Optimisation de la puissance Flash grâce au système

LIVRE BLANC
Libérer le potentiel de la technologie flash grâce au
système VNX nouvelle génération avec MCx
Sponsorisé par : EMC
Laura DuBois
Août 2013
Siège Social : 5 Speen Street Framingham, MA 01701 États-Unis P.508.872.8200 F.508.935.4015 www.idc.com
RESUME AN ALYTIQUE
La croissance exponentielle des données, alliée à la nouvelle génération de CPU
multicœur, génère de nouveaux besoins pour les systèmes de stockage qui
doivent désormais absorber un volume inédit de charges de travail. Les disques
durs sont de plus en plus denses et permettent de gérer de plus grandes
capacités. Mais la vitesse de rotation des disques durs mécaniques n’a pas
dépassé les 15 000 t/min depuis 2001, seuil qui ne risque pas d’évoluer et qui
génère un goulot d’étranglement pour les tâches de calcul. Les entreprises
évoluent vers des datacenters intégralement virtualisés : les systèmes de
stockage qu’elles choisissent aujourd’hui doivent pouvoir gérer des centaines,
voire des milliers de machines virtuelles et de charges de travail mixtes et
soutenir leurs activités actuelles et à venir.
Les supports flash sont supposés combler l’écart de performances entre calcul et
stockage et affranchir le stockage de son statut de frein aux flux d’opérations
dans les environnements informatiques. Cette évolution des performances d’E/S
du stockage rendue possible par la technologie flash requiert toutefois la
puissance de traitement de CPU multicœur. Les développeurs de systèmes de
stockage doivent repenser l’architecture de leurs systèmes pour libérer la
puissance des supports flash et utiliser pleinement les processeurs multicœur.
Les fournisseurs tels qu’EMC ouvrent la voie en permettant à leurs clients de
profiter pleinement des performances qu’il est possible d’atteindre avec la
technologie flash. Les solutions telles que les systèmes VNX nouvelle génération
avec MCx (optimisation multicœur) fournissent du matériel et des logiciels
compatibles avec cette technologie, optimisés pour offrir des performances
inédites. MCx est un nouveau logiciel VNX qui répartit équitablement tous les
services de données VNX sur tous les cœurs d’un système. MCx garantit que les
processus de gestion du cache et de gestion du système RAID de back-end
exploitent à plein les CPU multicœur. Il permet également aux logiciels de
traitement du cache et de back-end d’évoluer de manière linéaire, pour un
rapport prix/performances optimal.
Pourquoi les entreprises devraient-elles envisager de passer de leurs disques
durs à des supports hautes performances et d’adopter la technologie MCx pour
gérer l’intensité grandissante des E/S ?
 Performances accrues. Par nature, les disques SSD peuvent offrir des
performances s’élevant à plusieurs gigaoctets par seconde en débit de
données aléatoires et atteindre un nombre d’entrées/sorties par seconde
(IOPS) très élevé. Par exemple, un seul disque SSD peut atteindre plus de
10 000 IOPS, soit 40 à 200 fois plus que les disques durs qui n’atteignent
que 50 à 250 IOPS. MCx améliore considérablement la réactivité des
applications exigeant des performances élevées, en offrant des
performances jusqu’à 4 fois supérieures mesurées par le nombre de
machines virtuelles, de transactions et d’IOPS de fichiers agrégées.
 Efficacité renforcée. L’étude IDC a déterminé qu’en moyenne, les
entreprises équilibrant correctement la proportion de disques durs par
rapport aux disques SSD avaient pu réduire leur nombre total de disques de
près de 66 %, tout en permettant un plus grand nombre de transactions
(IOPS) qu’un environnement à configuration similaire ne comportant que des
supports de stockage à base de disques durs traditionnels. Cela se traduit
par des économies d’espace et des coûts d’installation réduits. La
technologie MCx, alliée aux fonctions d’efficacité de VNX telles que FAST
(Fully Automated Storage Tiering) et à la déduplication de blocs fixes, réduit
les coûts et les besoins en surdimensionnement de la plate-forme en
optimisant l’efficacité de cette dernière.
 Nouvelles mesures. La mesure traditionnelle du coût par gigaoctet (Go)
constitue un facteur décisif dans la vente de nombreux systèmes. Toutefois,
IDC considère que les indicateurs de performances du type coût par IOPS et
par charge de travail sont plus appropriés, plus particulièrement dans les
environnements sensibles aux performances et pour les entreprises dont le
chiffre d’affaires est fortement lié à des applications spécifiques.
