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Flash è solo un mezzo di archiviazione, il nuovo Dell EMC XtremIO X2 è essenzialmente software.
Possiamo elaborare l’idea che i dischi flash non siano una risposta ai problemi che questa tecnologia tenta di risolvere (maggiori prestazioni, minore spazio e consumo energetico, ecc.). Il flash è solo “l’attivatore” per arrivare alla soluzione. Ciò che occorre è una nuova architettura software in grado di utilizzare, migliorare ed esaltare le sue qualità.
Lo scopo di questo articolo è fornire una panoramica delle nuove funzionalità di XtremIO X2. Esamineremo alcune di queste e con più attenzione una in particolare che permette, per la prima volta nel settore, di ottenere prestazioni a livello di NVMe utilizzando, però, uno storage flash “SAS”.
Prima di iniziare a descrivere ciò che è nuovo in X2 facciamo un breve “refresh” dell’architettura di XtremIO.
XtremIO è un’architettura unica nel suo genere. In XtremIO la gestione dei dati si basa sul suo contenuto (content-aware) all’interno di un’architettura di tipo scale-out. La distribuzione dei metadati garantisce un utilizzo omogeneo di tutte le risorse dell’array; CPU, dischi e controller. Tutto in XtremIO è eseguito in memoria. Non c’è nessuna attività di post-elaborazione. Tutti i servizi di dati sono sempre online. Grazie a queste caratteristiche le prestazioni di XtremIO sono prevedibili e costanti nel tempo.
Partendo de questa breve descrizione analizziamo il nuovo XtremIO X2 da 4 diversi punti di vista: efficienza, prestazioni, protezione e semplicità.
Efficienza
I miglioramenti sulla efficienza ottenuti in X2 non sono dovuti all’utilizzo di un nuovo hardware o CPU più veloci. Se la maggiore efficienza e prestazioni fossero dovute soltanto alla parte hardware sarebbe stato possibile ottenere un miglioramento di solo il 20% – 30% dal momento che questo è ciò che fornisce ogni nuova generazione di CPU Intel.
In XtremIO è stato adottato un approccio diverso basato su miglioramenti software apportati alla sua particolare architettura “Content Aware Metadata” con scalabilità di tipo scale-out. Si tratta di un progetto di sviluppo completamente differente rispetto alle architetture di tipo dual-controller dove le prestazioni dipendono (e sono limitate) in grande misura dalle CPU dei controller.
In XtremIO X2 la densità è 4 volte superiore rispetto a XtremIO X1. In X1 era possibile memorizzare fino 1PB di dati, in X2 questo valore è ora di 5.5PB in un unico rack.
Dal punto di vista economico il prezzo è stato ridotto di circa un 67% rispetto alla precedente piattaforma. Che cosa è stato fatto per diminuire il costo dell’array?
Studiando la vita utile dei dischi flash sulla base installata di XtremIO a livello globale è stato possibile osservare che la vita residua dei dischi, sulla base degli array più utilizzati, era ancora di 19 anni! Ciò ha portato a considerare l’uso in X2 di dischi SSD con un minor numero di operazioni di scrittura al giorno (writes x day) permettendo così un’economia in tal senso.
La considerevole vita utile dei dischi flash in XtremIO è dovuta in gran parte alla sua architettura basata su una gestione altamente efficiente dei metadati. Ricordiamoci che in XtremIO le operazioni e i servizi dati vengono sempre eseguiti in memoria. Come effetto finale si ottiene: 1) minimo utilizzo della unità flash e 2) migliori performance.
Altri fattori che determinano l’economia di X2 sono la sua maggiore densità e scalabilità di tipo multidimensionale. Detto in un altro modo, X2 è un sistema con scalabilità orizzontale (scale-out) e verticale (scale-up). La scalabilità di X2 è estremamente granulare consentendo un aumento capacitivo di solo 6 SSD per volta.
Infine, sempre rispetto alla maggiore efficienza e minori costi di X2, vale la pena menzionare i miglioramenti apportati agli algoritmi di DRR (riduzione dei dati). Rispetto a X1, per lo stesso set di dati, X2 ottiene circa un 25% in più di DRR.
