No datacenter, há uma corrida sem fim entre processadores e armazenamento. Na última década, os processadores aumentaram o número de núcleos que contêm de um ou dois para 8, 16, 32 ou até 64. As tecnologias de armazenamento diminuíram drasticamente sua latência e aumentaram a taxa de transferência de dados. No entanto, a realidade é que muitos ciclos de CPU estão sendo desperdiçados esperando por dados que residem em dispositivos PCIe ou em armazenamento de rede. Estamos chegando a um ponto de inflexão com o surgimento de um novo tipo de hardware de armazenamento: Storage Class Memory (SCM). O SCM reside no canal de memória, que não é prejudicado pelas limitações de latência e largura de banda de dados do armazenamento periférico. Estar no canal de memória coloca o SCM muito mais próximo da CPU, o que significa que ele tem mais “pistas de natação” simultâneas para transferir dados para as CPUs modernas. Isso aumenta significativamente a velocidade na qual os dados podem ser acessados pelo processador.
Como o SCM é muito mais rápido do que a solução comum de armazenamento de datacenter, ele tem a capacidade de remodelar a forma como usamos o armazenamento. Embora o SCM tenha o potencial de colocar o armazenamento na liderança da corrida de tecnologia de datacenter, ele só terá sucesso se pudermos tirar proveito disso - o que é totalmente possível com a capacidade desenvolvida para aproveitar efetivamente o poder do SCM para armazenamento de dados. Neste artigo, vamos definir o que é SCM e discutir o que o torna tão transformador: a promessa dessa tecnologia, nosso processo de teste e por que achamos que pode ser transformador no datacenter.
Um dos problemas com muitas novas tecnologias de hardware é que elas podem exigir uma reescrita ou reestruturação de aplicativos ou serviços para que seus recursos sejam aproveitados. Um ótimo exemplo disso é a necessidade de escrever código multithread para tirar proveito dos processadores multi-core quando eles surgiram. O SCM (Storage Management Control) estava na mesma situação até que a empresa Formulus Black desenvolveu uma maneira de permitir que aplicativos existentes, sem modificações, aproveitassem o SCM para acelerar o desempenho. A Formulus Black desenvolveu um software de gerenciamento de memória que apresenta um dispositivo de bloco padrão compatível com POSIX para que os aplicativos utilizem o SCM sem qualquer modificação. Os primeiros testes da Formulus Black mostram que os aplicativos que utilizam armazenamento com suporte a SCM apresentam ganhos de desempenho substanciais. Verificaremos e quantificaremos esses ganhos nos laboratórios da StorageReview.com.
Antes de nos aprofundarmos nos detalhes do Formulus Black, vamos oferecer uma breve atualização do SCM e seus antecedentes. O SCM é muito diferente de qualquer outro armazenamento de servidor que vimos, pois os processadores o acessam por meio do barramento de memória por meio de slots DIMM, em vez de um barramento periférico (como é o caso de NVMe e SSD/HDD) - e esse método de processador acesso se traduz em uma diminuição substancial na latência. Ao contrário do DRAM (que não é persistente), o SCM reterá as informações após uma perda de energia ou após uma reinicialização. Embora o SCM tenha outras capacidades sobre as tecnologias SSD/HDD, a velocidade com que pode ser acessado e sua persistência são de longe os mais importantes.
A tecnologia para tornar a SCM uma realidade levou muito tempo para ser desenvolvida. Como não é possível simplesmente conectar NAND (atualmente usada em SSDs) em slots DIMM e esperar um bom desempenho, foi necessário desenvolver uma nova forma de semicondutores. A Intel esteve na vanguarda da tecnologia SCM com seu chip 3D XPoint, usado em sua linha de produtos de memória persistente Optane DC .
Os primeiros testes da Intel mostram que o 3D XPoint é 100 vezes mais rápido que o NAND, mas apenas 10 vezes mais lento que o DRAM. Apesar de ser uma magnitude mais lenta do que a DRAM, o 3D XPoint oferece suporte a dispositivos com maior capacidade, custa menos e, como observado, possui persistência de dados - o que a DRAM não oferece. Embora existam diferentes produtos SCM PMEM no mercado, para simplificar e como a Intel parece ser a líder no campo neste momento, vamos nos concentrar em sua oferta SCM neste artigo.
Assim que os produtos SCM se tornaram disponíveis, as empresas precisavam descobrir a melhor maneira de explorar essa tecnologia — e a Formulus Black fez exatamente isso com o Forsa . O Forsa é um conjunto de softwares que permite a criação e o gerenciamento de um dispositivo em nível de bloco chamado memória lógica estendida (LEM), usando SCM ou DRAM como mídia de memória física. Como uma LEM é compatível com POSIX, um aplicativo pode usá-la diretamente; você pode montar um sistema de arquivos padrão nela ou ela pode ser usada por uma máquina virtual (VM). Para esclarecer, o Forsa também pode ser usado com DRAM, mas os testes que realizaremos em nosso laboratório da StorageReview.com serão com a memória persistente Optane DC (DCPMM).
