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使用 EMC XtremSW Cache 提升 Microsoft Exchange 性能 EMC VNX 存储和 VMware vSphere

使用 EMC XtremSW Cache 提升 Microsoft Exchange 性能 EMC VNX 存储和 VMware vSphere. EMC Solutions Group SSE Midrange Apps Engineering 2013 年 3 月. 关于此解决 方案. 这一经验证的解决方案展示了 EMC XtremSW Cache 如何能在 EMC VNX 存储和 VMware 虚拟基础架构上提升 Exchange 2010 性能。

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使用 EMC XtremSW Cache 提升 Microsoft Exchange 性能 EMC VNX 存储和 VMware vSphere

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Presentation Transcript

  1. 使用 EMC XtremSW Cache 提升 Microsoft Exchange 性能EMC VNX 存储和 VMware vSphere EMC Solutions Group SSE Midrange Apps Engineering 2013 年 3 月

  2. 关于此解决方案 • 这一经验证的解决方案展示了 EMC XtremSW Cache 如何能在 EMC VNX 存储和 VMware 虚拟基础架构上提升 Exchange 2010 性能。 • 该解决方案介绍了 XtremSW Cache 的设计、部署、最佳做法和性能结果。 • 该解决方案的详细白皮书发布在：china.emc.com。

  3. 解决方案范围 • 评估将 XtremSW Cache 与 Exchange 2010 搭配使用的优势 • 评估 XtremSW Cache 是否会提升 Exchange 2010 性能 • 评估具有重复数据消除选项的 XtremSW Cache 的性能优势 • 为 vSphere 上的 Exchange 2010 提供 XtremSW Cache 设计和配置最佳实践

  4. 解决方案概述 • 将 Exchange 2010 环境中的 15,000 位用户在 DAG 中部署，并在 VMware vSphere 上提供两个副本 • 为 Exchange 数据库和日志配置 VNX 存储（NL-SAS 存储池） • 配置 XtremSW Cache 以提升数据库卷的性能 已测试多个用户工作负载配置文件（150-300 封邮件/用户/天）

  5. 解决方案组件 • VNX 5700 Block OE 5.32 (5.32.000.5.015) • 具有 2 TB NL-SAS (7.2k rpm) 磁盘的存储池，用于 Exchange 数据库和日志 • 非精简 LUN • vSphere5.0 更新版 1 • 两个服务器，配有 Intel Xeon X7560 CPU，2.27 GHz，32 个 (4x8) CPU 和 192 GB RAM，用于托管 Exchange 邮箱服务器虚拟机 • 禁用超线程 • EMC XtremSW Cache • 每个 ESXi 5.0 服务器都拥有 XtremSF300 GB PCIe卡 • XtremSW Cache 版本 1.5.1 SP1（内部版本 224） • Exchange 2010 • 15,000 位用户 • DAG，具有 2 个副本，6 个服务器 • 每个邮箱服务器虚拟机 5,000 位用户 • 专为 150 封邮件/用户/天配置文件设计

  6. 关于 XtremSW Cache • XtremSW Cache 是一款服务器闪存缓存解决方案，可通过利用智能软件和 PCIe 闪存技术缩短延迟并增加吞吐量，从而提高应用程序性能。 • 对于那些需要最高 IOPS 和最短响应时间的应用程序，XtremSW Cache 可加快其数据块 I/O 读取速度。 • XtremSW Cache 可通过使用连接到网络存储的直写缓存来加快读取速度和保护数据，从而实现持久的高可用性和灾难恢复。 • 与基于阵列的 EMC 全自动存储分层 (FAST) 软件和 FAST Cache 配合使用 • 针对物理和虚拟环境而优化

  7. XtremSW Cache 高级体系结构 1 2 9 8 3 4 PCI 闪存卡提供较低读取延迟 5 7 6 • 读取操作由 XtremSW Cache 提供服务以优化 性能 • 写入操作将传递到存储阵列以实现 保护 直通写入，以便 VNX 存储提供保护

