Dans le datacenter, il y a une course sans fin entre les processeurs et le stockage. Au cours de la dernière décennie, les processeurs ont augmenté le nombre de cœurs qu'ils contiennent d'un ou deux à 8, 16, 32 ou même 64. Les technologies de stockage au cours de cette période ont considérablement réduit leur latence et augmenté le débit de données. Cependant, la réalité est que beaucoup trop de cycles CPU sont gaspillés à attendre des données résidant sur des périphériques PCIe ou sur un stockage réseau. Nous atteignons un point d'inflexion avec l'émergence d'un nouveau type de matériel de stockage : Storage Class Memory (SCM). Le SCM réside sur le canal mémoire, qui n'est pas gêné par les limitations de latence et de la bande passante des données du stockage périphérique. Le fait d'être sur le canal mémoire place le SCM beaucoup plus près du CPU, ce qui signifie qu'il a plus de "voies de nage" simultanées pour transférer les données vers les CPU modernes. Cela augmente considérablement la vitesse à laquelle les données sont accessibles par le processeur.
Comme SCM est beaucoup plus rapide que la solution de stockage de centre de données commune, il a la capacité de remodeler la façon dont nous utilisons le stockage. Bien que SCM ait le potentiel de placer le stockage en tête de la course technologique des centres de données, il ne réussira à le faire que si nous pouvons en tirer parti, ce qui est tout à fait possible avec la capacité conçue pour exploiter efficacement la puissance de SCM pour le stockage de données. Dans cet article, nous expliquerons ce qu'est le SCM et discuterons de ce qui le rend si transformateur : la promesse de cette technologie, notre processus de test et pourquoi nous pensons qu'il peut être transformateur dans le centre de données.
L'un des problèmes posés par de nombreuses nouvelles technologies matérielles est qu'elles peuvent nécessiter une réécriture ou une refonte de l'architecture des applications ou des services pour exploiter leurs capacités. Un exemple flagrant est celui de la nécessité d'écrire du code multithread pour tirer parti des processeurs multicœurs lors de leur apparition. La gestion de la mémoire basée sur les systèmes (SCM) se trouvait dans la même situation jusqu'à ce que la société Formulus Black conçoive une solution permettant aux applications existantes, non modifiées, d'exploiter la SCM pour améliorer leurs performances. Formulus Black a développé un logiciel de gestion de la mémoire qui présente un périphérique de stockage par blocs standard conforme à la norme POSIX, permettant ainsi aux applications d'utiliser la SCM sans aucune modification. Les premiers tests effectués par Formulus Black montrent que les applications utilisant un stockage basé sur la SCM affichent des gains de performance substantiels. Nous vérifierons et quantifierons ces gains dans les laboratoires de StorageReview.com.
Avant de creuser dans les détails de Formulus Black, offrons un bref rafraîchissement de SCM et de son arrière-plan. SCM est très différent de tout autre stockage de serveur que nous avons vu en ce que les processeurs y accèdent via le bus mémoire via des emplacements DIMM, plutôt que via un bus périphérique (comme c'est le cas avec NVMe et SSD/HDD) - et cette méthode de processeur l'accès se traduit par une diminution substantielle de la latence. Contrairement à la DRAM (qui n'est pas persistante), SCM conservera les informations après une coupure de courant ou après un redémarrage. Bien que SCM ait d'autres capacités par rapport aux technologies SSD/HDD, la vitesse à laquelle il est accessible et sa persistance sont de loin les plus importantes.
Le développement de la technologie SCM a été long et complexe. En effet, il est impossible d'insérer directement de la mémoire NAND (actuellement utilisée dans les SSD) dans des emplacements DIMM et d'espérer des performances optimales ; il a donc fallu concevoir une nouvelle génération de semi-conducteurs. Intel a été pionnier dans le domaine de la technologie SCM avec sa puce 3D XPoint, utilisée dans sa gamme de produits de mémoire persistante Optane DC.
Les premiers tests d'Intel montrent que 3D XPoint est 100 fois plus rapide que la NAND, mais seulement 10 fois plus lente que la DRAM. Bien qu'il soit beaucoup plus lent que la DRAM, 3D XPoint prend en charge les appareils avec une plus grande capacité, coûte moins cher et, comme indiqué, a une persistance des données, ce que la DRAM n'a pas. Bien qu'il existe différents produits SCM PMEM sur le marché, par souci de simplicité et comme Intel semble être le leader dans le domaine à l'heure actuelle, nous nous concentrerons sur son offre SCM dans cet article.
Une fois les produits SCM disponibles, les entreprises ont dû trouver la meilleure façon d'exploiter cette technologie ; c'est précisément ce que Formula Black a fait avec Forsa . Forsa est une pile logicielle permettant la création et la gestion d'un périphérique au niveau bloc appelé mémoire étendue logique (LEM), utilisant la SCM ou la DRAM comme support de mémoire physique. La LEM étant conforme à la norme POSIX, une application peut l'utiliser directement ; il est possible d'y monter un système de fichiers standard ou de l'utiliser dans une machine virtuelle (VM). À noter que Forsa peut également être utilisé avec de la DRAM, mais les tests que nous effectuerons dans notre laboratoire StorageReview.com porteront sur la mémoire persistante Optane DC (DCPMM).
