VNX FAST Cache - Armazenamento de dados, Convergente ... · Todas as outras marcas comerciais aqui...

White paper

Resumo

Este white paper é uma introdução à tecnologia EMC® FAST Cache nos sistemas de armazenamento VNX®. Ele descreve a implementação do recurso FAST Cache e fornece detalhes sobre sua utilização com o Unisphere® e o Secure CLI. As diretrizes de uso e os principais benefícios ao cliente também estão incluídos. Dezembro de 2013

VNX® FAST Cache VNX5100, VNX5300, VNX5500, VNX5700 e VNX7500 A Detailed Review

2 VNX FAST Cache A Detailed Review

Copyright © 2014 EMC Corporation. Todos os direitos reservados. A EMC assegura que as informações apresentadas neste documento estão corretas na data da publicação. As informações estão sujeitas a alterações sem prévio aviso. As informações nesta publicação são fornecidas “no estado em que se encontram”. A EMC Corporation não garante nenhum tipo de informação contida nesta publicação, assim como se isenta de garantias de comercialização ou adequação de um produto a um propósito específico. O uso, a cópia e a distribuição de qualquer software da EMC descrito nesta publicação exigem uma licença de software. Para obter uma lista mais atualizada de produtos da EMC, consulte EMC Corporation Trademarks no site brazil.emc.com. VMware e VMware View Sphere são marcas registradas ou comerciais da VMware, Inc. nos Estados Unidos e/ou em outras jurisdições. Todas as outras marcas comerciais aqui mencionadas pertencem a seus respectivos proprietários. Número da peça h8046.9


Índice

Resumo executivo ................................................................................................... 4

Introdução .............................................................................................................. 4

Público ............................................................................................................................... 5

Terminologia ...................................................................................................................... 5

FAST Cache global e custo total de propriedade ....................................................... 6

Componentes do FAST Cache ............................................................................................. 7

Teoria da operação ............................................................................................................. 8

Promoções do FAST Cache.............................................................................................. 8

Flushing do FAST Cache ................................................................................................ 11

Manuseio de falhas .......................................................................................................... 11

Management .................................................................................................................... 12

Práticas recomendadas ................................................................................................ 17

Limitações .................................................................................................................... 18

Conclusão ............................................................................................................. 18

Referências ........................................................................................................... 19

Apêndice A: Opções de configuração do FAST Cache .............................................. 20

Apêndice B: FAST VP e FAST Cache ......................................................................... 23

Apêndice C: Comparação do FAST Cache com cache de sistema de armazenamento .................................................................................................... 25


Resumo executivo Desde a primeira implementação da tecnologia Flash em módulos de disco (conhecidos como SSDs) em arrays corporativos, a EMC® ampliou o uso dessa tecnologia por todo o sistema de armazenamento. A combinação entre alto desempenho e diminuição rápida do custo por gigabyte da tecnologia Flash resultou no conceito de um nível de cache. Um nível de cache é um cache secundário de grande capacidade que usa flash drives corporativos posicionados entre o cache principal baseado em DRAM do processador de armazenamento e os HDDs. Nos sistemas de armazenamento EMC VNX®, esse recurso é chamado de EMC FAST Cache.

O FAST Cache amplia a capacidade atual de armazenamento em cache do sistema de armazenamento para um desempenho melhor por todo o sistema. Isso é feito por meio da ampliação da funcionalidade do cache DRAM ao copiar os dados com maior frequência de acesso para os flash drives, que são mais rápidos do que os HDDs, impulsionando assim o desempenho do sistema. Os flash drives também fornecem um cache que é dimensionável e muito maior se comparado com o cache DRAM. Os recursos do FAST Cache variam de 100 GB a 2 TB, o que é consideravelmente maior do que o cache DRAM disponível nos sistemas de armazenamento existentes.

Ao nível de sistema, o FAST Cache faz o uso mais eficiente da capacidade do flash drive. O FAST Cache faz isso usando flash drives para os dados acessados com mais frequência no sistema de armazenamento, em vez de dedicar os discos para um aplicativo específico. A configuração do FAST Cache é um processo on-line e sem interrupções que usa a interface existente de alocação de memória, mas não usa ciclos do servidor host. O FAST Cache é criado em modo de leitura/gravação protegido por RAID, e as opções de capacidade dependem do modelo do sistema de armazenamento e da quantidade e dos tipos de flash drives instalados. Você pode criar o FAST Cache, ativá-lo nos volumes de armazenamento e gerenciá-lo por meio do Unisphere®. O usuário não precisa fazer nenhuma intervenção a fim de ativar aplicativos para visualizar os benefícios de desempenho do FAST Cache. Você pode usá-lo nos sistemas de armazenamento existentes da série VNX 1que estejam executando o VNX Block Operating Environment versão 31 ou mais recente. O FAST Cache pode ser usado para LUNs baseadas em grupo de RAID e LUNs baseadas em pool.

Introdução Este white paper fornece uma introdução ao recurso FAST Cache. O FAST Cache ajuda a concretizar os benefícios de desempenho dos flash drives em todo o sistema. Abaixo fornecemos uma visão geral detalhada sobre seu funcionamento. Caso um fragmento de dados específico seja acessado com frequência pelo aplicativo do usuário, o VNX promove automaticamente tal fragmento para o FAST Cache, copiando-o dos discos rígidos para os flash drives. O acesso subsequente de I/O ao mesmo fragmento é efetuado com os tempos de resposta do flash drive, impulsionando assim o desempenho do sistema de armazenamento. Caso a frequência de acesso do fragmento em questão diminua e seja necessário promover outros fragmentos para o FAST Cache, os dados antigos são retirados do FAST Cache. Os detalhes sobre o algoritmo FAST Cache e as operações FAST Cache básicas são discutidos na seção “Teoria de operações” nesse white paper.