Questo significa un maggiore risparmio di spazio che si traduce in una riduzione dei costi ulteriore. Il grafico mostra la DRR per uno stesso database installato su X1 e X2
Performance
Come accennato all’inizio del post, i miglioramenti delle prestazioni di X2 sono dovuti solo in parte all’utilizzo di nuovo hardware con CPU più veloci, l’aumento delle performance è dovuto soprattutto grazie a sviluppi sul software.
La latenza è il parametro più importante da considerare quando si valuta la performance di un array; è la latenza e non il numero di IO,che permette di sviluppare più lavoro in una determinata unità di tempo. Una bassa latenza è stata sempre una delle caratteristiche che ha contraddistinto XtremIO. XtremIO X2 ottiene valori di latenza 4 volte più bassi e, dal punto di vista delle operazioni di copia, X2 è 2 volte più veloce rispetto a X 1.
Uno degli sviluppi chiave che permette a X2 di ridurre ulteriormente la sua già notevole bassa latenza è il “write boost”. Quando un IO proveniente da un server raggiunge un array questo deve attraversare uno stack di “strati” (layer). Ogni strato aggiunge una certa latenza. Il “write boost” è un componente software/hardware di X2 posto all’inizio del percorso che gestisce l’IO con il principale obiettivo di rispondere (“acknowledge”) all’applicazione immediatamente. Le successive operazioni attraverso il percorso e attraverso i vari strati si effettuano in seguito in modalità asincrona.
Il risultato è in molti casi una diminuzione della latenza di circa il 400% consentendo a X2 da raggiungere valori di 0,2 ms.
Un’altra originalità di X2 è che, durante la “fase asincrona”, i dati vengono raggruppati in blocchi più grandi; questo porta ad un aumento del “bandwith” in X2.
Queste innovazioni nella gestione dell’IO differenziano X2 dalle tradizionali implementazioni “cache based” garantendo che XtremIO X2 non soffra mai di problemi dovuti al riempimento della cache.
Nel grafico vengono rappresentate IO vs latenza. Come si può notare questi sono valori che non hanno nulla da invidiare a quelli che possono essere ottenuti con l’uso di SSD NVMe. Il vantaggio è che in X2 questo viene raggiunto utilizzando una tecnologia molto più conveniente dal punto di vista economico e affidabile dal punto di vista della “availability”. Vale la pena ricordare che in molte delle attuali implementazioni di sistemi di storage che utilizzano SSD NVMe questi SSD non sono “dual ported”, cioè non hanno ridondanza e pertanto non possono essere considerati di tipo enterprise.
Protezione
Per quanto riguarda la “Protection”, un’innovazione di X2 rispetto a X1 è l’utilizzo di memoria NVRAM per la protezione dei dati in cache al posto delle batterie (BBU). L’uso di queste memorie ha il vantaggio di ridurre lo spazio (1U) e semplificare l’architettura. Le NVRAM utilizzate in X2 hanno un “super-condensatore” che mantiene la batteria alimentata e assicura l’immediato “vaulting” dei dati a fronte di una improvvisa mancanza di corrente.
La possibilità di fornire in modo efficiente copie dei dati in un data center migliora il TCO e offre la possibilità di eseguire più attività contemporaneamente. Ho già descritto in un precedente post: XtremIO iCDM Integrated Copy Data Management l’esclusivo meccanismo di copia dei dati di XtremIO e i suoi vantaggi.
XVC (XtremIO Virtual Copies) è parte integrante della strategia iCDM (Integrated Copy Data Management). Gli XVC (leggi snapshot) sono molto utilizzati in XtremIO. Infatti, studi sulla base installata di XtremIO X1 a livello mondiale mostrano che il 40% del totale di IO vengono fatti verso gli snapshot. Per meglio supportare questo requisito in X2 la quantità di copie per volume e il numero totale di snapshot è stato duplicato; 16000 e 1024 rispettivamente.
QoS e replica “Metadati-Aware” sono due funzionalità che saranno disponibili a breve in X2; quest’ultima, in particolare, merita una nota di approfondimento.
