Stefano Ricci IBM Italia Systems and Technology Group IBM Academic Initiative Sistemi Storage ed Architettura di IO in ambiente zSeries Parte seconda Stefano Ricci IBM Italia Systems and Technology Group Novembre 2007

Agenda Prima lezione L’architettura di I/O in ambiente zSeries Sistemi Storage a disco Seconda lezione Sistemi Storage a nastro Le funzioni di copia dei dati Connettivita’ e trasporto dei dati Cenni sulle prestazioni dei sistemi a disco

Obiettivi della Seconda Lezione La tecnologia del nastro Soluzioni Tape e concetto di virtual tape Livelli di continuita’ del servizio operativo Modalita’ di copia dei dati a disco Connettivita’ Fiber Channel e Ficon Operazioni sul canale FICON Elementi di una IO a disco e Response Time Funzioni che migliorano le prestazioni

L’architettura di I/O in ambiente zSeries Sistemi Storage a disco Sistemi Storage a nastro Le funzioni di copia dei dati Connettivita’ e trasporto dei dati Cenni sulle prestazioni dei sistemi a disco

La tecnologia del nastro I nastri forniscono grosse capacita’ di memorizzazione in rapporto allo spazio occupato ed hanno, in proporzione, un costo piu’ basso dei dischi. Per tale motivo il tape e’ una componente fondamentale nella gerarchia di memorie e su esso si basano le soluzioni di Information Lifecycle Management I nastri non devono rimanere sempre in linea per i dati inattivi. Sono rimuovibili e portabili (ideali per soluzioni Disaster Recovery) ed i dati sulle cartucce possono essere criptati per garantire la riservatezza delle informazioni Il nastro per sua natura e’ un dispositivo di tipo sequenziale. Ve ne sono di diversa lunghezza per avere diversi rapporti capacita’/ prestazioni. Un nastro puo’ contenere oltre 2TB di dati e per la memorizzazione di dati storici esistono nastri di tipo Write Once Read Many (WORM) Un nastro memorizza informazioni su piste parallele (es: quasi 1000 tracce vengono scritte in 16 tracce alla volta). Il tape drive usa tecniche di Data Buffer per aumentare le prestazioni nelle letture sequenziali (read-ahead algorithm). Un’operazione di lettura random (mount, ricerca e lettura del dato, unmount) e’ nell’ordine di poche decine di secondi. Lo stesso nastro puo’ essere montato in diversi modelli di Tape drive per avere prestazioni/capacita’ diverse. Beginning of Tape End of Tape 14 1 15

Soluzioni Tape - componenti Tape Library ATL Tape Drive Cartridge Virtual Engine Library frame System z9 In ambiente zSeries l’ host si connette ad una Control Unit che interpreta il programma di canale e guida le operazioni verso i tape drive. Le operazioni verso I tape possono essere automatizzate attraverso librerie automatiche (ATL) munite di accessori robtici In ambienti dove sono richieste prestazioni elevate a fronte di numerose operazioni a nastro, queste possono essere virtualizzate a disco. switch Controller System z9 Tape drives IO station A T L

Il concetto di Virtual Tape Un virtualizzatore di nastri (Tape Virtual Engine) fornisce le seguenti funzioni: Virtual Volume 2 Logical Volume 1 . . . Virtual Drive 1 n 180 181 19F Virtual Volume 1 Virtual Volume n Tape Volume Cache 2 Volume n Simula allo zhost un numero variabile di tape drive virtuali (diverse centinaia) Elimina i ritardi indotti dall’accesso al tape fisico poiche’ i dati vengono scritti in cache (memoria dei server interni). I dati vengono scaricati in asincrono dalla cache ai nastri Disegnato per utilizzare a pieno la capacita’ delle cartucce e delle librerie di nastri. Fa lo stack di piu’ volumi logici sulle cartucce in backend permettendo di avere un numero ridotto di tape drives reali Virtual Tape Libraries Hosts Disaster Recovery WAN Disaster Recovery Site Production Site It is assumed that the speaker understands concept, characteristics and functionality of a VTS. Il Virtual Engine supporta la replica dei dati e permette di copiare i dati a nastro in uno o piu’ siti remoti per Disaster Recovery

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Livelli di continuita’ del servizio operativo Le soluzioni piu’ efficienti di Continuita’ Operativa e Disaster Recovery prevedono il mirroring dei dati e sistemi di automazione per la fase di ripartenza I sistemi di Storage implementano tecniche di replica dei dati che, in caso di problemi al sito primario, consentono di ridurre al minimo la perdita di transazioni (RPO) ed i tempi di ripartenza al sito secondario (RTO)  Recovery Point Objective Recovery Time Objective

Modalita’ di copia dei dati a disco Copia Remota Sincrona Copia Remota Asincrona Copia Locale Point in time Copy

