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提高 SQL Server 环境的性能和投资回报
Chris Lemmons
Chris Lemmons
NetApp 公司 EIS 技术营销主管

如果您的企业运行的是 Microsoft SQL Server 和 Oracle DB 等数据库,您可能知道,这两家供应商主要是“按核心”授予产品许可。最近,Microsoft 将 SQL Server 2012 和 2014 的许可授予方式从“按插槽”转变为“按核心”。这一改变对数据库运行总成本影响巨大,当新服务器的核心数不断增加时尤其如此。这同时也表明,合适的存储基础架构可以降低数据库成本、提高工作效率,并让基础架构恢复平衡。

NetApp 已经注意到,在许多客户环境中,服务器 CPU 利用率很低,往往只能达到 20% 左右。这种状况通常是因 I/O 瓶颈造成的。服务器核心只能坐等硬盘驱动器 (Hard Disk Drive, HDD) 的 I/O 做出响应。我们一直在密切研究纯闪存存储对使用基于 HDD 的存储系统的 SQL Server 环境所产生的影响。NetApp® 纯闪存 FAS 平台可以让 SQL Server 达到一流的性能,同时提供集群模式 Data ONTAP® 的存储效率、应用程序集成、无中断运行和数据保护功能,成为 SQL Server 环境的理想之选。

测试表明,纯闪存 FAS 可将 IOPS 和数据库服务器 CPU 利用率提高到原来的 4 倍。而且由于延迟缩短 95%,因此只需用原来数量的一半服务器便可达到相同的性能级别。如此一来,所需服务器的数量以及必须获得许可的核心数将大为减少,因此成本可以降低 50% 甚至更多,只需短短六个月即可收回在闪存方面的投资。

图 1) NetApp 纯闪存 FAS 可提高 SQL Server 数据库服务器的 CPU 利用率,从而降低成本。

来源:NetApp,2015 年

无论您运行的 SQL Server 是最新版本之一,还是面临早期版本升级问题,您都需要重新审视您的存储环境。

即将终止对 Microsoft SQL Server 2005 的支持

Microsoft 已将对 SQL Server 2005 的延长支持终止时限设定在 2016 年 4 月,所剩时间已不足一年。由于对 Microsoft Windows 2003 的支持将于 2015 年 7 月终止,因此有效时间可能已经所剩不多。

如果您运行的是 Windows Server 2003,几乎可以肯定,在升级 SQL Server 时需要添置新的服务器硬件。请立即着手评估您的服务器和存储选项,让成本始终保持在可控范围。

测试方法

为了测试闪存对 SQL Server 性能的影响,我们将基于 HDD 的传统存储系统替换为纯闪存 FAS AFF8080 EX。在用于支持 SQL Server 的典型 HDD 存储配置中,传统系统配置了将近 150 个 HDD,而 AFF8080 EX 只使用了 48 个 SSD。

表 1) 测试中使用的组件。

测试配置组件 详细信息
SQL Server 2014 服务器 Fujitsu RX300
服务器操作系统 Microsoft Windows 2012 R2 Standard Edition
SQL Server 数据库版本 Microsoft SQL Server 2014 Enterprise Edition
每个服务器的处理器数 2 个 2.30 GHz 6 核 Xeon E5-2630
光纤通道网络 8 Gb 多路径 FC
存储控制器 AFF8080 EX
Data ONTAP 版本 集群模式 Data ONTAP® 8.3.1
驱动器数及类型 48 个 SSD

来源:NetApp,2015 年

测试配置包括 10 个数据库服务器,它们均通过光纤通道与传统存储系统和 AFF8080 EX 相连。这 10 个服务器均运行 SQL Server 2014 Enterprise Edition。

使用公开发布的 HammerDB 工作负载生成工具同时将类似 OLTP 的工作负载从这 10 个数据库服务器推送到存储。我们首先将工作负载引向传统存储阵列以确立一个基准,将负载提高到读取延迟始终超过 20 毫秒的程度。

然后再将该工作负载引向 AFF8080 EX。更换存储后,读取延迟整体缩短为原来的 1/20,IOPS 和数据库服务器 CPU 利用率均提高到原来的 4 倍以上。

图 2) NetApp 纯闪存 FAS 在提高 IOPS 和服务器 CPU 利用率的同时缩短了延迟。

来源:NetApp,2015 年

换言之,数据库服务器可以处理的 IOPS 是原来的 4 倍,同时显著缩短了延迟。CPU 利用率也因为服务器能在单位时间内处理 4 倍的工作得以大幅提高。

即便在这样的负载下,纯闪存 FAS 系统仍有额外性能余量。

计算实现的节省

我们来了解一下在 3 年内,这种性能提高对于 SQL Server 2014 运行总成本意味着什么。为了进行分析,我们使用了存储建模和财务分析工具 NetApp Realize,它专为设计用于帮助量化 NetApp 解决方案和产品的价值。NetApp 销售团队和合作伙伴也可以使用此工具来辅助投资回报 (Return On Investment, ROI) 计算。

