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Informe técnico

MongoDB y EMC XtremIO Validación de rendimiento coherente, capacidad de escalamiento horizontal según demanda, reducción de datos en línea y servicios de snapshot ágiles

EMC E-LabTM Resumen del grupo de

soluciones verticales

Este informe técnico proporciona validación técnica para la implementación de MongoDB en el arreglo basado íntegramente en tecnología flash EMC XtremIO y explica los beneficios clave de la solución.

Mayo de 2015

MongoDB y EMC XtremIO 2 Validación de rendimiento coherente, capacidad de escalamiento horizontal según demanda,

reducción de datos en línea y servicios de snapshot ágiles

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Número de referencia H14226



Tabla de contenido

Resumen ejecutivo .......................................................................................................................... 4

Introducción .................................................................................................................................... 5

MongoDB ..................................................................................................................................... 5

Caso de negocio ........................................................................................................................... 5

Mongodb y beneficios de la solución xtremio .................................................................................. 6

Rendimiento coherente ................................................................................................................ 7

Pruebas de rendimiento para la operación de la base de datos de MongoDB en XtremIO ......... 7

Resumen de las pruebas .......................................................................................................... 7

Detalles de la prueba ................................................................................................................ 7

Capacidad y rendimiento escalables según demanda ................................................................ 11

Reducción de datos en línea rentable ......................................................................................... 11

Eficiencia general para el costo total reducido de la infraestructura de MongoDB .................. 11

Servicios de clonación y snapshot ágiles .................................................................................... 12

Clonación de la base de datos de MongoDB en minutos con los snapshots de XtremIO ......... 13

Simplicidad de administración ................................................................................................... 14

Protección de datos avanzada y alta disponibilidad ................................................................... 15

Cifrado de datos inactivos disponible ......................................................................................... 16

Sobre el ambiente de prueba ......................................................................................................... 17

Configuración del servidor .......................................................................................................... 17

Configuración de software .......................................................................................................... 17

Conclusión .................................................................................................................................... 18

Referencias ................................................................................................................................... 19



Resumen ejecutivo Este documento proporciona validación técnica para la implementación de MongoDB 2.6.7 en el arreglo flash EMC XtremIO.

Este informe técnico examina los beneficios de la solución y proporciona una introducción para la implementación de un arreglo de almacenamiento XtremIO en un ambiente MongoDB, incluidos:

• Rendimiento coherente con latencias menores a los milisegundos • Rendimiento de escalamiento horizontal y capacidad según demanda • Reducción considerable en el almacenamiento requerido para las

bases de datos • Creación de clones de bases de datos en minutos sin interrupciones • Alta disponibilidad y seguridad en toda la infraestructura de base

de datos

Este documento está destinado al uso por parte de los desarrolladores, ingenieros, administradores de almacenamiento y base de datos, y los partners que desean implementar el arreglo de almacenamiento EMC XtremIO en un ambiente de MongoDB.



Introducción

MongoDB

Caso de negocio

MongoDB es una de las bases de datos de última generación líderes que ayuda a las empresas a transformar sus sectores mediante el aprovechamiento del poder de los datos. Las organizaciones más sofisticadas del mundo, desde nuevas empresas vanguardistas hasta empresas más grandes, utilizan MongoDB para crear aplicaciones que antes no eran posibles a una fracción del costo de las bases de datos existentes. MongoDB es el ecosistema de base de datos de más rápido crecimiento, con más de 9 millones de descargas, miles de clientes y más de 750 partners de tecnología y servicios.

La mayoría de las implementaciones de MongoDB utilizan almacenamiento de conexión directa (DAS), principalmente debido a que la percepción inicial de DAS es que es rápido, simple y rentable. Casi todos los ambientes de MongoDB comienzan de a poco con algunos nodos y requisitos básicos de operaciones por segundo de la base de datos. Los retos comienzan cuando las empresas buscan escalar.

A medida que crece el uso de estas aplicaciones de última generación, surgen dificultades que generan el crecimiento y el aumento de los requisitos de rendimiento de la infraestructura subyacente. A medida que se escala el ambiente, pueden surgir problemas con DAS en torno a la complejidad y la ineficiencia en la administración del rendimiento, la capacidad y la disponibilidad entre islas de instancias de DAS, lo que aumenta el riesgo y los costos para la organización.

