Technisches Informationsblatt zur Dell XC Serie

Virtualisierung von Microsoft SQL Server
auf konvergenten Web-Scale-Appliances
der Dell XC Serie mit Nutanix Software
Technisches Informationsblatt zur Dell XC Serie
Angesichts der zunehmenden Virtualisierung kritischer Anwendungen wie Microsoft SQL Server
hat sich der Begriff Hyperkonvergenz im Rechenzentrum etabliert. In diesem technischen
Informationsblatt werden die Leistungsvorteile konvergenter Infrastruktur für Microsoft SQL Server
sowie Best Practices erläutert.
SQL Server auf konvergenter Infrastruktur
Hyperkonvergenz ist der Technologietrend schlechthin, der das Enterprise-Rechenzentrum genauso
wie Flash revolutioniert. Konvergenz ist das Konzept, bei dem Speicher und Computing (CPU und RAM)
in einem einzigen Paket bereitgestellt und über Ethernet-Standardnetzwerke miteinander verbunden
werden. In diesem technischen Informationsblatt werden zentrale Leistungsaspekte von Microsoft SQL
Server sowie die Vorteile der Verwendung konvergenter Dell XC Appliances auf Basis von Nutanix für
kritische SQL Server-Rechenlasten erläutert.
Die Dell XC Appliance ist eine speziell entwickelte Infrastrukturlösung für Virtualisierungs- und
Cloudumgebungen. Sie kombiniert die vielen Vorteile und die Wirtschaftlichkeit der Web-ScaleArchitekturen von Unternehmen wie Google, Facebook, und Amazon und stellt Unternehmen diese
über das Nutanix Distributed File System (NDFS) bereit. Die Dell XC Lösung umfasst Speicher und
Serverdatenverarbeitung (CPU und Arbeitsspeicher) mit hoher Dichte in einer einzigen Plattform.
Jede Komponente basiert auf der branchenüblichen und hoch leistungsfähigen Intel Prozessor-/
Servertechnologie und bietet eine einheitliche, skalierbare Shared-Nothing-Architektur ohne
Single Point of Failure (SPOF). Was Dell XC von anderen Speicherlösungen unterscheidet, ist ihre
kompromisslose Einfachheit. Diese Einfachheit zeigt sich nicht nur in der einfachen Bereitstellung
(30 Minuten) und den einfachen Prozessen, etwa bei der dynamischen Steigerung der Systemgröße,
sondern auch in der Einfachheit von Entwurf und Architektur für erfolgreiche Lösungen, auch für
geschäftskritische Anwendungen wie Microsoft SQL Server.
Die gesamte Speicherverwaltung ist VM-zentriert und erfolgt mittels virtueller Laufwerke. Der
Speicher-E/A eines virtuellen Laufwerks wird als das erkannt, was er ist, und von NDFS optimiert. Es
gibt einen einzigen freigegebenen Speicherpool über eine verteilte Dell XC Umgebung hinweg, der
Flash-basierte SSDs zur Bereitstellung einer hohen Leistung und niedrigen Latenz und HDDs mit
hoher Kapazität zur Bereitstellung kostengünstiger Kapazitäten umfasst. Die verschiedenen Arten von
Speichergeräten im Speicherpool werden automatisch mittels intelligenter Algorithmen in Schichten
angeordnet, um sicherzustellen, dass die am häufigsten verwendeten Daten im Arbeitsspeicher oder
Flash verfügbar sind.
Abbildung 1 bietet einen Überblick über die XC Serie, einschließlich jedes Hypervisor-Hosts (VMware
ESXi oder Microsoft Hyper-V), Microsoft SQL Server-VMs (Benutzer-VMs), Storage Controller-VM
(Nutanix Controller VM) und der lokalen Festplatten. Jede Controller-VM ist direkt mit dem lokalen
Speichercontroller und den entsprechenden Festplatten verbunden. Durch die Verwendung lokaler
Speichercontroller auf jedem ESXi-Host erfolgt der Zugriff auf Daten über NDFS lokal. Es müssen
nicht immer Daten über das Netzwerk übertragen werden, was die Latenzzeit verbessert. NDFS
sorgt dafür, dass Schreibvorgänge repliziert werden. Dabei werden Daten für Resilienz innerhalb der
Plattform verteilt. Der lokale Speichercontroller auf jedem Host sorgt dafür, dass Speicherleistung und
Speicherkapazität erhöht werden, wenn der Dell XC Serie zusätzliche Knoten hinzugefügt werden.