1 Os sistemas de armazenamento VNX5100 permitem que você use os recursos FAST Cache ou Thin Provisioning™, mas não ambos. Todos os outros modelos permitem que você use os dois recursos ao mesmo tempo.


Público

Este white paper se destina a clientes, parceiros e funcionários da EMC que estão planejando usar o recurso FAST Cache em sistemas de armazenamento VNX. Ele supõe que o usuário em questão já esteja familiarizado com os sistemas de armazenamento CLARiiON® e VNX, e com o software de gerenciamento da EMC.

Terminologia

Página do cache – a menor unidade de alocação dentro do FAST Cache, normalmente com alguns kilobytes de tamanho.

Página limpa do cache – uma página do FAST Cache que é válida e contém uma cópia dos dados que foi sincronizada com a LUN do usuário.

Página suja do cache – uma página do FAST Cache que é válida e contém a cópia mais recente dos dados, mas que ainda não foi sincronizada com a LUN do usuário.

Página válida do cache – uma página do FAST Cache que contém uma representação dos dados que residem na LUN de um usuário associado. Uma página válida pode ser limpa ou suja.

Página inválida do cache – uma página do FAST Cache que não contém nenhum dado utilizável. Ela não representa os dados residentes em nenhuma LUN de usuário.

Ativação do cache – o processo que envolve a cópia de novas páginas para o FAST Cache após a criação do FAST Cache, ou uma alteração no perfil de acesso do aplicativo que começa a fazer referência a um conjunto completamente novo de dados.

Fragmento – uma parcela dos dados em um intervalo específico de endereço (64 KB).

Cache DRAM – um componente do sistema de armazenamento que melhora o desempenho armazenando dados de maneira transparente em mídias muito rápidas de armazenamento (DRAM), de modo que as solicitações para tais dados são atendidas mais rapidamente.

Extenção – um conjunto de blocos físicos adjacentes.

Promoção do FAST Cache – o processo que envolve a cópia dos dados da LUN do usuário back-end, na qual o FAST Cache está ativo, para uma página FAST Cache.

Write-back do FAST Cache – o processo que envolve a cópia da página do FAST Cache para uma LUN back-end baseada em disco rígido.

Flash drive – um dispositivo de armazenamento de dados que usa memória em estado sólido para armazenar dados. Como não possui peças que se movimentam, o flash drive oferece tempos de resposta extremamente baixos e alta taxa de IOPS em comparação com HDDs giratórios.

HDD (Hard Disk Drive) – um dispositivo para o armazenamento de dados que armazena dados em superfícies magnéticas e gira a várias velocidades.

Ponto de acesso – uma área com alta atividade em uma LUN.


Localidade de referência – o conceito de que blocos lógicos localizados próximos entre si são acessados aproximadamente no mesmo momento e repetidamente.

Endereço de bloco lógico – um esquema de endereçamento que especifica a localização dos blocos de dados em dispositivos de armazenamento.

Mapa de memória – um array de endereços no qual cada bit representa uma página do FAST Cache. Esse mapa exibe quais páginas estão no FAST Cache e onde estão localizadas. Uma cópia do mapa de memória permanece residente no cache DRAM. Isso garante que as páginas sejam acessadas nas velocidades da memória.

Pool – um grupo de drives de disco usados por LUNs de pool. Um sistema pode ter zero ou mais pools. Os discos podem fazer parte apenas de um pool. Os discos de pool não podem ser usados em grupos de RAID.

Thin LUN – uma unidade lógica de armazenamento criada em um pool no qual o espaço físico consumido pelo sistema de armazenamento pode ser menor do que a capacidade do usuário visualizada pelo servidor host.

Thick LUN – uma unidade lógica de armazenamento criada em um pool no qual o espaço físico consumido no sistema de armazenamento é igual à capacidade do usuário visualizada pelo servidor host.

FAST Cache global e custo total de propriedade O FAST Cache permite que você aproveite o menor tempo de resposta e a melhor IOPS (I/O por segundo) dos flash drives sem que seja necessário dedicar os flash drives para aplicativos específicos. Essa tecnologia suplementa o cache disponível do sistema de armazenamento (acrescentando até 2 TB de FAST Cache de leitura/gravação nos sistemas de armazenamento VNX7500; consulte Apêndice A: Opções de configuração do FAST Cache). O FAST Cache aborda um ponto de acesso em qualquer local do array, seja nas LUNs do grupo de RAID ou nas LUNs do pool de armazenamento. Flash

Um dos principais benefícios do uso do FAST Cache é a melhoria no desempenho de aplicativos, especialmente para cargas de trabalho com aumentos significativos e imprevisíveis na atividade de I/O. A parte do conjunto de dados funcional de um aplicativo que é acessada com frequência é copiada para o FAST Cache, de forma que o desempenho do aplicativo é impulsionado imediatamente. O FAST Cache permite que os aplicativos ofereçam desempenho consistente ao absorver picos de cargas de leitura/gravação nas velocidades do flash drive.

Outro benefício importante é a melhoria do TCO (Total Cost of Ownership, custo total de propriedade) do sistema. O FAST Cache copia os subconjuntos de dados ativos ou com alta atividade para flash drives nos fragmentos. Ao descarregar boa parte ou até mesmo a grande maioria da IOPS para o cache, o cliente pode satisfazer o restante de suas necessidades de armazenamento com drives de disco de alta capacidade e baixo custo. Essa proporção de uma pequena quantidade de Flash pareada com vários discos oferece o melhor desempenho ($/IOPS) pelo menor custo ($/GB) com a eficiência ideal no consumo de energia (IOPS/kWh).