Por estos motivos, muchas organizaciones de TI están consolidando sus arquitecturas de DAS de MongoDB en los arreglos basados íntegramente en tecnología flash XtremIO. XtremIO es el arreglo basado íntegramente en tecnología flash líder que transforma las cargas de trabajo MongoDB mediante una arquitectura consolidada basada íntegramente en tecnología flash que ofrece capacidad y rendimiento de escalamiento horizontal según demanda con latencia de aplicaciones coherente menor a un milisegundo.

Un conjunto enriquecido de servicios de datos en línea continuos, que incluye deduplicación, compresión y los servicios de snapshot con uso eficiente del espacio, asegura que XtremIO puede ser extremadamente rentable en comparación con la arquitectura DAS para ambientes MongoDB. A diferencia de DAS, XtremIO también ofrece cifrado de datos en reposo avanzado y los servicios de disponibilidad más completos que incluyen actualizaciones no disruptivas, todo sin afectar el rendimiento y manteniendo a los ambientes MongoDB disponibles y protegidos. Y la capacidad de consolidar ambientes productivos y no productivos, junto con la clonación en la memoria de XtremIO, permite nuevas funcionalidades para el desarrollo ágil de aplicaciones.



MongoDB y beneficios de la solución XtremIO El arreglo basado íntegramente en tecnología flash EMC XtremIO es la opción óptima para los clientes que desean un almacenamiento de escalamiento horizontal rentable, fácil de usar y de rendimiento coherente con los beneficios adicionales de reducción de datos y servicios de datos que DAS no puede ofrecer. Los beneficios de la implementación de MongoDB en XtremIO son los siguientes:

Rendimiento coherente

Rendimiento y capacidad de escalamiento horizontal según demanda

Reducción de datos en línea rentable

Servicios de snapshot ágiles

Administración y gestión simple

Protección de datos avanzada y alta disponibilidad

Cifrado de datos inactivos disponible

En este documento se analiza cada una de estas ventajas en detalle.



Rendimiento coherente

XtremIO es la plataforma de almacenamiento ideal para acelerar las bases de datos de MongoDB y proporciona una excelente velocidad de transacciones con latencia baja de manera coherente. La distribución de datos con balanceo automático de XtremIO permite un rendimiento coherente en todo el ciclo de vida de los volúmenes, independientemente del tamaño del clúster, la ubicación de los datos o los patrones de I/O. Con los beneficios de los algoritmos optimizados para flash y los controladores activo-activo, XtremIO proporciona rendimiento coherente incluso con cargas de trabajo mixtas. Además, este rendimiento permanece completamente equilibrado,y la latencia permanece por debajo de un milisegundo incluso a escala.

Pruebas de rendimiento para la operación de la base de datos de MongoDB en XtremIO

Las pruebas que aparecen a continuación muestran el rendimiento coherente de XtremIO con un clúster de dos X-Brick mediante el uso de distintas consultas y operaciones de escritura en un ambiente de MongoDB. Ejecutamos dos escenarios de prueba con MongoPerf para simular diferentes operaciones de MongoDB en un volumen de XtremIO.

MongoPerf es una utilidad que verifica el rendimiento independiente de I/O de almacenamiento de MongoDB. Registra y presenta pruebas de I/O aleatorias.

Resumen de las pruebas

Nota: La tabla anterior muestra el rendimiento que se puede esperar de un solo nodo de MongoDB conectado a un clúster X-Brick de XtremIO. A medida que se agregan nodos adicionales, un clúster de dos X-Brick (como el que se utiliza en esta prueba) es capaz de realizar un mantenimiento de ancho de banda e IOPS de almacenamiento mucho más alto.

Detalles de la prueba

Escenario de prueba 1: Simular operaciones de escritura de la base de datos de MongoDB por medio de MongoPerf

MongoPerf se ejecuta con los siguientes parámetros en el LUN de MongoDB:

nThreads:16, fileSizeMB:1000000, mmf:true, r: false, w:true

Escenario de prueba

Detalles IOPS de almacenamiento

Latencia Base de datos Operaciones

Prueba 1

Simular operaciones de escritura de la base de datos de MongoDB en un archivo

50,000 (50 % lectura, 50 %

Menor que 0.25 ms

25,000

Prueba 2

Simular operación mixta (de consulta y de escritura) de MongoDB en un archivo de prueba de 1 TB

55,000 (60 % lectura, 40 % escritura)

Menor que 0.25 ms

45,000



Ampliar archivos de prueba (100 % operaciones de escritura)

El gráfico muestra que XtremIO pudo escalar fácilmente a casi 2,000 MB/ s de ancho de banda de escritura durante la ampliación de un archivo de prueba de 1 TB debido a su arquitectura de múltiples controladores activo-activo.

