PRESTAZIONI ELEVATE ED EFFICIENZA EMC PER AMBIENTI MICROSOFT SQL SERVER

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1 White paper PRESTAZIONI ELEVATE ED EFFICIENZA EMC PER AMBIENTI MICROSOFT SQL SERVER EMC XtremIO, Ottimizzazione della produttività molto elevata per i carichi di lavoro OLTP con SQL Server Virtualizzazione e consolidamento delle istanze di database Creazione di copie di snapshot multiple senza alcun impatto sulle prestazioni Riduzione del footprint dello storage per più copie di database Soluzioni EMC Abstract Il white paper descrive i vantaggi operativi dei database virtualizzati Microsoft SQL Server 2012 e 2014 implementati in un array All-Flash EMC XtremIO e i miglioramenti apportati dalla soluzione alle funzionalità degli ambienti dipendenti da SQL Server. Giugno 2014

2 Copyright 2014 EMC Corporation. Tutti i diritti riservati. EMC ritiene che le informazioni contenute in questo documento siano esatte al momento della sua data di pubblicazione. Le informazioni sono soggette a modifica senza preavviso. Le informazioni contenute nella presente documentazione vengono fornite "così come sono". EMC Corporation non riconosce alcuna garanzia di nessun genere inerente le informazioni riportate nella presente pubblicazione, tra cui garanzie implicite di commerciabilità o idoneità ad un determinato scopo. L'utilizzo, la copia e la distribuzione dei prodotti software di EMC descritti in questo documento richiedono una licenza d'uso valida per ciascun software. Per un elenco aggiornato dei nomi dei prodotti EMC, vedere i marchi di EMC Corporation sul sito web di EMC. Tutti i marchi citati nel presente documento appartengono ai rispettivi proprietari. P/N H

3 Sommario Executive Summary... 6 Business case... 6 Solution overview... 6 Principali risultati... 7 Introduzione... 8 Obiettivo... 8 Ambito... 8 Destinatari... 8 Terminologia... 8 Panoramica sulla tecnologia... 9 Panoramica... 9 EMC XtremIO... 9 Principali vantaggi... 9 Riduzione dei dati in linea Snapshot scrivibili EMC XtremIO Management Server VMware vsphere Microsoft SQL Server Microsoft SQL Server Microsoft SQL Server Architettura della soluzione Panoramica Diagramma dell'architettura Risorse hardware Risorse software Livello di storage: EMC XtremIO Panoramica Progettazione dello storage Considerazioni sulla progettazione dello storage dei database Dettagli di progettazione dello storage Progettazione dei database Microsoft SQL Server Panoramica Progettazione dello storage del database OLTP Profilo del database OLTP Progettazione del database OLTP

4 Livello di rete Panoramica Best practice per la rete SAN Best practice per la rete IP Best practice per la rete VMware vsphere Livello dei server fisici e livello di virtualizzazione Panoramica Risorse di elaborazione e di storage Virtualizzazione della rete Considerazioni sulla progettazione Panoramica Best practice per la configurazione di EMC XtremIO Configurazione degli switch Fibre Channel Configurazione del server Configurazione del multipathing nativo di vsphere Test delle prestazioni e convalida Panoramica Note sui risultati Obiettivi del test Scenari di test Test delle prestazioni con carichi di lavoro OLTP Metodologia dei test Procedura dei test Risultati del test Prestazioni del sistema EMC XtremIO Prestazioni di SQL Server 2012 e SQL Server 2014 a confronto Test delle prestazioni di sistema con le snapshot di EMC XtremIO Metodologia dei test Procedura dei test Risultati del test Analisi della riduzione dei dati di EMC XtremIO Riduzione dei dati conveniente in termini di costo Tasso di deduplica Conclusioni Riepilogo Finding

5 Bibliografia Documentazione EMC White paper Documentazione del prodotto EMC XtremIO Documentazione di VMware Documentazione di Microsoft SQL Server

