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技術分享

HP NonStop系統解決方案最新發展

作者/王宜倫
前言

HP NonStop(Tandem)系統為HP在關鍵任務(mission critical)領域最頂級的系統,在可用性(availability)、擴充性(scalability)、資料一致性(data integrity)等指標特性一直居於領導地位,近年來強化硬體主機與應用系統基礎架構(application infrastructure)競爭力,保持NonStop系統在這方面的領先優勢。

硬體主機採取標準化策略,採用HP標準規格硬體設備,讓NonStop系統在硬體發展方面與HP其他主機同步;軟體部分則持續強化應用系統基礎架構(包含NonStop OS、資料庫、TMF和Pathway)之效能與功能,並提供更多的標準開放系統程式語言與middleware,強化NonStop系統優勢。
HP於Discover 2012活動說明HP NonStop系統解決方案最新發展,此文章針對NonStop系統硬體、軟體最新發展進行說明。

NonStop硬體最新發展說明

一、NonStop系統發展說明

HP NonStop Server採用Intel Itanium處理器,目前最新系統均採用Intel Itanium 9300系列處理器;依據roadmap,預計2013年會導入下一代Itanium Poulson處理器;2015年會導入Kittson處理器。主要系統硬體更新如下:

1.Core licensing
目前最新型的NB54000c,採用Intel 9300系列quad-core處理器;於2012年2月推出core licensing方案,推出NB54000c 2 core主機,此主機與NB54000c型主機採用相同的quad-core處理器,但是只enable兩個core,軟體價格較quad-core便宜,未來若有需要可採購軟體license直接enable成quad-core,不需要異動硬體架構,即可增加系統處理容量。

2.預計2013年推出Multi-core BladeSystem,採用Intel Poulson處理器;2015年推出Multi-core BladeSystem,採用Intel Kittson處理器。依據目前roadmap,已可看到下兩代的系統。

3.Rack Mount(機架型系統):2012年2月推出採用Intel 9300系列處理器的NS2200,NS2200每顆CPU為2個core,每個系統最多為4個CPU,採用J-version的作業系統。HP預計於2012年8月推出Entry-Level主機,同樣採用Intel 9300處理器,但是每個CPU只啟動一個core,每個系統最多為4個CPU,作業系統與NS2200相同,採用J-version的作業系統。

4.64GB Memory:自2012年2月NB54000c CPU支援64GB記憶體,過去記憶體最高為48GB。

二、NonStop系統Storage發展說明

HP NonStop Server Storage主要新增產品包含SSD (Solid State Drive)與Disk partition功能。說明如下:

1.SSD
  • 企業級的SSD產品,採用SLC (Single Level Cell) NAND flash,擁有最佳的效能與耐用性。

  • 目前推出的SSD容量為200GB。

  • Disk介面為6GB SAS disk interface,搭配G6 Storage CLIM使用,每對Storage CLIM最多可有10個SSD (5組mirrored volume),可以將SSD與SAS HD混合在同一Disk機架中。若採用4C4D的Storage CLIM架構,可有20個SSD (10組mirrored volume)。

  • 依據HP內部對SSD的throughput scalability實測數據,對同一組SSD同時間有415個I/O request時,仍可維持一定的throughput,一組SSD能承載的I/O request擴充性較高。

  • 支援NS16200、NS2x00、NB5x000等主機。最小RVU需求為J06.12與H06.23。

  • SSD與HDD效能比較

  • ‧Random I/O的throughput/response效能提升5x倍。
    ‧Sequential I/O的throughput/response效能提升2x倍。
    ‧SSD WCE (Write Cache Enable)為on時,Sequential write的throughput效能提升2.8x倍。
    ‧SSD與HDD在每個physical I/O有相同的CPU cost。
    ‧NonStop系統I/O latency比較(由最低至最高):
    (1)DP2 cache
    (2)SSD
    (3)HDD