CONTENU DU LIVRE BLANC
Dans ce livre blanc, IDC examine l’évolution des contrôleurs de stockage, des
contrôleurs de disques durs traditionnels à ceux des « baies hybrides » (c’est-àdire des baies de stockage traditionnelles pouvant accueillir des disques flash),
capables d’optimiser l’utilisation des supports flash et des CPU multicœur. Les
solutions EMC constituent un excellent exemple d’utilisation, car EMC se situe à
l’avant-garde de cette évolution :
 EMC occupe une place de leader sur le marché en matière d’innovation flash
et a été l’un des premiers à adopter ces technologies.
 EMC a été l’un des premiers fournisseurs à proposer des options de disques
flash entièrement validées et fiables dans leurs systèmes de stockage, plus
particulièrement avec FAST, pour permettre aux entreprises d’optimiser la
capacité et les performances de leurs systèmes, ainsi que leurs
investissements liés au stockage en général.
 En observant la méthode des autres fournisseurs, qui consistait à tenter de
mettre à niveau le matériel interne dans l’espoir d’éliminer les problèmes de
saturation des performances et de goulots d’étranglement à l’aide de disques
SSD, EMC s’est rendu compte que ce n’était pas la bonne approche. Le
facteur restrictif n’était pas le matériel. Il s’agissait en fait de l’architecture
des contrôleurs de stockage et des logiciels qui n’étaient pas conçus de
manière optimale pour tirer le meilleur parti des disques flash et des
nouveaux processeurs multicœur.
 EMC a repensé la conception de base de l’environnement d’exploitation VNX
et y a introduit la technologie MCx pour libérer la pleine puissance des
disques flash et des CPU multicœur.
INTRODUCTION ET SITU ATION DU MARCHE
Dans le marché actuel, les entreprises exigent des performances de stockage
plus élevées au niveau de leurs jeux de données actifs afin d’accélérer les
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applications existantes et de fournir une base à leurs applications de troisième
plate-forme nouvelle génération (réseaux sociaux, technologies mobiles, cloud
computing et gros volumes de données). Jusqu’à maintenant, les disques durs
traditionnels fournissaient des performances adaptées et suffisamment de
capacité de stockage. Mais les disques flash les surpassent désormais : ils
fournissent des performances de stockage élevées en termes de coût par IOPS.
Les demandes de performances accrues et les avantages économiques de la
technologie flash stimulent la croissance de l’utilisation de ce type de disques :
IDC prévoit que le segment à forts volumes d’E/S (disques SSD et flash) est celui
qui connaîtra la progression la plus forte en termes de capacité avec une hausse
annuelle moyenne de 74,3 % d’ici 2017. La demande du marché pour des
performances accrues grâce à la technologie flash, comme le prévoit IDC dans le
segment à forts volumes d’E/S, va commencer à mettre à rude épreuve les
architectures de stockage conçues pour des disques durs optimisés pour des
performances et une capacité élevées.
Le changement s’impose
La vitesse de rotation des disques durs stagne à 15 000 t/min, sans
augmentation en vue en raison des limitations physiques pures des supports
mécaniques. Le système VNX a pu facilement améliorer les performances des
baies existantes, pas uniquement grâce à l’ajout de piles de disques et aux
améliorations parallèles apportées à la fréquence d’horloge des CPU Intel, mais
également grâce à la stratégie FLASH 1st impliquant l’utilisation de disques flash
pour la mise en cache dynamique des lectures/écritures et la technologie FAST.
Grâce à l’utilisation de la technologie FAST sur les systèmes VNX, les gains
potentiels d’IOPS pouvaient s’avérer gigantesques (avec un facteur multiplicateur
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de l’ordre de 10 à 10 ).
Malheureusement, la fréquence d’horloge des CPU Intel n’a pas suivi le rythme.
Une analyse portant sur les fréquences d’horloge des CPU Intel Xeon menée
entre 2007 et 2013 révèle une augmentation de seulement 6,9 % de la vitesse
maximale, dont le pic a été observé en 2012 (voir la Figure 1).
