Az állandó memória megismerése és üzembe helyezése

A következőkre vonatkozik: Azure Stack HCI, 22H2 és 21H2 verzió; Windows Server 2022, Windows Server 2019, Windows Server 2016, Windows 10

Az állandó memória (vagy PMem) egy új típusú memóriatechnológia, amely energiaciklusokon keresztül megőrzi a tartalmát, és felső szintű tárolóként is használható, ezért hallhatja, hogy a felhasználók a PMem-et tárolóosztályú memóriaként vagy SCM-ként hivatkoznak rá. Ez a cikk hátteret biztosít az állandó memóriáról, és ismerteti, hogyan helyezheti üzembe az Azure Stack HCI és a Windows Server legfelső szintű tárolási rétegeként.

Mi az állandó memória?

Az állandó memória olyan nem felejtő adathordozók típusa, amelyek illeszkednek egy szabványos DIMM(memória)-tárolóhelyhez. Lassabb, mint a DRAM, de nagyobb átviteli sebességet biztosít, mint az SSD és az NVMe. A DRAM-hez képest az állandó memóriamodulok sokkal nagyobb kapacitásban érhetők el, és GB-onként olcsóbbak, de még mindig drágábbak, mint az NVMe. A memóriatartalmak akkor is megmaradnak, ha a rendszer áramellátása váratlan áramkimaradás, felhasználó által kezdeményezett leállítás vagy rendszerösszeomlás esetén leáll. Ez azt jelenti, hogy az állandó memóriamodulokat ultragyors, állandó tárolóként használhatja.

Az Azure Stack HCI és a Windows Server 2019 támogatja az állandó memória gyorsítótárként vagy kapacitásmeghajtóként való használatát. A díjszabási modell alapján azonban az állandó memória a legtöbb értéket gyorsítótárként vagy kis mennyiségű dedikált tárként biztosítja a memórialeképezési adatokhoz. A legtöbb esetben a rendszer automatikusan gyorsítótár-meghajtóként használja az állandó memóriameghajtókat, és bármi lassabbat használ kapacitásmeghajtóként. További információk a gyorsítótár- és kapacitásmeghajtók beállításának módjáról: lásd A tárolókészlet gyorsítótárának megértése és Kötetek megtervezése.

Állandó memóriafogalmak

Ez a szakasz ismerteti azokat az alapfogalmakat, amelyekkel az állandó memóriát Windows Server- és Azure Stack HCI-környezetekben kell üzembe helyeznie az I/O-szűk keresztmetszetek csökkentése és a teljesítmény javítása érdekében.

Hozzáférési módszerek

Az állandó memória elérésének két módja van. Ők vannak:

• Tiltsa le ahozzáférést, amely tárolóként működik az alkalmazáskompatibilitás érdekében. Ebben a konfigurációban az adatok a szokásos módon haladnak át a fájlrendszeren és a tárolóveremeken. Ezt a konfigurációt az NTFS és a ReFS együttes használatával is használhatja, és a legtöbb használati esetben ajánlott.
• közvetlen hozzáférés (DAX), amely memóriaként működik a legalacsonyabb késés érdekében. A DAX-ot csak NTFS-lel kombinálva használhatja. Ha nem megfelelően használja a DAX-ot, adatvesztést okozhat. Határozottan javasoljuk, hogy Blokkfordítási táblázat (BTT) használatával használja a DAX-ot, be van kapcsolva a szakadt írások kockázatának csökkentése érdekében. További információ: DAX-ismertetése és konfigurálása.

Régiók

A régió egy vagy több állandó memóriamodul készlete. A régiók gyakran egymást keresztező csoportokként jönnek létre, amelyekben több állandó memóriamodul jelenik meg egyetlen logikai virtuális címtérként az átviteli sebesség növelése érdekében. A rendelkezésre álló sávszélesség növelése érdekében a szomszédos virtuális címek több állandó memóriamodulra is kiterjednek. A régiók általában a kiszolgálóplatform BIOS-jában hozhatók létre.

PmemDisks

Az állandó memória tárolóként való használatához meg kell határoznia legalább egy PmemDisk-et, amely egy virtuális merevlemez (VHD) a gazdagépen, és amely a virtuális gépen belül PmemDiskként jelenik meg. A PmemDisk a nem felejtő memória egy összefüggően megcímzett tartománya, amelyre úgy gondolhat, mint egy merevlemez-partíció vagy a LUN. A rendelkezésre álló nyers kapacitás felosztásához több PmemDisks-et is létrehozhat Windows PowerShell-parancsmagok használatával. Minden állandó memóriamodul tartalmaz egy címketároló területet (LSA), amely tárolja a konfigurációs metaadatokat.