Existem outros drivers de dispositivo de nível de bloco para DCPMM, mas ao contrário de outros dispositivos de nível de bloco, o Formulus Black dotou o LEM com recursos de armazenamento corporativo, como integridade de dados, redução de dados em tempo real, clones, instantâneos, alta disponibilidade, etc. ser utilizado (independentemente de o LEM estar sendo usado por uma VM) como um sistema de arquivos ou diretamente por um aplicativo. Além disso, o FORSA lida com as complexidades exclusivas do uso do canal de memória, como o DCPMM de estoque não tem reconhecimento de NUMA, enquanto os LEMs FORSA têm reconhecimento de NUMA devido à sua arquitetura NURA. Por exemplo, em vez de ter que provisionar e gerenciar quatro regiões de armazenamento SCM separadas no servidor Lenovo SR950 em nosso laboratório de teste, o Forsa mapeia todas as regiões de memória SCM em todos os nós NUMA em um servidor multi-socket e permite que você provisione e gerencie SCM- baseados em LEMs usando a capacidade total de SCM de todos.
Criar e habilitar LEMs com os recursos corporativos mencionados acima é muito simples, pois o Forsa possui uma interface de usuário elegante baseada na Web. No entanto, como Formulus Black tem uma mentalidade API-first, todos os recursos de gerenciamento de LEM podem ser acessados por meio de sua API RESTful.
Para garantir a integridade dos dados, o Forsa possui um Central Fault Tolerance Manager (CFTM) que faz a verificação de erros de memória e a substituição de blocos defeituosos (BBR).
Melhorando a eficiência dos dados, o Formulus Black também oferece um recurso de redução de dados, um algoritmo em linha em tempo real que usa sua tecnologia proprietária Formulus Bit Marker (FbM) para reduzir dados duplicados. Os primeiros testes da Formulus Black indicam que o FbM pode aumentar a quantidade de dados brutos que podem ser armazenados na mesma mídia de memória física e diminuir o custo efetivo por GB de uso da memória como uma camada rápida de armazenamento. Em um teste de caso de nicho no qual eles implantaram muitas instâncias de VMs RHEL, no entanto, eles afirmam que o FbM aumentou a capacidade efetiva de armazenamento da memória em mais de 20 vezes. Isso se deve à capacidade do FbM de detectar padrões de dados, como instâncias de imagem dourada do RHEL e outros dados de aplicativos executados em várias instâncias de máquinas virtuais.
Para proteção de dados, o Forsa pode ser usado no modo de alta disponibilidade (HA), no qual cria uma imagem espelhada do LEM que você deseja proteger em um segundo nó. Vemos o modo HA sendo extremamente útil com LEMs de alto valor ou ao usar DRAM como backup de armazenamento, pois é não persistente.
Você também pode proteger os LEMs fazendo backup deles em um dispositivo de armazenamento SSD. O recurso de backup do Forsa, BLINK, é aquele que você pode usar em todos, ou apenas alguns, dos LEMs em um sistema. Como o modo HA, vemos o BLINK sendo extremamente útil com LEMs de alto valor ou ao usar DRAM como backup de armazenamento, pois é não persistente.
Pode haver casos em que o LEM que você deseja criar excede a capacidade do DRAM ou SCM em um único servidor. Para acomodar essas situações, você pode usar o Forsa para criar um LEM que abrange dois servidores que executam o Forsa.
Os requisitos para executar o Forsa são bastante flexíveis e podem ser encontrados no site da Formulus Black. Os requisitos para a memória persistente Intel Optane DC são mais restritivos, pois ela é suportada apenas em determinadas placas-mãe e em alguns modelos de seus processadores mais recentes. Para nossos testes, utilizaremos um servidor Lenovo SR950 bem equipado. O SR950 que usaremos possui 768 GB de RAM, 4 CPUs 8280M, um SSD SATA m.2 integrado que será usado para inicialização e 12 SSDs NVMe Intel P4610 de 1.6 TB. Em nossos testes anteriores, observamos resultados de desempenho impressionantes. Em cargas de trabalho do VDBench, ele foi capaz de entregar mais de 5 milhões de IOPS em leitura 4K e 3.2 milhões de IOPS em gravação 4K. Este é o sistema perfeito para testar o Forsa, pois não será limitado por problemas de desempenho da CPU. Uma análise completa do SR950 pode ser encontrada aqui.
Alguns aplicativos, como o SAP HANA, foram reescritos ou modificados para aproveitar a tecnologia DCPMM, mas a grande maioria não. Além de ter o potencial de usar esse armazenamento extremamente rápido, o Forsa amplia os recursos do DCPMM, pois oferece suporte aos recursos que os clientes corporativos exigem, como HA, backup e redução de dados via FbM. O Formulus Black Forsa é muito promissor e estamos ansiosos para trabalhar com ele em nosso laboratório. A capacidade de aproveitar a tecnologia SCM sem reescrever ou reprojetar aplicativos pode tornar o Forsa o aplicativo matador para o DCPMM.
O Formulus Black fez algumas afirmações ousadas sobre o Forsa ser a interface de armazenamento de bloco mais rápida para memória persistente no mercado e afirma que os LEMs do Forsa superaram até os sistemas de arquivos nativos de memória persistente. Na StorageReview, estamos ansiosos para trabalhar com ele em nosso laboratório e testar essas afirmações.
Avaliação Gratuita do Formulus Black
Resumo do produto Formulus Black (PDF)
Este relatório é patrocinado pela Formulus Black. Todas as visões e opiniões expressas neste relatório são baseadas em nossa visão imparcial do(s) produto(s) em consideração.
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