6 Executive Summary Business case Negli attuali e sempre più complessi ambienti di business, le aziende sono sollecitate a ottimizzare i processi e a migliorare i servizi. Inoltre, i requisiti relativi ad availability dei dati e prestazioni dell'infrastruttura IT sono più elevati, a causa di: Carichi di lavoro con alta intensità di transazioni Applicazioni in cui il tempo rappresenta un fattore critico e Service Level Agreement più complessi Applicazioni chiavi in mano e applicazioni di terze parti con sensibilità elevata per i tempi di risposta I/O Replica dei database delle applicazioni utilizzate da processi aziendali di supporto come funzioni di sviluppo, test e generazione di report sulla Business Intelligence (BI) Necessità di architetture altamente disponibili Nella maggior parte degli ambienti, le aziende hanno necessità di creare copie dei dati di produzione, con impatto minimo sul sistema e ridestinazione sicura delle copie, in modo che i dati possano essere utilizzati dai team aziendali all'interno dell'organizzazione. In genere, si deve attendere ore o giorni per accedere alle copie dei dati di produzione. Tale ritardo riduce la loro efficacia per attività quali insight della Business Intelligence, attività di test e sviluppo, integrità dei dati, convalida e auditing. Man mano che le aziende cercano di migliorare la disponibilità dei dati, si verificano problemi se la soluzione tecnologica non può soddisfare le aspettative, quali ad esempio: Configurazione complessa per gli ambienti SQL Server per scopi di produzione, test/sviluppo e analisi Funzionalità limitate di gestione di più copie di database per scopi di lettura e scrittura, senza influire sulle prestazioni di produzione o sostenere costi elevati per gli ambienti ad alte prestazioni duplicati Personale che deve occuparsi di troppe operazioni e aumento dei costi associati a strumenti di terze parti, a causa di metodi di backup e ripristino non completi Le aziende che utilizzano Microsoft SQL Server devono prendere in considerazione nuovi approcci per affrontare le continue sfide in termini di gestione della capacità e prestazioni operative. Attualmente, devono considerare sistemi che forniscono livelli di prestazioni più elevati, riducendo al minimo la complessità e i costi operativi. Solution overview La collaborazione tra Microsoft ed EMC è di importanza cruciale per fornire soluzioni di classe enterprise a prestazioni e availability elevate per gli ambienti SQL Server. Con EMC XtremIO, EMC fornisce una soluzione di storage ottimizzata per le prestazioni estreme dei database OLTP (Online Transactional Processing) per SQL Server e garantisce la possibilità di ottenere la massima efficienza dalle altre risorse di sistema, ad esempio CPU e memoria. 6

7 Il provisioning dello storage per ottenere prestazioni ottimali dei database è sempre stato un processo complesso e di lunga durata, che richiede competenze avanzate in merito al database stesso e non solo ai sistemi di storage. L'array All-Flash di EMC XtremIO risponde a condizioni mutevoli, come i picchi di elaborazione delle transazioni e le query complesse, e supporta gli ambienti di sviluppo e di test con copie aggiornate dei database di produzione. Con le funzionalità di snapshot basate su array di EMC XtremIO, questa soluzione non solo fornisce la tecnologia di ripristino quasi istantaneo per ridurre al minimo il tempo di inattività successivo al verificarsi di un problema del database (perdita di dati, danneggiamento logico e così via), ma consente anche accessibilità ai dati più veloce, semplice ed efficiente in termini di costo, che migliora la Business Intelligence e l'analisi. Gli array All-Flash di EMC XtremIO risolvono le difficoltà legate allo storage su database grazie a: Creazione di un volume con pochi clic e inserimento al suo interno dell'intera struttura del database. Nessun obbligo di effettuare pianificazione, provisioning, operazioni di tuning. Utilizzo automatico di tutte le risorse del sistema di storage, come unità SSD e controller, sempre. Scale-out del sistema EMC XtremIO e aumento delle prestazioni se i requisiti sono superiori a quanto offre un array EMC XtremIO a X-Brick singolo. Eliminazione delle complessità utilizzando le snapshot di EMC XtremIO per gestire più istanze e più copie dei database. Principali risultati La soluzione mostra che lo storage array All-Flash EMC XtremIO fornisce: Configurazione semplice e rapida con tuning dello storage minimo o nullo. EMC XtremIO funziona in maniera trasparente sia negli ambienti SQL Server virtualizzati che negli ambienti fisici ed è semplice da gestire e da controllare. Supporto per i carichi di lavoro transazionali più complessi di SQL Server 2012 e SQL Server 2014, con un throughput che può superare facilmente IOPS per una configurazione a due X-Brick, mantenendo al tempo stesso una latenza inferiore al millisecondo. Considerevole risparmio di footprint di storage utilizzando la riduzione dei dati in linea e le snapshot di EMC XtremIO, che nella configurazione osservata offrono un'efficienza complessiva di 16:1. Copie dei dati quasi in tempo reale e ad alte prestazioni utilizzando la tecnologia snapshot di EMC XtremIO senza costi misurabili, fornendo al contempo un ripristino quasi immediato dei dati di produzione, anche nell'ordine di TB di dati. 7