  • 如果以儲存容量來計算SSD的價格,其每GB價格高於SAS disk;若以transaction來計算SSD的價格,其每個transaction的價格低於SAS disk。

  • 可由OSM檢查SSD的使用壽命(Wear Gauge),OSM會依據已使用率及目前工作量來評估剩餘壽命,可用此資訊評估何時該更換,當使用壽命快到時,會產生EMS訊息。

  • NonStop使用的SSD在控制卡上有經過優化,能確保寫入動作能平均地分散在每個cell,不會侷限於部分cell,有效延長SSD的使用壽命。HP表示一般使用狀況下,至少有幾年的使用壽命。

2.Disk partition
  • 可將Storage CLIM單一Disk切為較小的partition,每個physical disk上可有多個logical partition,每個partition都有獨立的DP2 process、獨立的DP2 cache。

  • 與SMF相比,SMF僅會有一個DP2 process與一個DP2 cache,在此DP2 process與cache上增加多組Virtual Disk Process來共用此DP2 process與cache,架構上多增加了一層。

  • 在NonStop最有效率地disk access為使用DP2 cache,過去單一physical disk只能有一個DP2 cache,每個DP2 cache最高約為1GB,Disk partition功能可提供單一physical disk更多的DP2 cache使用,提高disk access效能。

  • 在不須增加physical disk狀況下,即可使用更多的disk volume與DP2 cache。

  • 每個disk的partition限制為:
    ‧SAS:4個disk partition。
    ‧SSD:8個disk partition。

  • SAS disk使用disk partition時,若對disk有實際的Sequential I/O時(bypass DP2 cache),因disk需要移動讀寫頭,效能會顯著降低,所以針對此類行為(例如:TMF audit trail file),不建議使用disk partition功能;但是SSD則無此限制,且因為單一DP2所能產生的I/O量低於SSD的處理容量,因此SSD使用disk partition可獲得最好的效能(throughput)。

  • 搭配G6 Storage CLIM使用。

  • 支援NS16200、NS2x00、NB5x000等主機。最小RVU需求為J06.12與H06.23。

3.支援300GB 15,000 rpm的SAS disk。

三、Networking與BladeCluster

1.Multiple Provider per CLIM (MPC) - future
  • 過去NonStop每一張網卡(如G4SA、GESA、FESA、E4SA)稱為Adapter,每一個port為PIF (Physical Interface),每一個PIF都可以有獨立Service Provider (TCPIP process);在CLIM架構下,每一個CLIM對應為Adapter,CLIM上的Ethernet interface對應為PIF,但是每一個CLIM僅能有一個Service Provider,也就是CLIM上所有Ethernet interface均使用相同service provider。

  • 因單一CLIM僅允許一個CIP service provider,在管理方式與AP設計上與G4SA等網卡使用的TCPIPv6或Conventional TCP/IP process不相同,既有使用者由G4SA等網卡改用CLIM時,需要另外規劃甚至修改程式才能符合CLIM的特性。

  • HP預計在2012年8月推出Multiple Provider per CLIM (MPC)功能,此功能可讓CLIM的使用與G4SA等網卡相同,CLIM上的每個Ethernet interface都可有獨立Service Provider,讓CLIM的CIP子系統與TCPIPv6子系統及Conventional TCPIP process均有相同的使用方式,無須另外規劃管理方式或是修該程式。

2.IPTables
  • CLIM支援IPTables功能,此功能源自於Linux packet filtering facility中類似firewall的功能,可過濾收到的packet,讓NonStop在Security的防禦上更為完整。

  • 使用上若僅用預設的規則,對效能不會有任何影響,但是若有增加很多規則,對效能會有影響。

  • 設定此功能需透過標準的climcmd執行設定工作,不可以直接登入到CLIM中使用Linux指令設定,且若有設定failover模式,兩台CLIM均需要設定IPTables的規則。