计算结果包含 AFF8080 EX 的成本,不包括与现有存储系统相关的成本,并将数据库服务器的总数从 10 个削减为 5 个。这样便将 SQL Server 的许可成本降低了 50%。相同的工作负载只需用 5 个服务器即可处理,而达到的效果与原来完全相同。表 2 对投资回报分析的结果进行了总结。

表 2) 将基于 HDD 的存储系统替换为纯闪存 FAS 并且因此将服务器和许可成本减半所实现的投资回报。

价值 分析结果
ROI 65%
净现值 (NPV) 95 万美元
投资回收期 6 个月
降低的总成本 与传统存储系统相比,在 3 年分析期内节省超过 100 万美元
电耗、空间和管理方面的节省 4 万美元
因无中断运行优势带来的其他节省(未包括在投资回报中) 9 万美元

来源:NetApp,2015 年

这里要突出强调的是,您可以将您现有的存储替换为纯闪存 FAS,能在大幅提高性能的同时显著降低成本,而且大部分节省来自 SQL Server 许可成本的降低。

将现有存储替换为纯闪存 FAS,在大幅提升性能的同时显著降低成本。

最大限度地提高 SQL Server 2014 的性能

除了进行投资回报分析外,我们还测量了采用 AFF8080 EX 运行 SQL Server 2014 的最高性能。我们采用负载生成工具为 SQL Server 2014 测试配置模拟行业标准 TPC-E OLTP 工作负载。

一个双节点 AFF8080 EX 仅以 1 毫秒的延迟就实现了 32.2 万次 IOPS 的最大吞吐量。对于除最大负载点之外的所有其他负载点,延迟也始终低于 1 毫秒,而且在 IOPS 不超过 18 万次时延迟均保持在 0.8 毫秒以下。

数据精简和存储效率

除了进行性能测试外,我们还分析了我们实施的 SQL Server 数据库所实现的整体存储效率节省。可实现的压缩程度取决于数据库中写入和存储的实际数据。对于此环境而言,采取实时压缩非常有效。而对于数据库环境中经常采用的重复数据删除方法,几乎没有实现额外的存储节省,因此未予实施。

对于在最高性能测试中使用的测试数据,我们测得的压缩比例为 1.5:1。为了进一步验证上述结果,我们还在一个生产 SQL Server 2014 数据集上测试了实时压缩,实现的压缩比例达到了 1.8:1。

节省空间的 NetApp Snapshot® 副本为数据库环境带来了额外的存储效率优势。与采用写入时复制 (copy-on-write) 的快照方法不同,NetApp Snapshot 副本对性能没有不利影响;与完整镜像副本不同,NetApp Snapshot 副本节省存储空间。Snapshot 副本只使用少量存储空间来存储元数据,而且只在发生块级更改时需要额外的增量空间。在 NetApp 存储上进行的典型实际 SQL Server 部署中,每两小时就会制作一次数据库卷 Snapshot 副本。

自从 10 多年前第一次推出后,NetApp FlexClone® 技术也在 SQL Server 环境中发挥了重要作用。克隆完全可写,而且与 Snapshot 副本类似,只需消耗增量存储容量。借助 FlexClone,您可以根据开发和测试、报告等需要,创建任意数量的生产数据副本。从早期版本的 SQL Server 升级时,为了满足开发和测试工作的需要,不妨采用克隆方法制作数据副本。有时这类功能也被称为“副本数据管理”。

更理想的企业应用程序运行方式

纯闪存存储为数据库环境带来的性能优势不言而喻:提高 IOPS、缩短延迟,并且终结几乎永无休止的性能调整。

如果您认为纯闪存存储带来的性能加速在成本方面令您望而却步,请您再仔细想一想。纯闪存 FAS 不仅能提高性能,它同时也会让您业务运营的经营效益为之改观,您将因它实现的许可成本和服务器成本节省而大受其益。从 IOPS 的单位成本来衡量,纯闪存 FAS 的经济效益与 HDD 相比有着天壤之别。

而且由于纯闪存 FAS 运行 NetApp 集群模式 Data ONTAP,因此它能提供最完备的环境支持 SQL Server 以及您所有的企业应用程序,其功能涵盖您的应用程序所需的全面存储效率、集成数据保护以及深度集成。

有关此测试的完整详情,请参阅 NetApp TR-4303,该文档将于几周后发布。NetApp 将继续使用包括 Oracle 数据库和服务器虚拟化在内的重要服务器工作负载运行基准测试,相关详细信息请随时关注 Tech OnTap。

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