O FAST Cache é ativado como padrão em todas as LUNs de grupo de RAID e pools de armazenamento assim que o ativador do FAST Cache é instalado. As LUNs de grupo de RAID e pools de armazenamento criados antes da instalação do ativador do FAST Cache permanecem com o FAST Cache desativado. Para usar o FAST Cache nesses itens, é necessário ativar manualmente o FAST Cache usando o Unisphere ou o CLI.

A FlashEMC conduziu testes específicos de aplicativos com o FAST Cache para caracterizar os benefícios de desempenho quando esse recurso é usado. A seguir, apresentamos um resumo dos benefícios do FAST Cache com diversos aplicativos:

VMware View™ – com os desktops de clones vinculados, o FAST Cache melhora o desempenho geral reduzindo os acessos de I/O nos discos rígidos, direcionando tais acessos para os flash drives. Casos de uso específicos incluem tempestades de inicialização (redução de até 99% no acesso de I/O no disco rígido), operações de recomposição (redução de até 70% no acesso de I/O no disco rígido) e operações de varredura de vírus (redução de até 77% no tempo necessário para a varredura completa do desktop). Como há a diminuição dos acessos de I/O realizados a partir dos discos rígidos, é possível atender ao mesmo número de usuários com um número de discos rígidos 44% menor.

Oracle – com uma carga de trabalho OLTP (Online Transaction Processing, processamento de transações on-line) em um ambiente 11g R2, o FAST Cache melhorou o desempenho de 12.500 transações por minuto para 30.000 transações por minuto. Ao mesmo tempo, a latência foi reduzida de 4 ms para 5 ms.

SQL Server – em um ambiente OLTP de SQL Server, o FAST Cache duplicou o número de usuários de 25.000 para 50.000 enquanto manteve o mesmo número de drives Fibre Channel no back-end. Ao mesmo tempo, o tempo de resposta melhorou de 40 segundos para 5 segundos, e as transações por segundo melhoraram de 1.300 para 2.400 com o uso do FAST Cache.

Os detalhes sobre esses números de desempenho, a configuração do laboratório e as sugestões de práticas recomendadas para o uso do FAST Cache com aplicativos específicos podem ser encontrados em white papers distintos disponíveis no Suporte on-line da EMC. Consulte a seção “Referências” deste white paper para obter os títulos dos documentos.

Componentes do FAST Cache

O FAST Cache requer o ativador FAST Cache para tirar vantagem do recurso. Para criar o FAST Cache, você precisa de pelo menos dois flash drives no sistema, que serão configurados em um grupo de RAID tipo RAID 1. Assim que o ativador estiver instalado, o sistema usa os seguintes componentes principais para processar e executar o FAST Cache:

Mecanismo de política – gerencia o fluxo de I/Os por meio do FAST Cache. Quando um fragmento de dados de uma LUN é acessado com frequência, ele é copiado temporariamente no FAST Cache (flash drives). Ele é copiado de volta para os discos rígidos quando outros dados são usados com maior frequência. O mecanismo de política decide quando essas ações devem acontecer. Esse mecanismo de política também mantém informações estatísticas sobre os padrões de acesso aos dados. As políticas definidas por esse mecanismo de política são definidas pelo sistema e não podem ser alteradas pelo usuário.


Mapa de memória – rastreia o uso e a propriedade de extent em fragmentos de granularidade de 64 KB. Esse mapa mantém informações sobre o estado dos fragmentos de armazenamento de 64 KB e sobre o conteúdo deles no FAST Cache. Uma cópia do mapa de memória permanece armazenada na memória DRAM, então quando o ativador FAST Cache for instalado, pode ser necessário desativar temporariamente o cache de leitura e gravação da controladora de armazenamento existente para alocar espaço para o mapa de memória do FAST Cache. Assim que o mapa de memória tiver sido criado, os caches de leitura e gravação redimensionados da controladora de armazenamento são reativados automaticamente pelo sistema de armazenamento. O tamanho do mapa de memória aumenta linearmente em relação ao tamanho do FAST Cache que está sendo criado. Uma cópia do mapa de memória também é espelhada nos discos Flash para manter a integridade e a alta disponibilidade dos dados.

Teoria da operação

Promoções do FAST Cache

Os dados que ficam ocupados nos discos rígidos são promovidos para o FAST Cache, que é um processo assíncrono. A promoção dos dados para o FAST Cache depende do número de acessos (leitura e/ou gravação) em um fragmento de armazenamento de 64 KB, e não depende dos dados já existirem ou não no cache DRAM. Caso tenha um FAST VP habilitado com flash drives ou drives de “desempenho extremo” no nível, as operações de I/O de tal nível não são promovidas para o FAST Cache, já que os dados já residem nos flash drives. Para obter mais informações sobre como o FAST VP e o FAST Cache trabalham em conjunto, consulte Apêndice B: FAST VP e FAST Cache.

Por exemplo, suponha que uma solicitação de I/O seja recebida de um aplicativo imediatamente após a criação do FAST Cache no sistema de armazenamento. Nesse cenário, a memória do FAST Cache está vazia, porque ainda não houve nenhuma promoção para o FAST Cache.

Quando a primeira operação de I/O é enviada pelo aplicativo, o mecanismo de política do FAST Cache busca por uma entrada do fragmento de dados de I/O no mapa de memória do FAST Cache. Como o mapa de memória está vazio nessa fase, os dados são acessados a partir da LUN do HDD. Chamamos isso de erro do FAST Cache. A EMC descobriu que a sobrecarga no desempenho é mínima durante a verificação do mapa de memória para cada acesso a uma LUN com FAST Cache ativo.

