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Steigerung der Datenbank-Performance mit
All-Flash Storage
Paul Feresten
Senior Product Marketing Manager
Mike Phelan
Senior Product Manager

Bei vielen Datenbank-Applikationen – von Hochfrequenzhandel bis Echtzeit-Risikomanagement – entscheiden Mikrosekunden über Gewinn oder Verlust.

Da die I/O-Geschwindigkeit einen entscheidenden Einfluss auf die Datenbank-Performance hat, wenden sich immer mehr Unternehmen All-Flash Storage-Lösungen zu, um I/O-Latenzen zu reduzieren und die transaktionsorientierte Performance zu beschleunigen.

Die richtige All-Flash Storage-Plattform sorgt dabei für deutlich schnellere Verarbeitungszeiten, weniger Serverhardware-Bedarf, geringere Datenbank-Lizenzkosten sowie wesentliche Einsparungen beim Platz- und Stromverbrauch. (Weitere Informationen hierzu finden Sie im Artikel Flash liefert Storage-Performance für Ungeduldige in dieser Ausgabe.)

Maximale Datenbank-Performance

Viele Jahre lang mussten Datenbank-Administratoren (DBAs) Storage-Konfigurationen sorgfältig planen und steuern, um aus relativ langsamen Festplatten die bestmögliche Performance herauszuholen, u. a. mit Best Practices wie der Ausführung von Log-Dateien auf schnellen, gespiegelten Laufwerken. Darüber hinaus setzten DBAs bevorzugt dedizierte, überprovisionierte Infrastrukturen ein, um Storage-Konflikte aufgrund des „Noisy-Neighbor“-Problems und unvorhersehbare Reaktionszeiten zu vermeiden.

Mit All-Flash Arrays werden langsame, mechanische Festplatten durch SSD-Laufwerke (Solid-State Disks) ersetzt, die auf ganzer Linie für enorme Performance-Verbesserungen sorgen. Eine Flash-basierte SSD liefert die hundertfachen IOPS eines Festplattenlaufwerks und reduziert gleichzeitig die Zugriffslatenzen von Millisekunden auf Mikrosekunden.

Allerdings eignen sich aufgrund von Unterschieden in der Architektur nicht alle All-Flash Arrays gleich gut für hochperformante Datenbank-Workloads. Um die Latenzvorteile von Flash in vollem Umfang ausschöpfen zu können, ist ein sauberer und optimierter Datenpfad unerlässlich, damit sich Storage-Services nicht auf eine schnelle und konsistente Performance auswirken.

EF560 von NetApp

Das neue NetApp EF560 All-Flash Array bietet für geschäftskritische Datenbanken eine hervorragende All-Flash Performance. Diese neue Plattform liefert erstklassige Ergebnisse für eine konsistente Gesamt-Performance. Mit bis zu 650.000 IOPS in einem kompakten 2-HE-Formfaktor und durchschnittlichen Reaktionszeiten von 800 Mikrosekunden oder weniger zeigt die EF560, wie wichtig das Storage-Systemdesign ist. Darüber hinaus bietet die EF560 auch die bewährten Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsfunktionen, die über acht Generationen des SANtricity Betriebssystems entwickelt wurden.

Die EF560 wurde für den Best Practices-Einsatz mit hochperformanten Datenbanken konzipiert. Die Storage-CPUs werden dediziert für schnelle Lese- und Schreibaktivitäten eingesetzt, während die Host-Ressourcen für die Komprimierung zuständig sind. Da die I/O-Verarbeitung im Codepfad durch nichts beeinträchtigt wird, ist das Array bei Auslastung in der Lage, eine Latenz im Mikrosekundenbereich bereitzustellen. Zusätzlich bleibt die Latenz über jeden Zeitraum konsistent, ohne dass es zu unerwarteten Spitzen kommt.

Für DBAs bedeutet diese dedizierte Performance konsistente, vorhersehbare Ergebnisse. Wir haben sowohl die Performance als auch die Performance-Kosten der EF560 anhand verschiedener interner Benchmark-Tests (IOPS und Durchsatz) sowie des SPC-1 Benchmark-Tests evaluiert und überzeugende Ergebnisse erzielt.