Benutzer-VM(s)
Hypervisor
SCSI-Controller
VM-E/A
ControllerVM
Benutzer-VM(s)
Hypervisor
SCSI-Controller
VM-E/A
ControllerVM
Benutzer-VM(s)
Hypervisor
SCSI-Controller
E/S
da VM
VM-E/A
ControllerVM
NDFS
Skalierung
Abbildung 1: Die Dell XC Serie kann problemlos ohne die Einschränkungen herkömmlicher
Speichersysteme skaliert werden.
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Auch wenn der Speicher für die einzelnen Knoten in der verteilten skalierbaren Architektur lokal
organisiert ist, wird er dem Hypervisor als gemeinsamer Speicher angezeigt und ist daher perfekt mit
der Virtualisierungsschicht integriert. Im Fall von VMware vSphere umfasst dies VMware DRS, VMware
High Availability und VMware Fault Tolerance. Die Kombination von lokalem SSD- und HDD-Speicher
zusätzlich zur intelligenten automatisierten Anordnung in Schichten sorgt für ein Gleichgewicht
von Kosten und Leistung, während die Stabilisierungstechniken von NDFS die Leistungseinbußen
eliminieren, die mit RAID verbunden sind. Die lokale Speicherung von Daten stellt die Leistung und die
Quality of Service sicher, die für die einzelnen Hosts bereitgestellt werden müssen. Problematische
VMs können sich daher nicht in erheblichem Umfang auf die Leistung benachbarter VMs auswirken.
Dies ermöglicht große gemischte vSphere-Workloadcluster, die hinsichtlich Kapazität und Leistung
effizienter und weniger fehleranfällig sind.
Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Berichts beträgt die typische Leistung mittelgroßer Modelle
mit vier Knoten über 8 Rackeinheiten bis zu insgesamt 100 KB 4-KB-Random-Lese-E/A, 50 KB 4-KBRandom-Schreib-E/A und 1,4 GB/s sequenziellem Schreibdurchsatz und 3 GB/s sequenziellem
Lesedurchsatz.
Die Einfachheit der Dell XC Architektur und des NDFS vereinfachen das Speicherlayout. Abbildung 3
zeigt ein Beispiellayout, das in einer Dell XC Umgebung Standard ist. Es besteht aus einem einzelnen
NFS-Datenspeicher (oder im Fall von Hyper-V einer einzelnen SMB 3.0-Freigabe) und einem einzelnen
Speicherpool. Man braucht sich über mehrere LUNs oder verknüpfte Warteschlangentiefen keine
Gedanken zu machen. Die nächsten Schritte beziehen sich auf VMware vSphere, können aber auch
auf Microsoft Hyper-V angewendet werden.
[Daten/Protokoll] N
DBLog
nGB-VMDK
nGB-VMDK
nGB-VMDK
nGB-VMDK
nGB-VMDK
80-GB-VMDK
DBData
TempDB-Daten
PV-SCSI-Controller
PV-SCSI-Controller
80-GB-VMDK
TempDB-Protokoll
Festplatten für SQL-DB
Auslagerungsdatei
OS+SQL
SQL-VM
NFS-Datenspeicher
RF2-CTR-VM
CTR N
SPI (PCIe-SSD, SATA-SSD, SATA-HDD)
Nutanix DFS (NDFS)
Abbildung 2: SQL Server-VM-Festplattenlayout auf der Dell XC Serie
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Das vereinfachte Speicherlayout und die lokale Speicherung von Daten auf jedem Knoten, auf dem die
VM ausgeführt wird, bietet für jeden SQL-Datenbanktypen eine Reihe von Leistungsvorteilen.
Dell XC – Funktionen und Vorteile
SQL OLTP
Transaktionale Datenbank
Analytische SQL OLAPDatenbank
• Lokale E/A-Vorgänge für Transaktionen mit niedriger Latenz
• Flash für Index- und wichtige Datenbankdateien
• Verarbeitet sowohl zufällige als auch sequenzielle Rechenlasten
problemlos
• Leistungsstarke Abfragen und Berichte mit lokalen E/A-Vorgängen
• Sequenzielle Lese- und Schreibvorgänge mit hohem Durchsatz
• Kann problemlos für Wachstum skaliert werden
Tabelle 1: Leistungsvorteile für SQL OLTP- und OLAP-Datenbanken.
