivo de bloque compatible con POSIX estándar para que las aplicaciones aprovechen SCM sin ninguna modificación. Las primeras pruebas realizadas por Formulus Black muestran que las aplicaciones que hacen uso del almacenamiento respaldado por SCM muestran mejoras sustanciales en el rendimiento. Verificaremos y cuantificaremos estas ganancias en los laboratorios de StorageReview.com.
Antes de profundizar en los detalles de Formulus Black, ofrezcamos una breve actualización de SCM y sus antecedentes. SCM es muy diferente a cualquier otro almacenamiento de servidor que hayamos visto en que los procesadores acceden a él a través del bus de memoria a través de ranuras DIMM, en lugar de a través de un bus periférico (como es el caso de NVMe y SSD/HDD), y este método de procesador el acceso se traduce en una disminución sustancial de la latencia. A diferencia de DRAM (que no es persistente), SCM retendrá la información después de una pérdida de energía o después de un reinicio. Aunque SCM tiene otras capacidades sobre las tecnologías SSD/HDD, la velocidad a la que se puede acceder y su persistencia son, con diferencia, las más importantes.
La tecnología para hacer realidad SCM tomó mucho tiempo para desarrollarse. Debido a que no puede simplemente conectar NAND (que actualmente se usa en dispositivos SSD) en las ranuras DIMM y esperar que funcione bien, se necesitaba desarrollar una nueva forma de semiconductores. Intel estuvo a la vanguardia de la tecnología SCM con su chip 3D XPoint que utiliza en su Memoria persistente Optane DC línea de producto.
Las primeras pruebas realizadas por Intel muestran que 3D XPoint es 100 veces más rápido que NAND, pero solo 10 veces más lento que DRAM. A pesar de ser una magnitud más lenta que DRAM, 3D XPoint admite dispositivos con mayor capacidad, cuesta menos y, como se señaló, tiene persistencia de datos, lo que DRAM no tiene. Si bien existen diferentes productos SCM PMEM en el mercado, en aras de la simplicidad y dado que Intel parece ser el líder en el campo en este momento, nos centraremos en su oferta SCM en este artículo.
Una vez que los productos SCM estuvieron disponibles, las empresas necesitaban encontrar la mejor manera de explotar esta tecnología, y Formulus Black hizo exactamente eso con Forsa. Forsa es una pila de software que permite la creación y administración de un dispositivo a nivel de bloque llamado memoria lógica extendida (LEM), utilizando SCM o DRAM como medios de memoria física. Dado que un LEM es compatible con POSIX, una aplicación puede usarlo directamente; puede montar un sistema de archivos estándar en él o puede ser utilizado por una máquina virtual (VM). Para aclarar, Forsa también se puede usar con DRAM, pero las pruebas que realizaremos en nuestro laboratorio de StorageReview.com serán con Optane DC Persistent Memory (DCPMM).
Existen otros controladores de dispositivos a nivel de bloque para DCPMM pero, a diferencia de otros dispositivos a nivel de bloque, Formulus Black dotó al LEM con funciones de almacenamiento empresarial como integridad de datos, reducción de datos en tiempo real, clones, instantáneas, alta disponibilidad, etc. Estas funciones pueden ser utilizado (independientemente de si el LEM está siendo utilizado por una VM) como un sistema de archivos, o directamente por una aplicación. Además, FORSA se ocupa de las complejidades que son exclusivas del uso del canal de memoria, como que los DCPMM estándar no tienen reconocimiento de NUMA, mientras que los LEM de FORSA tienen reconocimiento de NUMA debido a su arquitectura NURA. Por ejemplo, en lugar de tener que aprovisionar y administrar cuatro regiones de almacenamiento SCM separadas en el servidor Lenovo SR950 en nuestro laboratorio de pruebas, Forsa mapea todas las regiones de memoria SCM en todos los nodos NUMA en un servidor de múltiples sockets y le permite aprovisionar y administrar SCM- LEM basados en el uso de la capacidad total de SCM de todos.
Crear y habilitar LEM con las funciones empresariales mencionadas anteriormente es muy sencillo, ya que Forsa tiene una interfaz de usuario elegante basada en la web. Sin embargo, como Formulus Black tiene una mentalidad de API primero, se puede acceder a todas las funciones de administración de LEM a través de su API RESTful.
