EMC VFCache Accelerates Oracle

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White Paper
EMC XTREMCACHE BESCHLEUNIGT ORACLE
EMC XtremSF, EMC XtremCache, EMC VNX, EMC FAST Suite,
Oracle Database 11g
• XtremCache erweitert Flash auf den Server.
• FAST Suite automatisiert die Speicherplatzierung im Array.
• VNX schützt Daten.
EMC Lösungen
Zusammenfassung
In diesem White Paper wird beschrieben, wie EMC XtremSF und EMC
XtremCache in Kombination mit EMC FAST Suite auf EMC VNX-Speicher die
Performance der Online-Transaktionsverarbeitung (OLTP) von Oracle
Database 11g beschleunigen.
Dezember 2013
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Art.-Nr.: H11945.1
EMC XtremCache beschleunigt Oracle
EMC XtremSF, EMC XtremCache, EMC VNX, EMC FAST Suite, Oracle Database 11g
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Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung ............................................................................................................................... 4
Business Case ................................................................................................................................. 4
Die Speicherperformanceherausforderung ....................................................................................... 4
EMC Lösung ..................................................................................................................................... 5
Die XtremCache-Lösung ................................................................................................................... 6
Serverseitiges Flash-Zwischenspeichern für maximale Geschwindigkeit ...................................... 6
Write-Through-Zwischenspeichern im Array für Rundumschutz .................................................... 7
Anwendungsunabhängigkeit ....................................................................................................... 7
Gemeinsam nutzbar und skalierbar ............................................................................................. 7
Veraltete Daten ................................................................................................................................ 7
Lösungsarchitektur .............................................................................................................................. 9
Einführung ....................................................................................................................................... 9
Physische Architektur ...................................................................................................................... 9
EMC VNX .......................................................................................................................................... 9
EMC FAST Suite ................................................................................................................................ 9
EMC FAST Cache ........................................................................................................................ 10
EMC FAST VP ............................................................................................................................. 10
XtremCache mit Oracle Database: Tests und Validierung ................................................................... 11
Einführung ..................................................................................................................................... 11
Workload-Profil .............................................................................................................................. 11
Empfohlene Konfiguration.............................................................................................................. 11
Performancemerkmale ................................................................................................................... 11
Fazit ................................................................................................................................................... 14
Referenzen ......................................................................................................................................... 15
White Papers.................................................................................................................................. 15
Produktdokumentation .................................................................................................................. 15
EMC XtremCache beschleunigt Oracle
EMC XtremSF, EMC XtremCache, EMC VNX, EMC FAST Suite, Oracle Database 11g
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Zusammenfassung
Business Case
In einem immer härter umkämpften Markt sind Unternehmen dazu gezwungen,
Geschäftsprozesse zu automatisieren und Services zu verbessern, während sie
gleichzeitig die IT-Kosten senken müssen. Das Meistern dieser neuen
Herausforderungen ist für viele Unternehmen ein entscheidender Erfolgsfaktor.
Infolgedessen steigen die Anforderungen an die Performance betrieblicher und
umsatzgenerierender Anwendungen erheblich. Ausschlaggebend hierfür sind:
•
Zunahme der aktiven Benutzer
•
Immer anspruchsvollere Service-Level-Agreements
•
Zunehmend komplexere Geschäftsprozesse und neue Analyse-Workloads
•
Mehrere Datenbanken mit hohem gleichzeitigen Zugriff
Unternehmen benötigen neue Herangehensweisen an die
Performanceherausforderungen, um diese Workload-Anforderungen
kosteneffizient zu erfüllen, ohne die Datensicherheit zu gefährden.
Die
Speicherperformanceherausforderung
Die neuesten Server mit Multi-Core-Prozessoren stellen einen möglichen
Performanceengpass für das Speichersubsystem dar. Durch das Hinzufügen von
Verarbeitungskapazität und höheren Workloads wird es für das Speichersystem
immer schwieriger, mit den wachsenden I/O-Anforderungen Schritt zu halten. Wie
in Abbildung 1 zu sehen, verbessert sich die CPU-Performance alle 10 Jahre um
das 100-Fache. Die Performance von Magnetfestplatten bleibt jedoch relativ
unverändert.