Fordítási tábla blokkolása

A szilárd állapotú meghajtóktól eltérően az állandó memóriamodulok nem védenek az áramkimaradás vagy rendszerkimaradás esetén fellépő "szakadt írások" ellen, így az adatok veszélybe kerülnek. A BTT azáltal csökkenti ezt a kockázatot, hogy atomi szektorfrissítési szemantikát biztosít az állandó memóriaeszközökhöz, lényegében lehetővé téve a blokkszerű szektorok írását, így az alkalmazások elkerülhetik a régi és az új adatok keveredését egy meghibásodási forgatókönyvben. Határozottan javasoljuk, hogy szinte minden esetben kapcsolja be a BTT-t. Mivel a BTT a PmemDisk tulajdonsága, a PmemDisk létrehozásakor be kell kapcsolni.

Blokkelérési módban a BTT használatát javasoljuk, mert minden adat blokkszemantikát használ. A BTT DAX módban is hasznos, mert a metaadat-műveletek továbbra is blokkszemantikát használnak, még akkor is, ha az alkalmazás adatműveletei nem. Még ha minden alkalmazásművelet dax szemantikával rendelkező memórialeképezett fájlokat használ, a metaadat-műveletek esetében is előfordulhatnak szakadt írások; ezért a BTT bekapcsolása még mindig értékes.

Támogatott hardver

Az alábbi táblázat az Azure Stack HCI és a Windows Server támogatott állandó memóriahardverét mutatja be. Az állandó memória teljes mértékben támogatott a Windows Server 2019-ben, beleértve a Közvetlen tárolóhelyeket is.

Az Intel Optane DC állandó memória támogatja memória (változékony) és App Direct (állandó) működési módokat. Ha az állandó memóriamodulokat tárolóként szeretné használni, ami a kiszolgálói számítási feladatok elsődleges használati esete, az App Direct módot kell használnia. A memória mód lényegében lassabb RAM-ként használja az állandó memóriát, amely általában nem felel meg a kiszolgálói számítási feladatok teljesítménykövetelményeinek. A memória mód eltér a DAX-tól, amely egy állandó tárolókötet, amely memóriaszerű szemantikával érhető el.

A működési módot gyakran előre konfigurálja az eredeti eszköz gyártója.

Állandó memória konfigurálása

Ha Intel Optane állandó memóriát használ, kövesse az itt utasításokat. Ha egy másik gyártó állandó memóriamoduljait használja, tekintse meg a dokumentációjukat.

A BTT-t támogató PmemDisk létrehozásához használja a New-VHD parancsmagot:

New-VHD E:\pmemtest.vhdpmem -Fixed -SizeBytes 1GB -AddressAbstractionType BTT

A VHD-bővítménynek "vhdpmem"-nek kell lennie.

A Convert-VHD parancsmag használatával olyan VHD-t is konvertálhat, amely nem rendelkezik BTT-engedéllyel, olyanná, amely igen, vagy fordítva.

Convert-VHD .\pmemtest_nobtt.vhdpmem -AddressAbstractionType BTT -DestinationPath pmemtest_btt.vhdpmem

A konvertálás után az új VHD névtér GUID azonosítója megegyezik az eredetivel. Ez problémákhoz vezethet, különösen akkor, ha mindkettő ugyanahhoz a virtuális géphez van csatlakoztatva. Ha új névtér UUID-azonosítót szeretne létrehozni a konvertált VHD-hez, használja a Set-VHD parancsmagot:

Set-VHD -ResetDiskIdentifier .\pmemtest_btt.vhdpmem

Az interleaved-készletek ismertetése

Az interleaved készletek általában létrehozhatók a kiszolgálóplatform BIOS-jában, hogy több állandó memóriaeszköz egyetlen lemezként jelenjen meg a gazda operációs rendszer számára, növelve a lemez átviteli sebességét.

Ne feledje, hogy egy állandó memóriamodul egy szabványos DIMM-(memória-) pontban található, amely közelebb helyezi az adatokat a processzorhoz. Ez a konfiguráció csökkenti a késést, és javítja a beolvasási teljesítményt. Az átviteli sebesség további növelése érdekében két vagy több állandó memóriamodul létrehoz egy n-way interleaved készletet az olvasási/írási műveletek csíkozásához. A leggyakoribb konfigurációk a kétirányú vagy a négyirányú összekapcsolás.

