前言

HPE Integrity NonStop X是最新推出的NonStop系統架構，主要採用x86處理器及Infiniband之內部連線建構全新的NonStop系統。其保有一貫NonStop特性，並提供效能更佳的之NonStop應用環境。

NonStop X特性說明

一、HP Integrity NonStop X系統簡稱為NonStop X；原本採用Itanium處理器的NB-series簡稱為NonStop i。

二、NonStop X的架構設計仍維持NonStop系統一貫的容錯特性設計，為IDC AL4最高等級的可用性。

三、採用Intel x86 Xeon處理器

• 單一CPU記憶體最高為192GB。



• 與J version作業系統相同，單一NonStop CPU包含多個core；第一代NonStop X server每個CPU支援4個core，自L15.08版本作業系統開始支援core licensing方案，可enable每個CPU使用2、4、6 cores(使用相同的硬體)。

四、硬體架構採用與NonStop NB-series相同的c7000機架，CPU硬體為半高的blade規格，所以16個CPU可全部安裝於同一c7000機架，使用較少之機房空間。

五、內部連結採用InfiniBand(FDR 56Gbps)取代ServerNet III (2Gbps)技術；InfiniBand的Subnet Manager (SM)執行於第一組Storage CLIM上。

• NonStop採用InfiniBand主要因素
  
  • Data Integrity：NonStop系統架構最主要基石之一就是Data Integrity，InfiniBand藉由在fabric hop以及跨fabric點對點都進行CRC檢查，提供傳輸層最高等級的data integrity。
  
  
  • Fault Tolerance：InfiniBand網路具備多fabric的特性，NonStop OS提供在不同fabric間切換的機制，確保資料傳輸的容錯能力。
  
  
  • Bandwidth/Latency：InfiniBand提供高頻寬和低延遲的特性，滿足有高I/O導向的應用系統需求。
  
  
  • RDMA：RDMA移除資料傳輸過程中OS kernel的介入處理，有效提升處理效率；NonStop藉由RDMA特性移除context switch、protocol processing、data movement from/to the network等工作，降低延遲時間。
  
  
  • Multiple Vendor Support：NonStop OS kernel架構可支援不同的硬體供應商。
  
  
  • Clustering/Long Distance (Future)：InfiniBand網路特性可提供將多套NonStop系統進行cluster的能力，並藉由光多工器可跨遠距連結。
  
  
  • Continuity of NonStop OS Infrastructure：InfiniBand技術是依據NonStop ServerNet技術演進發展，InfiniBand具備現行NonStop OS所需的ServerNet基礎。


• Native IB clustering
  
  • 自L15.08版本作業系統開始支援Native IB clustering供NonStop X系統連接。
  
  
  • 與既有Itanium系統(NB-series、NS-series)連接需透過Expand/IP無法使用BladeCluster。

六、周邊連接

• Storage CLIM：SAS disk、SSD、Tape drive、VTC (Virtual Tape Control)。IP CLIM：10GbE，可連接1GbE網路。

七、作業系統版本為L-series，TOSVERSION為L06。(J-series為J06、H-series為H06)。

• 作業系統編號格是將改為Lyy.mm，yy為year、mm為month。例如第一個L版本作業系統RVU為L15.02表示2015年2月推出。最新版本為L16.05為2016年5月推出。



• 系統架構名稱為TNS/X 。(Itanium處理器系統架構名稱為TNS/E、MIPS處理器系統架構名稱為TNS/R)。

八、Big Endian處理

• Intel x86處理器為Little Endian，Itanium處理器為Big Endian。


• 為維持一致性，HPE設計上仍維持NonStop X server為Big Endian，透過OS與compiler將資料轉換，使用者不須處理。


• 可直接與Itanium處理器的NonStop server用binary方式傳遞資料。

九、InfiniBand YUMA解決方案(NSADI)