3.Longer ServerNet Clustering
  • BladeCluster為最新的ServerNet Clustering解決方案,支援BladeSystem(NB5x000)與NS16x00。

  • 與舊有6770/6780 ServerNet Cluster相比,速度提升2倍,總頻寬最高提升16倍。

  • BladeCluster可與6770/6780 ServerNet Cluster整合,若客戶同時有NB5x000、NS16x00和S-series,可同時使用BladeCluster與ServerNet Cluster。

  • BladeCluster距離最遠可達65KM,6780最遠為15KM。

四、NonStop硬體元件標準化發展過程

早期NonStop系統硬體元件均為專屬設計,部分元件無法使用最新的技術,自Integrity NonStop System開始逐漸採用標準化硬體元件,使用最新的硬體技術,到Integrity NonStop BladeSystem系統,除了連接CPU與I/O裝置的ServerNet外,全部都採用標準化硬體技術,讓NonStop發展不會受限於技術瓶頸。發展過程說明如下:
  • NonStop S-series:專屬設計,包含
    ‧Custom Rack
    ‧Custom Power & Cooling
    ‧Custom proprietary CPU with internally designed components
    ‧Custom memory
    ‧Custom IO and interconnect
    ‧Non-Standard Disks
    ‧ServerNet switches

  • NonStop NS-series:朝向標準化設計,包含
    ‧Standard HP Rack
    ‧Standard Power & Cooling
    ‧Standard BCS Server with modifications for FT
    ‧Standard DIMMs
    ‧Custom IO and Interconnect
    ‧Off the Shelf Disks
    ‧ServerNet switches

  • NonStop NB-series:更完整的標準化設計,包含
    ‧Standard ISS Chassis and Rack
    ‧Standard Power & Cooling
    ‧Standard Blade with unique interconnect mezzanine card
    ‧Standard DIMMs
    ‧Standard IO
    ‧Off the Shelf Disks
    ‧Only NonStop-unique HW is ServerNet


五、Flex Bay Configuration架構

NonStop BladeSystem實體機架圖如下圖所示,此為8顆CPU的系統,藍色部分為依據NonStop特性進行加值,ServerNet controller安裝於每一片server blade,X和Y ServerNet switch安裝於機架背面,加上NonStop midplane,達到NonStop對穩定性、可用性和擴充性的標準。

《圖一》

以此8顆CPU的系統為例,若I/O設備過多,一組ServerNet switch無法提供所需的I/O連接port,可採用Flex Processor Bay Configuration方式,使用兩個c7000機架,將CPU分別安裝於兩個機架內,每個機架安裝4顆CPU,其中CPU 0、2、4、6置於同一個機架內,CPU 1、3、5、7置於同一機架。

假設現行CPU數目未超過8顆,若已知未來將會擴充超過8顆,也可採用Flex Bay Configuration的架構,到時要擴充時僅需add-on CPU即可,其餘硬體設備完全不須異動。

《圖二》


NonStop軟體最新發展說明

一、作業系統版本推出時程說明
  • H version (目前最新版本為H06.24)
    ‧預計2012/8推出H06.25版本作業系統。
    ‧預計2013/Q1推出H06.26版本作業系統。

  • HJ version (目前最新版本為J06.13)
    ‧預計2012/8推出J06.14版本作業系統。
    ‧預計2013/Q1推出J06.15版本作業系統。

二、近期重要產品更新與未來規劃說明如下

1.OSS security enhancement
  • H現階段OSS相關產品的file和directory的存取權限並未統一,此可能會造成使用者的困擾,自J06.12/H06.23版本作業系統開始,將統一所有OSS相關產品的檔案和目錄權限。