Um die Leistung der Dell XC Serie für Anwendungen wie Microsoft SQL Server zu demonstrieren,
wurden im Rahmen des Whitepapers zu Best Practices für SQL auf Nutanix eine Reihe von SQLIOBenchmarks durchgeführt. Die folgenden Abbildungen 3 bis 7 zeigen die Ergebnisse dieser
Benchmark-Tests:
IOPS
SQLIO – Einzelne VM –
Zufällige IOPS nach Blockgröße
40,000
35,000
30,000
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
0
Lesen
Schreiben
512 KB
64 KB
8 KB
Abbildung 3: SQL Server SQLIO – Einzelne VM – Zufällige IOPS nach Blockgröße
SQLIO – Einzelne VM
Sequenzieller Durchsatz nach Blockgröße
1,400
Durchsatz (Mbit/s)
1,200
1,000
800
Lesen
600
Schreiben
400
200
0
8 KB
64 KB
512 KB
Abbildung 4: SQL Server SQLIO – Durchsatz mit einzelner VM nach Blockgröße
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SQL – nach Bedarf
Zufällige IOPS nach Anzahl an Knoten
600,000
500,000
IOPS
400,000
300,000
SK-Lese-IOPS
200,000
SK-Schreib-IOPS
100,000
0
1
4
8
16
Anzahl an Knoten
Abbildung 5: SQL Server SQLIO – Mehrere VMs – IOPS-Skalierbarkeit
SQLIO – nach Bedarf
Durchsatz nach Anzahl an Knoten
Durchsatz (Mbit/s)
25,000
20,000
15,000
512K Lesen: Mbit/s
10,000
512K Schreiben:
Mbit/s
5,000
0
1
4
8
16
Número de nós
Abbildung 6: SQL Server SQLIO – Skalierbarkeit des Durchsatzes mit mehreren VMs
Die Dell XC Serie kann neben bestehenden Speicherinvestitionen verwendet werden und Rechenlasten
von bestehenden Speicherplattformen verlagern, sodass Kapazität und Leistung frei werden, bis für
die vorhandene Umgebung eine Aktualisierung ansteht. Die Migration zur Dell XC Serie ist einfach. Die
Leistungsfähigkeit und lineare Skalierbarkeit in Kombination mit der kompromisslosen Einfachheit der
Dell XC Serie machen sie zu einer guten Wahl für SQL Server-Database-as-a-Service-Projekte.
Nutanix hat eine Reihe von Dokumenten zur Virtualisierung von Microsoft SQL Server erstellt. Diese
Berichte sind unter www.nutanix.com im Abschnitt "Ressourcen" zu finden:
• VMware vSphere on Nutanix Best Practices White Paper
• SQL Server Best Practices White Paper and Reference Architecture
• Nutanix Bible: Technology Guide
Anhang: Best-Practice-Checkliste zu Microsoft SQL Server auf Nutanix
Best Practices für MS SQL Server auf Nutanix lassen sich zu den folgenden vier allgemeinen
Vorgehensweisen zusammenfassen.
HINWEIS: Die Vorteile einer Best-Practice-Konfiguration und -Optimierung liegen hauptsächlich auf der
MS SQL Server-Ebene.
Allgemein
• Führen Sie eine aktuelle Zustandsanalyse durch, um Rechenlasten und Dimensionierung zu
ermitteln
• Nehmen Sie sich vorab Zeit, eine Lösung zu entwerfen, die sowohl aktuelle als auch zukünftige
Anforderungen erfüllt
• Achten Sie beim Entwurf darauf, konsistente Leistung, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit zu bieten
• Dimensionieren Sie weder zu knapp noch zu großzügig – achten Sie auf die richtige
Dimensionierung
• Beginnen Sie mit einer Machbarkeitsstudie, führen Sie Tests, Optimierungen, Wiederholungen und
Skalierungen durch
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Virtualisierung von Microsoft SQL Server auf konvergenten Web-Scale-Appliances der Dell XC Serie mit Nutanix Software
Kernkomponenten
• Microsoft SQL Server
o Leistung und Skalierbarkeit
 Verwenden Sie mehrere Laufwerke für TempDB-Protokoll/-Daten und
Datenbankprotokoll/-daten
• Beginnen Sie mit mindestens 2 Laufwerken für kleine Umgebungen
oder 4 für größere Umgebungen
• Achten Sie auf einen PAGEIOLATCH_XX-Engpass und skalieren Sie die Anzahl der Laufwerke nach
Bedarf
• Verwenden Sie als Größe der NTFS-Zuweisungseinheit 64 KB für MSSQL-Laufwerke
• Aktivierung gesperrter Seiten im Speicher für MSSQL Server-Servicekonto (HINWEIS: Wenn diese
Einstellung verwendet wird, muss der Speicher der VM gesperrt sein; gilt nur für Speicher > 8 GB)
• TempDB-Datendateien
• Legen Sie die TempDB-Größe zwischen 1 und 10 % der Größe der Instanzdatenbanken fest
• Wenn die Anzahl der Kerne < 8, entspricht die Anz. der Kerne der Anz. der Datendateien
• Wenn die Anzahl der Kerne > 8, verwenden Sie zunächst 8 Datendateien
o Achten Sie auf Konflikte bei In-Memory-Zuweisung
(PAGELATCH_XX) und skalieren Sie immer 4 Dateien
gleichzeitig, bis der Konflikt behoben ist!