8 Introduzione Obiettivo Ambito Destinatari Terminologia Questo white paper descrive una soluzione altamente disponibile e scalabile per Microsoft SQL Server, implementata in un ambiente vsphere virtualizzato con storage EMC XtremIO. Il white paper dimostra inoltre che le snapshot in lettura/scrittura di EMC XtremIO forniscono ambienti di sviluppo e generazione di report ad alta efficacia, senza alcun impatto sulle prestazioni dei server di produzione consolidati. Il white paper dimostra quanto segue: La soluzione è in grado di migliorare le prestazioni di SQL Server 2012 e 2014, fornendo nuove funzionalità e semplificando la configurazione dell'ambiente Le snapshot in lettura/scrittura di EMC XtremIO consentono la creazione immediata di copie di database multiple, con un impatto minimo sulle prestazioni per i database di produzione Il white paper è rivolto a Microsoft SQL Server Database Administrator (DBA), amministratori VMware, Storage Administrator, IT Architect e responsabili tecnici della progettazione, creazione e gestione di database Microsoft SQL Server, infrastrutture e data center. In questo documento viene adottata la terminologia riportata di seguito. Tabella 1. Terminologia Termine Sincronizzazione dei dati OLTP Round Robin VMDK Definizione Il processo tramite il quale le modifiche a un database primario vengono riprodotte su un database secondario. Le applicazioni tipiche OLTP (Online Transaction Processing) includono l'elaborazione delle transazioni di immissione e retrieval dei dati. Il Round Robin utilizza una policy di selezione automatica dei percorsi per ruotare in tutti i percorsi disponibili e consentire la distribuzione del carico su tutti i percorsi configurati. Il Round Robin può costituire una delle modalità di selezione dei percorsi più efficaci per quanto riguarda le prestazioni. Il successivo percorso di I/O disponibile nell'elenco è selezionato senza alcun fattore di determinazione. Se, ad esempio, si dispone di sei I/O nella coda di storage, i percorsi da 1 a 6 vengono usati in ordine seguente. Un file di dati delle virtual machine per VMware. 8

9 Panoramica sulla tecnologia Panoramica EMC XtremIO I componenti tecnologici principali utilizzati in questo white paper sono: EMC XtremIO VMware vsphere Microsoft SQL Server Lo storage array EMC XtremIO è un sistema All-Flash basato su un'architettura scale-out. Il sistema utilizza fondamenta denominate X-Brick, che possono essere unite in cluster per accrescere le prestazioni e la capacità, in base alle necessità. Questa soluzione utilizza due X-Brick raggruppati in un cluster come un unico sistema di storage logico. Principali vantaggi EMC XtremIO sfrutta la tecnologia Flash per offrire servizi di valore nei seguenti aspetti principali: Prestazioni: indipendentemente dall'intensità di occupazione del sistema e dall'utilizzo della capacità dello storage, latenza e throughput restano sempre prevedibili e costanti in modo omogeneo. La latenza all'interno dell'array per una richiesta di I/O è in genere molto inferiore a un millisecondo (ms). La Figura 1 mostra un esempio del dashboard di EMC XtremIO utilizzato per monitorare le prestazioni. Figura 1. Dashboard delle applicazioni di storage management di EMC XtremIO Scalabilità: basato su architettura scale-out, il sistema di storage EMC XtremIO a X-Brick singolo è uno dei componenti base. Più X-Brick possono essere riuniti in cluster per aumentare prestazioni e capacità. Le prestazioni scalano in modo lineare, in modo da garantire che, rispetto alla configurazione a X-Brick singolo, quella a due X-Brick fornisce il doppio di IOPS e quella a quattro X-Brick il quadruplo di IOPS, mentre la latenza rimane costantemente bassa nonostante lo scale-out del sistema. Gli array EMC XtremIO supportano lo scale-out a qualsiasi livello di prestazioni o di capacità, come mostrato nella Figura 2. 9

