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Accélérer les performances des bases de données grâce au stockage Flash
Paul Feresten
Responsable marketing produit senior
Mike Phelan
Responsable produits senior

Pour de nombreuses applications de bases de données, depuis les transactions à haute fréquence jusqu'à la gestion des risques en temps réel, les microsecondes se traduisent en opportunités saisies ou perdues.

La vitesse des E/S des bases de données étant cruciale, les entreprises adoptent de plus en plus des systèmes de stockage 100 % Flash. Elles peuvent ainsi minimiser la latence des E/S et accélérer les performances transactionnelles.

Une solution de stockage 100 % Flash adaptée influence directement leurs résultats. Elles connaissent des améliorations indéniables en matière de temps de traitement, ont besoin de moins de serveurs, réduisent les coûts de licence des bases de données et profitent d'économies considérables sur l'espace au sol et sur la consommation énergétique. (Pour en savoir plus, reportez-vous à l'article La technologie Flash optimise la performance du stockage dans un monde impatient de cette édition.)

Optimiser les performances des bases de données

Pendant des années, les administrateurs de bases de données (DBA) ont minutieusement planifié et contrôlé le stockage de données afin d'optimiser les performances de disques relativement lents. Pour ce faire, ils se référaient aux meilleures pratiques qui consistaient, entre autres, à exécuter des fichiers journaux sur des disques rapides en miroir afin d'atteindre les performances maximales disponibles. Les DBA favorisaient par ailleurs les infrastructures sur-provisionnées dédiées pour éviter les conflits avec des « voisins bruyants » et les temps de réponse imprévisibles.

Les baies 100 % Flash remplacent les disques mécaniques lents par des disques SSD (Solid-State Disks). Les résultats en termes de performances sont considérables. Un disque SSD Flash offre des centaines d'IOPS de plus qu'un disque dur, et réduit la latence d'accès de plusieurs millisecondes à quelques microsecondes.

En raison de leurs différences architecturales importantes, certaines baies 100 % Flash sont plus ou moins bien adaptées aux charges de travail des bases de données hautes performances. Un chemin d'accès aux données optimisé et clair est indispensable pour profiter pleinement de la latence Flash mesurée en microsecondes. Il est essentiel que les services de stockage ne nuisent pas à la cohérence et à la rapidité des performances.

NetApp EF560

La nouvelle baie 100 % Flash NetApp® EF560® convient parfaitement aux bases de données stratégiques ainsi capables d'optimiser les performances 100 % Flash. Cette nouvelle plateforme atteint d'excellentes performances inégalées et cohérentes. Avec jusqu'à 650 000 IOPS dans un format compact 2U et des temps de réponse moyens de 800 microsecondes, la baie EF560 démontre toute l'importance de la conception du système de stockage. De plus, elle intègre la fiabilité et la disponibilité éprouvée du système d'exploitation SANtricity qui en est déjà à sa huitième génération.

La baie EF560 est conçue pour respecter les meilleures pratiques des administrateurs de BD hautes performances. Les CPU de stockage sont dédiés à des activités de lecture et d'écriture rapides, tandis que les ressources de l'hôte sont consacrées à la compression. Le chemin d'accès au code n'interfère pas avec les E/S de traitement, la baie peut donc atteindre une latence de quelques microsecondes sous des charges diverses. Cette latence reste la même qu'au premier jour, sans connaître de pic inattendu.

Pour les DBA, ces performances dédiées sont cohérentes avec leur quête de résultats prévisibles et homogènes. Les performances et le rapport prix/performances de la baie EF560 ont été démontrés dans plusieurs bancs d'essai internes (IOPS et débit) et dans le banc d'essai SPC-1. Les résultats sont exceptionnels.