  8. EMC XtremSW Cache 组件

  9. 解决方案体系结构

  10. Exchange 2010 构造块详细信息

  11. 使用 XtremSW Cache 的存储设计 • 为数据库创建两个存储池 • 每个池 48 个 2 TB 7.2k rpm NL-SAS 驱动器，RAID 1/0 • 每个池包含来自不同虚拟机的多个副本 • 3 个构造块（3 个虚拟机） • 18 个 1.6 TB LUN（每个虚拟机 6 个 LUN） • 通过 XtremFS卡在每个 vSphere服务器创建 326 GB VFMS 数据存储 • 通过 VMFS 缓存数据存储为每个 Exchange 虚拟机创建 50 GB 缓存设备 • 剩余容量为虚拟机保留，可从其他 vSphere服务器迁移

  12. XtremSW Cache 配置详细信息 • 每个 Exchange 虚拟机都配置有 50 GB Cache 设备 • 6 个源设备 — 6 个数据库 LUN (RDM) 1.6 TB，每个均添加到 XtremSW Cache 设备 • XtremSW Cache 页面大小和最大 IO 块大小设置为 64KB CLI 命令用于将缓存设备添加到虚拟机： vfcmt add -cache_dev <harddisk13> -set_page 64 max_io_size 64

  13. 为什么为 Exchange 更改 XtremSW Cache 最大 I/O 大小？ • Exchange 数据库页面大小为 32 KB • Exchange BDM 为 256 KB 读取 • 当在主机上混合并合并这两个 I/O 时，会产生大约 48 KB 的平均 I/O • 当数据库读取 IO 与 BDM I/O 混合时，平均读取 I/O 大小大约超过 128 KB VNX 存储上的 Exchange 2010 数据库 I/O 大小

  14. 如何创建缓存设备 • 使用 vCenter VSI 创建，选择创建 XtremSW Cache 设备 • 选择带有 XtremSF PCIe 闪存卡的 vSphere 服务器 • 选择缓存设备大小和虚拟机，然后单击“确定”完成。

  15. Exchange 2010 邮箱服务器虚拟机的 XtremSW Cache 配置

  16. Exchange 虚拟机上的 XtremSW Cache 磁盘

  17. 使用 XtremSW 缓存设备进行虚拟机迁移 • 使用 vCenterXtremSW Cache VSI 插件 • 确保目标服务器上有足够的缓存容量 • 在已迁移虚拟机的目标服务器上，缓存将冷启动 缓存效率将降低，直到缓存重新变暖。

  18. 启用重复数据消除功能的缓存设备 • 您可通过执行以下命令使用 XtremSW Cache VSI 插件或 CLI 在 Exchange 虚拟机上启用重复数据消除： vfcmt add -cache_dev harddisk13 –set_page_size 64 –set_max_io_size 64 –enable_ddup –ddup_gain 20 • 其中： • harddisk13 是为虚拟机配置的操作系统缓存设备。 • ddup_gain 20 是虚拟机上的系统缓存设备的重复数据消除收益百分比。

  19. 通过 VSI 插件监视统计信息

  20. 通过 CLI 监视统计信息

  21. 使用 XtremSW Cache 设备的 vMotion • 在 XtremSW Cache 设备已连接至 Exchange 虚拟机的情况下，确保执行 vMotion 之前满足以下要求： • 目标数据存储区有足够的容量可供新设备使用 • 主机虚拟机没有其他基于 DAS 闪存的设备 • 在主机虚拟机上仅配置了一个 XtremSW Cache 设备 • 当前未在迁移要迁移的虚拟机 • 源主机和目标主机必须能够彼此通信（确保已正确配置 IP 地址和 DNS）