Funzioni di copia dei sistemi a disco Copia Locale E’ una copia dei dati istantanea (copia dei puntatori ai blocchi di dati) all’interno dello stesso sistema di Storage Copia Remota tra 2 siti Sincrona : copia dei dati (senza perdita transazioni) tra sistemi di Storage su distanza metropolitana Asincrona : copia dei dati (con perdita transazioni) tra sistemi di Storage su distanza geografica Copia Remota tra 3 siti Copia dei dati sincrona verso il sito vicino (per garantire la Continuita’ operativa) ed asincrona verso il sito piu’ lontano (per finalita’ di Disaster Recovery) Host adp Host adp controller controller WAN MAN MAN Advanced Functions Advanced Functions Cache Cache Host adp RAID Sito 3 controller RAID Sito 1 Advanced Functions Cache asincrono sincrono RAID Sito 2

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Connettivita’ Fiber Channel Fiber Channel Architecture Set di regole (da FC-0 a FC-4) che definisce lo standard da implementare per il trasferimento di dati tra computer e device su fibra ottica FICON E’ il protocollo che implementa in ambiente zSeries la Fiber Channel Architecture. E’ uno standard industriale (FC-SB-2). FCP E’ il Fiber Channel Protocol per SCSI e’ permette di mappare i comandi del protocollo SCSI sulla Fiber Channel Architecture.

Operazione sul canale FICON Un canale FICON supporta piu’ operazioni di IO concorrenti Una Open Exchange (OE) rappresenta un’operazione di IO che viene processata da un canale. Ogni tecnologia di canale FICON supporta un numero diverso di operazioni concorrenti (OE) Le CCW ed i dati associati ad un’operazione di IO sono identificati da una Information Unit (IU) che e’ composta da una serie di buffer da 2kByte (Credit) usati per la trasmissione dei dati. Ogni canale FICON supporta un numero massimo di crediti concorrenti per ogni OE. Quando un ORB arriva al Subchannel esso viene associato ad un canale FICON ed il numero di OE per quel canale e’ incrementato di uno. • Il programma di canale ed i dati associati sono a questo punto trasferiti al canale FICON come sequenza di IU, ognuna composta da un numero variabile di Crediti

Opzioni di connettivita’ FICON Appositi apparati di rete consentono altre opzioni per l’estenzione della rete Ficon (DWDM, Channel Extender ..) Il Tranfer Rate di un canale Ficon (es: Express4 = 4Gbit/sec) si riduce inserendo tali apparati

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Elementi che determinano le prestazioni di una IO a disco Le componenti coinvolte in un’operazione di IO e che influenzano le prestazioni sono di seguito elencati : Il comando attraverso un path (canale FICON) e’ inviato al sistema a disco La richiesta e’ ricevuta da uno degli Host Adapter del sistema a disco Lo Storage Control verifica se il dato richiesto e’ gia’ in cache (Read) ed in tal caso lo manda immediatamente indietro allo host. Se l’operazione e’ di Write il dato e’ scritto in cache non volatile. Se il dato da leggere non e’ in cache, la richiesta e’ mandata al Disk Adapter che legge il dato dai Disk Drive di backend e lo copia nella cache Il dato e’ mandato allo zhost attraverso un Host Adapter Caratteristiche base di un workload applicativo : MB/sec (Throughput) o IO/sec (Transazioni al secondo) Random Access o Sequential Access Pattern Read : Write ratio (percentuale di Read e Write I/Os, es. 70:30) Average I/O request size (es. 8kB per ORACLE, 64kB per streaming) Requisiti prestazionali : Cache Hit ratio (percentuale di read cache hits) Average Response Time richiesto (es. RT < 10ms)

Componenti del Response Time in un’operazione Ficon Ogni operazione di IO verso un device ha un Tempo di Risposta che e’ dato dalla somma dello IOSQ time (accodamento nello IO Supervisor) piu’ il Disk Service Time ottenuto dalla somma di PENDING time, CONNECT time e DISCONNECT time: PENDING time E’ il tempo che trascorre da quando il Channel Subsystem riceve la SSCH ed il sistema a disco risponde (CMR). CONNECT time E’ il tempo di trasferimento dei dati DISCONNECT time Indica il ritardo indotto dai Disk Adapter e Disk Drive in backend, quando coinvolti nel servire la richiesta di IO

Funzioni dello Storage che migliorano le prestazioni Parallel Access Volumes La funzione di PAV, con il supporto del WLM, permette a piu’ applicazioni di accedere contemporaneamente allo stesso volume logico (riduzione di IOSQ time). Le operazioni di Read e Write possono accedere contemporaneamente differenti extent del volume. Il sistema di storage gestisce l’operazione indirizzando gli exposure (Base exposure e Alias exposure). Multiple allegiance Con questa funzione il sistema di Storage puo’ eseguire contemporaneamente piu’ richieste, provenienti da zServer diversi, per lo stesso volume logico, se non vi e’ conflitto sullo stesso extent o Reserve del volume. I/O priority queuing Consente al sistema di Storage di usare le informazioni di I/O priority ricevute dallo z/OS Workload Manager per gestire la sequenza nel processo delle operazioni di IO.