W centrach danych trwa niekończący się wyścig między procesorami a pamięcią masową. W ciągu ostatniej dekady liczba rdzeni procesorów wzrosła z jednego lub dwóch do 8, 16, 32, a nawet 64. Technologie pamięci masowej w tym czasie drastycznie zmniejszyły opóźnienia i zwiększyły przepustowość danych. Jednak rzeczywistość jest taka, że zdecydowanie zbyt wiele cykli procesora jest marnowanych w oczekiwaniu na dane przechowywane na urządzeniach PCIe lub w sieciowej pamięci masowej. Docieramy do punktu zwrotnego wraz z pojawieniem się nowego typu sprzętu pamięci masowej: pamięci klasy pamięci masowej (SCM). SCM znajduje się w kanale pamięci, na który nie wpływają opóźnienia ani ograniczenia przepustowości danych pamięci peryferyjnej. Obecność w kanale pamięci umieszcza SCM znacznie bliżej procesora, co oznacza, że ma on więcej jednoczesnych „ścieżek” do przesyłania danych do nowoczesnych procesorów. To znacznie zwiększa prędkość, z jaką procesor może uzyskać dostęp do danych.
Ponieważ SCM jest znacznie szybszy niż typowe rozwiązanie pamięci masowej w centrach danych, ma potencjał, aby zmienić sposób, w jaki korzystamy z pamięci masowej. Chociaż SCM ma potencjał, aby zapewnić pamięci masowej pozycję lidera w wyścigu technologicznym centrów danych, uda mu się to tylko wtedy, gdy będziemy w stanie to wykorzystać – co jest całkowicie możliwe dzięki opracowanej możliwości efektywnego wykorzystania potencjału SCM w zakresie pamięci masowej. W tym artykule wyjaśnimy, czym jest SCM i omówimy, co czyni go tak przełomowym: obietnicę tej technologii, nasz proces jej testowania oraz powody, dla których uważamy, że może ona mieć przełomowy wpływ na centra danych.
Jednym z problemów wielu nowych technologii sprzętowych jest to, że mogą one wymagać przepisania lub przeprojektowania aplikacji lub usług, aby wykorzystać ich możliwości. Doskonałym przykładem jest konieczność napisania wielowątkowego kodu, aby wykorzystać zalety procesorów wielordzeniowych, gdy po raz pierwszy się pojawiły. SCM znajdował się w tej samej sytuacji, dopóki firma Formulus Black nie opracowała sposobu, aby umożliwić istniejącym, niezmodyfikowanym aplikacjom wykorzystanie SCM w celu przyspieszenia wydajności aplikacji. Formulus Black opracował oprogramowanie do zarządzania pamięcią, które prezentuje standardowe urządzenie blokowe zgodne z POSIX, aby aplikacje mogły wykorzystać SCM bez żadnych modyfikacji. Wczesne testy przeprowadzone przez Formulus Black pokazują, że aplikacje wykorzystujące pamięć masową wspieraną przez SCM wykazują znaczny wzrost wydajności. Zweryfikujemy i określimy ilościowo te zyski w laboratoriach StorageReview.com.
Zanim zagłębimy się w szczegóły technologii Formula Black, przyjrzyjmy się pokrótce technologii SCM i jej historii. SCM znacznie różni się od innych znanych nam pamięci serwerowych tym, że procesory uzyskują do niej dostęp za pośrednictwem magistrali pamięci w gniazdach DIMM, a nie magistrali peryferyjnej (jak w przypadku pamięci NVMe i dysków SSD/HDD) – a ta metoda dostępu procesora przekłada się na znaczne zmniejszenie opóźnień. W przeciwieństwie do pamięci DRAM (która nie jest trwała), SCM zachowuje informacje po zaniku zasilania lub ponownym uruchomieniu. Chociaż SCM oferuje inne możliwości niż technologie SSD/HDD, to szybkość dostępu i trwałość są zdecydowanie najważniejsze.
Rozwój technologii SCM zajął dużo czasu. Ponieważ nie można po prostu włożyć pamięci NAND (która jest obecnie wykorzystywana w urządzeniach SSD) do gniazd DIMM i oczekiwać, że będzie działać sprawnie, konieczne było opracowanie nowej formy półprzewodników. Firma Intel była liderem w technologii SCM dzięki układowi 3D XPoint, który wykorzystuje w swojej linii produktów Optane DC Persistent Memory .
