Einsatz der EMC Enterprise Flash Drives – SSDs – in einer ... · – Clariion Navisphere Manager – Analyzer Applikationen & Datenbanken

1© Copyright 2009 EMC Corporation. All rights reserved.

Einsatz der EMC Enterprise Flash Drives

– SSDs –in einer Oracle Infrastruktur

Heinz Vennemann18.11.2009


Business Challenges

IDC Research: Zu erwartendes Datenwachstum liegt bei

60% Jahr für Jahr


Agenda

ØEntwicklung der Disk Technologie

ØMerkmale der Technologien (HDD --- EFD)

ØStorage Infrastruktur

ØTools zur Identifizierung von EFD - Anwendungen

ØBeispiel aus dem Oracle – Umfeld

ØAusblick


Disk Technology (HDD) – Entwicklung –

Das Gap:Das Gap: Disk Disk PerformanzPerformanz//KapazitätKapazität::

In den In den letztenletzten 30 30 JahrenJahren wurdewurde::--Die Die KapazitätKapazität derder Disks um den Disks um den FaktorFaktor 1000 1000 erhöhterhöht (1GB auf 1TB)(1GB auf 1TB)--Die InterfaceDie Interface--GeschwindigkeitGeschwindigkeit um den um den FaktorFaktor 133 133 erhöhterhöht (3 Mb/s auf 4Gb/s)(3 Mb/s auf 4Gb/s)

AberAber……--Die Die LatenzzeitLatenzzeit wurdewurde nurnur um den um den FaktorFaktor 4 4 reduziertreduziert

==èè von von 24 ms auf 6 ms Response Time24 ms auf 6 ms Response Time

DarausDaraus folgtfolgt: : ==èèPERFORMANZ = SCHNELLERE und MEHR PERFORMANZ = SCHNELLERE und MEHR Disk DrivesDisk Drives

--Höhere Anschaffungskosten für die SpeichersystemeHöhere Anschaffungskosten für die Speichersysteme--HöhererHöherer PlatzbedarfPlatzbedarf fürfür die die SpeichersystemeSpeichersysteme--GeringereGeringere EnergieeffizienzEnergieeffizienz


Merkmale der Drive Typen: HDD --- SSD

HDD:Ø Hohe Kapazität

Ø Geringe Latenzzeit bei sequential Read

Ø Hoher Energie Verbrauch

Ø Read Miss– 7200 rpm HDD: ~12 ms response time– 10K rpm HDD: ~ 9 ms response time– 15K rpm HDD: ~ 6 ms response time

SSD:Ø Geringe Kapazität

Ø Geringe Latenzzeit bei random Read

Ø Geringer Energie Verbrauch

Ø Read Miss– Flash Drive: ~ 1 ms response time


Theoretische Betrachtung HDD --- SSD Devices

Cache Antwortzeit: Read Hits = 0.5 msec

HDD Antwortzeit: Read Miss = 6 msec (15K rpm Drive):– 90% x 0.5msec (0.45ms) + 10% x 6msec (0.6ms) =

=è 1.05 msec durchschnittliche Antwortzeit bei HDD Drives!

SSD Antwortzeit: Read Miss = 1 msec:– 90% x 0.5msec (0.45ms) + 10% x 1msec (0.1ms) =

=è 0.55 msec durchschnittliche Antwortzeit bei SSD Drives

Ein normaler Workload: 90% Read Hit und 10% Read Miss

Obwohl der Read Hit Anteil 90% beträgt,wird bei Einsatz von SSD Drives die Antwortzeit

auf die HÄLFTE reduziert!


Tools zur Identifizierung von Anwendungen für die Enterprise Flash Drives (SSDs)

EMC Storage Systeme – Symmetrix Management Console– EMC Control Center Performance Manager /

Workload Analyzer (WLA)– Clariion Navisphere Manager– Analyzer

Applikationen & Datenbanken– Oracle StatsPak & AWR– SQL Server, DB2, etc.– Exchange

Die Operating Systeme zeigen das (durchschnittliche) Antwortverhalten

– z/OS § RMF

– Windows § Perfmon

– UNIX / Linux§ SAR / SADC

In Abhängigkeit von hohen “Read Misses” oder höherer “Read Response Time”

Was sollte beachtet werden:

üNiedriges Read Hit VerhältnissØ Sicht auf das Storage System

üHohe Read Response TimeØ Geringe Read Hit Rate

üNicht ausgelastete CPUØ Kann ein Hinweis auf “waiting” I/Os

sein

üHohes I/O AufkommenØ Basis für Optimierung

(z.B.: Indices, Lookup Tables, etc.)