  22. 解决方案验证

  23. 使用 Jetstress 进行性能验证 • 配置 • 一个 VNX 存储池（48 个 2 TB NL-SAS 驱动器）中 3 个服务器（构造块） • 为每个 Exchange 虚拟机创建 50 GB XtremSW Cache 设备 • 仅对数据库 LUN 启用缓存加速 • 每个服务器 7.8 TB 数据集（每 3 个服务器 23.4） • 模拟的工作负载 • JetStress 总吞吐量测试（2 个小时）

  24. 使用 Jetstress 时的 Exchange 性能 (IOPS) • 来自三个邮箱服务器的 IOPS 合计提高 26%，从 2,812 IOPS 提高至 3,545 IOPS • 读取 IOPS 提高 34%，从 1,388 IOPS 提高至 1,862 IOPS • 写入 IOPS 提高 33%，从 851 IOPS 提高至 1,118 IOPS

  25. 使用 Jetstress 时的 Exchange 性能（延迟） • 读取延迟降低 3.2 ms。 • 写入延迟稍微提高

  26. VNX 性能（存储池） • 对后端存储阵列的读取 IOPS 降低 16.5%，这是由于 XtremSW Cache 将读取操作从阵列分流到服务器 • 对后端存储的写入 IOPS 降低 50%，这是由于 XtremSW Cache 读取从阵列分流到服务器，从而允许直写缓存处理更多的写入活动 • 磁盘使用率提高 15%，这是由于阵列处理更多的写入活动 • 带宽增加 6.5% (MB/s)，这是由于增加的写入活动由阵列处理

  27. 使用 LoadGen 进行性能验证 • 配置 • 一个 VNX 存储池（48 个 2 TB NL-SAS 驱动器）中 3 个服务器 • 为每个 Exchange 虚拟机创建 50 GB XtremSW Cache 设备 • 仅对数据库 LUN 启用缓存加速 • 在容量达到 60% 时对用户 1.5 GB 邮箱进行初始化（每个服务器 5.4 TB 数据集（每 3 个服务器 16.2TB）） • 工作负载详细信息 • 采用 Outlook 缓存模式的 Exchange 2010 Loadgen，用户配置文件为 150、250 和 300 封邮件/用户/天（3:2 读/写比率）

  28. 使用 LoadGen 获得的性能结果 • 150 封邮件/用户/天的工作负载 • 读取延迟降低 51%（降低 6.4 ms） • 用户 IOPS 提高 14.6%（提高 224 IOPS） • 250 封邮件/用户/天的工作负载 • 读取延迟降低 69.3%（降低 11.1 ms） • 用户 IOPS 提高 12.8%（提高 275 IOPS） • 300 封邮件/用户/天的工作负载 • 读取延迟降低 56.8%（降低 12.5 ms） • 用户 IOPS 提高 12%（提高 346 IOPS）

  29. 使用 XtremSW Cache 重复数据消除实现的性能 • 由于对重复数据进行 XtremSW Cache 分析和处理，写入延迟稍微提高 • 每个工作负载的 Exchange Server CPU 利用率降低

  30. 使用 XtremSW Cache 重复数据消除实现的性能 • 对 VNX 存储池的写入 IOPS 降低 27.7%

  31. 对 XtremSW 缓存效率产生的 BDM 影响 • 最大 I/O 设置为 64 k（默认值） • 当 BDM 未在 Exchange 数据库上运行时，XtremSW Cache 会跳过更少的读取 I/O • 与运行 BDM 的数据库相比，无 BDM 的数据库上的读取延迟更高（提高 3-4 ms）

  32. 基于验证的建议和最佳实践

  33. 何时为 Exchange 工作负载考虑使用 XtremSW Cache • 在以下情况下为 Exchange 考虑使用 XtremSW Cache： • 您拥有一个 I/O 绑定 Exchange 解决方案 • 您不确定预期的工作负载 • 您需要保证为特定用户（VIP 服务器、数据库等）提供较高性能和较低延迟