Simular operaciones de base de datos en el archivo de prueba

IOPS de almacenamiento durante las operaciones de base de datos

Ancho de banda de volumen en MB/s durante la ampliación del archivo de prueba de 1,000 GB



La latencia de almacenamiento permaneció constante en microsegundos durante las operaciones de base de datos

Escenario de prueba 2: Simular operaciones de base de datos mixtas de MongoDB por medio de MongoPerf MongoPerf se ejecuta con los siguientes parámetros en el LUN de MongoDB:

nThreads:16, fileSizeMB:1000000, mmf:true, r: true, w:true

Ampliación de archivo de prueba



Ancho de banda de volumen en MB/s durante la ampliación del archivo de prueba de 1,000 GB

Simular operaciones de base de datos en el archivo de prueba

IOPS de almacenamiento durante las operaciones de base de datos

Latencia de almacenamiento en microsegundos durante las operaciones de base de datos

11 MongoDB y EMC XtremIO Validación de rendimiento coherente, capacidad de escalamiento horizontal según demanda,


Capacidad y rendimiento escalables según demanda

Reducción de datos en línea rentable

MongoDB escala fácilmente para ofrecer un rendimiento rápido y en tiempo real para satisfacer las necesidades del negocio. XtremIO es el único arreglo basado íntegramente en tecnología flash que puede escalar a múltiples nodos con aumentos lineales en IOPS, ancho de banda y capacidad, todo con la misma latencia coherente inferior al milisegundo. A medida que aumentan las necesidades de su aplicación MongoDB, XtremIO escalará linealmente IOPS y capacidad con una latencia coherente en paralelo, según demanda, mientras se encuentra en línea.

El sistema de almacenamiento XtremIO se basa en una arquitectura de escalamiento horizontal. El sistema comienza con un componente básico llamado X-Brick. Cuando se requiere rendimiento y capacidad adicionales, el sistema escala horizontalmente agregando X-Brick. El rendimiento se escala linealmente, lo que garantiza que dos X-Brick duplican la capacidad de IOPS, cuatro X-Brick la cuadruplican y así sucesivamente, de la configuración con un solo X-Brick. La latencia se mantiene baja de manera coherente a medida que el sistema escala horizontalmente.

Rendimiento esperado 2 X-Brick 4 X-Brick 6 X-Brick 8 X-Brick

Rango de perfil de I/O típico (10 % - 40 % Escrituras)

IOPS 220,000 – 300,000

440,000 – 600,000

660,000 – 900,000

880,000 – 1,200,000

Latencia Menor que 1 ms

Menor que 1 ms

Menor que 1 ms

Menor que 1 ms

Alineado con las funciones de rendimiento de MongoDB, flash se convierte en un componente fundamental de la arquitectura subyacente. Sin embargo, la administración de la economía de flash en una implementación de DAS tradicional se convierte en el reto. Las funciones de reducción de datos de XtremIO que constan de deduplicación con compresión, aprovisionamiento delgado y servicios de snapshots que ahorran espacio impulsan eficiencias de datos extraordinarias, lo que genera un menor costo total de propiedad. A diferencia de otros arreglos basados íntegramente en tecnología flash, todos los servicios de datos están en funcionamiento continuo y en línea sin afectar el rendimiento.

Eficiencia general para el costo total reducido de la infraestructura de MongoDB

El arreglo de almacenamiento XtremIO que fue probado, aprovechando los beneficios del aprovisionamiento delgado y la reducción de datos en línea, logró una eficiencia de capacidad general de 22:1. Con la capacidad de volumen 27.083 TB utilizados, XtremIO consumió solo 3.98 TB de capacidad física. Vale la pena mencionar que el requisito de capacidad de almacenamiento fue reducido alrededor de 7 veces en línea por compresión y deduplicación continuas.



Para obtener más información sobre la reducción de datos, consulte “Introducción al arreglo de almacenamiento EMC XtremIO (versión 3.0)” en http://support.emc.com

Servicios de clonación y snapshot ágiles

MongoDB proporciona a los desarrolladores la capacidad de aumentar la productividad considerablemente y de ofrecer un plazo de comercialización más rápido en flujos de trabajo de pruebas y desarrollo tradicionales y de DevOps ágiles. Las operaciones de copia de almacenamiento tradicionales no solo afectan el rendimiento, sino que también son increíblemente lentas, difíciles y desperdician recursos; por lo general, requieren horas o días para crear copias forzadas, lo que afecta la capacidad de Mongo para acelerar los ciclos de desarrollo ágil.