Abbildung 1.
CPU-Performance im Vergleich zu Festplattenlaufwerken
Für eine herkömmliche Architektur, wie in Abbildung 2 gezeigt, gilt:
•
Lese- und Schreibvorgänge werden vom Speicherarray verarbeitet.
•
Die Performance unterscheidet sich je nach Medien, Workload und
Netzwerk des Back-end-Array.
EMC XtremCache beschleunigt Oracle
EMC XtremSF, EMC XtremCache, EMC VNX, EMC FAST Suite, Oracle Database 11g
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Abbildung 2.
Herkömmliche Architektur
Wie wäre es, wenn Sie Ihre Anwendungsperformance verdoppeln könnten, indem
Sie die Latenz verringern und die IOPS und die pro Minute durchgeführten
Transaktionen erhöhen?
EMC Lösung
EMC XtremCache™ ist eine Server-Flash-Zwischenspeicherungssoftware, die dank
serverbasierter PCIe-Flashtechnologie von EMC XtremSF™ die Latenz verringert
und den Durchsatz erhöht, wodurch sich die Anwendungsperformance immens
verbessert. Mit XtremCache weitet EMC seine FAST-Architektur (Fully Automated
Storage Tiering) auf den Server aus, wodurch dem I/O-Stack ein weiterer
Intelligenz- und Performance-Tier hinzugefügt wird.
Während XtremCache serverbasiert arbeitet, sorgt die FAST-Software für ein
dynamisches Speichern und Bereitstellen von Daten im Speicherarray. Dabei wird
der Laufwerkstyp verwendet, der das beste Preis-Leistungs-Verhältnis
entsprechend der Aktivität der Daten bietet. Da XtremCache Daten mit häufigem
Lesezugriff automatisch ermittelt und sie auf die XtremSF-PCIe-Flashkarte
verschiebt, wird das Speicherarray von I/O-Vorgängen entlastet, wodurch
wiederum die Anwendungsperformance beschleunigt wird. Da sich die Daten mit
häufigem Zugriff auf dem Server befinden, verkürzen sich die I/O-Servicezeiten
erheblich.
XtremCache arbeitet unabhängig von EMC VNXTM FAST CacheTM und EMC VNX
FAST VPTM (Fully Automated Storage Tiering for Virtual Pools). XtremCache ist ein
dedizierter serverseitiger schreibgeschützter Cache, der den arrayseitigen
gemeinsam genutzten Cache von FAST Cache ergänzt. FAST Cache unterstützt
sowohl Lese- als auch Schreibvorgänge. In beiden Fällen handelt es sich um
vorübergehende Caches. FAST VP verschiebt Daten zwischen den Tiers im
arraybasierten Speicherpool gemäß vorab definierten Kunden-Policies.
Alle drei Technologien sind so aufeinander abgestimmt, dass sichergestellt wird,
dass die am häufigsten aufgerufenen Informationen über die geringste Latenz
verfügen. Wie in Abbildung 3 gezeigt, bieten XtremCache und die FAST Suite, die
FAST Cache und FAST VP umfasst, einen höchst effizienten und intelligenten I/OPfad von der Anwendung bis zum Datenspeicher. Im kombinierten Einsatz
perfektionieren XtremCache und die FAST Suite die Datenbereitstellung im
Datenkontinuum noch weiter. Es entsteht eine End-to-End-Tiering-Lösung, die die
Anwendungskapazität und -performance vom Server bis zum Speicher optimiert.
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Abbildung 3.
Die XtremCacheLösung
Automatisches Tiering von aktiven und inaktiven Daten durch
XtremCache und FAST
Serverseitiges Flash-Zwischenspeichern für maximale Geschwindigkeit
Die XtremCache-Software führt eine Zwischenspeicherung der am häufigsten
verwendeten Daten auf XtremSF aus, wodurch sich der Abstand zwischen Daten
und Anwendung verringert. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, vom
Speicherarray aus auf Daten im Netzwerk zuzugreifen, was die Antwortzeit
verkürzt und die Performance steigert.