10 Figura 2. Unità di dimensionamento X-Brick Riduzione dei dati: il motore di EMC XtremIO core implementa la riduzione dei dati in linea in base al contenuto. EMC XtremIO riduce (ovvero deduplica) i dati automaticamente non appena vengono immessi nel sistema. In questo modo si riduce il quantitativo di dati scritti su Flash, si incrementa la longevità dei supporti e si abbattono i costi. Questi volumi sono sempre sottoposti a thin provisioning senza alcuna perdita in prestazioni, overprovisioning della capacità o frammentazione. Protezione dei dati: EMC XtremIO sfrutta un algoritmo proprietario di protezione dei dati ottimizzato per Flash (XtremIO Data Protection o XDP), che fornisce protezione dei dati superiore e abilita prestazioni nettamente superiori a qualsiasi algoritmo RAID esistente. Grazie alle ottimizzazioni offerte da XDP, si riduce il numero di scritture nei supporti Flash ai fini della protezione dei dati. Funzionalità: EMC XtremIO supporta prestazioni elevate e snapshot efficienti a livello di spazio, riduzione dei dati in linea, thin provisioning, integrazione totale vsphere VAAI, integrazione con supporto per Fibre Channel (FC), oltre a essere compatibile con i protocolli iscsi. Semplicità: non è necessario scegliere il tipo di RAID, creare un RAID group o decidere se consentire il thin provisioning o la deduplica. Queste funzioni sono già integrate nel sistema. Il provisioning dello storage con EMC XtremIO è facile come decidere le dimensioni di una LUN che si desidera creare. Riduzione dei dati in linea La riduzione dei dati in linea di EMC XtremIO fornisce una serie di vantaggi, tra cui: Riduzione dei dati conveniente in termini di costo e aumento di prestazioni e affidabilità Scale-out semplificato Riduzione dei dati in linea, globale e sempre attiva Miglioramento delle prestazioni dell'array Durata estesa della tecnologia Flash 10

11 Deduplica, riduzione dei dati e scale-out Uno dei principali vantaggi offerti da EMC XtremIO è la deduplica integrata, ottimizzata al 100% per le Flash drive (SSD), sempre attiva e che non richiede configurazione, amministrazione o tuning. Mentre le prestazioni Flash sono altamente auspicabili, il costo può essere proibitivo. Con la tecnologia di riduzione dei dati in tempo reale di EMC XtremIO è possibile mantenere una capacità logica che spesso supera ampiamente la capacità fisica Flash del sistema. Il costo effettivo di EMC XtremIO può essere inferiore a quello di un array tradizionale per la stessa quantità di dati, caratteristica che lo rende estremamente interessante rispetto ad altre soluzioni basate su Flash. Grazie alla riduzione dei dati, la capacità del sistema EMC XtremIO possono espandersi oltre lo storage fisico. La capacità logica effettiva di un X-Brick singolo può essere notevolmente superiore alla sua capacità Flash nominale, in ambienti che contengono informazioni altamente duplicate. Riduzione dei dati in linea, globale e sempre attiva In passato, le tecniche di riduzione dei dati venivano relegate a carichi di lavoro secondari, ad esempio backup e archiviazione, perché influivano negativamente sulle prestazioni. Al contrario, la tecnologia di riduzione dei dati di EMC XtremIO non solo non causa perdita di prestazioni, ma accelera anche la riduzione dei dati. La riduzione dei dati viene eseguita tra tutti i volumi logici dell'array e in tutte le unità X-Brick presenti in un cluster. Il rapporto di riduzione dei dati risulta estremamente ottimizzato, dal momento che il processo non è limitato a un solo volume. La riduzione dei dati integrata di EMC XtremIO è sempre attiva e non richiede alcuna attività di amministrazione. Durata estesa delle Flash drive La riduzione dei dati di EMC XtremIO estende la durata di Flash. Riducendo i dati in transito è possibile evitare le scritture e aumentare la resistenza Flash, dal momento che i cicli di scrittura Flash rimangono disponibili per i dati univoci. Miglioramento delle prestazioni dell'array In uno storage EMC XtremIO, maggiore è la riduzione dei dati, maggiore sarà la velocità dell'array. La riduzione dei dati in linea di EMC XtremIO riduce i dati in tempo reale nel percorso dati e non necessita di operazioni di post-elaborazione. In questo modo migliorano prestazioni, coerenza, prevedibilità e vengono aggiunti meno I/O sulle Flash drive. Snapshot scrivibili EMC XtremIO rende le snapshot utili per scopi che vanno oltre la protezione dei dati, trasformandole in enabler chiave di miglioramenti significativi della produttività grazie a: Creazione del numero necessario di copie scrivibili dei volumi di produzione con un ingombro di storage ridotto Consolidamento di copie per test/sviluppo, data warehousing, Business Intelligence e carichi di lavoro dell'applicazione Gestione del ciclo di vita flessibile del database 11