  • 安裝新版本時,可保持原本權限設定。

  • OSH和PINSTALL預設umask權限由0改為022,確保產生directory時,只有directory owner有write權限。

2.OSS process pair - future
  • 預計於J06.14/H06.25 (2012年8月)提供OSS process pair功能。

  • 僅提供Active backup模式,沒有計畫提供Passive backup模式(不會有CHECKPOINT相關routines)。

3.提供更多的open source package(可自ITUGLIB下載)
  • Perl

  • PHP

  • Bash

  • Vim

  • Archival tools

  • Coreutils

4.64-bit OSS process
  • OSS process可以使用更大的virtual memory,可自行開發或porting 64-bit OSS process。

  • 使用64-bit OSS process時機
    ‧32-bit無法滿足既有OSS process。
    ‧自其它platform porting 64-bit程式到OSS環境。
    ‧新開發應用系統需要64-bit功能。

  • Heap為64-bit addressable memory。預設64-bit OSS process的heap size為12GB,此size可在link time或process create time放大或縮小。

  • Guardian process仍只有32-bit process,但是可以使用部分64-bit功能。

  • 32-bit Guardian process、32-bit OSS process和64-bit OSS process均可allocate 64-bit addressable flat segment:
    ‧提供新的Guardian和OSS 64-bit I/O API,可存取64-bit flat segment。
    ‧此三種process均可share 64-bit flat segment。
    ‧Guardian和OSS process最高均可有510GB的virtual address space。

5.NonStop OS Core licensing
  • 自J06.13開始,NB54000c支援2 core licensing的模式,雖然使用的是quad core處理器,但是僅啟動2個core,此模式可讓客戶在規劃系統架構上有更多選擇。
    ‧若客戶規劃上考量需要有較多的CPU個數,可考慮採購NB54000c 2-core,每個CPU的軟體license費用較4-core低。
    ‧未來若有需要更多的throughput時,可增加軟體license,啟動其餘兩個core,即可擴充系統容量。

  • 自J06.13開始,系統中有一License file ($SYSTEM.ZLICENSE.VLICENSE)會記錄該系統有多少CPU,以及每個CPU有多少core;系統開機時(coldload)會檢查此license file,假設若license file記錄該系統有2顆CPU,但實際安裝了4顆CPU,則CPU02與03將無法被reload;coldload時將依據license file中紀錄的core數,決定該系統中每個CPU要啟動幾個core。

  • 可於線上透過OSM service application使用新的license file將2 cores升級為4 cores。

6.TS/MP 2.5
  • Pathway domain可跨不同node
    ‧數個Pathway環境(PATHMON)可集中成為一個Pathway domain。
    ‧應用系統可視Single serverclass namespace為一很大的serverclass,解決過去單一serverclass的限制。MAXSERVERPROCESSES限制由4095提升到16380。
    ‧可針對Pathway domain中的任一Pathway (PATHMON)進行維護,將作業route到其他Pathway執行,解決Planed outage問題。

  • 更快速的釋放dynamic server link。
    ‧過去Pathway可能在static server均足夠的狀況下,仍然繼續使用dynamic server;此版本會強制Pathway使用static server,因此,在static server足夠的狀況下,會立即釋放dynamic link和停止dynamic server,減少不必要的系統資源消耗。

  • 最佳化server process停止時cleanup動作,可有效減少server process停止所需時間,可更快速的shutdown和restart server process。

  • CPU重新reload後會將在backup CPU啟動的static server停止,並於原CPU重新啟動static server,讓系統資源使用更符合預期。

  • ‧此功能預設為OFF。
    ‧可透過SPREBALANCEMODE啟動此功能。
  • 支援更大的Pathsend message (2MB)
    ‧提供新的API支援此context-sensitive Pathsend message。
    ‧支援TAL、C/C++、Java、COBOL等語言。

  • PATHMON預設為HIGHPIN ON。

  • 支援64-bit address。

  • 未來新增功能
    ‧提升Multi-core效能
    ‧提升Multi-threaded server效能

7.NonStop SQL/MX - future
  • 支援External Sequence Generator。

  • 支援Store Procedure Java Transaction。

  • 提供MX Database Manager與支援remote MXCI。

  • 支援thread independent OSS ODBC與JDBC driver。

8.NonStop TMF 3.7 - future
  • TMF process將改為HIGHPIN。

  • 支援TMF Asynchronous Gateway “Begin Transaction Notification”,透過此partner產品可達到synchronous A/A複製。