XtremCache passt sich automatisch den sich verändernden Workloads an, indem
die am häufigsten referenzierten Daten bestimmt und im Serverflashcache
gespeichert werden. Dies bedeutet, dass die aktivsten Daten automatisch auf der
XtremSF-PCIe-Karte im Server gespeichert werden, damit schneller auf sie
zugegriffen werden kann.
Wie in Abbildung 4 dargestellt, vereint die erweiterte Architektur von XtremCache
beschleunigte Performance mit Datensicherheit:
•
XtremCache verarbeitet Lesevorgänge für eine optimale Performance.
•
Schreibvorgänge werden zum Schutz an das Speicherarray weitergeleitet.
Abbildung 4.
Erweiterte Architektur mit EMC XtremCache
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XtremCache eignet sich insbesondere für schreibintensive Anwendungen wie
beispielsweise die Oracle Database 11g-Anwendung für die
Onlinetransaktionsverarbeitung (OLTP), die zur Validierung dieser Lösung
verwendet wurde. In den Lösungstests wurden mit XtremCache Verbesserungen
des Lesedurchsatzes von bis zu 210 Prozent und Reduzierungen der Leselatenz
um bis zu 60 Prozent erzielt.
Sowohl virtualisierte als auch physische Anwendungen profitieren von
XtremCache und so können Sie Ihr Rechenzentrum in genau dem richtigen Tempo
für Ihr Unternehmen reibungslos in eine Private Cloud verschieben.
Write-Through-Zwischenspeichern im Array für Rundumschutz
XtremCache schützt Daten mit einem Write-Through-Algorithmus, was bedeutet,
dass Schreibvorgänge bis zum Back-end-Speicherarray erhalten bleiben.
Bewährter EMC Networked Storage wie die EMC Symmetrix VMAXTM-Produktreihe
und die Speicherarrays der VNX-Produktreihe schützen Daten und bieten
zusätzliche Performancevorteile mit erweiterten Datenservices, darunter auch
hohe Verfügbarkeit, Datenintegrität, Zuverlässigkeit und Disaster Recovery.
Anwendungsunabhängigkeit
XtremCache ist Anwendungen gegenüber transparent, deshalb sind keine
erneuten Schreib-, Test- oder Zertifizierungsvorgänge erforderlich, um XtremCache
in Ihrer Umgebung bereitzustellen.
In diesem White Paper wird zwar vorrangig Oracle Database 11g behandelt,
XtremCache eignet sich jedoch für Anwendungen aus den unterschiedlichsten
Bereichen, beispielsweise Datenbanken, Analysen,
Unternehmensanwendungsserver, E-Mail und Webserver, und bieten ihnen den
Performanceschub, den sie benötigen.
Gemeinsam nutzbar und skalierbar
Während die Performance leseintensiver Anwendungen direkt verbessert wird,
kann XtremCache indirekt auch die Performance schreibintensiver Anwendungen
verbessern, da diese nun intensiver auf SAN-Ressourcen zugreifen können.
XtremCache lagert einen großen Teil des Leseverkehrs auf dem Speicherarray aus,
wodurch anderen Anwendungen eine höhere Verarbeitungsleistung zugewiesen
werden kann. Während eine Anwendung mit XtremCache beschleunigt wird, bleibt
die Arrayperformance für andere Anwendungen gleich oder erhöht sich sogar
leicht. Da XtremCache auf mehreren Servern in der Umgebung installiert ist, ist
das Ergebnis ein hochskalierbares I/O-Verarbeitungsmodell. Die Umgebung als
Ganzes, einschließlich der Server und des Speichersystems, kann immer mehr
IOPS verarbeiten.