12 Le snapshot di EMC XtremIO equivalgono ai volumi di produzione in termini di prestazioni, proprietà e funzionalità; ciò significa che una snapshot di EMC XtremIO può essere considerata alla stessa stregua del volume di produzione. La Figura 3 mostra il funzionamento di EMC XtremIO in un ambiente che richiede grandi quantità di dati da una snapshot scrivibile, per scopi di test/sviluppo e Quality Assurance. Figura 3. Snapshot di EMC XtremIO Le snapshot di EMC XtremIO offrono agli utenti non solo un'immagine di tipo clone, che può essere utilizzata come piattaforma di prova, ma anche la possibilità di ridurre i costi di creazione e conservazione di molte di tali immagini. Ciò consente a molte applicazioni di utilizzare i dati di produzione a scopo di sviluppo, secondo necessità, e rende disponibili i dati per esigenze di business intelligence o Quality Assurance. I vantaggi delle snapshot comprendono: Intrinsecamente scrivibili, non di sola lettura Integrate nei metadati I metadati sono necessari solo per le scritture globalmente univoche. Non sono richieste intere copie di metadati come in altre implementazioni di snapshot. Possibilità di utilizzo delle snapshot come volumi di produzione in tempo reale, senza obbligo di creare una snapshot scrivibile o di generare istanze della snapshot per l'accesso in lettura e scrittura 12

13 Efficienza in termini di spazio e dei metadati Le snapshot non necessitano di struttura completa dei metadati I metadati comuni vengono condivisi tra produzione e la snapshot Utilizzo dello spazio solo per blocchi di dati nuovi e univoci e per i metadati associati Deduplica e thin provisioning sempre attivi Abilita il consolidamento in modo conveniente Massime prestazioni, scalabilità e risparmio Creazione immediata di una snapshot completa Nessun impatto sulle prestazioni di sistema Nessun sovraccarico forzato dalle copie Nessun bloat dei metadati Dati e metadati penalizzati al minimo dall'eliminazione Flessibilità Possibilità di eseguire e conservare il numero desiderato di snapshot, in base alle esigenze Possibilità di eseguire snapshot di snapshot a qualsiasi livello Possibilità di realizzare qualsiasi topologia della struttura ad albero delle snapshot, in base alle esigenze Possibilità di rimuovere le snapshot o i volumi padre in base alle esigenze EMC XtremIO Management Server EMC XtremIO Management Server (XMS) è un server dedicato standalone basato su Linux, che viene utilizzato per monitorare l'attività di sistema di EMC XtremIO. XMS può essere sia un server fisico che virtuale. Se viene scollegato da XMS, l'array continua a funzionare ma non può essere configurato o monitorato. VMware vsphere VMware vsphere è una piattaforma di virtualizzazione completa e affidabile, che consente di virtualizzare applicazioni business-critical con pool di risorse dinamiche, garantendo livelli senza precedenti di flessibilità e affidabilità. Trasforma le risorse fisiche di un computer virtualizzando la CPU, la RAM, il disco rigido e il controller di rete. Questa trasformazione consente di creare virtual machine perfettamente efficienti, che eseguono applicazioni e sistemi operativi incapsulati e isolati. VMware vsphere 5.5 è il sistema operativo per i data center virtuali VMware. Continua a trasformare l'infrastruttura IT nell'utility più efficiente, condivisa e on-demand, grazie all'availability integrata, alla scalabilità, ai servizi di sicurezza per tutte le applicazioni e alla gestione automatizzata, semplice e proattiva. vsphere 5.5 oggi consente a un computer virtuale di utilizzare più risorse dall'hypervisor, grazie ai seguenti miglioramenti, apportati a livello di prestazioni e scalabilità: Supporto dei file di dati delle virtual machine (VMDK) per 62 TB 13