• NSADI已於今年推出提供high level RDMA API作為NonStop與其他平台間的訊息交換機制，目前僅規劃支援Red Hat Linux平台。
  
  
  《圖一》

NonStop X升級注意事項

一、NonStop X應用系統執行環境與NonStop i差異說明

• 相同部份
  
  • TNS/X native開發環境如同TNS/E開發環境，C、C++、COBOL以及pTAL語言均支援；開發工具具備所有TNS/E native開發工具功能，TNS/X工具因應需求額外增加部分功能。
  
  
  • 編譯器支援32-bit環境，類似TNS/E以32-bit address擴展到64-bit address，因此允許32-bit在x86 64-bit模式下正常運作；編譯器針對OSS程式支援64-bit環境，如同TNS/E。
  
  
  • 使用NSDEE可完全支援PC上的cross-compilation。
  
  
  • 一般而言從TNS/E native mode升級到TNS/X native mode不需要針對source code做修改。
  
  
  • TNS開發環境如同在H版本或是J版本，TNS program binary compatible完全相容。
  
  
  • 在Guardian環境下完全支援TNS開發工具，可以在L版本上的Guardian環境開發TNS應用程式。
  
  
  • 支援加速Accelerator，不過必須透過L版本的TNS/X Object Code Accelerator(OCAX)做加速。
  
  
• 改變部分
  
  • 雖然大部分研發工具與TNS/E相同，不過仍有一些工具使用不同的指令與選項。例如於Guardian環境下，使用TNS/X COBOL compiler將須以XCOBOL取代ECOBOL。
  
  
  • L版本提供不同的除錯工具：針對TNS/X native program可以使用native inspect(xinspect)或是NonStop Development Environment for Eclipse(NSDEE)；針對TNS program可以使用inspect。Visual Inspect(VI)於L版本已經不支援，由NSDEE取代。
  
  
  • TNS/X所使用的public library與TNS/E的public library具備不同的名字。


• 注意事項：若程式有下列情況則可能需要修改程式碼
  
  • 使用未列在HP標準作業手冊的procedure call。
  
  
  • 使用標準的procedure call，但是使用參數或選項未列在作業手冊中。
  
  
  • 使用Privileged procedure call (程式須給License才可執行)。
  
  
  • 直接存取internal作業系統的data structure。
  
  
  • 直接存取作業系統的檔案內容，例如：USERID或CONFIG檔案。
  
  
  • 程式行為非列在HPE標準作業手冊中。

二、應用系統程式升級方式

• TNS/E native mode升級到TNS/X native mode
  
  • 如果應用程式已經是TNS/E native mode，則從TNS/E升級到TNS/X native mode將是一個簡單工作，通常僅需要使用TNS/X native compiler重新編譯即可。
  
  
  • 由於Itanium與x86 CPU不同，所以TNS/E native object code無法直接於L版本上執行，TNS/E native program必須重新編譯才可以於L版本上執行。
  
  
  • 大部分source code並不需要做修改，除非碰到前面提到的注意事項才需針對程式碼做調整。


• TNS mode升級到L版本的TNS mode
  
  • 當從J或是H版本上的Guardian TNS應用程式升級到L版本上，如果不需要應用到native功能時，可以直接使用原有的TNS object code在L版本上直接執行。
  
  
  • 如同J以及H版本，L版本支援TNS object的轉譯以及加速模式。
  
  
  • L版本將持續支援Guardian TNS編譯器及相關工具。


• TNS mode升級到L版本的TNS/X native模式
  
  • 可考慮將TNS程式升級為L版本的native 模式，在執行效能有顯著的增加。可參考作業手冊TNS/E Native Application Conversion Guide，升級為TNS/E模式後再使用TNS/X compiler重新編譯。