 Datenbankdatendateien
• Dimensionieren Sie entsprechend und aktivieren Sie AUTOGROW
entsprechend dem Datenbankwachstum
• Verwenden Sie nicht die Option AUTOSHRINK für Daten- und
Protokolldateien
• Halten Sie die Auslastung der Festplattenkapazität maximal unter 80 %
• Verwenden Sie mehrere Datendateien und Laufwerke
o Achten Sie auf Konflikte bei In-Memory-Zuweisung (PAGELATCH_
XX), wenn der Konflikt die Anzahl der Dateien erhöht
o Achten Sie auf E/A-Teilsystemkonflikte (PAGEIOLATCH_XX),
verteilen Sie bei Konflikten die Datendateien auf mehrere
Laufwerke
 Ablaufverfolgungsflags
• Implementieren Sie das Ablaufverfolgungsflag 1118 beim Start, um
einzelne Seitenzuweisungen zu entfernen
• Implementieren Sie Ablaufverfolgungsflag 834, um große
Seiten zu aktivieren (für Tier-1-Leistung)
 Verwenden Sie den MSSQL Server Best Practices Analyzer (BPA), um mögliche
Probleme zu identifizieren
 Verwenden Sie schnelle Dateiinitialisierung
 Skalieren Sie die Anzahl der MSSQL.VMs und nicht die Anzahl der MSSQLInstanzen pro VM
 Mehr Speicher = höhere Leistung; erhöhen Sie bei Leistungsengpässen den
VM-Speicher
 Verwenden Sie eine dedizierte Festplatte für die Microsoft-Auslagerungsdatei
o Verfügbarkeit
 In den meisten Fällen bietet vSphere HA ein angemessenes Maß Verfügbarkeit
für nicht geschäftskritische/Tier-1-Anwendungen
 Für geschäftskritische/Tier-1-Anwendungen:
• MSSQL 2012: verwenden Sie AlwaysOn-Verfügbarkeitsgruppen
(bevorzugt)
• MSSQL 2008 und älter: verwenden Sie Protokollversand oder
geclustertes MSSQL mit MSCS-Clustern
 Erstellen Sie konsistente Datenbanksnapshots/-sicherungen; die Häufigkeit
sollte von den erforderlichen RPOs abgeleitet werden
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 Nutzen Sie native oder Drittanbietertools zur Verwaltung von Sicherungen
(Beispiel: Microsoft System Center Data Protection Manager (DPM) etc.)
o Verwaltungsfunktionen
 Standardisieren, Überwachen und Warten
 Nutzen Sie eine MSSQL-Anwendungsüberwachungslösung (Beispiel: System
Center etc.)