14 Aggiornamenti di Microsoft Cluster Service (MSCS): VMware ha introdotto una serie di funzionalità aggiuntive per supportare MSCS, tra cui: Cluster di Microsoft Windows 2012 Policy dei percorsi Round Robin per lo storage condiviso 1 Protocollo iscsi per lo storage condiviso Protocollo Fibre Channel over Ethernet (FCoE) per lo storage condiviso con riferimento all'introduzione del supporto Round Robin Supporto E2E da 16 GB VMware ha introdotto il supporto FC end-to-end da 16 GB. Sia gli HBA che i controller degli array possono essere eseguiti a 16 GB, purché lo switch FC tra l'initiator e la destinazione supporti 16 GB. PDL AutoRemove: introdotta con vsphere 5.5, questa funzionalità consente di rimuovere automaticamente un dispositivo da un host quando il dispositivo entra in uno stato PDL. Interoperabilità di vsphere Replication Conservazione delle snapshot a più point-in-time di vsphere Replication vsphere Flash Read Cache EMC XtremIO offre storage di livello enterprise efficiente, che funziona nella cloud infrastructure di VMware vsphere 5.5. Microsoft SQL Server Microsoft SQL Server 2012 Microsoft SQL Server 2012 è il sistema di gestione e analisi di database di Microsoft per le soluzioni di e-commerce, linea di business e data warehousing. AlwaysOn SQL Server AlwaysOn si riferisce alla soluzione completa di high availability e disaster recovery (DR) per SQL Server AlwaysOn offre funzionalità avanzate sia per i database specifici che per tutte le istanze, fornendo la flessibilità necessaria per supportare varie configurazioni di high availability grazie a: Istanze del cluster di failover (FCI) AlwaysOn Gruppi di disponibilità AlwaysOn Questa soluzione esplora i gruppi di disponibilità AlwaysOn, con particolare attenzione alla funzionalità di replica a livello transazionale, che consente di accedere alle repliche secondarie leggibili quasi in tempo reale dei database di produzione. Gruppi di disponibilità AlwaysOn Con Gruppi di disponibilità AlwaysOn viene indicata una funzionalità di disaster recovery e high-availability introdotta in SQL Server 2012, che consente agli amministratori di ottimizzare l'availability per uno o più database utente. Le istanze di SQL Server sono configurate in modo che un singolo database primario o un gruppo di database primari possa disporre di un massimo di quattro copie di database secondario che risiedono sui nodi di Windows Server Failover Clustering (WSFC). 1 Sono state apportate molte modifiche a vsphere 5.5 per quanto riguarda il meccanismo di blocco SCSI utilizzato da MSCS quando si verifica un failover dei servizi. Per facilitare questa nuova policy dei percorsi, sono state implementate modifiche grazie alle quali è irrilevante quale percorso viene utilizzato per la prenotazione SCSI; qualsiasi percorso può annullare la prenotazione. 14

15 Indici columnstore leggibili L'indice columnstore introdotto in SQL Server 2012 fornisce prestazioni migliorate per i tipi di query di data warehousing. Gli indici columnstore di SQL Server 2012 non possono essere aggiornati in modo dinamico. Microsoft SQL Server 2014 La release di Microsoft SQL Server 2014 dispone di numerose funzionalità valide. Engine OLTP In-Memory Spostando le tabelle selezionate e le stored procedure in memoria, SQL Server 2014 è in grado di ridurre drasticamente il traffico di I/O e di migliorare le prestazioni delle applicazioni OLTP. L'engine OLTP in-memory è stato progettato per un livello elevato di concorrenza e utilizza un meccanismo ottimistico di controllo della concorrenza, per eliminare i ritardi delle operazioni di blocco. Le tabelle OLTP in-memory vengono copiate nella memoria e rese permanenti mediante le scritture del log delle transazioni su disco. Integrazione migliorata con Windows Server 2012 SQL Server 2014 offre integrazione migliorata con Windows Server 2012: Scalabilità fino a 640 processori logici e 4 TB di memoria in un ambiente fisico Scalabilità fino a 64 processori virtuali e 1 TB di memoria quando è in funzione su una virtual machine Supporto della funzionalità Spazi di archiviazione di Windows 2012 R2 per creare tiered storage pool in grado di migliorare le prestazioni Utilizzo di Server Message Block (SMB) 3.0 e delle relative migliorie per ottenere prestazioni elevate dello storage di database su file share Con la nuova funzionalità SMB Direct, è possibile utilizzare la funzionalità RDMA (Remote Direct Memory Access) delle schede NIC, per fornire velocità di accesso per file share SMB simili alla velocità di accesso per le risorse locali. Miglioramenti a Resource Governor Resource Governor di SQL Server 2014 fornisce una nuova funzionalità per gestire l'utilizzo dello storage delle applicazioni I/O. Resource Governor può limitare gli I/O fisici generati per i thread utente in un determinato pool di risorse, consentendo di ottenere prestazioni delle applicazioni più prevedibili. Può essere utilizzato per contenere il numero di I/O generati al limite dell'istanza di SQL Server. Estensione del pool di buffer L'estensione del pool di buffer fornisce integrazione completa delle unità SSD come estensione NVRAM ad alta velocità per il pool di buffer standard dell'engine di database, al fine di migliorare in modo significativo il throughput di I/O. Le nuove estensioni del pool di buffer consentono di massimizzare le prestazioni per i carichi di lavoro OLTP a intensa attività di lettura 15

