quarta-feira, 13 de agosto de 2014

EMC Redefine Possible – parte 1- XtremIO - All Flash Array

A realidade podem ser dura, mas é incontestável. Nosso velho e bom mundo tem passado por transformações cada vez mais rápidas. O principal termômetro dessas mudanças é o volume de dados que cresce de forma hipergeométrica a ponto disse ter ganhado um nome apropriado e sugestivo que é o “Big Data”. Daqui a pouco precisará mudar para algo como “Huge Data” (big – grande, huge – imenso).
 

Para lidar com isso tudo, com as novas gerações de aplicações que precisam manipular e usufruir de toda essa montanha de informações, o investimento precisou crescer também de maneira sensível. Calcula-se que 58% do gasto com infraestrutura para suportar estas aplicações dizem respeito a funções como armazenamento, backup, replicação, gerenciamento, etc. O desafio atual é como superar este forte crescimento, mas sem comprometer sobremaneira o orçamento, sem que haja também explosão nos custos. Difícil! Mais dados, maior complexidade, mas sem perder o controle do nível de investimento. Parece difícil, um real desafio.


figura 01 – Tempos de Big Data

Visando lidar com todas estas situações a EMC realizou no mês de julho de 2014 um grande lançamento concentrado de produtos denominado “EMC Redefine Possible” trazendo novas versões e soluções com tecnologias sofisticadas no seu portfólio. Vou destacar as que mais capturaram minha atenção. Neste primeiro texto vou falar da tecnologia de storage desenvolvido 100% para utilização de memória flash no lugar dos tradicionais discos magnéticos, os chamados SSDs.

XtremIO – All Flash Array

Desde o surgimento dos dispositivos de armazenamento baseado em memória flash (os SSDs), os fabricantes de storages logo se movimentaram para prover este tipo de solução em seu portfólio. E o fizeram com sucesso, trazendo ganhos de desempenho muito expressivos que logo capturou a atenção das empresas para aplicações q ue têm grande demanda por velocidade de acesso. Porém os dispositivos de armazenamento existentes apenas receberam os novos SSDs sem grandes alterações em seus projetos.

A EMC percebeu que para extrair o máximo do potencial de seus storages usando memórias flash deveria repensar sua engenharia para atingir este objetivo. Seu grande avanço foi o novo software que gerencia o dispositivo denominado Xtrem IO que chega agora em sua versão 3.0. Trata-se inclusive de uma atualização gratuita para quem já tem o produto da EMC ou presente em dispositivos a serem adquiridos.

Uma pequena pincelada técnica - Arquitetura do Sistema

O XtremIO funciona como qualquer outro sistema de armazenamento baseado em blocos e se integra com existente SANs (stotage área network), seja com Fibre Channel de 8 Gbps ou Ethernet iSCSI de 10 Gbps (SFP +) para se conectar com os hosts (que consome as informações).
 
No entanto, ao contrário de outros sistemas o XtremIO é um sistema de armazenamento flash nativo que foi projetado para oferecer o máximo em desempenho, facilidade de uso e funcionalidades de gerenciamento. Cada controlador de armazenamento dentro da matriz XtremIO executa uma versão adaptada e leve de distribuição Linux especialmente concebida como a plataforma base.

O Sistema Operacional do XtremIO (XIOS), rodando sob este Linux lida com todas as atividades dentro de um controlador de armazenamento, como mostrado na figura abaixo. O XIOS é otimizado para lidar com altas taxas de I/O e gerencia os módulos funcionais do sistema, o RDMA sobre operações InfiniBand, monitoramento e memory pools. XIOS tem um algoritmo proprietário de manipulação e programação de processos que é projetado para atender às necessidades específicas da baixa latência, adaptação ao tipo de conteúdo (reconhecimento de conteúdo) e elevado desempenho do subsistema de armazenamento.


figura 02 – Arquitetura básica do XtremIO all flash

Quem quiser se aprofundar nas características e arquitetura e há um paper técnico muito interessante que pode ser obtido aqui.