A Get-PmemDisk PowerShell-parancsmaggal áttekintheti az ilyen logikai lemezek konfigurációját az alábbiak szerint:

Get-PmemDisk

DiskNumber Size   HealthStatus AtomicityType CanBeRemoved PhysicalDeviceIds UnsafeShutdownCount
---------- ----   ------------ ------------- ------------ ----------------- -------------------
2          252 GB Healthy      None          True         {20, 120}         0
3          252 GB Healthy      None          True         {1020, 1120}      0

Láthatjuk, hogy a 2. logikai PMem-lemez az Id20 és id120 fizikai eszközöket, a 3. logikai PMem lemez pedig az Id1020 és az Id1120 fizikai eszközöket használja.

Ha további információt szeretne lekérni a logikai meghajtók által használt, egymással összekapcsolt készletről, futtassa a Get-PmemPhysicalDevice parancsmagot:

(Get-PmemDisk)[0] | Get-PmemPhysicalDevice

DeviceId DeviceType           HealthStatus OperationalStatus PhysicalLocation FirmwareRevision Persistent memory size Volatile memory size
-------- ----------           ------------ ----------------- ---------------- ---------------- ---------------------- --------------------
20       Intel INVDIMM device Healthy      {Ok}              CPU1_DIMM_C1     102005310        126 GB                 0 GB
120      Intel INVDIMM device Healthy      {Ok}              CPU1_DIMM_F1     102005310        126 GB                 0 GB

Az interleaved-készletek konfigurálása

Az interleaved készlet konfigurálásához futtassa a Get-PmemUnusedRegion parancsmagot az összes olyan állandó memóriarégió áttekintéséhez, amelyek nincsenek hozzárendelve a rendszer logikai állandó memórialemezéhez:

Get-PmemUnusedRegion

RegionId TotalSizeInBytes DeviceId
-------- ---------------- --------
       1     270582939648 {20, 120}
       3     270582939648 {1020, 1120}

A rendszer összes PMem-eszközinformációjának megtekintéséhez, beleértve az eszköz típusát, helyét, állapotát és működési állapotát stb., futtassa a Get-PmemPhysicalDevice parancsmagot:

Get-PmemPhysicalDevice

DeviceId DeviceType           HealthStatus OperationalStatus PhysicalLocation FirmwareRevision Persistent memory size Volatile
                                                                                                                      memory size
-------- ----------           ------------ ----------------- ---------------- ---------------- ---------------------- --------------
1020     Intel INVDIMM device Healthy      {Ok}              CPU2_DIMM_C1     102005310        126 GB                 0 GB
1120     Intel INVDIMM device Healthy      {Ok}              CPU2_DIMM_F1     102005310        126 GB                 0 GB
120      Intel INVDIMM device Healthy      {Ok}              CPU1_DIMM_F1     102005310        126 GB                 0 GB
20       Intel INVDIMM device Healthy      {Ok}              CPU1_DIMM_C1     102005310        126 GB                 0 GB

Mivel van egy nem használt PMem-régiónk, új állandó memórialemezeket hozhatunk létre. A nem használt régióval több állandó memórialemezt is létrehozhatunk az alábbi parancsmagok futtatásával:

Get-PmemUnusedRegion | New-PmemDisk
Creating new persistent memory disk. This may take a few moments.

A művelet befejezése után a következő parancs futtatásával láthatjuk az eredményeket:

Get-PmemDisk

DiskNumber Size   HealthStatus AtomicityType CanBeRemoved PhysicalDeviceIds UnsafeShutdownCount
---------- ----   ------------ ------------- ------------ ----------------- -------------------
2          252 GB Healthy      None          True         {20, 120}         0
3          252 GB Healthy      None          True         {1020, 1120}      0

Érdemes megjegyezni, hogy Get-PmemDisk helyett futtathatjuk Get-PhysicalDisk | Where MediaType -eq SCM, hogy ugyanazokat az eredményeket kapjuk. Az újonnan létrehozott állandó memórialemez egy az egyhez megfelel a PowerShellben és a Windows Felügyeleti Központban megjelenő meghajtókkal.