Performances du système IOPS

Voyons tout d'abord comment la baie EF560 gère les charges de travail de lecture. Il s'agit du type d'opérations le plus fréquent pour les baies 100 % Flash. La baie EF560 effectue 650 000 opérations d'E/S par seconde en continu à une latence de 800 microsecondes avec un espace rack de 2U seulement. Ces chiffres représentent une augmentation de 62,5 % par rapport au modèle EF550. Si nous définissons un seuil de performances de 500 microsecondes, la baie EF560 atteint quand même 628 000 IOPS.

Nous avons poussé les tests de performances des IOPS de la baie EF560 plus loin pour vous permettre de mieux prévoir les performances des charges de travail que vous envisagez d'exécuter. (Nous avons testé une baie EF560 équipée de 48 disques SSD et de RAID 5, avec une charge de travail d'une taille de bloc de 8 Ko.)

Tableau 1) Performances des IOPS de la baie EF560 sous diverses charges de travail de lecture/écriture

Source : NetApp, 2015

Évaluation de la performance au banc d'essai SPC-1

À des fins de validation supplémentaire, nous avons publié les résultats du banc d'essai SPC-1 du Storage Performance Council sur la baie EF560. Nous y avons simulé les demandes d'une base de données hautes performances qui enregistre de très nombreuses écritures et lectures. (Consultez l'encadré À propos du banc d'essai SPC-1, pour en savoir plus.) Dans le cadre de ce test vérifié, la baie EF560 assure 245 011,76 IOPS SPC-1™ avec un temps de réponse moyen (mesuré à 100 % de charge) de 0,93 milliseconde ou 930 microsecondes. Si notre seuil est fixé à 500 microsecondes, la baie EF560 assure 196 008,41 IOPS SPC-1 à un temps de réponse de 0,53 milliseconde (530 microsecondes). En général, un client exige entre 80 000 et 120 000 IOPS, ce qui est tout à fait à la portée de la baie EF560.

Figure 1) Courbe relative au temps de réponse SPC-1 de la baie EF560

Source : Synthèse du banc d'essai SPC-1 sur la baie EF560

La baie EF560 atteint le temps de réponse minimum SPC-1 le plus bas (mesuré à une charge de 10 %) parmi toutes les configurations du Top 10 SPC-1 à 0,18 milliseconde (180 microsecondes). Ce temps de réponse minimum SPC-1 représente la valeur minimale qu'un système de stockage peut atteindre. Consultez la synthèse du banc d'essai SPC-1 sur la baie EF560 ou le rapport complet.

Latence divisée par 20 et réduction de l'espace rack de 70 %
Est-ce que les IOPS élevées et les latences mesurées en microsecondes font réellement la différence ? Une entreprise internationale de commerce en ligne avait besoin d'une latence faible cohérente pour accélérer les transactions de paiement et améliorer la satisfaction de ses clients. Elle recherchait également une fiabilité très élevée, chaque minute de temps d'indisponibilité impliquant des pertes considérables de chiffre d'affaires. Les solutions EF-Series ont pu multiplier par 20 la performance des bases de données Oracle qui contrôlent les transactions et les profils d'achats. Consultez le témoignage client.

Rapport prix/performances SPC-1

Le banc d'essai SPC-1 indique généralement le rapport prix/performances de chaque configuration en $/IOPS SPC-1. La baie EF560 atteint 0,54 $ par IOPS SPC-1, ce qui la place en 2e position du Top 10 des meilleurs rapports prix/performances SPC-1. Si l'on ne tient compte que des résultats affichant un temps de réponse moyen inférieur à 1 milliseconde, la baie EF560 arrive en tête.

Pour plus de détails sur les résultats du banc d'essai SPC-1 sur la baie EF560, consultez ce bulletin de blog de Dimitris Krekoukias sur RecoveryMonkey.org.

