Technologischer Nutzen von 64-bit-Architekturen Rudolf Nordhues Unisys Deutschland GmbH

Agenda Unternehmensdarstellung 32-Bit oder 64-Bit Technologie, Limits und Benefits 64-Bit Hardware Architektur-Ansätze Implementierungsbeispiel im Zusammenspiel von SAP und Microsoft SQL 2000 Praxisdemo mit Remote-Zugriff auf einen 64-Bit Enterprise Server im Unisys SAP Competence Center Walldorf Summary

Agenda Unternehmensdarstellung 32-Bit oder 64-Bit Technologie, Limits und Benefits 64-Bit Hardware Architektur-Ansätze Implementierungsbeispiel im Zusammenspiel von SAP und Microsoft SQL 2000 Praxisdemo mit Remote-Zugriff auf einen 64-Bit Enterprise Server im Unisys SAP Competence Center Walldorf Summary

Unisys Portrait Weltweit Services 76% Technology 24% 56% Umsatz außerhalb der USA Weltweit Unisys Corporation mit Hauptsitz in Blue Bell/Philadelphia, USA 50.000 Kunden in über 100 Ländern, vertreten in allen Regionen der Erde Ca. 36.500 Mitarbeiter $5,9 Milliarden Umsatz im Jahr 2003 Gelistet bei NYSE Ein Fortune 300 Unternehmen

Unsere Kompetenzen. Tradition und Innovation 5 Kernkompetenzen 5 Global Industries System Integration Outsourcing Infrastruktur Services Server Technologie Consulting Financial Services Telekommunikation und Media Öffentlicher Bereich Transport und Logistik Industrie & Handel Heute - ES7000 Server, umfassende Services und Lösungen – weltweit. 1950 -ENIAC

Server Technologie Imagine it. Done. Leistungsstarke Enterprise-Server mit Großrechner-Qualitäten und offenem Betriebssystem für die Konsolidierung und für große geschäftskritische Anwendungen. Done. Die Unisys ES7000-Familie mit Windows Datacenter Edition Betriebssystem: 1000-fach bewährt.

ES7000 Leadership Windows Server Market and Share Unisys Leads in the “Big” Windows Market >50K$ Windows Server Market Source: International Data Corporation

Agenda Unternehmensdarstellung 32-Bit oder 64-Bit Technologie, Limits und Benefits 64-Bit Hardware Architektur-Ansätze Implementierungsbeispiel im Zusammenspiel von SAP und Microsoft SQL 2000 Praxisdemo mit Remote-Zugriff auf einen 64-Bit Enterprise Server im Unisys SAP Competence Center Walldorf Summary

Speichermodell 32-Bit Technologie Standard Windows 2000 virtueller Adressraum 4 Gigabyte RAM Tuning Physische Adresserweiterung Intel x86 (PAE) Address Windowing Extension (AWE) Large Memory Enabled (LME) Windows Produkt Optionen Datenbanken SQL Server / Oracle Exchange Server 2000 Terminal Services

32-Bit virtueller Adressraum 232 = 4.294.967.296 Bytes = 4 GBytes

Standard Windows virtueller Adressraum 00000000 Jeder Prozess kann über einen 4GB großen virtuellen Adressraum verfügen 2 GB Benutzerbereich 2 GB Systembereich .exe Code Globale Variablen Stacks von Threads .dll code Eindeutig pro Prozess, Benutzermodus 2GB 7FFFFFFF 80000000 pro Prozess, nur im Kernelmodus Kernel und Ausführungsschicht HAL, Starttreiber Filesystem Cache Paged pool Nonpaged pool 2GB C0000000 Prozessseitentabellen, Hyperspace Systemweit, nur im Kernelmodus FFFFFFFF 7

Task Manager Physischer Arbeitsspeicher Freie Seiten, Null- und Standby-Listen Systemseiten (z.B. Cache) Zugesicherter virtueller Speicher Summe Paged + Nonpaged Auslagerungspool Residenter Pool Virtueller Speicher ohne Erweiterung der Auslagerungsdatei