Los servicios de snapshot revolucionarios de XtremIO avanzan procesos ágiles y habilitan nuevas capacidades que transforman su negocio. Con el uso de snapshots de rendimiento completo, instantáneos en la memoria y únicos, XtremIO puede consolidar ambientes de producción y de pruebas y desarrollo en una plataforma. El resultado proporciona a los desarrolladores ambientes paralelos para generar tantas copias como deseen sin afectar los SLA de producción. La consolidación de estas cargas de trabajo y de los snapshots mejora el TCO, acelera el flujo de trabajo e incluso habilita copias de desarrollo que se probarán en el ambiente de producción real, lo que mejora el código.

Para obtener más información sobre los snapshots de XtremIO, consulte “Introducción al arreglo de almacenamiento EMC XtremIO (versión 3.0)” en http://support.emc.com

http://support.emc.com/




Clonación de la base de datos de MongoDB en minutos con los snapshots de XtremIO

Los clientes pueden utilizar XtremIO para clonar la base de datos para copias de respaldo, pruebas y desarrollo y producción. El rendimiento del clon será idéntico al del volumen de producción.

La copia de una base de datos de un nodo a otro puede realizarse mediante los siguientes cuatro pasos.

(Nota: Para obtener un estado coherente con las aplicaciones, todas las operaciones necesarias deben realizarse en la base de datos y el sistema operativo antes de crear la copia)

Paso 1: Crear y nombrar una copia en los volúmenes que alojan la base de datos

Paso 2: Conectar la copia al host de destino por medio de 4 clics



Paso 3: Analizar y montar el snapshot en el host de destino. Por ejemplo, en Linux puede utilizar

# rescan-scsi-bus.sh - i - r

Editar /etc/fstab para agregar el contenido correcto

/dev/mapper/mpathb1 /mongodb ext4 discard,noatime 1 2

#mount /mongodb

Paso 4: Iniciar la base de datos dirigiendo dbpath al snapshot Mongod --dbpath /mongodb/data --logpath /mongodb/log/config.log --port 27017 -- fork

Se crea un clon de MongoDB. Los clientes pueden utilizar este clon de MongoDB para pruebas y desarrollo en paralelo con la producción.

Simplicidad de administración

MongoDB debe ejecutarse en una plataforma de almacenamiento compatible con su facilidad de uso. Las implementaciones de DAS de gran escala resultan en islas de almacenamiento que son ineficientes y difíciles de administrar. Cada vez que se agrega un servidor al ambiente a fin de mantenerse a la par con los requisitos de aplicación elevados, la complejidad de administración empeora debido a que cada servidor debe administrarse por separado. A diferencia de DAS, XtremIO puede consolidar todos los clústeres y las aplicaciones de Mongo en una plataforma simple de manera que nunca tendrá que preocuparse por la supervisión de innumerables sistemas aislados de almacenamiento.

Similar a la facilidad de uso de MongoDB, XtremIO es increíblemente fácil de configurar y administrar, ya que no necesita una configuración de RAID, organización en niveles ni optimización o ajuste manual del rendimiento. XtremIO requiere de poca capacitación y no requiere de habilidades de almacenamiento, y los administradores de MongoDB pueden monitorear todos los volúmenes en cada instancia de MongoDB, lo que proporciona creación de informes granular.

Con XtremIO, administrar un ambiente de escalamiento horizontal de MongoDB nunca fue más fácil. Rastree fácilmente el crecimiento de la capacidad física en comparación con la eficiente para simplificar la planificación de su expansión. Al expandir el tamaño del clúster y agregar más X-Brick, su conjunto de datos se vuelve a equilibrar automáticamente en todo el clúster en línea y se pueden administrar todos los arreglos en una única GUI. Las funciones de búsqueda y de etiqueta de XtremIO alinean la administración de almacenamiento con las necesidades del negocio, lo que le permite etiquetar volúmenes para pruebas y desarrollo o una instancia específica de Mongo y, luego, le dan la capacidad de filtrar los informes por etiqueta.



La siguiente figura muestra el tablero de la GUI, lo que permite que el usuario monitoree el almacenamiento, el rendimiento y las alertas del sistema.