Management der Storage InfrastrukturQoS Manager – Analyzer

Management von CLARiiON-Ressourcen nach Service Levels

– Überwachung und Feinabstimmung von Speicherressourcen auf der Basis von Performance-Zielen

Performance-Optimierung durch Policy Management

– Festlegen von Performance-Zielen für kritische Anwendungen

– Festlegung von Limits für Anwendungen mit geringerer Priorität

– Planung von Policies, die in unterschiedlichen Abständen ausgeführt werden

Messung und Kontrolle von Speicher anhand unterschiedlicher Messgrößen

– Reaktionszeit (z. B.Microsoft Exchange)

– Bandbreite (z. B. Backup-to-Disk)– Durchsatz (z. B. OLTP-Anwendungen)

Bietet CLARiiON-Performance-Daten in Echtzeit sowie historische Daten

Ermittelt Performance-Engpässe

Management, Optimierung und Messung von Anwendungs-Service Levels

Ver

füg

bar

eP

erfo

rman

ce

Mit NavisphereQuality of

Service Manager

MittlerePriorität

HohePriorität

NiedrigePriorität

Datei-Services

OLTP/E-Mail

Test undEntwicklung


Navisphere Analyzer


Workloads von Storagesystemen aus aktuellen Kundenbeispielen

Flash Drivetargets?

I/O’s per Second

SATA IItargets?


Oracle Automated Workload Repository (AWR)

Top 5 Timed Foreground Events

Source: “Implementing EMC Symmetrix DMX-4 Flash Drives with Oracle Databases”

Instance Efficiency


Oracle Automated Workload Repository (AWR)

Source: “Implementing EMC Symmetrix DMX-4 Flash Drives with Oracle Databases”

Tablespace IO Stats


Top 5 Timed Events and Workload Profile

Event Waits Time(s) Avg Wait(ms)

% Total Call Time

Wait Class

db file sequential read 546,872 6,764 12 96.6 User I/O

CPU time 263 3.8

library cache pin 44 16 366 .2 Concurrency

SGA: allocation forcing component growth

1,118 12 11 .2 Other

db file parallel write 1,347 2 2 .0 System I/O

Event Waits Time(s) Avg Wait(ms) % Total Call Time Wait Class

db file sequential read 11,746,145 16,681 1 83.8 User I/O

CPU time 5,283 26.5

library cache pin 408 283 694 1.4 Concurrency


4,495 49 11 .2 Other

SQL*Net more data to client 715,421 39 0 .2 Network

HDD

EFD


Top 5 Timed Events and Workload Profile

Event Waits Time(s) Avg Wait(ms)

% Total Call Time

Wait Class

db file sequential read 546,872 6,764 12 96.6 User I/O

CPU time 263 3.8

library cache pin 44 16 366 .2 Concurrency


1,118 12 11 .2 Other

db file parallel write 1,347 2 2 .0 System I/O



CPU time 5,283 26.5

library cache pin 408 283 694 1.4 Concurrency


4,495 49 11 .2 Other

SQL*Net more data to client 715,421 39 0 .2 Network

HDD

EFD

Per SecondRedo size: 13,064.56

Logical reads: 3,679.57

Block changes: 71.88

Physical reads: 912.50

Physical writes: 4.69

Per SecondRedo size: 78,713.43

Logical reads: 82,682.42

Block changes: 543.80

Physical reads: 19,526.62

Physical writes: 104.27


Datennutzungsanalyse als Schlüssel

DBclassify zeichnet den Zugriff auf Daten und Datenbankobjekte auf und analysiert diese

DBclassify deckt die Beziehungen zwischen Daten, Usern und Prozessen auf

– Wer nutzt welche Daten wann und wie oft?– Priorisierung (Klassifizierung) der Daten

nach Zugriffshäufigkeit – Abgrenzung selten oder gar nicht genutzter Daten– Zeitnahes Erkennen von Änderungen im Zugriffsverhalten der