Características principais e inovações

Trata-se de uma arquitetura sofisticada que em sua versão 3.0 trouxe melhorias em áreas já existentes, bem como inovações importantes. Deve ser ressaltado que as operações são realizadas em memória boa parte do tempo e não gravando e lendo os SSDs que traz grande agilidade na leitura, escrita e operações de compressão, encriptação, etc. Por fim o dado vai para o SSD de onde quando precisar ser recuperado será feito com grande agilidade.


figura 03 – XtremIO Storage Manager


O desafio proposto que foi alcançado com esta solução é ter de forma regular, consistente e totalmente previsível a menor latência possível. Esteja o storage cheio, vazio, com alta utilização ou sem acesso algum. Em suma, todas as condições. Isso é muito importante para usuários deste tipo de produto.

E vale destacar que a família XtreamIO teve um crescimento muito forte por conta de sua grande aceitação do mercado, pois foi ao encontro das necessidades latentes das aplicações famintas por grandes volumes de informação recuperadas muito rapidamente. Em apenas 6 meses este produto gerou receitas de US$ 100 milhões para a empresa! Segundo a EMC a maior taxa de crescimento da história nessa indústria de storages.

As principais caraterísticas e recursos que apoiam esta solução são brevemente descritas abaixo:

Deduplicação: reside em armazenar uma única vez um bloco de dados (qualquer tipo) que se repete com frequência traz imensos benefícios na economia de espaço. Um bom exemplo de cenário de ganho é em ambientes de desktops virtualizados (VDI) com taxas de 5:1 ou até 20:1. Ou seja, um aproveitamento muito maior do espaço físico existente no storage ainda maior nesta versão 3.0.

Compressão : em tempo real os dados são analisados e gravados usando bem menos espaço do que seria necessário. Usualmente em blocos que armazenam bancos de dados isso resulta em ganhos de 2 até 4 vezes. Compressão e Deduplicação funcionam em paralelo com benefícios somados (embora no cenário de bancos de dados a deduplicação não seja muito efetiva).


Figura 04 – taxas de compressão de até 4 vezes

Encriptação : usando técnica AES-256 os SSDs têm todas suas informações codificadas (com auxílio por hardware – bastante eficiente). Por isso se, por exemplo, um SSD for retirado do dispositivo ele não poderá ser lido de forma alguma e nenhuma informação será violada.

Writable Snapshots : existem diversas situações no uso do storage que exigem cópias de blocos de dados (e/ou metadados) sejam feitas, seja para propósito de backup, replicação, uso de dados para BI, dados para ambiente de desenvolvimento, etc. Isso não somente, por serem extensos, tendem a causar congestionamento e latência no uso durante estas operações, bem como alocam um grande espaço, habitualmente muitas vezes o espaço original ocupado. Com o novo XtremIO estas operações são feitas sem impacto no uso, no desempenho, na latência e no espaço extra utilizado.



Figura 05 – dezenas de VMs em operação pesadas ainda assim baixa latência


Escalabilidade : um sistema com apenas um “X-Brick” de 5 TB está disponível, que pode ser expandido até 10 TB. A solução de entrada de 5 TB é apropriada para que as empresas que ainda não usam esta tecnologia possam fazê-lo pela primeira vez, provar o conceito e expandir conforme a necessidade. Até 6 destes “Bricks” podem ser agregados, com até 12 controladoras ativas, espaço total de 120 TB, permitindo que haja mais 50% de capacidade e 50% no ganho em desempenho (IOPS – Input/Output Operations per Second) mantendo a latência em valores abaixo de 1 milissegundo.


figura 06 – Produto de entrada  de 5 TB all flash array

figura 07 – linha completa de 5 TB até 120 TB (físico)


Estas características todas permitem que operações de bancos de dados (OLTP) tenham ganhos de 50%, bem como clonagem de máquinas virtuais 100% mais rápidas (metade do tempo) e pela consolidação das tecnologias de deduplicação, compressão inline e writeable snapshots sistemas podem atingir até 2 Petabytes de espaço útil com 120 Terabytes de unidades físicas de SSDs.