IOPS-Performance

Als Erstes sehen wir uns die Performance der EF560 für Lese-Workloads an – einem der häufigsten Nutzungsfälle für All-Flash Arrays. Die EF560 liefert 650.000 kontinuierliche I/O-Operationen pro Sekunde mit einer Latenz von 800 Mikrosekunden in einer Rack-Fläche von nur 2 HE. Das bedeutet eine Verbesserung von 62,5 % gegenüber der EF550. Selbst bei einem Performance-Schwellenwert von 500 Mikrosekunden liefert die EF560 immer noch 628.000 IOPS.

Um eine genauere Performance-Vorhersage für verschiedene Workload-Anforderungen zu erzielen, haben wir die IOPS-Performance der EF560 noch weiter evaluiert. (Beim getesteten System handelte es sich um eine EF560 mit 48 SSDs, RAID 5 und 8 KB Block-Größe.)

Tabelle 1) IOPS-Performance der EF560 bei unterschiedlichen Lese-/Schreib-Workloads

Quelle: NetApp, 2015

SPC-1 Benchmark-Performance

Für eine zusätzliche Validierung haben wir die Ergebnisse des SPC-1 Benchmark-Tests des Storage Performance Council für die EF560 veröffentlicht. Dieser Benchmark-Test simuliert die Anforderungen hochperformanter Datenbanken mit einem hohen Prozentsatz an Lese- und Schreibvorgängen. (Mehr dazu unter „Allgemeines zum SPC-1 Benchmark-Test“ in der Seitenleiste.) Im Rahmen dieses auditierten Tests erreicht die EF560 245.011,76 SPC-1 IOPS mit durchschnittlichen Reaktionszeiten (bei 100 % Auslastung) von 0,93 Millisekunden bzw. 930 Mikrosekunden. Bei einem festgelegten Schwellenwert von 500 Mikrosekunden erzielt die EF560 196.008,41 SPC-1 IOPS bei einer Reaktionszeit von 0,53 Millisekunden (530 Mikrosekunden). Die typischen Nutzungsfälle bei Kunden erfordern in der Regel zwischen 80.000 und 120.000 IOPS – eine Anforderung, die die EF560 sehr gut erfüllt.

Abbildung 1) SPC-1 Reaktionszeiten der EF560

Quelle: SPC-1 Benchmark EF560 Executive Summary

Die EF560 erzielt mit 0,18 Millisekunden bzw. 180 Mikrosekunden den niedrigsten SPC-1 LRT-Wert (Least Response Time, gemessen bei einer Auslastung von 10 %) unter allen Konfigurationen der SPC-1 „Top Ten“-Liste. Der SPC-1 LRT-Wert gibt die Mindestreaktionszeit eines Storage-Systems an. Weitere Informationen zum EF560 SPC-1 Benchmark-Test finden Sie in der Executive Summary bzw. im vollständigen Bericht.

Zwanzigfache Latenzverbesserung bei 70 % weniger Rack-Fläche
Machen hohe IOPS und Latenzen im Mikrosekundenbereich wirklich einen Unterschied? Ein internationaler Online-Händler benötigte eine konsistent niedrige Latenz für schnellere Zahlungstransaktionen und eine höhere Kundenzufriedenheit. Darüber hinaus musste das System äußerst zuverlässig sein, da jede Ausfallminute erhebliche Umsatzeinbußen bedeutet. Die EF-Series verbesserte die Performance der Oracle Datenbanken für Kaufprofile und Transaktionen um das Zwanzigfache im Vergleich zu vorher. Lesen Sie die Kundenreferenz.

SPC-1 Performance-Kosten

Ein wichtiger Aspekt des SPC-1 Benchmark-Tests ist die Ermittlung der Performance-Kosten in US-Dollar/SPC-1 IOPS für jede getestete Konfiguration. Die EF560 wartet dabei mit Kosten von 0,54 US-Dollar pro SPC-1 IOPS auf und sichert sich damit den 2. Platz in der „Top Ten“-Liste für die SPC-1 Price-Performance Bewertung. Betrachtet man die Ergebnisse mit durchschnittlichen Reaktionszeiten von unter 1 Millisekunde, landet das EF560 Array auf dem ersten Platz.

Eine ausführlichere Analyse der EF560 SPC-1-Ergebnisse finden Sie im Blog-Beitrag von Dimitris Krekoukias auf RecoveryMonkey.org.

