Coverstory 2005 MAG 2005

Einsatzpunkte für Virtual Persistent Memory

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Geschrieben von Katharina Probst, IBM

Mit Hana 2 SPS4 hat SAP eine weitere Technologie eingeführt: Die Nutzung von Non-Volatile-Memory-Technologien (nicht flüchtige Speicher).

Zwei Aspekte werden hierbei von SAP und Intel angeführt. Zum einen schnellere Startzeiten der Hana-Datenbank und zum anderen die Verwendung günstigerer Speichermedien im Vergleich zum klassischen Memory.

Zunächst betrachten wir die Definition der Startzeit einer Hana-Datenbank differenzierter: Die Startzeit von Hana spielt hinsichtlich zweier Aspekte eine Rolle. Der erste Teil ist das Starten der Prozesse und eines kleinen Sets an Strukturen, nach deren Verfügbarkeit ein SAP-Anwender sich bereits auf die Datenbank einloggen kann.

Der zweite Teil ist das Laden der Daten in die sogenannte Hana Main Area, was etwa 90 Prozent der gesamten Startzeit ausmacht. Zu beachten gilt, dass Hana die Daten intelligent lädt, sodass ohne das komplette Laden der Daten, unter reduzierter Performance, erste SAP-Anwender auf der Datenbank arbeiten können.

IBM-Lösungsportfolio für schnellere SAP-Hana-Startzeiten.

Damit adressiert die von SAP zur Verfügung gestellte Lösung für persistente Speichermedien 90 Prozent der Startzeit bis zur optimalen Performanz.

Bei der Wahl der Speichermedien ist zu beachten, dass diese nicht nur günstig, sondern auch redundant und schnell sind. Sollte eines der persistenten Speichermedien ausfallen und keine Redundanz oder Hot-Plug-Funktionalität haben, bedeutet dies einen Ausfall für die ganze Business- Anwendung und der Neustart danach erfolgt von externen Speichermedien, also langsam, um die persistenten Speichermedien neu zu initialisieren.

Zudem ist auch die Performance ein weiteres Kriterium, das beachtet werden sollte, da die persistenten Speichermedien einen Teil des Hauptspeichers ersetzen.

Schneller Start

Kundenumfragen zeigten, dass persistente Speichermedien alleine nicht die Antwort auf schnelle Hana-Startzeiten sein können, da gilt es noch andere Kriterien zu beachten, wie etwa Virtualisierbarkeit und Flexibilität der Lösung; einfaches Teilen existierender Hardware und Mobilität sind führende Aspekte; und eine maßgeschneiderte Lösung ohne Performanceverlust.

Je nach Datenbankgröße variiert auch die Startzeit und damit auch die Wahl der passenden Technologie, um die Startzeit zu verringern.

Robustheit der Lösung

Die persistenten Speichermedien müssen hochverfügbar implementiert werden, um neue Risiken, die Downtime verursachen, zu vermeiden. IBM hat daher ein flexibles Portfolio zusammengestellt, das im Folgenden näher erläutert wird.

Alle Lösungen basieren auf den gleichen Speichermedien. Das heißt, Kunden haben weiterhin maximale Performance, die bekannte Robustheit, benötigen keine Spezial-Hardware und können trotzdem in Kombination mit anderen Technologien und Best Practices physikalischen Speicher einsparen.

SAP Hana auf Power wurde 2015 angekündigt. Basierend auf dem SAP-TDI-Ansatz (Tailored Datacenter Integration) gibt es seit 2016 IBM-Lösungen, um die Start­zeiten einer Hana-Datenbank zu optimieren.

Wichtig ist es zu beachten, dass die Lösungen alle komplementär sind, das heißt, die Startzeit-Optimierung wird durch Kombination noch mal verbessert. Technische Dokumentation zu diesen Optionen ist auf IBM Techdocs zu finden: SAP Hana on IBM Power Systems and IBM System Storage – Guides.

Native Storage Extension

Der erste Schritt in allen Fällen sollte die Reduzierung der zu ladenden Daten sein. Native Storage Extension (NSE) ist eine auf Power verifizierte Lösung, die entweder den Hauptspeicher reduziert oder die Datenmenge bei gleichem Speicher- und Core- Bedarf erweitert.

Hierbei ist es wichtig, die Kombination zu betrachten. Schnellere Storage-Subsysteme optimieren die Nutzung des Buffers durch schnelles Nachladen und – wenn kein persistenter Speicher zur Verfügung steht – auch die Hana-Startzeit.

Der Einsatz von NSE bringt keinerlei Einschränkungen betreffend Flexibilität, Robustheit und Mobilität mit sich. Wenn das Sizing für NSE eingehalten wird und keine häufig benötigten Daten nachgeladen werden, liegt die maximale Performanceverringerung unter fünf Prozent.