Caso o aplicativo acesse frequentemente dados em um fragmento de armazenamento de 64 KB, o mecanismo de política copia tal fragmento da LUN de disco rígido para o FAST Cache. O mapa de memória é atualizado para indicar que agora o fragmento de dados reside no FAST Cache. Essa operação é chamada de promoção, e esse período é chamado de período de warm-up do FAST Cache. O sistema de armazenamento controla essa atividade para garantir que a sobrecarga para a promoção não ultrapasse um percentual especificado da capacidade do sistema de armazenamento.

o O FAST Cache demora algum tempo para fazer o warm-up antes de apresentar melhoras no desempenho. O tempo de warm-up consiste basicamente em operações de promoção no FAST Cache. Isso acontece quando o FAST Cache é criado e está vazio. Isso também acontece quando o conjunto de dados


funcional dos aplicativos muda drasticamente, e os dados atuais do FAST Cache não são mais consultados. Durante esse período, a taxa de acessos do FAST Cache é baixa, então o tempo de resposta é semelhante ao de uma LUN com HDD. À medida que a taxa de acessos do FAST Cache aumenta, os tempos de resposta mudam gradualmente para os dos flash drives.

o Entre outros aspectos, o tempo de warm-up depende do número e do tipo de HDDs no back-end. Por exemplo, uma configuração com 80 drives SAS possui tempo de warm-up menor em comparação com uma configuração com 20 drives SAS devido ao maior conjunto de dados funcional. Da mesma forma, o FAST Cache com HDDs SAS no back-end faz o warm-up mais rapidamente se comparado com back-ends que usam HDDs NL-SAS, porque normalmente os drives NL-SAS possuem um tempo de resposta mais alto que os drives SAS. Portanto, ao desenvolver layouts de aplicativos, lembre-se de que existe um tempo de warm-up antes que seja possível alcançar um desempenho estável do FAST Cache.

Quando o aplicativo acessa tais dados novamente, o mecanismo de política percebe que os dados estão no FAST Cache. Chamamos isso de acesso ao FAST Cache. Como agora os dados são acessados a partir dos flash drives, o aplicativo obtém tempos de resposta muito baixos e uma alta taxa de IOPS. Caso uma parcela significativa do conjunto funcional seja promovida para o FAST Cache ao longo do tempo, os aplicativos podem experimentar um maior desempenho médio, mesmo com HDDs de baixo desempenho no back-end.

Leituras

A I/O de entrada do aplicativo host é verificada em relação ao mapa de memória do FAST Cache para determinar se a I/O tem como destino um fragmento que já está no FAST Cache:

Caso o fragmento não esteja no FAST Cache, a solicitação de I/O segue o mesmo caminho que ela seguiria caso o sistema de armazenamento não possuísse o FAST Cache.

Entretanto, caso o fragmento de dados esteja no FAST Cache, o mecanismo de política redireciona a solicitação de I/O para o FAST Cache. Caso a solicitação de I/O do host seja para uma operação de leitura, e os dados de destino estejam no cache DRAM, os dados são lidos a partir do cache DRAM. Caso os dados não estejam no cache DRAM, os dados são lidos a partir do FAST Cache e transferidos para o cache DRAM, assim como aconteceria com leituras a partir do HDD.


Figura 1: Operação de leitura do FAST Cache

Gravações

Caso a solicitação de I/O do host seja uma operação de gravação para um fragmento de dados no FAST Cache, e o cache de gravação não esteja desativado para a LUN, o cache DRAM é atualizado com a nova “gravação”, e uma confirmação é enviada como resposta ao host. Os dados do host não são gravados diretamente no FAST Cache. Quando é necessário mover os dados e retirá-los do cache DRAM, eles são gravados no FAST Cache. Como os dados são gravados em flash drives em vez de HDDs, essa operação pode ajudar a limitar ou diminuir o número de páginas sujas no cache de gravação DRAM.

Observação: Mesmo quando o FAST Cache está instalado e ativado no sistema de armazenamento, as operações de I/O são atendidas diretamente a partir do cache DRAM sempre que possível.

Figura 2: Operação de gravação do FAST Cache


Figura 3: Operação de gravação quando o cache de gravação está desativado para a LUN

Flushing do FAST Cache

Em determinadas situações, os dados são copiados do FAST Cache para os HDDs do back-end. Chamamos isso de operação de write-back. As operações de write-back acontecem quando uma promoção do FAST Cache está agendada mas não existem páginas livres ou limpas disponíveis no FAST Cache. Então uma página suja é copiada do FAST Cache e gravada na LUN do HDD para liberar espaço para os novos dados. O algoritmo LRU (Last Recent Used, menos utilizado recentemente) determina quais blocos de dados devem passar pelo processo de flush para liberar espaço para as novas promoções.

Filtro de acesso sequencial e de alta frequência para blocos pequenos

No VNX Operating Environment versão 32, foram realizados alguns aperfeiçoamentos na forma de lidar com picos de atividade sequenciais, com tempo de vida curto e cargas de trabalho de alta localidade espacial de blocos pequenos. Anteriormente, tais cargas de trabalho, com um baixo potencial de reacesso, acionariam a promoção de páginas no FAST Cache, resultando em pouquíssimo benefício. Com esse aperfeiçoamento, o FAST Cache identificará de maneira mais inteligente os padrões de acesso dos dados em longo prazo e que serão mais benéficos para o sistema usar no FAST Cache, e evitar os dados que resultariam em pouco ou nenhum benefício.

Manuseio de falhas Os algoritmos de hot sparing global do VNX são usados para os flash drives configurados como FAST Cache. O hot sparing global fornece reconstruções automáticas e on-line de grupos de RAID redundantes quando qualquer um dos drives do grupo apresenta falhas. A EMC modernizou ainda mais essa funcionalidade com o hot sparing proativo. O hot sparing proativo reconhece quando um drive está próximo de apresentar falhas e copia, preventivamente, o conteúdo do drive antes que ele falhe. A combinação desses recursos minimiza a vulnerabilidade de cada grupo de RAID a falhas de outros drives e evita a perda de dados. Por razões de desempenho, somente flash drives configurados como hot spares globais substituem flash drives defeituosos no FAST Cache. Além disso, um hot spare pode ser compartilhado entre os flash drives usados para o FAST Cache e os flash drives usados em outro local no sistema de armazenamento.