4Gigabyte RAM Tuning Adressraum auch bekannt als Application Memory Tuning oder /3GB Tuning möglich auf x86 mit W2K AS, W2K3 EE und W2K DCE, W2K3 DCE maximal bis zu 16 GB RAM 00000000 .exe code Globale Variablen Per-Thread Benutzermodus Stacks .dll code Prozess Heaps Eindeutig pro Prozess, Benutzermodus 3GB pro Prozess, nur im Kernelmodus BFFFFFFF C0000000 Prozess Seitentabellen, Hyperspace Systemweit, nur im Kernelmodus Exec, Kernel, HAL, Treiber, etc. 1GB FFFFFFFF

4 GB RAM Tuning nutzbar durch Aktivierung durch Angabe von /3GB in boot.ini Anwendung benötigt LargeAddressAware Linker-Option /LARGEADDRESSAWARE:Yes überprüfbar mittels [boot loader] timeout=30 default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINNT [operating systems] multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINNT= "W2K DCE 3GB" /3GB Imagecfg oracle.exe

232 = 4.294.967.296 Bytes = 4 GBytes 232+4 = 68.719.476.736 Bytes Physische Adresserweiterung für x86 (PAE) 232 = 4.294.967.296 Bytes = 4 GBytes 232+4 = 68.719.476.736 Bytes = 64 GBytes

Physische Adresserweiterung für x86 (PAE) notwendig um mehr als 4 GB RAM zu adressieren spezieller Kernel in Kombination mit /3GB max. 16 GB RAM Aktivierung durch boot.ini 0 GB 4 GB /PAE Angabe in boot.ini erforderlich [boot loader] timeout=30 default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINNT [operating systems] multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINNT= "W2K DCE PAE" /PAE 32 GB

Systemnutzen von PAE Systemadressraum bis 32 GB RAM Kernel Speicher Systemadressraum bis 32 GB RAM Benutzertransparent Reduzierung von Paging Unterstützung durch LME Hardware 2(or 3)GB Prozess Mapping to Kernel 2(or 3)GB Prozess Mapping to Kernel 2(or 3)GB Prozess Mapping to Kernel

Übersetzung virtueller Adressen ohne PAE Seitenverzeichnisindex 10 Bits Seitentabellenindex 10 Bits Byteindex 12 Bits 32 Bit Adresse KPROCESS Index Index Physische Adresse CR3 Register PFN PTE 32 Bit breit PFN Gesuchtes Byte gesuchte Seite PDE PFN Page Frame Number PDE Page Directory Entry PTE Page Table Entry 32 Bit breit Seitenverzeichnis (1 pro Prozess, 1024 Einträge) Seitentabellen (bis zu 512 pro Prozess + bis zu 512 systemweit, 1024 Einträge pro Tabelle Physischer Adressraum

Übersetzung virtueller Adressen mit PAE Seitenverzeichnis- zeigerindex 2 Bits Seitenverzeichnisindex 9 Bits Seitentabellenindex 9 Bits Byteindex 12 Bits 32 Bit Adresse Index Index Index KPROCESS Physische Adresse CR3 Register PFN PTE 64 Bit breit PFN Gesuchtes Byte gesuchte Seite PDE 64 Bit breit PFN PDE Seitenverzeichniszeiger (1 pro Prozess, 4 Einträge) Seitenverzeichnis (bis zu 4 pro Prozess, 512 Einträge) Seitentabellen (512 Einträge pro Tabelle) Physischer Adressraum

Address Windowing Extension Ermöglicht den Zugriff auf mehr als 2 GB bzw. 3GB durch einen Prozess mittels AWE API’s AWE API Aufrufe Reservieren des physischen Speichers; AllocateUserPhysicalPages() Erstellen eines Adressierungsfensters auf den physischen Speicher; VirtualAlloc() with the MEM_PHYSICAL FLAG Abbildung von physischem Speicher im Adressierungsfenster; MapUserPhysicalPages() FreeUserPhysicalPages()

Systemadressraum 2GB bzw. 1GB AWE Arbeitsweise Anwendung 2 GB bzw. 3 GB Benutzeradressraum Systemadressraum 2GB bzw. 1GB Virtueller Adressraum des Prozesses Physischer Speicher

AWE Arbeitsweise 1. Schritt Anwendung 2 GB bzw. 3 GB Benutzeradressraum Systemadressraum 2GB bzw. 1GB AllocateUserPhysicalPages() Virtueller Adressraum des Prozesses Physischer Speicher