 Erstellen Sie standardisierte MSSQL-VM-Vorlagen
 Verwenden Sie eine konsistente Anzahl von Festplatten und Layoutschemata für
MSSQL-VMs
 Fügen Sie MSSQL Server der Domäne hinzu, und verwenden Sie Active
Directory für Authentifizierung
 Nutzen Sie Contained Database Authentication (MSSQL 2012)
 Verwenden Sie benannte Instanzen für MSSQL-Datenbankinstanzen, auch wenn
Sie nur eine einzelne Instanz pro VM planen
 Stellen Sie bei benannten Instanzen Anwendungskompatibilität mit
dynamischen Ports sicher; legen Sie für die Instanz andernfalls die Verwendung
eines festen Ports fest
• VMware vSphere (verwenden Sie entsprechende Best Practices bei Hyper-V)
o Befolgen Sie die leistungsbezogenen Best Practices zu VMware
o Vermeiden Sie die Überbelegung von CPU-Kernen (bei Tier-1-Rechenlasten)
o Gleichen Sie bei kleinen MSSQL-VMs die Anzahl der vCPUs an die Anzahl der Kerne pro
physische NUMA-Knoten an
o Gleichen Sie bei größeren MSSQL-VMs die Anzahl der vCPUs an die physischen NUMAGrenzen an, und nutzen Sie vNUMA
o Sorgen Sie dafür, dass die Anzahl der vCPUs problemlos durch NUMAKnotengrößen teilbar sind, um eine leichte Zeitplanung sicherzustellen
o Behalten Sie die Standardrichtlinie (beliebig) für Hyperthreading-Sharing bei
o Aktivieren Sie die Host-Energierichtlinie "Hohe Leistung"
o Sperren Sie MSSQL-VM-Speicher (bei Tier-1-Rechenlasten)
o Dimensionieren Sie MSSQL-VM-Speicher mithilfe der folgenden Berechnung:
 VM-Speicher = max. SQL Server-Speicher + ThreadStack +
Betriebssystemspeicher + VM-Restkapazität
 Threadstack = max. SQL-Worker-Threads * 2 MB (bei x64)
o Verwenden Sie paravirtuelle SCSI-Controller und VMXNET3-NICs
o Verwenden Sie Ressourcenpools mit korrekter Freigabezuweisung
o Verwenden Sie DRS-Affinitätsvermeidungsregeln, um MSSQL-VMs
auseinanderzuhalten
• Dell XC
o Verwenden Sie einen einzelnen Container für SQL Server
o Verwenden Sie ein entsprechendes Modell je nach Datenverarbeitungs- und
Speicheranforderungen
 Behalten Sie den Arbeitssatz idealerweise auf einer SSD und sorgen Sie dafür,
dass die Datenbankgröße die Knotenkapazität nicht überschreitet
 Wählen Sie ein Modell, bei dem die gesamte Datenbank idealerweise auf einen
einzelnen Knoten passt. HINWEIS:
Stellen Sie bei größeren Datenbanken, die nicht auf einen Knoten passen,
sicher, dass zwischen Knoten ausreichend Bandbreite vorhanden ist
 Verwenden Sie für MSSQL-Rechenlasten mit hoher E/A-Intensität
Knotenmodelle mit mehr Speicher
o Erstellen Sie eine dedizierte Konsistenzgruppe mit den MSSQL-VMs und Anwendungen
o Nutzen Sie bei der Erstellung von Snapshots für die Konsistenzgruppe
"anwendungskonsistente Snapshots", um VSS zu aktivieren
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Unterstützende Komponenten:
• Netzwerk
o Verwenden und optimieren Sie QoS für NDFS und Datenbankverkehr
o Verwenden Sie 10GbE-Switches mit niedriger Latenz
o Verwenden Sie redundante 10GbE-Uplinks von jedem Nutanix Knoten
o Sorgen Sie für adäquaten Durchsatz zwischen Nutanix Knoten und MSSQL-VMs
o Prüfen Sie, ob Pause-Frames auftreten, welche die Replikation und die VMKommunikation beeinträchtigen könnten
• Active Directory
o Verwenden Sie AD-basierte Authentifizierung für MS SQL Server-VMs
• Betriebssystem- und Anwendungs-Updates
o Planen Sie Updates so, dass sie außerhalb von Geschäftszeiten durchgeführt werden,
um Leistungseinbußen zu vermeiden
o Staffeln Sie Updates in Phasen
Microsoft Support für die Virtualisierung von SQL Server auf VMware
Microsoft Support für die Virtualisierung von SQL Server auf VMware ist auf "Best Effort" beschränkt.
Die Microsoft Best Practice für die Virtualisierung von SQL Server ist, Hyper-V zu verwenden, womit
Kunden umfassenden Microsoft Support für ihre Lösung erhalten. Microsoft blockiert die Virtualisierung
von Microsoft Rechenlasten auf VMware nicht, kann aber für diesen Anwendungsfall nur Support auf
der Basis von "Best Effort" bieten. Nähere Informationen zu Microsoft Support für Produkte auf VMware
VMs finden Sie unter https://www.vmware.com/support/policies/ms_support_statement.
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