Durchsatz

Ein weiterer wichtiger Aspekt im Hinblick auf die Flash-Array Performance ist der Durchsatz bzw. die Bandbreite. Der Durchsatz kommt zwar weniger häufig zur Sprache als die IOPS, allerdings ist er ein wichtiges Maß dafür, wie gut ein Array sequenzielle – anstelle von zufälligen – Daten lesen oder schreiben kann. Alle Datenbanken bestehen aus wichtigen sequenziellen Komponenten (z. B. Log-Dateien). Dabei profitieren insbesondere Analyse-Workloads und In-Memory-Datenbanken von schnellen Übertragungen bei der Datenaufnahme.

Auch hier kann die EF560 ganz klar punkten. Während andere Flash-Anbieter mit einem Lesedurchsatz von 4 GB/s bzw. 8 GB/s werben, bietet die EF560 einen kontinuierlichen Lesedurchsatz von 12 GB/s und einen Schreibdurchsatz von mehr als 6 GB/s.

Durchsatz als Wettbewerbsvorteil

Datenaufnahme in jeder Sekunde: Der CIO eines Ölbohrunternehmens wollte die Aufnahme von Bohrplattformdaten um das Sechzigfache beschleunigen – von einmal pro Minute auf einmal pro Sekunde. Mit der EF-Series konnte das Unternehmen diese Vorgabe erfüllen und somit von detaillierteren Daten und sekundengenauen Echtzeitanalysen für schnellere und bessere Entscheidungen profitieren.

Viermal schnellere Berichterstellung: Mithilfe einer Immobilienanalysen-Applikation werden landesweite Immobiliendaten für den Banken-, Finanz- und Immobiliensektor erfasst und neu zusammengestellt. Das Immobilienunternehmen musste die Performance seiner Datenbank beschleunigen, um die Servicebereitstellung zu verbessern. Mit der EF-Series kann das Unternehmen nun viermal am Tag anstelle von nur einmal Bewertungs-Updates bereitstellen. Dadurch stehen neuere Daten zur Verfügung, Kredite können schneller genehmigt werden und die Kundenzufriedenheit wurde erheblich verbessert. Lesen Sie die Kundenreferenz.

EF560 Performance-Verbesserungen

Die EF560 bietet vier neue Performance-Verbesserungen:

  1. Neue und schnellere CPUs: Die EF560 verwendet erstmals den neuen 2,2 GHz 6-Core Intel Xeon Prozessor, der die IOPS-Anzahl nahezu verdoppelt.
  2. SANtricity Multi-Core-Unterstützung: Die aktuelle SANtricity 8.20 Software wurde durch die Aufteilung von Workloads auf die verschiedenen Prozessorkerne optimiert. Dadurch wird die Reaktionszeit um weitere 50 % beschleunigt, wie in den aktuellen Benchmark-Ergebnissen zu sehen ist.
  3. SSDs mit geringerer Latenz: Wir nutzen auch weiterhin die beeindruckenden Fortschritte der SSD-Technologie, um die Kapazität bei gleichzeitig geringerer Latenz zu erhöhen und branchenweit die niedrigsten Kosten pro IOPS zu bieten.
  4. Unterstützung für die schnellsten Fabric-Verbindungen: Die EF560 umfasst erweiterte Host-Konnektivitätsoptionen für 8 x 12-Gbit-SAS und 4 x 56-Gbit-InfiniBand zusätzlich zu 8 x 16-Gbit-Fibre Channel und 8 x 10-Gbit-iSCSI.

Management- und Verfügbarkeitsverbesserungen der EF560

Zu den Management- und Verfügbarkeitsverbesserungen der EF560 gehören u. a.:

  • Online-Upgrades der Laufwerk-Firmware
  • Datenverschiebung zwischen Laufwerken (Kopieren von Daten von einem ausgefallenen Laufwerk)
  • DDP-Rebuilds kritischer Segmente (mehr dazu in Kürze)

Die EF560 verfügt über Dual-Aktiv-Controller in einem 2-HE-Shelf, die mit bis zu 120 SSDs (derzeit mit Kapazitäten von 400 GB, 800 GB und 1,6 TB) konfiguriert sind. Ein einzelnes Array kann dabei bis zu 192 TB an Rohkapazität bereitstellen. SSDs werden in Volumes konfiguriert, entweder mit Dynamic Disk Pools (DDP) oder RAID 0, 1, 5, 6 und 10.

Abbildung 2) EF560 Spezifikationen

Quelle: NetApp, 2015

Auswahl der passenden Datensicherungsmethode

Unser Ziel war es, die Performance und Funktionen der EF560 vollständig zu evaluieren, um Ihnen die Auswahl der passenden Konfiguration für Ihre Anforderungen zu erleichtern. Da DDPs sich immer größerer Beliebtheit erfreuen – 35 % der EF-Series Implementierungen nutzen bereits DDPs – beinhaltet dies auch Empfehlungen bezüglich der Verwendung von DDPs oder RAID.