AWE Arbeitsweise 2. Schritt Anwendung 2 GB bzw. 3 GB Benutzeradressraum Systemadressraum 2GB bzw. 1GB AllocateUserPhysicalPages() AWE- Fenster VirtualAlloc() Virtueller Adressraum des Prozesses Physischer Speicher

AWE Arbeitsweise 3. Schritt Anwendung 2 GB bzw. 3 GB Benutzeradressraum Systemadressraum 2GB bzw. 1GB MapUserPhysicalPages() AWE- Fenster VirtualAlloc() AWE- Fenster VirtualAlloc() Virtueller Adressraum des Prozesses Physischer Speicher

AWE Arbeitsweise 3. Schritt Anwendung 2 GB bzw. 3 GB Benutzeradressraum Systemadressraum 2GB bzw. 1GB MapUserPhysicalPages() AWE- Fenster VirtualAlloc() AWE- Fenster VirtualAlloc() Virtueller Adressraum des Prozesses Physischer Speicher

AWE Einschränkungen Prozesse können keine Seiten gemeinsam nutzen dieselbe physische Seite kann nicht mehreren virtuellen Adressen im selben Prozess zugeordnet werden der AWE Bereich kann keinen ausführbaren Programmcode enthalten der AWE Bereich ist nicht nutzbar als Datenpuffer für Grafik- oder Videoaufrufe jeder AWE Bereich ist als eine Einheit wieder freizugeben

Large Memory Enabled HW www.microsoft.com/hcl

AWE E/A mit Large Memory Enabled Network Anwendung Disk 2 GB bzw. 3 GB Benutzeradressraum Systemadressraum 2GB bzw. 1GB MapUserPhysicalPages() direkte E/A AWE- Fenster VirtualAlloc() AWE- Fenster VirtualAlloc() Virtueller Adressraum des Prozesses Physischer Speicher

Windows Produkt Optionen Option Produkt /3GB /PAE BS-Limit Windows 2000 Advanced Server Yes/No Yes/No No Yes 4 GB 8 GB Windows 2000 Datacenter Edition Yes/No Yes No No Yes Yes 4 GB 16 GB 32 GB Windows 2003 Enterprise Edition Windows 2003 Datacenter Edition 4 GB 16 GB 64 GB

SQL Server 2000 Speicherverwaltung SQL Server unterstützt bis zu 64 GB Anmerkung bei Benutzung von mehr als 4 GB Dynamische Speicherverwaltung nicht mehr möglich Aktivierung AWE mittels sp_configure oder SQL Server 2000 Enterprise Manager Exec sp_configure ‘awe enabled’,1 4GB 16 GB 32 GB 64 GB W2K W2K3 PAE N 3GB -- AWE -- PAE Y 3GB -- AWE Y PAE Y 3GB N AWE Y

Exchange Server 2000 Speicherverwaltung Keine effektive Benutzung des Speichers bei mehr als 4GB RAM durch den Exchange Server AWE kann nicht für den Exchange Server genutzt werden /3GB Option sollte genutzt werden

Terminal Server Speicherverwaltung Terminal Server Nutzung wird durch den Systemadressraum eingeschränkt /3GB sollte nicht genutzt werden die Verwendung von PAE bringt nur geringen Nutzen

64-Bit virtueller Adressraum 232 = 4.294.967.296 Bytes = 4 GBytes 264 = 18.446.744.073.709.551.616 Bytes = 17.179.869.184 GBytes = 16 ExaBytes

64-Bit / 32-Bit Vergleich Adressraum Kenndaten Adressraum 64-Bit 32-Bit Virtueller Adressraum 16 TB 4GB Paging File 512 TB Hyperspace 8 GB 4 MB Paged Pool 128 GB 470 MB Non-Paged Pool 256 MB Systemcache 1 TB ~1 GB System PTE‘s 660 MB 7

Systemnutzen von 64-Bit Datenbanken mit großen Cachebedarf > 2.7 GB, wie bei DHW Systemen üblich Oracle Datenbanken mit großen Bedarf an PGAs für interne Sorts Oracle Datenbanken mit mehr als 2000 Concurrent Datenbankverbindungen große zentrale SAP Systeme SAP APO Systeme mit Livecache Serverkonsolidierung