Débit

Le débit ou bande passante est un autre aspect important des performances des baies Flash. On y fait moins souvent allusion qu'aux IOPS, mais le débit mesure la qualité des lectures ou des écritures de données séquentielles (par opposition aux données aléatoires). Toutes les bases de données disposent d'un composant séquentiel important (pensez aux fichiers journaux). Les charges de travail analytiques et les bases de données en mémoire profitent énormément de la diffusion rapide de l'entrée de données.

C'est un autre domaine dans lequel la baie EF560 tire son épingle du jeu. Alors que les concurrents se vantent d'atteindre un débit de lecture de 4 ou 8 Go/s, la baie EF560 affiche un débit de lecture en continu de 12 Go/s et un débit d'écriture de plus de 6 Go/s.

Transformer le débit en avantage concurrentiel

Entrée et récupération à la seconde. Le CIO d'une entreprise de forage pétrolier voulait accélérer l'entrée des données de forage et les récupérer une fois par seconde, contre une fois par minute auparavant, soit un temps de récupération 60 fois plus rapide. Grâce aux solutions EF-Series, cette entreprise a pu atteindre son objectif. Elle dispose désormais de données plus détaillées en une seconde et profite d'analyses en temps réel pour des décisions plus éclairées.

Création de rapport 4 fois plus rapide. Une application d'analyse utilisée par un groupe immobilier capture et reconditionne les données immobilières nationales qui seront utilisées par les banques, les établissements financiers et les agences immobilières. Cette entreprise devait accélérer la performance de sa base de données pour offrir des services plus rapidement. Grâce aux baies EF-Series, elle peut désormais proposer des mises à jour des estimations quatre fois par jour, contre une fois par jour avant. Les données sont donc actualisées plus fréquemment, les délais d'acceptation des prêts immobiliers sont plus courts et les clients sont nettement plus satisfaits. Consultez le témoignage client.

Améliorations des performances des baies EF560

La baie EF560 tire parti de quatre améliorations en termes de performances :

  1. Nouveaux processeurs plus rapides. La baie EF560 intègre de nouveaux processeurs Intel Xeon à 6 cœurs de 2,2 GHz qui doublent quasiment les IOPS.
  2. Prise en charge de SANtricity multi-cœur. Nous avons optimisé le logiciel SANtricity 8.20 en répartissant les charges de travail sur plusieurs cœurs. Les temps de réponse sont ainsi 50 % plus rapides, comme le prouvent les résultats de notre dernier banc d'essai.
  3. Disques SSD à faible latence. Nous continuons à tirer parti des améliorations impressionnantes apportées à la technologie SSD. Nous pouvons dès lors augmenter la capacité et réduire la latence afin d'atteindre le coût par IOPS le plus faible du secteur.
  4. Prise en charge des connexions de structure les plus rapides. La baie EF560 propose de nombreuses options de connectivité hôte : 8 SAS de 12 Gbits/s, 4 InfiniBand de 56 Gbits/s, 8 Fibre Channel de 16 Gbits/s et 8 iSCSI de 10 Gbits/s.

Amélioration de la disponibilité et de la facilité de gestion de la baie EF560

La disponibilité et la facilité de gestion de la baie EF560 ont été améliorées :

  • Mises à niveau du firmware des disques en ligne
  • Système d'extraction des données des disques (copie des données depuis un disque défaillant)
  • Reconstruction DDP des segments stratégiques (plus d'informations à ce sujet ultérieurement)

La baie EF560 est équipée de contrôleurs doubles actifs dans un tiroir 2U et peut accueillir jusqu'à 120 disques SSD (actuellement avec des capacités de 400 Go, 800 Go et 1,6 To). Une baie unique peut offrir jusqu'à 192 To de capacité brute. Les disques SSD sont configurés en volumes grâce aux pools de disques dynamiques (DDP) ou à RAID 0, 1, 5, 6 et 10.