Caso não exista um hot spare disponível, apenas um par de drives de FAST Cache permanecerá em modo degradado, e o algoritmo de limpeza de páginas de cache aumenta a taxa na qual as páginas do FAST Cache são copiadas dos flash drives do FAST Cache para HDDs. Para reduzir o potencial de exposição à perda de dados em decorrência de uma falha de drive em um grupo de RAID não redundante, são permitidas somente operações de leitura a partir desse grupo de RAID FAST Cache. Nessa situação, agora as operações de gravação que eram direcionadas ao grupo de RAID degradado são atendidas pelos HDDs. Caso existam outros grupos de RAID no FAST Cache, eles continuarão funcionando como leitura/gravação. Assim que o grupo de RAID degradado for reparado, o FAST Cache começará automaticamente a reativar os dados nele.

Management Você pode usar o Unisphere ou o Secure CLI para criar, gerenciar e monitorar o FAST Cache. É possível encontrar detalhes sobre o Unisphere no white paper EMC Unisphere: solução Unified Storage Management disponível no Suporte on-line da EMC. As próximas seções abordam as partes do Unisphere e do Secure CLI que pertencem ao FAST Cache. Para obter mais informações sobre as opções de configuração do FAST Cache, consulte Apêndice A: Opções de configuração do FAST Cache.

Unisphere

A guia System no Unisphere possui os links System Properties e Manage Cache à direita. Os dois links abrem a janela System Properties (Figura 4).

Para ativar o FAST Cache, clique na guia FAST Cache na janela System Properties para visualizar as informações do FAST Cache. Caso o FAST Cache não tenha sido criado no sistema de armazenamento, o botão Create na parte inferior da caixa de diálogo estará ativado. O botão Destroy estará ativado quando o FAST Cache tiver sido criado.

Figura 4: Caixa de diálogo Storage System Properties


Quando o FAST Cache tiver sido criado, os campos State, Size e RAID Type serão atualizados para refletir os detalhes de configuração do FAST Cache. O campo RAID Type exibe o valor RAID 1 quando o FAST Cache tiver sido criado. Clique em Create para abrir a caixa de diálogo Create FAST Cache (Figura 5).

Figura 5: Crie a caixa de diálogo FAST Cache

Caso não haja um número suficiente de flash drives disponíveis para a ativação do FAST Cache, o Unisphere exibe uma mensagem de erro, e não será possível criar o FAST Cache. A parte inferior da tela mostra os flash drives que serão usados para criar o FAST Cache. Você pode escolher os drives manualmente, selecionando a opção Manual. Para alterar o tamanho do FAST Cache após ele ter sido configurado, é necessário destruir e recriar o FAST Cache. Isso exige que o FAST Cache transfira todos os seus dados. Quando o FAST Cache é criado novamente, ele precisa preencher novamente seus dados (período de warm-up).

Figura 6 demonstra como você pode ativar o FAST Cache para LUNs na guia Advanced da caixa de diálogo Create LUN.

Caso a LUN já tenha sido criada em um grupo de RAID, clique na guia Fast Cache da caixa de diálogo LUN Properties para configurar o FAST Cache (apresentado na Figura 7).


Figura 6: Guia Advanced na caixa de diálogo Create LUN

Figura 7: Guia Cache na caixa de diálogo LUN Properties

Para o FAST Cache com pools de armazenamento, é possível ativar o FAST Cache por pool. Todas as LUNs criadas no pool de armazenamento terão o FAST Cache ativado ou desativado coletivamente. Você pode configurar o FAST Cache nos pools usando a guia Advanced na caixa de diálogo Create Storage Pool apresentada na Figura 8.


Figura 8: Guia Advanced na caixa de diálogo Create Storage Pool

Caso o pool de armazenamento já tenha sido criado, use a guia Advanced da caixa de diálogo Storage Pool Properties para ativar o FAST Cache (consulte a Figura 9).

Figura 9: Guia Advanced da caixa de diálogo Storage Pool Properties

É possível exibir as propriedades do FAST Cache em qualquer tabela do Unisphere (p. ex., a tabela LUNs) clicando com o botão direito no cabeçalho da tabela e selecionando a opção Choose Columns. Também é possível clicar no ícone Tools no canto superior direito da tabela e selecionar a opção Choose Columns. Isso resultará na abertura da caixa de diálogo exibida na Figura 10, onde você pode selecionar a opção FAST Cache. A propriedade do FAST Cache é exibida para cada entrada na tabela.

Figura 10: Selecionando a exibição das informações do FAST Cache no Unisphere


Secure CLI

As funções de gerenciamento descritas na seção anterior também estão disponíveis com o Unisphere CLI. Os comandos CLI para FAST Cache incluem:

Tarefa Comando CLI

Criar FAST Cache cache ‒fast ‒create

Destruir FAST Cache cache ‒fast ‒destroy

Obter informações do FAST Cache cache ‒fast ‒info

Configurar FAST Cache ao criar LUN de grupo de RAID bind … -fastcache 0|1

Ativar ou desativar o FAST Cache em uma LUN de grupo de RAID

chglun ‒l <LUN #> -fastcache 0|1

Obter as informações de configuração do FAST Cache de uma LUN de grupo de RAID

getlun <LUN #> -fastcache

Configurar o FAST Cache ao criar um pool de armazenamento

storagepool ‒create … -fastcache on|off

Configurar o FAST Cache no pool de armazenamento existente

storagepool ‒modify ‒id <#> -fastcache on|off

Obter o estado do FAST Cache no pool de armazenamento

storagepool ‒list ‒id <#> -fastcache

… indica a necessidade de mais opções de cli

Unisphere Analyzer

O Unisphere Analyzer reúne estatísticas do FAST Cache para monitorar o desempenho do FAST Cache. Para visualizar tais estatísticas, ative o modo Advanced do Analyzer seguindo os passos abaixo:

1. No Unisphere, clique na guia System. 2. Clique em Monitoring and Alerts. 3. Clique em Statistics for Block. 4. Clique em Customize Charts. 5. Clique na guia General. 6. Marque a caixa de seleção Advanced. 7. Clique em OK para aplicar as configurações.