Datenbank Migration leichter geht’s nicht! Datenbankkopie erstellen Kopie dem Itanium2 System bekanntgeben Starten der Databank auf dem Itanium2 System erledigt in Minuten! Architekturwechsel ohne Risiko Performancegewinn Zukunftssichere Plattform rp2470 IA32 rx2600 Itanium2 SAN infrastructure virtualized storage system

Agenda Unternehmensdarstellung 32-bit oder 64-bit Technologie, Limits und Benefits 64-bit Hardware Architektur-Ansätze Implementierungsbeispiel im Zusammenspiel von SAP und Microsoft SQL 2000 Praxisdemo mit Remote-Zugriff auf einen 64-bit Enterprise Server im Unisys SAP Competence Center Walldorf Summary

Intel Itanium™ 2 Architectural Features Memory Addressing 1024 TB System Bus Bandwidth 6.4 GB/s On-die L3 Cache 3/6/9 MB 8 Issue Ports 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 On-die Registers 328 Registers Execution Units 6 Integer, 3 Branch 2 FP, 1 SIMD 2 Load, 2 Store Core Frequency 1.5 GHz Instructions / Clk 6 Instructions / Cycle Performance via Parallelism

Unisys ES7000 Server Familie 9 Modelle Aries Orion Aries Orion 510 520 530 540 550 560 410 420 430 32-bit – Xeon MP 64-bit – Itanium 2 Heute verfügbar!

Unisys 64-bit ES7000 Architektur ICH LAN USB PCI IDE FLASH SNC Memory IA64 CPU SIOH (IOHM) P64H2 SPS (ISPM) SIOH-I

Unisys 64-bit ES7000 Architektur verteilte Shared-Memory Architektur Bis zu 4 Prozessor/Memory Knoten Jeder Knoten enthält bis zu 4 Prozessoren und 32GB RAM Knotenkontroller ermöglichen den Zugriff auf andere Knoten und E/A Hubs bis zu 16 Itanium2 Prozessoren 1.3GHz mit 3MB on-die Cache 1.5GHz mit 6MB on-die Cache bis zu 2 Crossbars Interconnect Prozessor/Memory Knoten und E/A Hubs Datendurchsatz pro Verbindung bis zu 6.4 GB/sec, non-blocking, Full-Duplex Datendurchsatz bis zu 38.4 GB/s pro Crossbar

Unisys 64-bit ES7000 Architektur - Memory Hochleistungsspeicherarchitektur bis zu 128GB RAM großer, flacher virtueller Adressraum bis zu 16 Terabytes 8 TB for Windows kernel 8 TB for user processes Performance Boost für Windows Kernel und Anwendung kein 32-Bit PAE/AWE Mapping/Un-Mapping Aufwand Zuordnung physische Seiten Zuordnung eines virtuellen Adressfensters Mappen der physischen Seiten auf das VA Fenster Effektivere Adressumsetzung von virtuell auf physisch, weniger (TLB) Fehlzugriffe Bis zu 4 Wege Memory Interleave erlaubt parallelen Speicherzugriff

OLAP Processing Results 64 vs. 32-bit w E R T H E B E T T E R Point when 32 bit becomes unstable * 64-bit processor was slightly faster

SAP APO-DP benchmark Advanced Planner and Optimizer (APO) Demand Planning (DP) solution Unisys ES7000-400 with sixteen 1.5GHz Itanium 2 processors attained the world record performance achieving 586,319/hour planned characteristic combinations on an aggregate level running Microsoft Windows Server 2003 and Microsoft SQL Server 2000 (64-bit). This is 24 percent higher than IBM’s p690 (474,162) using sixteen 1.3 GHz Power4 processors, IBM's Unix-based AIX operating system, and the Oracle 9i database. The IBM benchmark was the previous world record. Higher is better