Anwender


Schließen der Informationslücke zwischen Applikation/DB und Storage

Logical Constructs

Application Objects

Logical Design

Manual DatabaseTuning

Physical Placement

Data Files

Optimized Tiering

Automated I/O Optimization

Usage Analysis and Right TieringUsage Analysis

and Right Tiering

Bridging the gapBridging the gap


Konzept der Partitioning

Large TableSchwierig zu

verwalten

PartitionUnterteilen und

verwalten

Einfaches Management

Verbessert die Performanz

Composite PartitionHöhere Performanz

Höhere Flexibilität und besere Anpassung an

die Business Anforderungen

Transparent für Applikationen


Tiered Storage Optionen

15K RPM Fibre Channel: Sehr Gute Performanz

146 GB4 Gb/s

300 GB4 Gb/s

450 GB4 Gb/s

10K RPM Fibre Channel:Gute Performanz

400 GB 4 Gb/s

SATA II:Hohe Kapazität

1 TBSATA II

7.2K rpm

1 TBSATA II

5.4K rpm


146 GB4 Gb/s

300 GB4 Gb/s

450 GB4 Gb/s

Einfacher Aufbau von

“Tiered Storage” in einem

Storage System


Erweiterte Tiered Storage Optionen


146 GB4 Gb/s

300 GB4 Gb/s

450 GB4 Gb/s

10K RPM Fibre Channel:Gute Performanz

400 GB 4 Gb/s

SATA II:Hohe Kapazität

1 TBSATA II

7.2K rpm

1 TBSATA II

5.4K rpm

Enterprise Flash Drives:Beste Performanz

73GB4 Gb/s

400GB4 Gb/s

Einfacher Aufbau von

“Tiered Storage” in einem

Storage System


Aufnehmen der Flash – Technologie als Teil einer ILM Strategie

Active Less Active Historical Archive

Partition Partition Partition

Lar

ge

Tab

le

ArchivingAnd

Compliance

Q3 Q2 Q1 ...1 Less

Current

Oldest data

Q4Most

Active

Höchste PrformanzIm Storage

Flash Drives

Weniger genutzteDaten

FC

Online archiviertIm storage

SATA

Oracle Partitioning – Kassifizieren und plazieren der Oracledaten auf Tiered Storage um die Kosten und Effizienz zu optimieren …

… aktive Daten ändern ihren Zustand über die Zeit (z.B.: Data Warehouse) d. h.: Daten müssen mobil und flexibel sein, Dies resultiert darin, dass Daten online

in oder auch aus dem Flash Tiered Storage verlagert werden müssen

InaktivAktiv


Tier 0-Anwendungen

Tier 2-Anwendungen

VirtualLUN-Technologie

MetaLUN-Stripe

MetaLUN-Verkettung

Dynamisches Erweitern und Migrierenvon LUNs in Echtzeit

Virtual LUN-Technologie

Unterbrechungsfreie Datenverlagerungen über Speicherebenen hinweg

– Höhere Performance– Geringere Kosten

MetaLUN-TechnologieDynamische Erweiterung von Volumes

– Höhere Performance– Besserer Schutz– Bessere Kapazitätsnutzung

FlashFlashFlash FlashFlashFlash

LP SATALP SATALP SATA LP SATALP SATALP SATA


OLTP Workload – Testumgebung

2 x Dell R900, jede enthält: • 4 x Quad core CPU’s• 2 x Dual port HBA’s

Oracle 10g, RAC, CRS, ASM, PowerPath

Symmetrix DMX-4 2500• 80 x 146 GB 15K RPM (RAID-1)• 8 x 146 GB EFD (RAID-5)

Database Profile:• 11GB SGA• 75% DB Buffer Cache Hits!

( 25% der IO’s sind Read Misses)

Die I/O – Anforderungen der STOK Tablespace liegen bei 75% !