As seguintes estatísticas do FAST Cache estão disponíveis ao nível da controladora de armazenamento:

Páginas sujas do FAST Cache (%)

MBs descarregados do FAST Cache (MB/s)

As seguintes estatísticas do FAST Cache estão disponíveis para LUNs de grupos de RAID e pools de armazenamento:

Acessos de leitura do FAST Cache por segundo

Erros de leitura do FAST Cache por segundo

Taxa de acessos de leitura do FAST Cache

Acessos de gravação do FAST Cache por segundo


Erros de gravação do FAST Cache por segundo

Taxa de acessos de gravação do FAST Cache

O Suporte on-line da EMC contém vídeos que ajudarão você a visualizar tais estatísticas. Acesse o Suporte on-line da EMC e pesquise o termo “Analyzer Series” para acessar o vídeo sobre o FAST Cache.

Práticas recomendadas

Cargas preferenciais de trabalho de aplicativo do FAST Cache:

o Aplicativos de I/O aleatória de bloco pequeno com alta localidade

o Reacesso aos dados – alta frequência de acesso aos mesmos dados

o Sistemas nos quais o desempenho atual está limitado pela capacidade do HDD, e não pela capacidade da controladora de armazenamento

Caso possua um número limitado de flash drives e a opção de usá-los para FAST VP ou FAST Cache, a EMC recomenda que você use os flash drives para criar o FAST Cache. Então use os flash drives restantes em um pool de armazenamento habilitado para FAST VP. O FAST Cache é global por natureza e beneficia todas as LUNs e pools no sistema de armazenamento. O FAST VP beneficia somente o pool de armazenamento onde os flash drives residem. Para obter mais informações sobre o FAST Cache e o FAST VP, consulte Apêndice A: Opções de configuração do FAST Cache.

Os sistemas de armazenamento VNX5100 permitem que você use os recursos FAST Cache ou Thin Provisioning™, mas não ambos. Caso o recurso Thin Provisioning™ esteja instalado no sistema de armazenamento, você não pode usar o FAST Cache. Caso esteja usando o FAST Cache, não é possível usar o Thin Provisioning. Em todos os outros modelos VNX, é possível usar os dois recursos simultaneamente.

O Unisphere permite que você escolha os flash drives que deseja usar para criar o FAST Cache. Também é possível escolher tais drives manualmente para garantir a distribuição dos flash drives entre os barramentos de back-end. Evite alocar drives no compartimento (0_0) DPE ou DAE-OS que será espelhado com drives em outro compartimento. Por exemplo, NÃO espelhe um disco em 0_0 com um disco em 1_0.

O FAST Cache pode melhorar o desempenho geral do sistema caso o gargalo atual esteja relacionado com o drive, mas a impulsão do IOPS resultará em maior uso da CPU nas controladoras de armazenamento. Os sistemas devem ser dimensionados de modo que a máxima utilização mantida seja de 70%. Em um sistema existente, verifique o uso da CPU da controladora de armazenamento. Caso o uso esteja acima de 80%, entre em contato com um especialista em armazenamento da EMC para analisar a integridade do sistema e determinar os próximos passos, antes de ativar o FAST Cache.

O FAST Cache resulta em mais benefícios quando a carga de trabalho primária é alocada aleatoriamente em blocos pequenos. Para aproveitar o máximo o FAST Cache, evite ativá-lo caso a carga de trabalho primária seja sequencial e/ou I/O de bloco grande.


As cargas de trabalho de bloco pequeno aleatório proporcionam o melhor uso do FAST Cache, evite ativá-lo para cargas de trabalho sequenciais de bloco pequeno como registros de banco de dados, registros circulares e LUNs SavVol do VNX File.

Observação: Para pools de armazenamento, o FAST Cache é um recurso abrangente para pools, portanto você ativará/desativará no nível de pool (para todas as LUNs no pool).

É possível encontrar diretrizes mais detalhadas de práticas recomendadas no white paperPráticas recomendadas unificadas do VNX para desempenho, que está disponível no Suporte on-line da EMC. Consulte white papers específicos de aplicativos para obter diretrizes sobre o uso do FAST Cache com tais aplicativos.

Limitações

Alguns aplicativos opcionais, como MirrorView™ e SnapView™, exigem LUNs particulares. Essas LUNs já estão otimizadas para prioridade no cache de gravação do sistema de armazenamento, e por causa disso não precisam usar o FAST Cache. A EMC recomenda que você desative o FAST Cache no registro de intenção de gravação do MirrorView e nas LUNs particulares dos clones SnapView a fim de evitar promoções desnecessárias para o FAST Cache.

Snapshots SnapView e programas de software de replicação relacionados, como MirrorView/A e SAN Copy™ (sessões incrementais), exigem LUNs reservadas. O FAST Cache não melhora o desempenho da LUN reservada, mas não representa prejuízos para o desempenho como com os registros de intenção de gravação e LUNs particulares dos clones. A desativação do FAST Cache para LUNs reservadas pode ajudar a minimizar a carga de trabalho geral do FAST Cache. O FAST Cache pode ser desativado ao nível da LUN caso a LUN reservada esteja criada em grupos de RAID. Caso as LUNS reservadas estejam criadas em um pool e existam outras LUNs no pool que precisem do FAST Cache, elas podem permanecer com o FAST Cache ativado.