Veraltete Daten
Zwei mögliche Szenarien sind denkbar, durch die veraltete Daten in XtremCache
zurückbleiben können:
•
Verwendung von Speicherarray-Snapshots: Eine LUN, die ohne
Einbeziehung der XtremCache-Software von einem früheren Snapshot auf
dem Server wiederhergestellt wird, kann möglicherweise veraltete Blöcke in
XtremCache hinterlassen.
•
Migration zwischen Servern: Falls die Datenbankinstanz aus Betriebsgründen
auf einen anderen Server migriert wurde und ohne Einbeziehung der Software
zurück auf den ursprünglichen Server verschoben wurde, kann dies auch zu
veralteten Blöcken in XtremCache führen.
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Um solche Situationen zu vermeiden, sollten Sie den Cache vor der
Wiederherstellung von LUNs über Snapshots oder dem Verschieben von
Datenbanken zwischen Servern löschen. Sie müssen nicht den gesamten Cache
löschen. Es reicht aus, wenn Sie lediglich die LUNs löschen, die von dem Vorgang
betroffen sind.
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Lösungsarchitektur
Einführung
In diesem Abschnitt erhalten Sie einen Überblick über die in dieser Lösung
verwendete physische Architektur:
Physische
Architektur
Abbildung 5 zeigt die für diese Lösung verwendete physische Architektur an.
Abbildung 5.
EMC XtremCache mit Oracle Database und EMC VNX5500
Die Lösungsarchitektur enthält eine Oracle-Datenbank, einen Cisco-Server und ein
EMC Speicherarray. Die Lösung kann mit verschiedenen Speicherarrays
konfiguriert werden, beispielsweise Symmetrix VMAX 10K oder VNX. In dieser
Lösung verwendete EMC VNX5500. Als Server wurde für diese Testkonfiguration
ein Cisco UCS C-250-Rackmount-Server mit zwei Xeon-Prozessoren und 12 Kernen
verwendet. Die Serverkonfiguration umfasste die XtremSF-PCIe-Flashkarte, den
serverbasierten XtremCache-Flashcache und zwei 8-Gbit/s-Verbindungen zu den
SAN-Switches.
EMC VNX
Die EMC VNX-Produktreihe bietet branchenführende Innovationen und EnterpriseFunktionen für File-, Block- und Objektspeicherung in einer skalierbaren,
benutzerfreundlichen Lösung. Diese Speicherplattform kombiniert leistungsstarke
und flexible Hardware mit modernster Effizienz-, Management- und SchutzSoftware zur Erfüllung der heutigen Anforderungen von Unternehmen.
Wenn XtremCache für den Zugriff auf Blockspeicher verwendet wird, werden VNX
und EMC VNXe unterstützt.
EMC FAST Suite
Die VNX-Serie wurde speziell dafür entwickelt, die neueste Innovation der
Flashlaufwerkstechnologie zu nutzen. Die Kombination aus Flashlaufwerken und
Festplattenlaufwerken bietet eine verbesserte Performance und Effizienz bei
gleichzeitig minimierten Kosten pro GB.
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Die EMC FAST Suite verfügt über die erforderlich Software, insbesondere FAST
Cache und FAST VP, um auf VNX die Performance zu verbessern und die
Speichereffizienz zu maximieren. Mit nur wenigen Flashlaufwerken und der FAST
Suite profitieren VNX-Kunden von einer „FLASH-1st“-Datenstrategie, die dafür
sorgt, dass äußerst aktive Daten für optimale Performance auf Flashlaufwerken
gespeichert und von dort verarbeitet werden. Weniger aktive Daten werden auf
Festplattenlaufwerke verschoben, wodurch die TCO (Total Cost of Ownership)
minimiert werden.
