Technologischer Nutzen von 64-bit-Architekturen

Präsentation zum Thema: "Technologischer Nutzen von 64-bit-Architekturen"—  Präsentation transkript:

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

2 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

3 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

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

5 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

6 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.

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

8 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

9 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

10 32-Bit virtueller Adressraum
232 = Bytes = 4 GBytes

11 Standard Windows virtueller Adressraum
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 pro Prozess, nur im Kernelmodus Kernel und Ausführungsschicht HAL, Starttreiber Filesystem Cache Paged pool Nonpaged pool 2GB C Prozessseitentabellen, Hyperspace Systemweit, nur im Kernelmodus FFFFFFFF 7

12 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

13 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 .exe code Globale Variablen Per-Thread Benutzermodus Stacks .dll code Prozess Heaps Eindeutig pro Prozess, Benutzermodus 3GB pro Prozess, nur im Kernelmodus BFFFFFFF C Prozess Seitentabellen, Hyperspace Systemweit, nur im Kernelmodus Exec, Kernel, HAL, Treiber, etc. 1GB FFFFFFFF

14 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

15 232 = 4.294.967.296 Bytes = 4 GBytes 232+4 = 68.719.476.736 Bytes
Physische Adresserweiterung für x86 (PAE) 232 = Bytes = 4 GBytes = Bytes = 64 GBytes

16 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

17 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

18 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, Einträge) Seitentabellen (bis zu 512 pro Prozess + bis zu 512 systemweit, Einträge pro Tabelle Physischer Adressraum

19 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

20 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()

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

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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 Large Memory Enabled HW

28 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

29 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

30 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

31 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

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

33 64-Bit virtueller Adressraum
232 = Bytes = 4 GBytes 264 = Bytes = GBytes = 16 ExaBytes

34 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

35 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

36 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

37 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

38 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

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40 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!

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

42 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

43 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

44 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

45 SAP APO-DP benchmark Advanced Planner and Optimizer (APO) Demand Planning (DP) solution
Unisys ES 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

46 64-bit vs. 32-bit Cube processing.
L O w E R T H E B E T T E R

47 TPC-C Itanium 2 Benchmarks
Company System tpmC $/tpmC Database Software Operating System # Server CPU's Date Submitted Availability Date HP HP Integrity Superdome 8.33 Oracle Database 10g Enterprise Edition HP UX 11.iv2 64-Bit Base OS 64 11/4/2003 4/14/2004 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 10.81 32 10/9/2003 12/1/2003 NEC Express5800/1320Xd 11.77 9/8/2003 2/15/2004 Unisys ES7000 Aries 420 Enterprise Server 5.28 16 10/20/2003 HP Integrity rx5670 Linux 3.94 Red Hat Enterprise Linux AS 3 4 9/5/2003 hp server rx5670 7.25 Oracle Database 10G Standard Edition 4.49 Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition 4/24/2003 8/1/2003

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50 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

51 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.

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

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

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

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

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

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

58 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

59 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

60 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

61 Precision Thinking. Relentless Execution. Vielen Dank