von Michael Weber

NVMe wird mit der Ankündigung vom 14. April 2020 nun auch als direkt angeschlossene Einheiten für IBM® Db2® Mirror für i unterstützt. NVMe Express ® (NVMeTM) ist eine optimierte, hochleistungsfähige und skalierbare Host-Controller-Schnittstelle, die auf die Anforderungen von Enterprise- und Client-Systemen zugeschnitten ist, um die PCI Express®-basierten Solid-State-Speicher (SSD) zu verwenden.

Technologieübersicht

NVMe bietet mehr Leistung und verarbeitet deutlich mehr Lese- bzw. Schreiboperationen (IOPS) mit einem höheren Durchsatz (GB/Sekunde) im Vergleich zu SAS/SATA-SSDs.

Desweiteren bietet NVMe zusätzliche Virtualisier­ungsfunktionen, da jede Einheit einen PCIe-Endpunkt darstellt, der einer Partition/LPAR zugeordnet werden kann.

Mindestens ein identisches NVMe-Adapterpaar ist bei der Bestellung erforderlich. Weitere NVMe-Paare können sich dann vom ersten Paar hinsichtlich der ­Kapazität unterscheiden.

Da keine Hardware-RAID-Unterstützung möglich ist, benötigen die NVMe-Einheiten IBM i-Operating System-Mirroring. Die gespiegelten Paare müssen sich auf verschiedenen physischen Devices (NVMe Adapterkarten) befinden. NVMe kann nur auf NVMe ­gespiegelt werden. SAS-Laufwerke können nur auf SAS-Laufwerke spiegeln, das Mischen ist nicht ­möglich.

„Hot spare“ („Hot-standby“) wird nicht unterstützt. Um den Wiederanlaufprozess zu automatisieren und zu beschleunigen, kann eine zusätzliche NVMe-Einheit als „Cold spare“ auf dem System genutzt werden.

NVMe wird nur auf POWER9 in der Systemeinheit unterstützt. Es ist nicht möglich, die Adapterkare in einen PCIe Gen3-E/A-Drawer zu installieren.

Die Power S914 (6 / 8-Core) unterstützt bis 3 ­NVMe-Einheiten, die Power S924 bis zu 5.

Eine Besonderheit gibt es bei der Power S914 ­(4-Core). Das System ist auf zwei 1,6 TB NVMe-Einheiten limitiert. Ein Mischen von NVMe und SAS – Laufwerken ist nicht erlaubt (Maximal 10 ­SAS­-Laufwerke oder 2 NVMe-Devices).
E980 unterstützt bis zu 8 NVMe pro Drawer (6 im ersten Drawer, 8 in Drawer 2, 3 und 4; Maximal bis zu 30 Einheiten).
Wenn für IBM® i eine PCIe NVMe-Adapter­karte als “Load Source“ genutzt wird, ist keine Storage ­Backplane erforderlich.

IBM® i unterstützt mit 7.2, 7.3 oder 7.4 auch virtualisiertes NVMe (virtuelle SCSI-Laufwerke) mit Hilfe von VIOS. Dies erfordert den Logical Volume ­Manager (LVM). Aus Performance-Gründen ist aber die ­native Anbindung die bessere Option.
Die Wartung im laufenden Betrieb (concurrent maintenance) der PCIe NVMe Adapterkarte ist möglich, es sind aber zusätzliche Schritte notwendig. Beschrieben auf folgender Webseite:

https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/ssw_ibm_i_74/rzaly/rzalynvmefailure.htm

Eine Verschlüsselung ist im Moment noch nicht ­unterstützt. Die IBM® i-Entwickler sind sich aber dessen bewusst und sind in der Planung für ein ­Verschlüsselungskonzept.

IBM® i behandelt zurzeit NVMe und SSDs als dieselbe Tier-Stufe (Tier-0). Daher gibt es gegenwärtig keine Möglichkeit, zwischen ihnen zu „tieren“ z. B. mit dem Befehl – Trace ASP Balance (TRCASPBAL). (Storage-Tiering = Dateneinteilung in Ebenen und Kategorien und Speicherung auf verschiedenen ­Speichermedien.)

Siehe die Ansicht der NVMe-Einheiten über die Hardware Management Console (HMC) im Abb. 3.

PCIe-NVMe-Adapter: Die Nutzung von Namespaces mit IBM® i

Die NVMe-Architektur verwendet Namespaces, bei denen es sich um logische Blöcke handelt, deren ­logische Blockadressen zwischen 0 und der Größe des ­Namespaces liegt. Eine Namespace-ID (NSID) ist ein eindeutiger „Identifier“, der von einem NVMe­-Controller (Pfad zwischen Host und Namespace) ­verwendet wird, um den Zugriff auf einen Namespace zu ermöglichen. Dies entspricht einer „Logical Unit Number“ (LUN) in SCSI.

Bei IBM® i und NVMe ist ein „Arm“ (logische Einheit) ein Namespace und somit ein logischer Teil einer physischen NVMe-Device. Mehrere Namespaces sind auf einem NVMe zulässig und werden über IBM® i als Schnittstelle zum Erstellen und Verwalten von Namespaces genutzt.

IBM® i kann eine NVMe-Device (bis zu 16 TB) mit nur einem einzigen Namespace für die gesamte Device verwenden. Dies führt jedoch zu einer suboptimalen Performance, da mehrere und kleinere „Arme“ besser sind, als wenigere und größere. Die maximale Anzahl von Namespaces beträgt 32.

Die Wahl der Namespace-Größe ist ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl der „Arme“ für die ­Performance (Speichermanagement) und anderen individuellen ­Faktoren, wie Skalierung oder Wachstum des Systems.
Die folgende Abbildung 4. zeigt die empfohlenen NVMe Namespace Größen und Kapazitäten. Danach folgen drei NVMe IBM® i DST/SST Screenshots: Abb. 5a-c

Performancevergleiche

Die folgenden Abbildungen (6 &7) zeigen Performancevergleiche von Mirroring NVMe vs. RAID-5 (SAS­-Platten):

 

Ergebnis: Das Schreiben in einen Mirror ist in der Regel 2x schneller als in RAID-5/6

 

 

Ergebnis: Der PCIe-Bus des NVMe-Laufwerks ist klarer Gewinner über die SAS-Farbric.

das Fazit …

NVMe Speicher ist auf POWER9 Systemen mit IBM ®7.4 verfügbar geworden. Sie sind leicht zu ­installieren und zu konfigurieren und NVMe ist sehr performant.

Detailinformationen siehe auf folgenden Webseiten

PCIe NVMe – Express®
https://nvmexpress.org/
IBM Knowledge Center – NVMe
https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/ssw_ibm_i_74/rzaly/rzalynvme.htm

 

 

 

Literaturhinweise

IBM® i 7.4 – Ankündigungsüberblick – Die solide Grundlage für zukünftige Innovationen print NEWSolutions Nr. 1/2019 – Seite 10-15 online http://newsolutions.de/it/epaper/newsolutions-nr-1-2019/

POWER9 Scale-Up Server E980 + E950 print NEWSolutions Nr. 3/2018 – Seite 16-30 online http://newsolutions.de/it/epaper/newsolutions-nr-3-2018/

Die neuen Scale-Out Server mit POWER9 – im Detail betrachtet print NEWSolutions Nr. 1/2018 – Seite 16-27 online http://newsolutions.de/it/epaper/newsolutions-nr-1-2018/

Status POWER9 print NEWSolutions Nr. 4/2017, ab Seite 8-11 online http://newsolutions.de/it/epaper/newsolutions-2017-nr-4/

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