FIGURE 1
Vitesse des CPU Intel, 2007–2013
Source : Intel, 2013
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Avec le ralentissement de l’évolution de la fréquence d’horloge des CPU, Intel se
concentre désormais moins sur l’amélioration à tout prix de cette vitesse que sur
l’utilisation d’un plus grand nombre de cœurs dans le même processeur. Après
des tests complets, EMC en est arrivé à la conclusion que pour développer un
système VNX capable d’atteindre 1 million d’IOPS, il fallait faire évoluer
l’architecture VNX au-delà des limitations posées par la fréquence d’horloge des
CPU et répartir les charges de travail sur les CPU et les cœurs de processeur :
de cette idée est né le système VNX nouvelle génération avec MCx.
MCx : le système VNX repose désormais sur
l’optimisation multicœur
Une approche hybride constitue une première étape pour tirer le meilleur parti
des disques SDD. Cependant, un système de stockage traditionnel ne peut
accueillir qu’un petit nombre de disques SSD supplémentaires avant que les
supports hautes performances ne saturent les contrôleurs de stockage internes
et le back-end d’E/S. La saturation prématurée du système de stockage empêche
l’évolution de la configuration et entraîne l’acquisition excessive de performances
SSD qui ne peuvent pas être pleinement utilisées et par là même l’augmentation
des coûts par IOPS et par charge de travail.
Afin de libérer pleinement la puissance de la technologie flash, les logiciels du
système de stockage doivent pouvoir utiliser plus d’un CPU ou cœur de
processeur pour n’importe quel service. La transition d’une architecture statique,
limitée par la fréquence d’horloge des CPU, vers une utilisation dynamique des
cœurs en répartissant équitablement les charges de travail entre les CPU et les
cœurs a nécessité la refonte de l’environnement d’exploitation VNX (voir la
Figure 2). L’envergure de ce changement implique la modification du noyau du
système d’exploitation, ce qui est complexe et a un impact sur chaque service
s’exécutant dans le système.
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FIGURE 2
Taux d’utilisation des CPU multicœur du système VNX
Source : EMC, 2013
L’une des principales raisons pour lesquelles les entreprises acquièrent le
système VNX d’EMC tient à sa fiabilité éprouvée et aux tests complets auxquels
il a été soumis pendant de nombreuses années. Par conséquent, toute
modification de la base du système n’est pas à prendre à la légère. C’est
pourquoi EMC a passé des années à développer et à tester la mise en œuvre
d’une distribution multicœur de ses services de données principaux (MCx).
Conséquences sur les performances
Avec le système VNX nouvelle génération avec MCx, EMC peut proposer une
solution milieu de gamme offrant les performances d’une baie 100 % flash et
l’efficacité de la hiérarchisation :
 L’évolutivité modulaire des modèles VNX répond à l’adoption croissante par
les clients d’infrastructures virtualisées et d’environnements de cloud
computing.
 La refonte de la famille VNX permet de mieux profiter de la faible latence des
disques flash et d’optimiser les services de données.
 Cette nouvelle conception permet également une gestion plus efficace de la
capacité grâce à un système de stockage hiérarchisé comprenant des
disques SSD et des disques durs, pour une meilleure expérience client.
L’amélioration des performances du nouveau système VNX par rapport à celles
des modèles VNX de la génération précédente démontre les avantages de
l’optimisation multicœur : les performances maximales d’E/S par seconde ont été
améliorées de 400 % et les temps de réponse de 70 % (voir la Figure 3).
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FIGURE 3
Comparaison des performances de VNX
Source : EMC, 2013
EMC a spécifiquement conçu MCx pour tirer le meilleur parti des CPU multicœur,
ce qui permet aux systèmes VNX nouvelle génération de générer un retour sur
investissement (ROI) supérieur. Dans l’exemple présenté (voir la Figure 4), une
baie non optimisée pour les processeurs multicœur et ne présentant pas les
fonctions d’efficacité du système VNX avec hiérarchisation automatique
nécessiterait 3 fois plus d’espace au sol et 4 fois plus de disques pour atteindre la
même capacité utile.