La siguiente figura muestra el tablero de la GUI, lo que permite que el usuario monitoree el estado del hardware

Protección de datos avanzada y alta disponibilidad

Los ambientes de MongoDB son cada vez más de misión crítica y requieren que la alta disponibilidad de la arquitectura y los servicios de continuidad del negocio estén a la altura de las circunstancias. XtremIO es activo-activo multidireccional, sin punto único de falla. La medida en el campo de la disponibilidad de XtremIO supera el 99.999 % y cuando se combina con las soluciones de EMC para habilitar los centros de datos activo-activo, la disponibilidad es de más de 99.9999 %. También ofrece las mejores soluciones en su clase en movilidad de datos y replicación de EMC. Además, los servicios de snapshot sin sobrecarga y de rendimiento completo de XtremIO también se pueden utilizar para protección contra daños lógicos y respaldo. Por último, el esquema de protección de datos de XtremIO, XDP, aprovecha la naturaleza de acceso aleatorio de flash para brindar una sobrecarga de capacidad mucho menor,



una protección de datos superior, y una resistencia y un rendimiento de flash mucho mejores que cualquier algoritmo RAID.

Para obtener más información sobre la alta disponibilidad y la protección de datos avanzada, consulte “Introducción Alta arreglo de almacenamiento EMC XtremIO (versión 3.0)”en http://support.emc.com

Cifrado de datos inactivos disponible

La a adopción de MongoDB por parte de los clientes en todas las áreas del negocio hace que la confidencialidad de los datos se convierta en una prioridad clave. XtremIO ofrece disponibilidad de cifrado de datos en reposo basado en el arreglo en línea, lo cual permite que los clientes satisfagan las necesidades de cumplimiento de normas sin complejidad ni costo adicional. Esto elimina la necesidad utilizar cualquier software de cifrado de otros fabricantes.

El cifrado de datos en reposo (DARE) proporciona cifrado en línea para garantizar que todos los datos almacenados en los discos SSD sean inutilizables si se quitan los medios SSD. Esto evita el acceso no autorizado en caso de robo o pérdida durante el transporte, y permite devolver y reemplazar los componentes fallidos que contienen datos confidenciales.

Para obtener más información sobre el cifrado de datos en reposo, consulte “Introducción al arreglo de almacenamiento EMC XtremIO (versión 3.0)” en http://support.emc.com





HBA Cuatro tarjetas HBA de FC con 1 puerto de 8 GB/s

Componente Descripción EMC XtremIO Versión 3.0.1

Sistema operativo CentOS versión 7.0 x86_64

Sobre el ambiente de prueba El siguiente diagrama indica la configuración de hardware en este informe

Configuración del servidor

Configuración de software

Se utilizó un servidor Cisco UCS C460 para las pruebas

Para obtener información sobre las configuraciones de host, consulte la “Guía de configuración de host para las versiones de XtremIO 2.2.x - 3.0.1” en http://support.emc.com

Componente Descripción

Procesador 4 Intel Xeon○R E704830 @ 2.13 GHzE

A

Memoria 128 GB

MongoDB Versión 2.6.7




Conclusión

XtremIO transforma la infraestructura de almacenamiento para sus ambientes de MongoDB. XtremIO ofrece una plataforma revolucionaria de escalamiento horizontal que consolida y acelera los flujos de trabajo de pruebas y desarrollo y de producción con los increíbles servicios de snapshot y la reducción de datos. Los desarrolladores, ingenieros y administradores se beneficiarán de una infraestructura consolidada y muy simplificada para mejorar el rendimiento de MongoDB, la planificación de la capacidad y la disponibilidad, además de reducir y controlar los costos de almacenamiento.

• Rendimiento coherente con latencias menores a los milisegundos • Rendimiento de escalamiento horizontal y capacidad según demanda • Atractiva economía flash con reducción de datos en línea • Reducción considerable en el almacenamiento requerido para las

bases de datos • Creación de clones de bases de datos en minutos sin interrupciones • Aceleración del desarrollo ágil con snapshots con uso eficiente del

espacio • Alta disponibilidad y seguridad en toda la infraestructura de base

de datos



Referencias Los documentos mencionados en este informe se enumeran a continuación

INTRODUCCIÓN AL ARREGLO DE ALMACENAMIENTO EMC XTREMIO (versión 3.0)

Guía de configuración de host para las versiones de XtremIO

2.2.x - 3.0.1, MANUAL MONGODB 2.6

mongodb y emc xtremio - líder en cloud computing, … · íntegramente en tecnología flash que...

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