O FAST Cache consome uma parte da memória do sistema de armazenamento que estava anteriormente disponível para o cache de leitura ou gravação. A quantidade de memória consumida depende do modelo do sistema de armazenamento e do tamanho do FAST Cache. Isso não acontecerá caso você possua um VNX7500 com o upgrade de memória adicional.

Os flash drives instalados nos locais de drive de compartimento não podem ser usados para a criação do FAST Cache. O VNX Operating Environment restringe tal uso.

Conclusão O FAST Cache permite que o sistema de armazenamento forneça desempenho com nível de flash drive para dados com uma alta localidade de referência. Esse conjunto de dados funcional aumenta a IOPS sem transferir todos os dados para flash drives. O FAST Cache absorve os picos de I/O de aplicativos, reduzindo assim a carga sobre os HDDs, o que ajuda a melhorar o TCO (Total Cost of Ownership, custo total de propriedade) da solução de armazenamento. Você pode gerenciar o FAST Cache de modo fácil e intuitivo por meio do Unisphere.


O FAST Cache pode não ser a combinação ideal para todos os tipos de cargas de trabalho, como por exemplo, cargas de trabalho sequenciais e de bloco grande. Analise o perfil de I/O do aplicativo para determinar os potenciais benefícios de desempenho.

O FAST Cache trabalha de maneira complementar com a tecnologia FAST VP. As duas tecnologias ajudam a posicionar segmentos de dados no nível de armazenamento mais adequado com base nos respectivos padrões de uso.

Referências Os seguintes white papers estão disponíveis no EMC Support Zone:

Conceitos fundamentais do sistema de armazenamento unificado da EMC para desempenho e disponibilidade

EMC VNX FAST VP

EMC Unisphere: Solução Unified Storage Management

EMC VNX Virtual Provisioning

Utilizando o EMC FAST Cache com aplicativos de banco de dados OLTP Oracle

EMC® Infrastructure for VMware® View™ 5.0

Guia de Práticas Recomendadas Aplicadas: Práticas Recomendadas Unificadas do EMC VNX para Desempenho

Apresentação técnica para clientes: EMC Multisite Disaster Recovery for Microsoft SQL Server 2012 — EMC VNX5700, EMC FAST Cache, SQL Server AlwaysOn Availability Groups


Apêndice A: Opções de configuração do FAST Cache Tabela 1: Opções de configuração do FAST Cache nos sistemas de armazenamento VNX usando flash drives de 100 GB

Modelo Capacidade do FAST Cache (GB)

Número de flash drives de 100 GB

VNX5100 100 2 VNX5300 100 2

200 4 300 6 400 8 500 10

VNX5500 100 2 200 4 300 6 400 8 500 10 600 12 700 14 800 16 900 18

1.000 20 VNX5700 100 2

200 4 300 6 400 8 500 10 600 12 700 14 800 16 900 18

1.000 20 1.100 22 1.200 24 1.300 26 1.400 28 1.500 30


Modelo Capacidade do FAST Cache (GB)

Número de flash drives de 100 GB

VNX7500 100 2 200 4 300 6 400 8 500 10 600 12 700 14 800 16 900 18

1.000 20 1.100 22 1.200 24 1.300 26 1.400 28 1.500 30 1.600 32 1.700 34 1.800 36 1.900 38 2.000 40 2.100 42


Tabela 2: Opções de configuração do FAST Cache nos sistemas de armazenamento VNX usando flash drives de 200 GB

Modelo Capacidade do FAST

Cache (GB) Número de flash drives

de 200 GB VNX5100 N/D* N/D* VNX5300 200 2

400 4 VNX5500 200 2

400 4 600 6 800 8

1.000 10 VNX5700 200 2

400 4 600 6 800 8

1.000 10 1.200 12 1.400 14

VNX7500 200 2 400 4 600 6 800 8

1.000 10 1.200 12 1.400 14 1.600 16 1.800 18 2.000 20

* Para o VNX5100, a única opção de FAST Cache é de 100 GB (utilizável); portanto, não é possível usar flash drives de 200 GB para configurar o FAST Cache nessa plataforma.


Apêndice B: FAST VP e FAST Cache O FAST VP é um recurso que foi introduzido no VNX Operating Environment versão 30. O FAST VP executa o armazenamento com classificação por níveis para fragmentos de dados de 1 GB a um nível de sub-LUN em pools que contêm diversos tipos de drive. O FAST VP move automaticamente os fragmentos mais ativos (dados que são acessados com maior frequência) para o nível de armazenamento com melhor desempenho, e os fragmentos menos ativos para um nível de menor desempenho (e mais econômico) para um melhor TCO. Para obter mais detalhes sobre esse recurso, consulte o white paper EMCVNX FAST VP disponível no Suporte on-line da EMC.

Tabela 3: Comparação entre os recursos do FAST VP e do FAST Cache

FAST Cache FAST VP

Permite o uso de flash drives para ampliar a capacidade existente de armazenamento em cache do sistema de armazenamento.

Permite que uma só LUN aproveite as vantagens de diversos tipos de drive por meio do uso de pools de armazenamento.

Granularidade de 64 KB. Granularidade de 1 GB.

Dados acessados frequentemente são copiados dos HDDs para flash drives.

Os dados são movidos entre diferentes níveis de armazenamento com base em estatísticas de média ponderada de acesso coletadas durante um período.

Usar quando as alterações da carga de trabalho são imprevisíveis e muito dinâmicas, exigindo um rápido tempo de resposta.

Usar quando as alterações do padrão da carga de trabalho são previsíveis e relativamente baixas.