Unterteilung des Hana-Speichers in DRAM und Virtual Persistent Memory.

Storage-Subsysteme

Einige IBM-Storage-Systeme sind heute mit NVMe und teilweise mit zusätzlicher NVM- Technologie (z. B. Optane) ausgestattet. Es kommt im Datenbereich vor allem auf die verbesserte Lesegeschwindigkeit an.

Das heißt, durch schnellere Storage-Systeme kann sowohl die Startzeit zum initialen Laden aller persistenten Speicherlösungen (auch Intel) verbessert werden als auch die Nutzung von NSE intensiver gestaltet werden.

Zudem sind IBMs NVMe auch besser beim Schreiben kleiner Blöcke, was für das Datenbank-Logging, bei schreibintensiven Operationen und besonders beim Laden neuer Daten- oder OLTP-Last zu verbesserter Hana-Antwortzeit führt.

Durch den Einsatz von IBMs NVMe/NVM-basierten Storage-Systemen entstehen keinerlei Einschränkungen bezüglich der Flexibilität, Robustheit und Mobilität. Zusätzlich werden neben der verbesserten Startzeit die Antwortzeit und Nutzung von NSE optimiert.

Interne PCI-NVMe-Karten

IBM Power Server haben die Möglichkeit, pro Einschub vier NVMe-Karten aufzunehmen. Durch die kurzen Verbindungen ist die Lese- und Schreibgeschwindigkeit besser als bei externen Speicherlösungen. Die Verbesserung der Startzeit ist etwa doppelt so hoch wie bei schnellem externen Speicher.

Die NVMe-Konfiguration und die Menge an Karten unterscheiden zwischen einer rein internen Version und der „Rapid Cold Start“-Lösung. Bei einer reinen NVMe-Konfiguration, wie zum Beispiel bei den H922- und H924-Servern, wird der Ausfall einer Karte durch ein Raid geschützt und damit die doppelte Menge an Platz benötigt. Bei der „Rapid Cold Start“-Lösung dienen die NVMe-Karten lediglich als Read Cache und der Schutz der Daten wird auf dem SAN geregelt.

Bei beiden Architekturen ist durch die Nutzung von dedizierter Hardware LPAR-Mobilität (LPM und SRR) nicht oder nur über einen manuellen Eingriff möglich. In Kombination mit z. B. SAP Hana System Replication (HSR) ist das Defizit bereits heute leicht zu kompensieren.

Native Storage Extension als Grundbaustein für Startzeit Verbesserungen.

IBMs persistente Speicherlösungen

Beide Lösungen, das Temp-FS als auch Virtual Persistent Memory, basieren auf dem Hauptspeicher, benötigen damit keine spezielle Hardware und haben keine Performanznachteile.

Beide können durch eine reine Konfiguration der logischen Partition genutzt werden. Je größer die Hana-Datenbank ist, umso wertvoller ist die vielfache Beschleunigung der Startzeit. Bei sehr großen Datenbanken kann der Faktor über dem 17-Fachen liegen.

Der Hauptunterschied beläuft sich auf zwei Punkte: Mobilität ist heute nur mit der Temp-FS-Lösung möglich, jedoch beschleunigt Temp-FS nur den Hana-Neustart. Virtual Persistent Memory hingegen kann heute keine Mobilität über Life Partition Mobility (LPM) oder Simplified Remote Restart (SRR) unterstützen, dafür verbessert diese Lösung den Neustart der kompletten logischen Partition.

Alle gelisteten Hardware-Komponenten, die für den schnellen Start von Hana genutzt werden, sind unter den Toplösungen im ITIC-Report seit Jahren gelistet. Neben der hohen Ausfallsicherheit der Hardware bietet die IBM Power Platform erweiterte Möglichkeiten.

Logische Partitionen können transparent über Life Partition Mobility zwischen Servern hin und her geschoben werden. Die Mobilität von heruntergefahrenen Systemen und Partitionen ist über Simplified Remote Restart möglich.

Zusätzlich bietet PowerVM Remote Restart Desaster- und Hochverfügbarkeitslösungen an, die über Enterprise Server Pools – das heißt, die Core-Lizenzen gehen automatisch an den neuen Server über – und dynamisches Resource Management per Knopfdruck ganze SAP-Landschaften in einem neuen Datencenter orchestriert hochfahren können. Das durchdachte Portfolio optimiert die Verfügbarkeit und senkt gleichzeitig die Kosten für Anschaffungen, Betrieb und Lizenzen.

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Über den Autor

Katharina Probst, IBM

Katharina Probst ist Solution Architektin Technical Field Enablement für SAP auf IBM Systems bei IBM.

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