9.NonStop RDF - future
  • 支援暫停更新遠端資料庫功能。

  • RDFCOM可檢查那些檔案被RDF Updater所open。

  • 支援online調整更新那些檔案。

  • 支援Aux Audit Trails lockstep。

10.NonStop Server for Java 6.0 (NSJ 6.0) Update 2
  • 提供Java 6 API。

  • 提升效能。

  • 問題解決與security功能更新。

11.NonStop Server for Java 7.0 (NSJ 7.0) - future
  • JDK/JRE based on JDK 7,此版本符合Java SE 7 standard。

  • 包含64-bit與32-bit Java Runtime Environment。

  • 標準server-side Java 7 API。

  • 支援Mark Sweep與Parallel Garbage Collection。

12.NonStop App Server for Java (NSASJ) - future
  • JBOSS Enterprise Java Bean (EJB) container。

  • 支援on-platform、off-platform client。

  • 與Pathway結合,具備高可用性與高擴充性。

13.Distributed In-Memory Cache 1.0 - future
  • 使用open source product。

  • 提供distributed in-memory cache儲存session context。

  • 允許context放在所有CPU。

  • 可設定將資料複寫到disk。

  • 初期僅支援NSJSP (NSJSP產品的模組)。

  • 後續將會是一個產品,包含支援Apps的API。

14.iTP Webserver update - future
  • 使用最新的GNU TLS 1.2 library提升安全性。

  • 支援Diffie-Hellman Key交換。

  • 使用更快的CGI library提升效能。

  • httpd server名稱為可設定的。

15.SOAP 4.1 - future
  • 符合WS-Security規範。

  • 提高run-time的使用性。

16.NonStop Servlets for JavaServer Pages 7.0
  • Tomcat 7.0.10,支援Servlet 3.0、Asynchronous request processing、web fragments support、annotations support。

  • 包含Tomcat 7.0.10 ~ 7.0.19的bug fix。

  • NSJSP manager提供NSJSP管理機制,NSJSP 6.x的管理功能也都轉移到NSJSP Manager。


結論

NonStop在主機系統發展策略以Single core的NS系列主機做為入門主機,NS2200為中階主機,NB54000c為高階主機,NB54000c提供2-cores和4-cores兩種機型讓客戶選擇;目前已看到下兩代的roadmap。

NonStop最重要的資料一致性(data integrity)、可用性(availability)、擴充性(scalability)的發展策略上,整合硬體主機與應用系統基礎架構(application infrastructure)保持NonStop在這方面的優勢;應用系統基礎架構包含NonStop OS、資料庫、TMF和Pathway,應用系統基礎架構一直是NonStop發展重點,其中Pathway重心將放在TS/MP 2.x的版本,資料庫將以NonStop SQL/MX為主。因應產業發展趨勢,OSS將支援更多的middleware與language。

參考資料

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2.Keefauver, Timothy, NonStop software roadmap, HP Discover 2012, 2012 June
3.Kondo, Tom, Networking and BladeCluster solutions for NonStop servers, HP Discover 2012, 2012 June
4.Aurora, Navneet, NonStop performance update – 2012, HP Discover 2012, 2012 June
5.Smullen, Jim, NonStop Multicore OS Technical update, HP Discover 2012, 2012 June
6.Iswandhi, Jeff, NonStop server storage technical update, HP Discover 2012, 2012 June
7.Evans, Keith, Pathway for the 21st Century – Announcing TS/MP 2.5, HP Discover 2012, 2012 June
8.Smullen, Jim, Open System Services (OSS) and NonStop OS update, HP Discover 2012, 2012 June

 

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