Wstępne testy przeprowadzone przez firmę Intel pokazują, że 3D XPoint jest 100 razy szybszy niż NAND, ale tylko 10 razy wolniejszy niż DRAM. Pomimo tego, że jest o rząd wielkości wolniejszy niż DRAM, 3D XPoint obsługuje urządzenia o większej pojemności, jest tańszy i, jak wspomniano, zapewnia trwałość danych – czego nie oferuje DRAM. Chociaż na rynku dostępne są różne produkty SCM PMEM, dla uproszczenia, a Intel wydaje się być obecnie liderem w tej dziedzinie, w tym artykule skupimy się na jego ofercie SCM.
Gdy produkty SCM stały się dostępne, firmy musiały znaleźć najlepszy sposób na wykorzystanie tej technologii – i właśnie to udało się firmie Formulus Black dzięki rozwiązaniu Forsa . Forsa to stos oprogramowania, który umożliwia tworzenie i zarządzanie urządzeniem blokowym zwanym logiczną pamięcią rozszerzoną (LEM), wykorzystując SCM lub DRAM jako fizyczne nośniki pamięci. Ponieważ LEM jest zgodny ze standardem POSIX, aplikacja może go używać bezpośrednio; można na nim zamontować standardowy system plików lub może być używany przez maszynę wirtualną (VM). Dla wyjaśnienia, Forsa może być również używana z pamięcią DRAM, ale testy, które przeprowadzimy w naszym laboratorium StorageReview.com, będą przeprowadzone z użyciem pamięci trwałej Optane DC (DCPMM).
Istnieją inne sterowniki urządzeń na poziomie bloków dla DCPMM, ale w przeciwieństwie do innych urządzeń na poziomie bloków, Formulaus Black wyposażył LEM w funkcje pamięci masowej klasy korporacyjnej, takie jak integralność danych, redukcja danych w czasie rzeczywistym, klony, migawki, wysoka dostępność itp. Funkcje te mogą być wykorzystywane (niezależnie od tego, czy LEM jest używany przez maszynę wirtualną) jako system plików lub bezpośrednio przez aplikację. Ponadto FORSA radzi sobie ze złożonością, która jest unikalna dla korzystania z kanału pamięci, taką jak to, że standardowy DCPMM nie ma świadomości NUMA, podczas gdy LEM FORSA są świadome NUMA ze względu na swoją architekturę NURA. Na przykład, zamiast musieć dostarczać i zarządzać czterema oddzielnymi regionami pamięci masowej SCM na serwerze Lenovo SR950 w naszym laboratorium testowym, Forsa mapuje wszystkie regiony pamięci SCM na wszystkich węzłach NUMA na serwerze wielogniazdowym i umożliwia dostarczanie i zarządzanie LEM opartymi na SCM, wykorzystując całkowitą pojemność SCM wszystkich.
Tworzenie i uruchamianie systemów LEM z wykorzystaniem wyżej wymienionych funkcji korporacyjnych jest bardzo proste, ponieważ Forsa oferuje przejrzysty interfejs użytkownika oparty na przeglądarce internetowej. Jednak, ponieważ Formulus Black stawia API na pierwszym miejscu, dostęp do wszystkich funkcji zarządzania systemami LEM jest możliwy za pośrednictwem interfejsu API RESTful.
Aby zagwarantować integralność danych, Forsa korzysta z rozwiązania Central Fault Tolerance Manager (CFTM), które sprawdza błędy pamięci i wykonuje operacje wymiany uszkodzonych bloków (BBR).
Zwiększając efektywność przetwarzania danych, Formulus Black oferuje również funkcję redukcji danych – algorytm inline w czasie rzeczywistym, który wykorzystuje opatentowaną technologię Formulus Bit Marker (FbM) do redukcji duplikatów danych. Wstępne testy przeprowadzone przez Formulus Black wskazują, że FbM może zwiększyć ilość surowych danych, które można przechowywać na tym samym nośniku pamięci fizycznej, i obniżyć efektywny koszt GB wykorzystania pamięci jako szybkiej warstwy pamięci masowej. W niszowym teście, w którym wdrożono wiele instancji maszyn wirtualnych RHEL, firma twierdzi jednak, że FbM zwiększył efektywną pojemność pamięci masowej ponad 20-krotnie. Wynika to ze zdolności FbM do wykrywania wzorców danych, takich jak instancje Golden Image RHEL i inne dane aplikacji działające na wielu instancjach maszyn wirtualnych.