NonStop X與NonStop i效能比較

一、CPU處理效能提升

• 依據HP數據，NonStop NS7 X2 6 core系統效能約為NonStop NB56000c 4 core系統效能2.4倍。



• NonStop NS7 X2 4 core系統效能約為NonStop NB56000c 4 core系統效能1.7倍。



• NonStop NS7 X2 2 core系統效能約為NonStop NB56000c 2 core系統效能1.65倍。



• 此數據是HP依據其SQL/MP Order Entry測試模型所得到的數據，在不同的應用系統或是系統架構下，其效能提升數據會有差異。

二、延遲時間(latency)效能提升

• 依據HP公告的說明，NonStop X系統內部延遲時間與NonStop NB56000c相比，約降低latency 1.5 ~ 12倍以上，訊息長度越長改善越顯著。

vNonStop介紹說明

HPE NonStop系統在NonStop X型主機導入x86處理器、Infiniband架構，並支援RDMA架構與技術，藉由這些技術與架構大幅提升系統效能；下一個階段目標是支援虛擬化vNonStop (virtualized NonStop)技術。

此次NonStop TBC活動，HPE使用兩台DL380 server，搭配RoCE (RDMA over Converged Ethernet)，安裝RHEL與KVM hypervisor，再利用OpenStack軟體，實機展示vNonStop的可行性。從照片旁的咖啡杯可以得知，未來不一定需要大量的硬體設備才能應用NonStop fault-tolerant架構，針對開發、測試或是品管都可依需求彈性的配置環境，而且藉由虛擬化未來也可以將Mission Critical 業務雲端化。





依據此次參訪取得的資料，vNonStop是依據NonStop X的作業系統環境所開發，特性與規格說明如下：

一、vNonStop特性

• 系統架構與NonStop X相同，以TNS/X IntelR X86並以64bit模式運作。



• 建置恰當，會具有與NonStop X和NonStop i相同的可用性。



• 具備相同的core license方案，可在虛擬環境上決定每個CPU要使用多少core。



• 作業系統版本與NonStop X相同，使用L version RVU。。



• TNS程式一樣不須做程式碼修改。



• Native程式與NonStop X一樣不需修改。



• TNS/R或是TNS/E程式需重新編譯。



• Big Endian環境。

二、vNonStop使用之硬體範本：Intel® Virtualization Technology for Directed I/O(VT-d)，主要有下列功能：

• DMA remapping：針對Direct Memory Access可從I/O device到VM上，支援位址的轉換。



• Interrupt remapping：針對I/O device轉換到VM上，支援interrupt的隔離或是轉換。



• 支援Single Root I/O Virtualization(SR-IOV)：SR-IOV 是一種 PCI(peripheral component interconnect)規格，允許PCIe的I/O裝置以多個實體與虛擬裝置呈現以供VM使用。

三、VM參數最佳化

• 針對vNonStop CPU以及vCLIM需要獨立綁定core，VM分配cores的使用建議配置於相同的NUMA區域範圍。

四、vNonStop軟硬體基礎配置

• Intel Xeon processor 64-bit mode。



• RoCEv2網卡與Ethernet Switch。



• OpenStack Mitaka(2016四月推出)或以後版本。



• Hypervisor：初始版本採用Linux KVM，未來會依據客戶需求評估支援其他hypervisor。



• Linux OS版本已測試RHEL 7.2、Ubuntu 16.04、CentOS 7.2。

結論

NonStop X選用Intel x86處理器，並以Infiniband取代之前的ServerNet，雖然硬體異動，不過仍維持100% fault-tolerant架構。而且除了處理器效能提升外，隨著Infiniband架構使用，亦推出NSADI以供NonStop與Linux上的應用程式透過RDMA方式界接，藉此移除資料傳輸過程中OS kernel的介入處理，有效提升處理效率。未來，藉由vNonStop架構與技術，更具彈性的應用，提供mission critical應用系統雲端化。<作者目前服務於凌群電腦NonStop Kernel服務總處>


參考資料

一、Mike Rice, HPE NonStop X interconnect fabrics technical overview, 2016 TBC

二、Lars Plum, HPE NonStop X technical overview, 2016 TBC

三、Kristy Andrews, HPE NonStop X application migration and languages enhancements overview, 2016 TBC

四、Lars Plum, Virtualized NonStop (vNonStop) Architectural Overview, 2016 TBC