Verlagern der STOK auf EFD

2 node RAC cluster

80 x 300 GB 15K RPM HDD mit RAID-1 (Mirrored) Protection

8 x 146 GB EFD mit RAID-5 Protection

Dell R900 4 x Quad CPU

Dell R900 4 x Quad CPU


Top 5 Timed Events und Workload Profile (Mittelwert bei 2 RAC Nodes)

Event Waits Time(s)Avg Wait(ms)

% Total Call Time Wait Class


db file parallel read 280,373 5,864 21 8.9 User I/O

CPU time 3,894 5.9

db file parallel write 2,819,223 1,228 0 1.9 System I/O

log file sync 638,795 877 1 1.4 Commit



CPU time 5,283 26.5

db file parallel read 497,507 5,749 11.5 8.7 User I/O

log file sync 1,135,915 2,277 2.0 18.8 Commit

gc cr grant 2-way 4,744,803 1,420 0 2.2 Cluster

HDD

EFD


Event Waits Time(s)Avg Wait(ms)

% Total Call Time Wait Class


db file parallel read 280,373 5,864 21 8.9 User I/O

CPU time 3,894 5.9

db file parallel write 2,819,223 1,228 0 1.9 System I/O

log file sync 638,795 877 1 1.4 Commit

Event Waits Time(s) Avg Wait(ms) % Total Call Time

Wait Class


CPU time 5,283 26.5

db file parallel read 497,507 5,749 11.5 8.7 User I/O

log file sync 1,135,915 2,277 2.0 18.8 Commit

gc cr grant 2-way 4,744,803 1,420 0 2.2 Cluster

HDD

EFD

Top 5 Timed Events und Workload Profile (Mittelwert bei 2 RAC Nodes)

Per Second Per Transact.

Redo size: 2,630,228 8,260

Logical reads: 16,966 53

Block changes: 18,436 58

Physical reads: 4,452 14

Physical writes: 2,161 7

Per Second Per Transact.Redo size: 1,511,040 8,449

Logical reads: 9,669 54

Block changes: 10,390 58

Physical reads: 2,688 15

Physical writes: 1,255 7


Wieviele Enterprise Flash Drives (SSDs) werden benötigt?

Flash DriveTargets

Unterstützt von Symmetrix-und CLARiiON- Systemen

Es werden nur wenige Flash Devices benötigt, um den

großenVorteil ausschöpfen zu können!

SATA IITargets

FC - Targets


Key Points – Enterprise Flash Drives (SSD) in einer Oracle - Umgebung

Best Use Cases: – Random Read Workload

§ Read-only oder Read-mostly, HDD Konsolidierung, verbessert IOPS und Response Times

– Latenzzeit kritische Applikationen (Vorhersagbarkeit)§ Geringe Antwortzeiten gerade wenn Daten nicht im Server- oder Storage-Cache sind§ Berücksichtigen für große sequentielle Reads § Bessere und gleichmäßiger Durchsatz über dem von HDD Drives, selbst wenn der Workload random ist

Was soll auf die Flash Drives verlagert werden:– Ganze Databank – wenn geeignet (Kosten / Performanz)– Tablespaces (Subset der Databank)– Partitionen (ein Subset der Table oder Index)

§ Unter Berücksichtigung einer ILM Strategie verlagern der wenig benötigten Partitionen auf HDD Drives

– TEMP und/oder INDEX

Soll ich Redo Logs auf SSDs verlagern EFD?– Antwort: It depends!

§ Ja: wenn die gesamte Datenbank auf die SSDs verlagert wird § Nein: wenn nur Teile der Datenbank auf die SSDs verlagert werden (TBS, Index, Partitions). Dies lässt

dann auch mehr Platz für weitere Datensätze im SSD.

http://www.emc.com/collateral/hardware/white-papers/h5699-implement-dmx-flash-with-oracle-wp.pdfhttp://www.emc.com/collateral/hardware/white-papers/h5967-leveraging-clariion-cx4-oracle-deploy-wp.pdf


Enterprise Flash Drives (SSDs)

Erste Storage Plattformen, die durchgängig Flash Drives unterstützen– Voll integriert (keine Appliance) in Symmetrix- und CLARiiON-Systeme

(somit die Nutzung der gesamten Software - Funktionalitäten möglich)

Flash Drive Technologie optimiert für performante Applikationsanforderung

– FC Interface als Frontend; RAM Cache mit einer Read/Write Engine (16 parallele I/O Pfade )

Zur Erhöhung der Performanz in vielen Umgebungen einsetzbar– Ideal für Low Latency, High Transaction Workloads