Promove constantemente dados frequentemente acessados no HDD para o FAST Cache. Não há ciclos de realocação.

A movimentação de dados ocorre em janelas de realocação programadas ou solicitadas manualmente.

O cálculo para decidir quais dados precisam ser promovidos para o FAST Cache é executado continuamente.

O cálculo para decidir qual parte dos dados precisa ser movida é executado uma vez por hora.

Você pode usar o FAST Cache e o FAST VP para obter alto desempenho e TCO do sistema de armazenamento. Por exemplo, flash drives podem ser usados para criar FAST Cache, e o FAST VP pode ser usado para pools de armazenamento consistindo de drives de disco SAS e NL-SAS. Pela perspectiva do desempenho, o FAST Cache proporciona um benefício de desempenho imediato a dados com períodos de pico, enquanto o FAST VP move os dados mais ativos para drives SAS e os menos ativos para drives NL-SAS. Pela perspectiva do TCO, o FAST Cache pode atender dados ativos com menos flash drives, enquanto o FAST VP otimiza a utilização e a eficiência do disco com drives SAS e NL-SAS.

Como regra geral, use o FAST Cache nos casos onde o desempenho do sistema de armazenamento precisa ser aprimorado imediatamente para dados suscetíveis a picos com uma alta localidade de referência. Por outro lado, o FAST VP otimiza


o TCO movendo os dados para o nível de armazenamento adequado tendo como base o acesso constante aos dados e as demandas ao longo do tempo. O FAST Cache tem como foca melhorar o desempenho, enquanto o FAST VP tem como foco melhorar o TCO. Esses recursos são complementares e, quando usados em conjunto, podem melhorar tanto o desempenho quanto o TCO.

O FAST Cache trabalha com o FAST VP para garantir que não haja o desperdício de recursos em tarefas desnecessárias. Por exemplo:

Se o FAST VP mover um fragmento de dados para flash drives, o FAST Cache não promoverá esse fragmento de dados para o FAST Cache, mesmo que os critérios do FAST Cache para promoção sejam atendidos. Isso garante que os recursos não sejam desperdiçados copiando dados de um flash drive para outro.

Caso uma carga de trabalho de períodos de pico comece a acessar um fragmento específico de uma LUN com FAST Cache ativo, o FAST VP não move esse fragmento imediatamente para um nível de armazenamento diferente. Em vez disso, o FAST Cache promove o fragmento no cache. Após a promoção do fragmento, a maioria das operações de I/O serão atendidas a partir do FAST Cache. Isso pode resultar em menos atividade nas LUNs de back-end, e o FAST VP pode não precisar mover o fragmento para um nível de armazenamento mais alto. Nesse caso, evita-se uma movimentação de dados iniciada pelo FAST VP quando há um pico temporário na carga de trabalho de um aplicativo.

Em contraposição com o cenário anterior, caso a carga de trabalho de aplicativos tenha aumentado de modo constante, o FAST Cache precisará gravar os dados novamente nas LUNs de HDD para liberar espaço para novas promoções. Isso será registrado como atividade de back-end e o FAST VP, eventualmente, programará uma movimentação dos fragmentos de dados para um nível de armazenamento mais alto – que podem ser os flash drives. Quando tal movimentação é concluída, o FAST Cache não promove nenhum dado que já esteja no nível de armazenamento do flash drive.

Ao usar flash drives para o FAST Cache, você observará benefícios de melhor desempenho e tempo de reação mais rápido para padrões mutáveis de uso de I/O. A desvantagem da maior sobrecarga de paridade no FAST Cache em decorrência da arquitetura RAID 1 é compensada pelo melhor desempenho do cache DRAM. Os ganhos de desempenho acontecem por causa dos flushes da DRAM de uma I/O que está no FAST Cache para os flash drives, em vez do retorno para HDDs, que acontece caso o Fast Cache não esteja ativado.


Apêndice C: Comparação do FAST Cache com cache de sistema de armazenamento O FAST Cache é uma tecnologia de armazenamento baseada em semicondutor. Ela fornece um nível secundário de armazenamento em cache baseado em memória flash de alta capacidade entre o cache DRAM rápido e com capacidade limitada e os HDDs mais lentos e com maior capacidade do sistema de armazenamento.

Tabela 4: Comparação entre memória DRAM e FAST Cache

Característica Cache de DRAM FAST Cache

Cabeçalho Mais próximo da CPU, possui a menor latência.

Um passo além da CPU e é mais lento que o cache DRAM.

Tempo de resposta

Tempo de resposta entre nanossegundos e microssegundos.

Tempo de resposta entre microssegundos e milissegundos.

Capacidade de upgrade

Kit de upgrade disponível apenas para o VNX 7500.

Pode receber upgrade em todos os modelos compatíveis, e as opções dependem do modelo do sistema de armazenamento e do tipo de flash drive.

Operação Tem áreas separadas e configuráveis pelo usuário para operações de leitura e gravação.

Tem somente uma área que atende operações de leitura e gravação.

Capacidade Limitado em tamanho se comparado com o FAST Cache.

Pode ser ampliado para uma capacidade muito maior.

Granularidade Tem granularidade altíssima, que é efetivamente o tamanho da I/O. O tamanho da página do cache é configurável pelo usuário e pode variar entre 2 KB e 16 KB.

Opera em extents de 64 KB de granularidade.

Disponibilidade Em caso de falha, a substituição exige serviço prestado por pessoal qualificado.

Em caso de falha, o hot spare de outro flash drive substitui automaticamente o drive defeituoso, e o componente com defeito pode ser substituído pelo cliente.

Fonte de alimentação

desligada

Conteúdo volátil e não resistente a quedas de energia.

Conteúdo não volátil e resistente a quedas de energia.

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