Il existe d'autres pilotes de périphérique au niveau du bloc pour DCPMM, mais contrairement à d'autres périphériques au niveau du bloc, Formulus Black a doté le LEM de fonctionnalités de stockage d'entreprise telles que l'intégrité des données, la réduction des données en temps réel, les clones, les instantanés, la haute disponibilité, etc. Ces fonctionnalités peuvent être utilisé (peu importe si le LEM est utilisé par une VM) comme système de fichiers, ou directement par une application. De plus, FORSA traite les complexités propres à l'utilisation du canal mémoire, telles que le stock DCPMM n'a pas de prise en charge NUMA, tandis que les FORSA LEM sont conscients de NUMA en raison de leur architecture NURA. Par exemple, au lieu de devoir provisionner et gérer quatre régions de stockage SCM distinctes sur le serveur Lenovo SR950 dans notre laboratoire de test, Forsa mappe toutes les régions de mémoire SCM sur tous les nœuds NUMA sur un serveur multi-socket et vous permet de provisionner et de gérer SCM- LEM basés en utilisant la capacité totale de SCM de tous.
La création et l'activation de LEM avec les fonctionnalités d'entreprise mentionnées ci-dessus sont très simples, car Forsa dispose d'une interface utilisateur Web élégante. Cependant, comme Formulus Black a un état d'esprit axé sur l'API, toutes les fonctionnalités de gestion LEM sont accessibles via leur API RESTful.
Pour garantir l'intégrité des données, Forsa dispose d'un gestionnaire central de tolérance aux pannes (CFTM) qui effectue la vérification des erreurs de mémoire et le remplacement des blocs défectueux (BBR).
Améliorant l'efficacité des données, Formulus Black offre également une fonction de réduction des données, un algorithme en ligne en temps réel qui utilise sa technologie propriétaire Formulus Bit Marker (FbM) pour réduire les données en double. Les premiers tests effectués par Formulus Black indiquent que FbM peut augmenter la quantité de données brutes pouvant être stockées sur le même support de mémoire physique et réduire le coût effectif par Go de l'utilisation de la mémoire comme niveau de stockage rapide. Dans un cas test de niche dans lequel ils ont déployé de nombreuses instances de machines virtuelles RHEL, cependant, ils affirment que FbM a augmenté la capacité de stockage effective de la mémoire de plus de 20 fois. Cela est dû à la capacité de FbM à détecter des modèles de données tels que des instances d'image parfaite de RHEL et d'autres données d'application s'exécutant sur plusieurs instances de machines virtuelles.
Pour la protection des données, Forsa peut être utilisé en mode haute disponibilité (HA) dans lequel il crée une image miroir du LEM que vous souhaitez protéger sur un deuxième nœud. Nous pensons que le mode HA est extrêmement utile avec les LEM de grande valeur, ou lors de l'utilisation de la DRAM comme support de stockage, car il n'est pas persistant.
Vous pouvez également protéger les LEM en les sauvegardant sur un périphérique de stockage SSD. La fonction de sauvegarde de Forsa, BLINK, est une fonction que vous pouvez utiliser sur tous ou seulement certains des LEM d'un système. Comme le mode HA, nous pensons que BLINK est extrêmement utile avec des LEM de grande valeur ou lors de l'utilisation de DRAM comme support de stockage car il n'est pas persistant.
Il peut arriver que le LEM que vous souhaitez créer dépasse la capacité de la DRAM ou du SCM sur un seul serveur. Pour faire face à ces situations, vous pouvez utiliser Forsa pour créer un LEM qui s'étend sur deux serveurs qui exécutent Forsa.
La configuration requise pour exécuter Forsa est assez souple et vous pouvez la consulter sur le site web de Formula Black. En revanche, celle de la mémoire persistante Intel Optane DC est plus restrictive, car elle n'est prise en charge que par certaines cartes mères et certains modèles de processeurs Intel de dernière génération. Pour nos tests, nous utiliserons un serveur Lenovo SR950 performant. Ce serveur dispose de 768 Go de RAM, de quatre processeurs Intel 8280M, d'un SSD SATA m.2 intégré pour le démarrage et de douze SSD NVMe Intel P4610 de 1.6 To. Lors de nos tests précédents, nous avons constaté des performances impressionnantes. Sous VDBench, il a atteint plus de 5 millions d'IOPS en lecture 4K et 3.2 millions d'IOPS en écriture 4K. Ce système est idéal pour tester Forsa, car il ne sera pas limité par les performances du processeur. Vous trouverez un test complet du SR950 ici.
Quelques applications, telles que SAP HANA, ont été réécrites ou modifiées pour tirer parti de la technologie DCPMM, mais la grande majorité ne l'a pas été. En plus d'avoir le potentiel d'utiliser ce stockage extrêmement rapide, Forsa étend les capacités de DCPMM car il prend en charge les fonctionnalités demandées par les entreprises clientes, telles que la haute disponibilité, la sauvegarde et la réduction des données via FbM. Formulus Black Forsa est très prometteur et nous sommes impatients de travailler avec lui dans notre laboratoire. La possibilité de tirer parti de la technologie SCM sans réécrire ou ré-architecturer les applications pourrait faire de Forsa l'application qui tue pour DCPMM.
Formulus Black a fait des déclarations audacieuses selon lesquelles Forsa est l'interface de stockage de blocs la plus rapide pour la mémoire persistante sur le marché et affirme que les LEM Forsa ont même surpassé les systèmes de fichiers natifs de mémoire persistante. Chez StorageReview, nous sommes impatients de travailler avec lui dans notre laboratoire et de tester ces affirmations.
Fiche produit Formula Black (PDF)
Ce rapport est sponsorisé par Formulalus Black. Tous les points de vue et opinions exprimés dans ce rapport sont basés sur notre vision impartiale du ou des produits à l'étude.
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