16 Miglioramenti a Gruppi di disponibilità AlwaysOn La funzionalità Gruppi di disponibilità AlwaysOn di SQL Server 2014 è stata potenziata con il supporto per repliche secondarie aggiuntive e con l'integrazione di Windows Azure. Le repliche secondarie leggibili in SQL Server 2014 sono disponibili per i carichi di lavoro in sola lettura, anche quando la replica principale non è disponibile. Indici columnstore aggiornabili Gli indici columnstore in SQL Server 2014 possono essere aggiornati. È possibile eseguire gli aggiornamenti nella tabella sottostante senza prima disattivare l'indice columnstore. Un indice columnstore di SQL Server 2014 deve utilizzare tutte le colonne nella tabella e non può essere combinato con altri indici. 16

17 Architettura della soluzione Panoramica Questa sezione descrive l'architettura della soluzione. La soluzione offre un rapporto ottimale tra costo e prestazioni per gli ambienti di applicazioni mission-critical di Microsoft SQL Server. I database di SQL Server 2012 e 2014 sono implementati come database virtualizzati su uno storage array EMC XtremIO costituito da due X-Brick. Sono presenti anche istanze di SQL Server virtualizzate di test/sviluppo nell'ambiente che accede alle snapshot EMC XtremIO del database di produzione, per scopi di test e sviluppo. Diagramma dell'architettura La Figura 4 mostra l'architettura logica della soluzione. Figura 4. Architettura della soluzione L'architettura è costituita da: Livello di storage: comprende due X-Brick in un unico cluster di EMC XtremIO (12U, versione 2.4 di EMC XtremIO) con 14,94 TB di capacità fisica utilizzabile. Livello di database SQL Server: comprende sia SQL Server 2012 che SQL Server 2014 come server di produzione. SQL Server 2012 dispone di sei database e un totale di circa 7 TB di dati. SQL Server 2014 dispone di tre database e un totale di circa 4 TB di dati. È possibile eseguire il mount delle snapshot su uno qualsiasi dei mount host in qualunque momento, in base alle esigenze. 17

18 Livello di rete: comprende due switch IP e due switch SAN di classe director, che abbiamo 2 configurato per produrre una larghezza di banda attiva di 108 GB/s. Gli switch SAN sono progettati per l'implementazione in reti di storage che supportano data center virtualizzati e cloud di livello enterprise. Livello dei server fisici e livello di virtualizzazione: comprende tre server che utilizzano un totale di 120 core di processore Intel E7 con processori da 2,9 GHz e 2 TB complessivi di RAM. Il server rack consente un approccio virtualizzato, consolidato e ad alte prestazioni all'infrastruttura di Microsoft SQL Server, che si traduce in flessibilità di implementazione senza la necessità di modificare le applicazioni. I server sono installati con vsphere 5.5 e sono configurati come cluster VMware ESXi. Il cluster è composto da due virtual machine SQL Server di produzione di classe enterprise (SQL Server 2012 e SQL Server 2014). Sono presenti anche tre ulteriori SQL Server standalone: due virtual machine SQL Server 2012 e una virtual machine SQL Server Ogni virtual machine è configurata con 16 vcpu e 32 GB di RAM. Abbiamo esaminato le prestazioni eseguendo carichi di lavoro OLTP sui database dei suddetti SQL Server. Risorse hardware La Tabella 2 elenca le risorse hardware utilizzate nella soluzione. Tabella 2. Risorse hardware Hardware Quantità Configurazione Storage array 1 EMC XtremIO costituito da due X-Brick Server 3 20 core, processori da 2,9 GHz, 512 GB di RAM e: 2 schede NIC Ethernet (GbE) a quattro porte da 1 Gb/s 2 schede NIC da 10 GbE 2 HBA a due porte FC da 8 Gb Switch LAN 2 10 GbE, 32 porte senza blocchi Switch SAN 2 Switch di classe director FC con 6 blade Risorse software La Tabella 3 contiene un elenco delle risorse software utilizzate in questa soluzione. Tabella 3. Risorse software Software Versione Note EMC XtremIO Storage All-Flash VMware vsphere 5.5 Hypervisor contenente tutte le virtual machine VMware vcenter 5.5 Gestione di vsphere Microsoft Windows 2012 R2 Sistema operativo per database server 2 In questo white paper, la prima persona plurale si riferisce al team di engineering EMC che ha convalidato la soluzione. 18