W celu ochrony danych, Forsa może być używana w trybie wysokiej dostępności (HA), w którym tworzy lustrzane odbicie chronionego LEM na drugim węźle. Uważamy, że tryb HA jest niezwykle przydatny w przypadku LEM o dużej wartości lub w przypadku korzystania z pamięci DRAM jako bazy danych, ponieważ nie jest trwały.
Można również chronić urządzenia LEM, tworząc ich kopie zapasowe na dyskach SSD. Funkcja tworzenia kopii zapasowych BLINK firmy Forsa to rozwiązanie, z którego można korzystać na wszystkich lub tylko wybranych urządzeniach LEM w systemie. Podobnie jak w trybie HA, BLINK jest niezwykle przydatny w przypadku urządzeń LEM o dużej wartości lub w przypadku korzystania z pamięci DRAM jako nośnika zapasowego, ponieważ nie jest trwały.
Mogą wystąpić sytuacje, w których rozmiar tworzonego modułu LEM przekracza pojemność pamięci DRAM lub SCM na jednym serwerze. Aby temu zaradzić, możesz użyć programu Forsa do utworzenia modułu LEM obejmującego dwa serwery z systemem Forsa.
Wymagania dotyczące uruchomienia Forsa są dość luźne i można je znaleźć na stronie internetowej Formulus Black. Wymagania dotyczące pamięci trwałej Intel Optane DC są bardziej restrykcyjne, ponieważ jest ona obsługiwana tylko przez niektóre płyty główne i niektóre modele ich najnowszych procesorów. Do naszych testów użyjemy dobrze wyposażonego serwera Lenovo SR950. Serwer SR950, którego będziemy używać, ma 768 GB pamięci RAM, 4 procesory 8280M, wbudowany dysk SSD SATA m.2, który będzie używany do rozruchu, oraz 12 dysków SSD Intel P4610 NVMe o pojemności 1.6 TB. W naszych poprzednich testach zaobserwowaliśmy imponujące wyniki wydajności. W obciążeniach VDBench był w stanie dostarczyć ponad 5 milionów IOPS przy odczycie 4K i 3.2 miliona IOPS przy zapisie 4K. Jest to idealny system do testowania Forsa, ponieważ nie będzie on ograniczony żadnymi problemami z wydajnością procesora. Pełną recenzję SR950 można przeczytać tutaj.
Kilka aplikacji, takich jak SAP HANA, zostało przepisanych lub zmodyfikowanych tak, aby wykorzystać technologię DCPMM, ale zdecydowana większość nie. Oprócz możliwości wykorzystania tej niezwykle szybkiej pamięci masowej, Forsa rozszerza możliwości DCPMM, obsługując funkcje, których oczekują klienci korporacyjni, takie jak wysoka dostępność (HA), tworzenie kopii zapasowych i redukcja danych za pomocą FbM. Formuła Black Forsa ma ogromny potencjał i z niecierpliwością oczekujemy współpracy z nią w naszym laboratorium. Możliwość wykorzystania technologii SCM bez konieczności przepisywania lub przeprojektowywania aplikacji może sprawić, że Forsa stanie się przełomową aplikacją dla DCPMM.
Firma Formulas Black wysunęła śmiałe twierdzenia, że Forsa jest najszybszym interfejsem blokowej pamięci masowej dla pamięci trwałej na rynku, a jej systemy LEM przewyższają nawet systemy plików z natywną pamięcią trwałą. W StorageReview z niecierpliwością czekamy na współpracę z tym systemem w naszym laboratorium i sprawdzenie tych twierdzeń.
Formuła Czarna Bezpłatna Wersja Próbna
Krótki opis produktu Formuły Czarnej (PDF)
Niniejszy raport jest sponsorowany przez firmę Formulas Black. Wszystkie poglądy i opinie wyrażone w niniejszym raporcie opierają się na naszej obiektywnej opinii na temat rozpatrywanego produktu/produktów.
Amazon