Figure 2) Caractéristiques de la baie EF560

Source : NetApp, 2015

Choisir une méthode de protection des données

En développant la baie EF560, nous avions dans l'idée de décrire précisément les performances et les opérations afin de vous permettre de choisir facilement la configuration parfaitement adaptée à vos besoins. Les pools de disques dynamiques devenant de plus en plus populaires (35 % des déploiements EF-Series les utilisent déjà), nous formulons également des conseils sur les situations les plus appropriées pour DDP ou pour un autre niveau RAID.

Pour une protection des données adaptée, analysez vos besoins et imaginez tous les schémas de protection possibles comme des zones de performances, tel qu'illustré en Figure 2. Choisissez ensuite le niveau de protection qui offre les performances et la capacité nécessaires.

Figure 3) Performances de la baie EF560 utilisant RAID 5, DDP et RAID 10

Source : NetApp, 2015

N'oubliez pas que cette figure se base sur une charge de travail d'une taille de bloc de 8 Ko qui enregistre 75 % de lectures et 25 % d'écritures. Le seuil de latence est fixé à 0,6 milliseconde (600 microsecondes). Si la part d'écritures augmente, le tracé représentant chaque technologie perd de la hauteur.

Le choix du DBA en matière de performances des bases de données

Si vous recherchez une baie 100 % Flash aux performances rapides et cohérentes, analysez minutieusement l'architecture. La baie 100 % Flash EF560 repose sur une architecture performante dédiée idéale pour les bases de données stratégiques hautes performances. Avec près de 1 million de systèmes de stockage installés et une fiabilité de plus de 99,999 %, l'architecture de la baie EF560 offre des performances sur lesquelles les DBA peuvent compter.

Ressources

Par Paul Feresten, Responsable marketing produit senior et Mike Phelan, Responsable produits senior

Paul Feresten a rejoint NetApp en 2005 et est actuellement responsable du marketing de la technologie SSD. Il était auparavant en charge des principaux logiciels NetApp, notamment Data ONTAP, la colocation sécurisée et l'efficacité du stockage. Il cumule plus de 30 ans d'expérience à des postes de responsable de gestion de produits, de responsable des ventes et du marketing, et de directeur général. Avant de rejoindre NetApp, Paul a travaillé pour Data General, Digital Equipment Corporation, MSI Consulting et SEPATON. Il est titulaire d'un diplôme en science de l'Université de Boston et d'un MBA du Babson College.

Mike Phelan a rejoint NetApp en avril 2012 et est actuellement responsable produits pour la gamme EF-Series. Dans le cadre de son précédent poste d'ingénieur marketing technique, il a testé, rédigé, formé et présenté de nombreuses fonctionnalités avancées des solutions E-Series et EF-Series. Il a énormément travaillé avec SSD Cache, les pools de disques dynamiques et la mise en miroir asynchrone de volumes à distance.

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Avril 2015

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À propos du banc d'essai SPC-1

SPC-1 est un banc d'essai SAN vérifié standard du Storage Performance Council, qui s'intéresse au stockage associant des E/S principalement aléatoires de diverses tailles. La charge de travail intègre des requêtes et des mises à jour propres aux applications comme OLTP et les bases de données. Le banc d'essai SPC-1 est bien plus exigeant que les charges de travail habituelles de lecture peu volumineuses. En fait, près de 60 % de la charge de travail correspond à des écritures ; le banc d'essai constitue donc un véritable défi pour le stockage Flash.

Reconstructions DDP des segments stratégiques

Les solutions EF-Series et E-Series proposent la technologie DDP (pools de disques dynamiques), qui répartit uniformément des données, des informations de parité et la capacité disponible au sein d'un pool de disques, ce qui simplifie la configuration, élimine les points sensibles et optimise l'utilisation.

La dernière version de SANtricity ajoute les reconstructions des segments stratégiques à DDP. Si deux disques tombent en panne simultanément, SANtricity identifie automatiquement les segments dont les données sont réparties sur les deux disques défaillants, pour pouvoir les reconstruire en priorité afin de minimiser l'impact.

 
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