Ultra Performanz durch Enterprise-Class Flash Drives

Flash Drives werden sich zukünftig etablieren! =è Mainstream - Technologie


Application Total Throughput (I/Os)

1,000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Tier 0:Enterprise Flash drives

Tier 1: Fibre Channel drives

Tier 2: SATA II and low power SATA II

drives

Fully Automated Storage Tiering(FAST Phase I) auf der CX4

CX4

F

A

S

T

Tier 0

Tier 1

Tier 2

Schrittweise Automation 1. Analysieren und

Bewerten der Daten auf den FC Disk Devices

2. Migration der erforderlichen Daten-

Lun’s wie folgt:

Verlagern der “Hot LUNs” auf

“High Performance EFD”

Verlagern der “Cold LUNs” auf

“HighEfficiency SATA”

CX4

F

A

S

T


Fast Phase 1 – Ablauf des Prozessess

1. Definieren der zu messenden Periode

2. Analysieren der Ergebnisse

3. Bewerten der Ergebnisse und durchführen der

Migration SATA Sequential2.500000 GB03LUN 3

SATA Random2.500000 GB02LUN 2

EFD Possible20 GB25LUN 5

P-3EFD Strong1.250000 GB01LUN 1RG-2EFD Highest125.000000 GB00LUN 0

Destination Storage Pool ID

Destination Recommendation

Source LUN Capacity

Source RAID Group IDSource LUN ID

Source LUN Name

Thu 09/03/09 16:13:34Report Time

C:\EMC\FAST LUN Migrator\fastlun-1.xmlReport Name

FNM00083700132Array Serial #

Test-FNM00083700132-TestArray Name

1Version #

SATA Sequential2.500000 GB03LUN 3

SATA Random2.500000 GB02LUN 2

EFD Possible20 GB25LUN 5

P-3EFD Strong1.250000 GB01LUN 1RG-2EFD Highest125.000000 GB00LUN 0

Destination Storage Pool ID

Destination Recommendation

Source LUN Capacity

Source RAID Group IDSource LUN ID

Source LUN Name

Thu 09/03/09 16:13:34Report Time

C:\EMC\FAST LUN Migrator\fastlun-1.xmlReport Name

FNM00083700132Array Serial #

Test-FNM00083700132-TestArray Name

1Version #


Fully Automated Storage Tiering- FAST

SATA

FC

EFD

Tiered StorageAutomatisiertes verlagernvon Daten, basierend auf

I/O Anforderungen

Vorbereitet zum Einsatz von neuen Technologien

Optimiert für Kosten und Performanz

Einzigartige Funktionaltät für EMC Storage


FAST – Volume Move

EFD

FC

SATA

Ein Volume wird dann verlagert, wenn nicht zugeordneter Speicherplatz in dem Storage Tier zur Verfügung steht, in dass

das Volume verlagert werden soll

FAST identifiziert das Volume– Ein Volume auf einem EFD Device, das effizienter auf einem SATA Device verfügbar

wäre– Ähnlich mit Volumes in anderen Tier – Stufen

Volume wird in die neue Storage Tier verlagert

Dieser Process wiederholt sich, sodass die Effizienz und die Anforderungen

optimal im Storage System bereitgestellt werden


FAST – Volume Swap

EFD

FC

SATA

Ein Volume - Swap wird dann durchgeführt, wenn kein freier Storage in dem neuen Tier mehr verfügbar ist

FAST identifiziert das Volume– Z.B.: EFD wäre effizienter auf FC or SATA– Oder, ein identifiziertes Volume auf einem

FC- or SATA-Device wäre effizienter auf einem EFD-Device

Lokationstausch des Volume– Ein DRV Device wird als Swap Bereich

benutzt

Dieser Process wiederholt sich, sodass die Effizienz und die Anforderungen

optimal im Storage System bereitgestellt werden


Heinz VennemannEMC Global Services

Senior Technology Consultant

EMC Deutschland GmbH

Hammfelddamm 4

41460 Neuss

Telefon: +49 2131 9191 – 185

E-Mail: [email protected]

Kontaktdaten

Documents

Einsatz der EMC Enterprise Flash Drives – SSDs – in einer ... · – Clariion Navisphere Manager – Analyzer Applikationen & Datenbanken