64-bit vs. 32-bit Cube processing. L O w E R T H E B E T T E R

TPC-C Itanium 2 Benchmarks Company System tpmC $/tpmC Database Software Operating System # Server CPU's Date Submitted Availability Date HP HP Integrity Superdome 1008144.49 8.33 Oracle Database 10g Enterprise Edition HP UX 11.iv2 64-Bit Base OS 64 11/4/2003 4/14/2004 824164.53 8.28 Oracle Database 10G Enterprise Edition 7/30/2003 12/31/2003 786646 6.49 Microsoft SQL Server 2000 Enterprise Ed. 64-bit Microsoft Windows Server 2003 Datacenter Edition 64-bit 8/27/2003 10/23/2003 707102 7.16 Microsoft Windows Server 2003 Datacenter Edition 5/20/2003 NEC NEC Express5800/1320Xd c/s w/Express5800/12Rf-2 577530.77 10.81 32 10/9/2003 12/1/2003 NEC Express5800/1320Xd 521440.53 11.77 9/8/2003 2/15/2004 Unisys ES7000 Aries 420 Enterprise Server 291410.61 5.28 16 10/20/2003 HP Integrity rx5670 Linux 136110.98 3.94 Red Hat Enterprise Linux AS 3 4 9/5/2003 hp server rx5670 131639.8 7.25 Oracle Database 10G Standard Edition 121065.13 4.49 Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition 4/24/2003 8/1/2003

Agenda Unternehmensdarstellung 32-Bit oder 64-Bit Technologie, Limits und Benefits 64-Bit Hardware Architektur-Ansätze Implementierungsbeispiel im Zusammenspiel von SAP und Microsoft SQL 2000 Praxisdemo mit Remote-Zugriff auf einen 64-Bit Enterprise Server im Unisys SAP Competence Center Walldorf Summary

Server Konsolidierung SAP MS SQL Server 2000 Anforderung: zwei SAP Systeme sollen mit ihren SQL Server Datenbanken auf einen Server konsolidiert werden. Das Zielsystem soll über eine Kapazitätsreserve von 20% verfügen, die den Anwendungen für Lastspitzen zur Verfügung stehen soll. Das BW System benötigt große Datenbankcaches Das ERP System hat eine hohes Transaktionsaufkommen und darf durch den gleichzeitigen Einsatz von BW nicht in den Antwortzeiten beeinflusst werden.

Derzeitige Systemlandschaft ERP System (1-n Server) BW System (1-n Server) App1 App2 SQL2 SQL1

Server Konsolidierung Neuer Server Freie Kapazität (für weitere Anwendungen oder Lastspitzen) Frei 20% BW 40% BW App2 SQL2 ERP App1 ERP 40% SQL1

Server Konsolidierung Neuer Server Freie Kapazität (für weitere Anwendungen oder Lastspitzen) Frei 20% BW 40% BW App2 SQL2 ERP App1 ERP 40% SQL1

Server Konsolidierung Lastkonflikt Neuer Server Freie Kapazität (für weitere Anwendungen oder Lastspitzen) BW 70% BW App2 SQL2 ERP App1 ERP 30% SQL1

Server Konsolidierung mit Resource Management Eingestellte Lastwerte Neuer Server BW 50% BW 60% BW App2 SQL2 ERP 50% ERP 40% ERP App1 SQL1

Server Konsolidierung mit Resource Management Eingestellte Lastwerte Neuer Server BW 50% BW 50% BW App2 SQL2 ERP App1 ERP 50% ERP 50% SQL1

Agenda Unternehmensdarstellung 32-Bit oder 64-Bit Technologie, Limits und Benefits 64-Bit Hardware Architektur-Ansätze Implementierungsbeispiel im Zusammenspiel von SAP und Microsoft SQL 2000 Praxisdemo mit Remote-Zugriff auf einen 64-Bit Enterprise Server im Unisys SAP Competence Center Walldorf Summary

Agenda Unternehmensdarstellung 32-Bit oder 64-Bit Technologie, Limits und Benefits 64-Bit Hardware Architektur-Ansätze Implementierungsbeispiel im Zusammenspiel von SAP und Microsoft SQL 2000 Praxisdemo mit Remote-Zugriff auf einen 64-Bit Enterprise Server im Unisys SAP Competence Center Walldorf Summary

Summary keine Adressierungslimits mit 64-Bit Technologie (PAE, 3GB, AWE entfällt) Ideale Plattform für große OLTP Datenbanken und Data Warehouse Datenbanken Ideale Plattform zur Anwendungskonsolidierung SAP & Siebel Benchmarks beweisen eine Skalierung über auch für Anwendungen über 8 CPU‘en hinaus

Precision Thinking. Relentless Execution. Vielen Dank