In XtremIO, gli algoritmi di DRR (Data Reduction) si applicano a livello globale e questo significa poterlo fare anche sulle copie remote. Ad esempio, la deduplica viene effettuata non solo a livello dei volumi o dei gruppi di consistenza del sistema di produzione (source) ma anche a livello di sistema di destinazione (target) e sulla rete WAN.
Questo meccanismo è altamente efficiente in quanto implica il passaggio attraverso la WAN dei soli dati univoci, dati che sono a loro volta successivamente compressi. Se consideriamo un XtremIO X2 con un fattore di DRR pari ad un 4.0: 1, la rete WAN non avrà alcuna necessità di utilizzare un qualsiasi tipo di acceleratore esterno, la riduzione dei dati viene realizzata in modo nativo in X2. Questo si traduce in un migliore RPO e in una riduzione dei requisiti di larghezza di banda necessaria e quindi dei costi associati.
Semplicità
Molto è stato fatto in XtremIO X2 per semplificare ulteriormente la gestione dell’array. La sua proverbiale semplicità deriva in gran parte dall’architettura di XtremIO che automatizza e rende superflua tutta una serie di attività che un amministratore di storage deve normalmente eseguire in altri sistemi. Per esempio, in XtremIO non è necessario nessun tipo di tuning, neppure la creazioni di gruppi RAID mentre il provisioning richiede solo 3 clic.
La nuova GUI di XtremIO realizzata in HTML-5 consente di essere eseguita da qualsiasi browser senza alcun software aggiuntivo. La WebUI di X2 offre, sia per il monitoraggio sia per il provisioning, una serie di menù guidati o “workflow” con continui suggerimenti sul passo successivo, rendendo l’attività di amministrazione semplice e intuitiva. Ad esempio, se si sta creando un volume, la GUI propone come possi successivi l’aggiunta di questo volume ad un gruppo di consistenza oppure renderlo immediatamente visibile a un host.
Dal punto di vista del monitoraggio, la WebUI di X2 fornisce una serie di viste basate sul contesto della applicazione con informazioni dettagliate sulle funzioni di ricerca di tutti i possibili parametri quali prestazioni, utilizzo della CPU, comportamento storico nel tempo (“weekly patterns”), le caratteristiche del carico di lavoro (workload), ecc
Per concludere
XtremIO X2 incorpora molti miglioramenti rispetto a X1 sotto diversi punti di vista: efficienza, prestazioni, protezione e semplicità.
Molto si specula su come la tecnologia flash possa aiutare a risolvere alcune delle sfide che i data center odierni affrontano. In molti casi si segue ancora la prassi di aggiungere unità flash ad uno storage “legacy” già presente nel data center. Possiamo dire che le unità flash di per sé non danno una risposta a queste sfide. Quello che serve è una architettura flash in grado di utilizzare al meglio le caratteristiche degli SSD. La semplice aggiunta di dischi flash ad uno storage può aggiungere una certa performance, ma poichè la maggior parte dei sistemi trattano i dischi flash come se fossero dischi tradizionali, i vantaggi ottenibili sono relativi.
La vera differenza tra questi sistemi e XtremIO X2 è che molti array sono principalmente piattaforme hardware. Infatti per la maggior parte di loro è comune pratica far pervenire abbondanti informazioni soprattutto sul numero di IO, quantità di memoria, connettività ecc. XtremIO X2 è, invece, fondamentalmente una piattaforma software. Certo, il software di X2 è incluso nel suo hardware, ma il vero differenziatore è il suo software. Perché questo è importante? Poiché questo approccio fornisce un’enorme evoluzione rispetto ai tradizionali sistemi di archiviazione. XtremIO X2 realizza, su un “commodity hardware”, funzionalità che non possono essere raggiunte da array tradizionali.
Infine, XtremIO X2 non solo incorpora molte nuove funzionalità ma sfrutta anche i vantaggi derivanti dalla sinergia con il portfolio storage di Dell EMC, portfolio che può vantare numerosissime innovazioni sviluppate nel corso degli ultimi venticinque anni di esperienza nel campo della memorizzazione delle informazioni.
Per maggiori informazioni:
Sistemi di Storage Dell EMC XtremIO
#IWork4Dell
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