EMC FAST Cache
Ein Zwischenspeicherungs-Tier ist ein sekundärer Cache mit hoher Kapazität, der
Flashlaufwerke verwendet, die sich zwischen dem primären, DRAM-basierten
Cache des Speicherprozessors und den Festplatten befinden. FAST Cache ist ein
unterbrechungsfreier Lese-/Schreib-Cache, der den vorhandenen VNX-Cache auf
bis zu 2 TB erweitert. Eingehende I/O werden mit FAST Cache auf die
Zugriffshäufigkeit überwacht und häufig verwendete Daten werden in Blöcken von
64 K automatisch von den Back-end-Laufwerken in den Cache kopiert. Die
Verwaltung von FAST Cache ist einfach und es lassen sich umgehend
kosteneffizient Performancevorteile für das System erzielen.
EMC FAST VP
FAST VP managt das dynamische Tiering von Daten über einen Speicherpool mit
verschiedenen Laufwerkstypen hinweg. Dies führt zu einer optimalen
Festplattenauslastung und -effizienz. Auf Basis von kundenspezifischen Policies
stuft die FAST VP-Software Benutzerdaten automatisch innerhalb des Pools herauf
oder herab. Dies geschieht auf der Grundlage der Häufigkeit der Zugriffe auf diese
Daten. Daten, auf die häufiger zugegriffen wird, werden auf höhere PerformanceTiers, beispielsweise auf Flash oder SAS-Laufwerke, verschoben. Selten
abgerufene Daten werden bei Bedarf auf Tiers mit mäßiger Performance und
hoher Kapazität verschoben, wie zum Beispiel SAS- oder NL-SAS-Laufwerke. So
befinden sich dann nach einer gewissen Zeit die am häufigsten aufgerufenen
Daten auf den schnellsten Speichergeräten und weniger häufig aufgerufene Daten
befinden sich auf kostengünstigem Massenspeicher.
FAST VP bietet Vorteile sowohl für die Investitionsausgaben als auch für die
Betriebsausgaben, da Sie verschiedene Laufwerke einsetzen können, woraus sich
Einsparungen bei Strom und Kühlung ergeben, ein geringerer Platzbedarf und
eine verkürzte Administrationszeit.
Hinweis: Bei dieser Lösung wurde während des Tests nur FAST Cache verwendet.
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XtremCache mit Oracle Database: Tests und Validierung
Einführung
EMC testete die Funktionen von XtremCache mit FAST Cache zur Beschleunigung
der Performance der Onlinetransaktionsverarbeitung (OLTP) in einer Oracle
Database 11g R2-Umgebung. In diesem Abschnitt werden die Testergebnisse
vorgestellt.
Hinweis
Workload-Profil
Empfohlene
Konfiguration
Benchmarkergebnisse hängen in einem hohen Maß vom Workload,
spezifischen Anwendungsanforderungen sowie Systemdesign und implementierung ab. Die relative Systemperformance variiert also
basierend auf diesen und anderen Faktoren. Daher sollte dieser
Workload nicht als Ersatz für eine spezifische Benchmark einer
Kundenanwendung verwendet werden, wenn wichtige Entscheidungen
im Hinblick auf Kapazitätsplanung und/oder Produktbewertung
anstehen.
Für die Tests von EMC wurde ein OLTP-Workload mit einer Datenbank mit 1,2 TB
und einer Kombination von Lese- und Schreibvorgängen im Verhältnis 70 zu 30
verwendet. EMC führte während der Tests folgende Schritte aus:
1.
Wir verwendeten eine Performancebaseline zur Validierung der
Performancemerkmale der Umgebung.
2.
Wir aktivierten XtremCache und haben die Transaktionen pro Minute
(TPM) und die Transaktionslatenz auf Anwendungsebene gemessen, um
die Performancesteigerung durch XtremCache zu belegen.
3.
Wir aktivierten FAST Cache auf VNX und haben die TPM und die
Transaktionslatenz auf Anwendungsebene gemessen, um die
Performancesteigerungen zu belegen, die erzielt werden können, wenn
beide Technologien in Kombination verwendet werden.
XtremCache ist auf allen Daten-LUNs aktiviert. Auf den Protokoll-LUNs ist
XtremCache jedoch nicht aktiviert, da dort überwiegend Schreibvorgänge
ausgeführt werden. Die rotierenden Laufwerke können die für Protokoll-LUNs
erforderliche Performance problemlos liefern.