19 Software Versione Note Microsoft SQL Server 2012 Microsoft SQL Server 2014 SP1 Enterprise Edition RTM Enterprise Edition Database Database Microsoft BenchCraft TPC-E Toolkit Benchmark TPC-E e strumento per carichi di lavoro OLTP 19

20 Livello di storage: EMC XtremIO Panoramica EMC XtremIO utilizza la progettazione scale-out multi-controller e il fabric RDMA per conservare tutti i metadati nella memoria. Ciò rende gli array EMC XtremIO resistenti alle variazioni dei carichi di lavoro, indipendentemente dalle dimensioni delle LUN, dai modelli di accesso (casuale o sequenziale) o dall'eventuale presenza di una posizione di riferimento. Le prestazioni sono sempre coerenti e prevedibili. La necessità di un'accurata e scrupolosa progettazione di storage per ottimizzare le prestazioni non è più necessaria. Ad esempio, i carichi di lavoro del database tempdb possono coesistere nella stessa LUN con relativi log delle transazioni, che prevedono operazioni di scrittura intensive, con prestazioni sempre eccellenti. Con thin provisioning integrato, lo storage viene allocato solo quando necessario. Ciò consente ai DBA di creare LUN di dimensioni maggiori per far fronte alla crescita futura o imprevista dei database, evitando lo spreco di spazio fisico sullo storage. Ma, soprattutto, le operazioni con grandi quantità di metadati quali la riduzione dei dati in linea, le allocazioni di thin provisioning e le operazioni di copia interne dell'array sono eseguite interamente nella memoria, immediatamente e senza alcun impatto sulle operazioni di I/O. Progettazione dello storage Considerazioni sulla progettazione dello storage dei database Le prestazioni sono il primo aspetto da considerare nella progettazione dello storage di database di tier 1, ma nelle progettazioni tradizionali di storage garantire adeguate prestazioni implica complessità e costi elevati. La progettazione dello storage di database solitamente richiede spazio libero a tutti i livelli dello stack di storage, dallo spazio per i dati effettivi dei database allo spazio allocato per i file di dati e i file di log. Se un database esaurisce lo spazio dei file di dati, l'istanza di database non è in grado di eseguire il commit delle nuove transazioni ed è richiesto un intervento manuale immediato per evitare blocco del database e perdita di dati. È fondamentale che la linea di business non sia compromessa. Se è abilitata l'estensione automatica del file di database, SQL Server assegna automaticamente porzioni aggiuntive di storage su disco per evitare il problema, ma in genere tale operazione influisce sulle prestazioni del database e, se utilizzata in modo indiscriminato, rischia di provocare la frammentazione ripetuta dei file di dati sui dischi, che può ulteriormente influire sulle prestazioni. Le best practice EMC e Microsoft SQL Server consigliano di configurare i file di dati di SQL Server con dimensioni dal 10 al 20 per cento maggiori rispetto alle dimensioni attuali o previste del database. Eseguire questa operazione richiede spazio libero a livello di volume NTFS e, di conseguenza, lo spazio di storage sottostante viene bloccato finché è necessario, senza valore percepibile. Una finestra di manutenzione e un intervento manuale sono necessari se il volume NTFS necessita di espansione. È difficile bilanciare la quantità di spazio libero su disco da allocare in fase di progettazione, poiché si tratta di spazio che non avrà un utilizzo immediato rispetto alla quantità di spazio libero subito disponibile per la crescita dei dati. 20

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