Um die passende Datensicherungsmethode auszuwählen, betrachten Sie Ihre Anforderungen und stellen Sie sich die möglichen Sicherungsschemata als Performance-Bereiche vor (siehe Abbildung 3). Nun können Sie das Sicherungs-Level anhand Ihrer Performance- und Kapazitätsanforderungen auswählen.

Abbildung 3) EF560 Performance mit RAID5, DDP und RAID10

Quelle: NetApp, 2015

Bitte beachten Sie, dass die Werte auf einem Workload mit 8-KB-Block-Größe, 75 % Lese- und 25 % Schreibvorgängen sowie einer Latenzobergrenze von 0,6 Millisekunden (600 Mikrosekunden) basieren. Wird der Prozentsatz an Schreibvorgängen erhöht, verschieben sich die Trennungslinien für jede Technologie nach unten.

Datenbank-Performance für DBAs

Um mit einem All-Flash Array eine schnelle und konsistente Performance zu erzielen, spielt die Architektur eine wichtige Rolle. Das EF560 All-Flash Array verfügt über eine dedizierte Performance-Architektur, die sich hervorragend für geschäftskritische Datenbanken mit hoher Performance eignet. Fast 1 Million installierte Storage-Systeme und eine Verfügbarkeit von mehr als 99,999 % verdeutlichen, dass die EF560 Architektur eine zuverlässige Performance für DBAs bietet.

Ressourcen

Von Paul Feresten, Senior Product Marketing Manager und Mike Phelan, Senior Product Manager

Paul Feresten arbeitet seit 2005 für NetApp und ist aktuell für das Marketing von Solid-State-Technologien zuständig. Davor war er für NetApp Software, u. a. Data ONTAP, und die Bereiche sichere Mandantenfähigkeit sowie Storage-Effizienz verantwortlich. Paul Feresten verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung im Produktmanagement, Vertrieb, Marketing und Executive Management. Bevor Paul zu NetApp kam, war er bei Data General, Digital Equipment Corporation, MSI Consulting und SEPATON tätig. Er hat einen Bachelor of Science von der Boston University und einen MBA vom Babson College.

Mike Phelan kam im April 2012 zu NetApp und arbeitet derzeit als Product Manager für die EF-Series. Zuvor hat er in seiner Rolle als Technical Marketing Engineer eine Vielzahl der erweiterten Funktionen der E-Series und EF-Series Produkte getestet, darüber geschrieben, Präsentationen gehalten und Schulungen durchgeführt. Er verfügt über umfassende Erfahrungen mit SSD-Caches, Dynamic Disk Pools und asynchronem Remote Volume Mirroring.

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Allgemeines zum SPC-1 Benchmark-Test

Der SPC-1 Benchmark-Test ist ein branchenüblicher, auditierter SAN-Benchmark-Test des Storage Performance Council, der die Performance von Storage-Systeme mit verschiedenen, hauptsächlich zufälligen I/O-Operationen unterschiedlicher Größe überprüft. Zum Workload gehören die für OLTP und Datenbanken typischen Abfrage- und Aktualisierungsoperationen. Der SPC-1 Benchmark-Test ist deutlich anspruchsvoller als die herkömmlichen Lese-Workloads mit kleinen Block-Größen. Da der Workload zu fast 60 % aus Schreibvorgängen besteht, ist der Benchmark-Test auch für Flash-Storage eine große Herausforderung.

DDP-Rebuilds kritischer Segmente

Sowohl die EF-Series als auch die E-Series bieten DDP-Technologie (Dynamic Disk Pool), wobei Daten, Paritätsinformationen und freie Kapazitäten gleichmäßig auf den gesamten Laufwerk-Pool verteilt werden. Dadurch vereinfacht sich die Einrichtung, Hotspots werden vermieden und die Kapazitätsauslastung wird erhöht.

Mit der aktuellen SANtricity Version werden DDPs jetzt um die Funktion zur Wiederherstellung kritischer Segmente erweitert. Beim gleichzeitigen Ausfall von zwei Laufwerken identifiziert SANtricity automatisch die Segmente, die Daten auf beiden ausgefallenen Laufwerken besitzen, und stellt diese zuerst wieder her, um Datenverluste zu minimieren.

 
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