  34. 为 Exchange 工作负载使用 XtremSW Cache 的好处 • 根据 EMC 验证，XtremSW Cache 会在以下方面提高 Exchange 2010 性能： • 降低数据库读取延迟 • 提高 I/O 吞吐量 • 消除较高延迟峰值 • 随着工作负载的增加提供更多改进 • RPC 延迟降低 • 对后端存储的读取操作减少 • 利用 XtremSW Cache 重复数据消除时对后端存储的写入操作减少

  35. 基于解决方案验证的最佳实践 • 当在 VMware vSphere 上将 XtremSW Cache 实施到现有 Exchange 2010 部署时，请考虑以下因素： • 要部署的 XtremSF PCIe 卡的大小 • 在将使用 XtremSW Cache 的每个 vSphere 主机上部署的 Exchange 虚拟机数量 • Exchange 工作负载特性（读:写比率、用户配置文件类型） • 当缓存来自工作数据集的所有读取时将实现最大优势

  36. 基于解决方案验证的最佳实践 • 您可以在物理 Exchange 邮箱服务器或托管 Exchange 邮箱虚拟机的虚拟机监控程序服务器（VMware 或 Hyper-V）上安装 XtremSF Cache PCIe闪存卡 • 仅对数据库卷启用 XtremSW Cache 加速 • XtremSW Cache 大小确定指导： 对于 1,000 GB 工作数据集，配置 10 GB 的 XtremSW Cache 设备

  37. 配置建议 • 当将 XtremSW Cache 设备添加到 Exchange 虚拟机时： • 将缓存页面和最大 I/O 大小设置为 64 KB（将不缓存 BDM I/O） 使用 XtremSW Cache CLI 将缓存设备添加到 XtremSW Cache 版本低于 2.0 的虚拟机。借助版本 2.0，您应能够使用 VSI 插件配置页面大小。 • 当将缓存设备添加到虚拟机时，使用以下 CLI 命令设置缓存页面和最大 I/O 大小： vfcmt add -cache <cache_device> -set_page_size 64 -set_max_io_size 64

  38. 启用了重复数据消除功能的 XtremSW Cache • 在考虑为加速 Exchange LUN 启用重复数据消除之前，评估您的工作负载 • 在启用重复数据消除时考虑 CPU 开销 • 基于工作负载特性设置重复数据消除比率： • 如果观察到的重复数据消除比率低于 10%，则关闭重复数据消除，或将重复数据消除收益重新配置为 0。如果观察到的比率高于 35%，则提高重复数据消除收益，使其与观察到的重复数据消除匹配。 • 如果观察到的比率在 10% 和 35% 之间，则保持重复数据消除收益不变。

  39. 重复数据消除配置建议 • 建议： • 如果观察到的重复数据消除比率低于 10%，则关闭重复数据消除，或将重复数据消除收益重新配置为 0。 • 如果观察到的比率高于 35%，则提高重复数据消除收益，使其与观察到的重复数据消除匹配。 • 如果观察到的比率在 10% 和 35% 之间，则保持重复数据消除收益不变。

  40. 如何监视重复数据消除统计信息 • 重复数据消除统计信息命令： vfcmtdisplay -ddup -cache_dev harddisk13 其中：<harddisk13> 是虚拟机上的缓存磁盘设备 • 要手动计算观察到的重复数据消除命中率（缓存中的重复数据量），请使用此公式： (写入命中次数 ÷ 收到的写入) *100 示例：44414733÷125477788 = 35.4% • 要更改已配置的比率，请移除 XtremSW Cache 设备，然后使用vfcmt add -cache_dev命令重新创建一个新设备

  41. 总结 • XtremSW Cache 可改进 Exchange 2010 I/O 和读/写延迟 借助 XtremSW Cache，几乎不存在较高的延迟峰值 • XtremSW Cache 可改善 Exchange 用户体验 RPC 延迟得到降低 • 根据测试获得的观察结果，我们建议您将缓存页面和最大 I/O 大小设置为 64 KB • XtremSW Cache 重复数据消除功能与 Exchange 配合非常好，不会影响数据库性能或读/写延迟

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