Por conta desta conjunção de tecnologias chamada de XtremIO Data Services, decorre melhoria de desempenho uma vez que tudo é feito em memória. Há também aumento de resiliência (de 3 a 6 vezes), menos escrita é feita na memória flash (característica preciosa para economizar ciclos de escrita nos SSDs). A forma como o array foi desenhado existe o nível de proteção de RAID 6, com a performance de RAID 1 e capacidade de utilização de RAID 5 (cerca de 82%). Tudo de bom!!



figura 08 – resumo das melhorias do componente de software XtremIO 3.0

O compromisso da EMC extrapola as especificações e a própria garantia do produto. Como? Quem experimentar uma pane no sistema, em regime de utilização normal (dentro das especificações) pode se qualificar a receber a quantia de um milhão de dólares, fato esse que segundo a EMC jamais vai acontecer fruto da confiança na sua engenharia. Este “prêmio” já está em vigor há algum tempo sem que nenhuma requisição tenha sido feita.


figura 09 – US$ 1 M em caso de falhas

Em depoimento dado por Craig Englund, “Principal Architet” da Boston Scientific sobre a utilização do XtremIO all flash arry, foram citadas duas aplicações muito interessantes. O uso de VDI (Virtual Desktop Infraestructure – virtualização de estações de trabalho) em escala massiva de milhares de estações suportado por esta tecnologia. Como resultado obteve melhoria de desempenho e alto grau de economia de espaço físico por conta da deduplicação inline. Também relatou o caso da migração de servidores de banco de dados de um ambiente físico para ambiente virtualizado hospedado em storage baseado em flash. Segundo Craig havia grande ceticismo por parte dele nesta aplicação piloto. Mas após virtualizar o ambiente com menos processador e menos memória que a máquina física original, mesmo assim o novo cenário foi quase 3 vezes mais rápido. O que era piloto passou rapidamente para produção.


figura 10 – Depoimento do caso Boston Scientific


Considerações finais – opinião

Quando surgiram os primeiros SSDs no mercado eles eram caríssimos e sua aplicação extremamente especializada e direcionada. Com a diminuição do abismo que havia entre os preços dos HDs convencionais e SSDs estes começaram a ser usados em storages ainda assumindo a função de armazenamento “nobre”. Sistemas inteligentes que gerenciavam o ciclo de vida de informação eram capazes de mover automaticamente dados muito frequentemente acessados ou atualizados para a porção SSD dos storages. Isso por si só já foi um avanço incrível e trouxe muitos benefícios.

O tempo passou e os fabricantes de storages começaram a dispor de modelos contendo apenas SSDs que permitiu outro avanço imenso na confiabilidade, disponibilidade e principalmente no desempenho do acesso às informações. Neste momento a EMC realiza com a versão 3.0 de seu software de gerenciamento associado ao seu dispositivo mais um grande avanço. Projetado para aproveitar todo benefício potencial que o armazenamento em memória flash pode trazer, agregando diversos tecnologias apresentadas neste texto esta solução vem ao encontro do momento que vive a indústria.

Deduplicação, compressão, criptografia, inline data services, são termos herméticos para os usuários de negócios das empresas. Porém são as bases para que cada vez mais, mais informação possa ser acessada mais e mais rapidamente tentando de certa forma “driblar” a escalada do Big Data, principalmente permitindo que as aplicações evoluam a ponto de entregar todo seu potencial a despeito da dificuldade de processar toneladas de informações. Este é o real valor. Esta solução XtremIO definitivamente é um grande caminho para isso. Outros fabricantes de storage terão ou já têm soluções all flash array, mas no que concerne a usabilidade, desempenho e confiabilidade a lição de casa da EMC está mais do que bem feita.

Um comentário:

  1. Olá, bom dia! Você possui algum email de contato? por favor me encaminhe, gostaria de lhe enviar uma proposta. :) carolcanete@agenciaenlink.com.br

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