Para garantizar la integridad de los datos, Forsa tiene un administrador central de tolerancia a fallas (CFTM) que realiza la verificación de errores de memoria y el reemplazo de bloques defectuosos (BBR).
Para mejorar la eficiencia de los datos, Formulus Black también ofrece una función de reducción de datos, un algoritmo en línea en tiempo real que utiliza su tecnología patentada Formulus Bit Marker (FbM) para reducir los datos duplicados. Las primeras pruebas realizadas por Formulus Black indican que FbM puede aumentar la cantidad de datos sin procesar que se pueden almacenar en el mismo medio de memoria física y disminuir el costo efectivo por GB del uso de la memoria como un nivel rápido de almacenamiento. Sin embargo, en una prueba de caso de nicho en la que implementaron muchas instancias de máquinas virtuales RHEL, afirman que FbM aumentó la capacidad de almacenamiento efectiva de la memoria en más de 20 veces. Esto se debe a la capacidad de FbM para detectar patrones de datos, como instancias de imagen dorada de RHEL y otros datos de aplicaciones que se ejecutan en varias instancias de máquinas virtuales.
Para la protección de datos, Forsa se puede utilizar en modo de alta disponibilidad (HA), en el que crea una imagen espejo del LEM que desea proteger en un segundo nodo. Vemos que el modo HA es extremadamente útil con LEM de alto valor o cuando se usa DRAM como respaldo de almacenamiento, ya que no es persistente.
También puede proteger los LEM haciendo una copia de seguridad de ellos en un dispositivo de almacenamiento SSD. La función de respaldo de Forsa, BLINK, es una que puede usar en todos, o solo en algunos, los LEM en un sistema. Al igual que el modo HA, vemos que BLINK es extremadamente útil con LEM de alto valor o cuando se usa DRAM como respaldo de almacenamiento, ya que no es persistente.
Puede haber casos en los que el LEM que desee crear exceda la capacidad de la DRAM o SCM en un solo servidor. Para adaptarse a estas situaciones, puede usar Forsa para crear un LEM que abarque dos servidores que ejecutan Forsa.
Los requisitos para ejecutar Forsa son bastante flexibles y puede encontrarlos en el sitio web de Formulus Black. Los requisitos para la memoria persistente Intel Optane DC son más restrictivos, ya que solo es compatible con ciertas placas base y ciertos modelos de sus últimos procesadores. Para nuestras pruebas, utilizaremos un servidor Lenovo SR950 bien equipado. El SR950 que usaremos tiene 768 GB de RAM, 4 CPU 8280M, un SSD SATA m.2 integrado que se usará para el arranque y 12 SSD Intel P1.6 NVMe de 4610 TB. En nuestras pruebas anteriores, vimos resultados de rendimiento impresionantes. En las cargas de trabajo de VDBench, pudo entregar más de 5 millones de IOPS en lectura 4K y 3.2 millones de IOPS en escritura 4K. Este es el sistema perfecto para probar Forsa, ya que no se verá obstaculizado por ningún problema de rendimiento de la CPU. A La revisión completa del SR950 se puede encontrar aquí..
Algunas aplicaciones, como SAP HANA, se han reescrito o modificado para aprovechar la tecnología DCPMM, pero la gran mayoría no. Además de tener el potencial de utilizar este almacenamiento extremadamente rápido, Forsa amplía las capacidades de DCPMM, ya que admite las características que exigen los clientes empresariales, como HA, copia de seguridad y reducción de datos a través de FbM. Formulus Black Forsa es muy prometedor y estamos deseando trabajar con él en nuestro laboratorio. La capacidad de aprovechar la tecnología SCM sin reescribir o rediseñar las aplicaciones podría convertir a Forsa en la aplicación definitiva para DCPMM.
Formulus Black ha hecho algunas afirmaciones audaces acerca de que Forsa es la interfaz de almacenamiento de bloques más rápida para memoria persistente en el mercado y afirma que los LEM de Forsa incluso han superado a los sistemas de archivos nativos de memoria persistente. En StorageReview, esperamos trabajar con él en nuestro laboratorio y probar estas afirmaciones.
Prueba gratuita de Formula Black
Resumen del producto Formula Black (PDF) (documento en inglés)
Este informe está patrocinado por Formulus Black. Todos los puntos de vista y opiniones expresados en este informe se basan en nuestra visión imparcial de los productos bajo consideración.