Állandó memória cseréje

Ha egy sikertelen modult kell lecserélnie, újra kell létrehoznia a PMem-lemezt (tekintse meg a korábban ismertetett lépéseket).

A hibaelhárítás során előfordulhat, hogy használni kell Remove-PmemDisk. Ez a parancsmag eltávolít egy adott állandó memórialemezt. Az összes jelenlegi állandó memórialemezt eltávolíthatjuk a következő parancsmagok futtatásával:

Get-PmemDisk | Remove-PmemDisk

cmdlet Remove-PmemDisk at command pipeline position 1
Supply values for the following parameters:
DiskNumber: 2

This will remove the persistent memory disk(s) from the system and will result in data loss.
Remove the persistent memory disk(s)?
[Y] Yes  [A] Yes to All  [N] No  [L] No to All  [S] Suspend  [?] Help (default is "Y"): Y
Removing the persistent memory disk. This may take a few moments.

Lehet, hogy szüksége lesz egy másik parancsmagra, például a Initialize-PmemPhysicalDevice. Ez a parancsmag inicializálja a fizikai állandó memóriaeszközök címketároló területeit, és törölheti a sérült címketárolási információkat az eszközökön.

Get-PmemPhysicalDevice | Initialize-PmemPhysicalDevice

This will initialize the label storage area on the physical persistent memory device(s) and will result in data loss.
Initializes the physical persistent memory device(s)?
[Y] Yes  [A] Yes to All  [N] No  [L] No to All  [S] Suspend  [?] Help (default is "Y"): A
Initializing the physical persistent memory device. This may take a few moments.
Initializing the physical persistent memory device. This may take a few moments.
Initializing the physical persistent memory device. This may take a few moments.
Initializing the physical persistent memory device. This may take a few moments.

Állandó memória működés közben a Microsoft Ignite 2018-ban

Az állandó memória néhány előnyének megtekintéséhez nézzük meg ezt a videót a Microsoft Ignite 2018 konferenciáról.

Minden olyan tárolórendszer, amely hibatűrést biztosít, szükségszerűen elosztott írási másolatokat készít. Az ilyen műveleteknek át kell haladnia a hálózaton, és fel kell erősítenie a háttérbeli írási forgalmat. Emiatt az abszolút legnagyobb IOPS-teljesítménytesztszámokat általában csak olvasások mérésével érik el, különösen akkor, ha a tárolórendszer józan optimalizálásokkal rendelkezik a helyi másolatból való olvasáshoz, amikor csak lehetséges. A Közvetlen tárolóhelyek erre van optimalizálva.

Amikor kizárólag olvasási műveletek segítségével mérték, a fürt 13 798 674 IOPS-t szállított.

Ha alaposan megnézi a videót, észre fogja venni, hogy ami még inkább megdöbbentő, az a késés. Még több mint 13,7 M IOPS esetén is a Windows fájlrendszere folyamatosan kevesebb mint 40 μs késést jelent! (Ez a mikroszekundumok szimbóluma, a másodperc egymilliomod része.) Ez a sebesség nagyságrenddel gyorsabb, mint amit a tipikus minden flash szállítók büszkén hirdetnek ma.

A Windows Server 2019-ben a Storage Spaces Direct és az Intel® Optane™ DC állandó memória együtt áttörő teljesítményt nyújtottak. Ez a több mint 13,7 millió IOPS-os HCI-teljesítményteszt kiszámítható és rendkívül alacsony késéssel párosul, több mint duplája a korábbi, 6,7 millió IOPS-ra vonatkozó iparági vezető teljesítménytesztnek. Mi több, ezúttal csak 12 kiszolgálócsomópontra volt szükségünk – 25 százalékkal kevesebbre, mint korábban.

A teszthardver egy 12 kiszolgálós fürt volt, amely háromirányú tükrözést és határolt ReFS-köteteket használt. 12 x Intel® S2600WFT, 384 GiB memória, 2 x 28 magos "CascadeLake", 1,5 TB Intel® Optane™ DC állandó memória cache-ként, 32 TB NVMe (4 x 8 TB Intel® DC P4510) kapacitásként, 2 x Mellanox ConnectX-4 25 Gbps.

Az alábbi táblázat a teljes teljesítményszámokat mutatja.

Következő lépések

A kapcsolódó információkért lásd még:

• Közvetlen tárolóhelyek áttekintése
• Állandó memória egészségének kezelése
• A tárolókészlet gyorsítótárának ismertetése