Für Oracle Database ist kein besonderes Tuning erforderlich.
Mit dieser Konfiguration nutzt XtremCache seine
Zwischenspeicherungsalgorithmen, um automatisch eine Kopie der aktivsten
Daten für sofortigen Zugriff aufzubewahren.
Performancemerkmale
Abbildung 6 vergleicht den Systemdurchsatz insgesamt (TPM) der Baseline und
Umgebungen, in denen XtremCache aktiviert ist. Als die aktiven Daten im
XtremCache des Servers gespeichert waren, waren die TPM 2,5-mal höher als die
Baseline. Durch die Verbesserung der TPM-Performance wurde die Leselatenz um
30 Prozent reduziert.
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Abbildung 6.
Verbesserung der relativen OLTP-Transaktionen pro Minute
Durch das Hinzufügen von FAST Cache wurde die Performance gesteigert und die
Transaktionslatenz verringert. Wie in Abbildung 7 gezeigt waren die TPM 7,8-mal
höher als die Baseline, während die relative Transaktionslatenz auf
Anwendungsebene 80 Prozent geringer war als die Baseline.
Abbildung 7.
Performanceauswirkung von FAST Cache mit XtremCache
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Hierbei ist zu beachten, dass die Ergebnisse für einzelne Kunden abweichen
können. Die Verbesserungen bei der Anwendungsperformance hängen von einer
Vielzahl von Faktoren ab, darunter auch die folgenden:
•
I/O-Lese-/Schreib-Verhältnis
•
Skalierbarkeit des Workloads
•
Vorhandene Einschränkungen innerhalb des Speichersubsystems, vor der
Implementierung von XtremCache
•
Tuning der Oracle-Datenbank
•
Gemeinsame Nutzung von XtremCache, FAST Cache und FAST VP durch
andere Anwendungen
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Fazit
Bei den EMC Tests mit einem Oracle OLTP-Workload wurde eine
Baselinekonfiguration mit einem System verglichen, das über XtremSF und
XtremCache verfügte, und mit einem System, das sowohl über XtremCache als
auch FAST Cache verfügte. Die Tests belegten die folgenden Performancevorteile:
•
Bei der Konfiguration mit XtremSF und XtremCache war der
Systemdurchsatz, der in Transaktionen pro Minuten gemessen wurde,
2,5-mal höher als der Durchsatz der Baseline und die Latenz wurde um
30 Prozent verringert.
•
Bei der Konfiguration mit XtremCache und FAST Cache war der
Systemdurchsatz, der in Transaktionen pro Minuten gemessen wurde,
7,8-mal höher als der Durchsatz der Baseline und die Latenz wurde um
20 Prozent verringert.
•
Es mussten keine Änderungen an der Datenbank vorgenommen werden.
•
Mit XtremCache und FAST Cache wurde gleichzeitig die Datenintegrität
gewahrt.
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Referenzen
White Papers
Produktdokumentation
Zusätzliche Informationen erhalten Sie in den folgenden White Papers:
•
Einführung in EMC XtremCache
•
EMC FAST Cache: Eine detaillierte Darstellung
•
EMC XtremCache Accelerates Microsoft SQL Server – EMC XtremSF, EMC
XtremCache, EMC VNX, Microsoft SQL Server 2008
•
EMC XtremCache Accelerates Oracle – EMC XtremCache, EMC Symmetrix
VMAX and VMAX 10K, Database 11g
•
EMC XtremCache Accelerates Virtualized Oracle – EMC XtremCache, EMC
Symmetrix VMAX and VMAX 10K, VMware vSphere, Oracle Database 11g
Zusätzliche Informationen finden Sie in den nachfolgend aufgeführten
Produktdokumenten:
•
EMC XtremCache – Datenblatt
•
EMC VNX-Produktreihe – Datenblatt
•
EMC VNX Series Total Efficiency Pack – Datenblatt
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