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FIGURE 4
Comparaison des configurations de VNX avec MCx
Source : EMC, 2013
En règle générale, la gamme VNX nouvelle génération avec MCx peut fournir des
performances significativement plus élevées que les systèmes VNX antérieurs
configurés pour atteindre une capacité et des coûts similaires. Dans les propres
analyses comparatives d’EMC, il a été démontré qu’un système entièrement
configuré peut atteindre 1 million d’IOPS et accueillir jusqu’à 8 000 serveurs
virtuels. Au vu de ce niveau de performances, de capacité et de flexibilité des
coûts, allié à une évolutivité exceptionnelle, la nouvelle gamme VNX présente de
nombreux atouts à même de séduire les entreprises de toutes tailles et de tous
secteurs.
PERSPECTIVES D ’ AVENIR
L’optimisation du système VNX pour décupler les performances de la technologie
flash et offrir une plate-forme adaptée au développement des technologies
futures était critique pour EMC. Grâce à la capacité du système VNX avec MCx à
répartir équitablement les charges de travail des services internes sur les cœurs
et les CPU des contrôleurs de stockage, il est possible d’accéder à des cycles de
traitement précédemment saturés, pour des services qui requièrent plus de
puissance que celle que peut offrir un unique CPU. Avec la possibilité d’accéder
à un plus grand nombre de cycles de traitement au sein du VNX, les
départements informatiques seront en mesure d’exécuter davantage
d’applications directement dans le système VNX lui-même à l’avenir.
IDC a observé certaines tendances : les départements informatiques souhaitent
rapprocher les systèmes de stockage et de traitement dans les datacenters de
l’entreprise. La gamme VNX nouvelle génération avec MCx d’EMC devrait
pouvoir fournir la plate-forme adaptée à la future convergence de ces systèmes.
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DEFIS ET OPPORTUNITES POUR EMC
L’un des défis majeurs qu’EMC doit relever est de montrer aux entreprises la
manière dont la technologie MCx peut leur permettre d’atteindre les gains de
performances promis tout en conservant la stabilité à laquelle le système VNX
d’origine les a habituées.
Un tel changement au cœur de l’architecture peut inquiéter plus d’une entreprise.
Cependant, ce niveau de changement planifié et contrôlé est inévitable, car les
architectures doivent évoluer afin de pouvoir pleinement exploiter les nouvelles
technologies liées aux performances telles que les disques flash et les
processeurs multicœur. Cela crée une opportunité unique pour les clients VNX
qui ont besoin de performances accrues pour soutenir la croissance de leurs
infrastructures informatiques : de plus gros volumes de données, davantage de
machines virtuelles et des applications exigeantes.
IDC pense qu’EMC est en bonne position pour convaincre les entreprises de la
nécessité de repenser l’architecture de base des logiciels VNX et de passer à la
technologie MCx, l’argument majeur étant l’accroissement considérable des
performances.
CONCLUSION ET CONSEILS ESSENTIELS
Les atouts d’une solution de stockage offrant des avantages stratégiques et
révolutionnaires à long terme par rapport à une solution procurant seulement une
évolution tactique à court terme sont indéniables.
Lors de l’évaluation d’une solution de stockage prenant en charge la technologie
flash, les entreprises devraient se poser les questions suivantes :
 Cette plate-forme peut-elle fournir les performances dont j’ai besoin
aujourd’hui et répondre aux besoins que j’aurai dans cinq ans ?
 Ce système me permet-il d’utiliser des disques flash hautes performances
pour mes données critiques et d’optimiser le coût par Go lorsque les
performances ne constituent pas un facteur essentiel ?
 Ce fournisseur a-t-il déjà validé et introduit de nouvelles technologies avec
succès ?
 Combien de disques flash ou SSD peuvent être ajoutés au système actuel
avant que le plafond de performances des contrôleurs de stockage ne soit
atteint ou que les résultats ne commencent à générer des retours réduits ?
La technologie flash promet de combler l’écart de performances croissant entre
stockage et calcul. EMC a toujours tenu une place de leader sur le marché grâce
à une vision stratégique et à l’introduction réussie de nouvelles technologies. La
société a montré qu’avec MCx, il fallait prendre les mesures nécessaires pour
optimiser les systèmes de stockage en intégrant la technologie flash et les CPU
multicœur, même si cela implique la refonte de l’architecture du cœur du système.
Les fonctionnalités et avantages clés de MCx sont très convaincants :
 Évolutivité des performances et de la capacité sans compromis
 Utilisation plus efficace de tous les CPU et cœurs de processeur de
stockage VNX disponibles
 Plate-forme et architecture logicielle pouvant accueillir les technologies de
stockage émergentes et à venir
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