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Microsoft Enterprise Platform para profissionais de UNIX: Altos desempenho e escalabilidade

Capítulo 4 - Atingindo alto desempenho e alta escalabilidade

Publicado em: 10 de novembro de 2004

Desempenho refere-se a praticamente todos os parâmetros do ambiente de computação que podem ser medidos ou que possam estar sujeitos a um Contrato de Nível de Serviço. Portanto, confiabilidade, segurança e facilidade de gerenciamento podem ser considerados aspectos de desempenho, mas eles serão discutidos em outra parte deste manual. Neste capítulo, desempenho significa a velocidade com a qual o trabalho pode ser realizado pelos aplicativos e o volume de trabalho que pode ser realizado dentro de um determinado prazo.

O desempenho inclui não apenas uma alta capacidade de processamento, mas também a possibilidade de aumentar essa capacidade sem fazer grandes alterações na solução. Uma alta capacidade de processamento normalmente exige recursos de computação como servidores e espaço de armazenamento, além da possibilidade de suportar mais clientes humanos ou automatizados. Esses aspectos de desempenho são, normalmente, chamados de escalabilidade.

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Visão geral do desempenho
Desempenho do Windows Server 2003

Visão geral do desempenho

A reputação do UNIX como sistema de alto desempenho tem sua origem em três importantes funções:

  • SMP (Multiprocessamento Simétrico) de larga escala

  • Subsistemas de disco de alto desempenho

  • Suporte a protocolos de rede de alto desempenho por meio de interfaces de rede de alto desempenho

O kernel original do UNIX foi desenvolvido para computadores com um único processador, e as primeiras implementações do SMP resultaram em um desempenho menor que o esperado com base no número de processadores. Os fornecedores de sistemas UNIX proprietários aumentaram gradualmente a capacidade do sistema para aproveitar totalmente os vários processadores. Como resultado, atualmente, os sistemas UNIX são capazes de atingir um desempenho muito alto com o SMP.

Os fornecedores que distribuem plataformas UNIX de alto desempenho normalmente incorporam hardware que oferecem suporte a transferências de dados paralelas de alta largura de banda para matrizes de armazenamento em disco. Os fornecedores de UNIX investiram muitos recursos no aumento do desempenho das suas pilhas de rede, mas o alto desempenho resultante se deve, em última análise, a um hardware proprietário de alto custo.

Desempenho do Windows Server 2003

O Windows Server também oferece suporte ao SMP, e seus recursos melhoraram muito desde o seu lançamento. A Microsoft trabalha com os fornecedores de hardware para garantir que os produtos corporativos atinjam o potencial de alto desempenho do Windows Server para subsistemas de disco de alta taxa de transferência. Isso inclui o suporte NUMA (Acesso Não-uniforme à Memória), que permite ao Windows Server superar as limitações de escalabilidade da arquitetura SMP.

A pilha do protocolo TCP/IP do Windows Server foi criada e testada levando em conta o desempenho e a escalabilidade. Essa implementação permite que um aplicativo bem escrito extraia cada ciclo possível do hardware de rede. A seguir são apresentados alguns exemplos do desempenho da pilha TCP/IP do Windows Server, extraídos do documento técnicoProblemas Comuns de Desempenho em Aplicativos de Rede. Parte 1: Aplicativos interativos:

  • O Windows Server foi testado com mais de 200 mil conexões TCP simultâneas.

  • O IIS (Internet Information Services) no Windows Server obteve uma classificação elevada no SPECWeb96, atendendo a mais de 25 mil solicitações de HTTP por segundo.

  • O Windows Server foi usado para estabelecer um recorde de mais de 750 Megabits por segundo (Mbps) em uma rede transcontinental de gigabits que consistia em 10 saltos.

Cada edição do Windows Server 2003 oferece suporte aos seguintes atributos de desempenho:

  • Windows Server 2003, Standard Edition: suporte para até 2 GB de RAM e com SMP (Multiprocessamento Simétrico) de até 4 vias

  • Windows Server 2003, Enterprise Edition: suporte para até 32 GB de RAM e com SMP de até 8 vias, suporte opcional para processadores Itanium de 64 bits

  • Windows Server 2003, Datacenter Edition: suporte para até 512 GB de RAM e SMP de até 64 vias, com a possibilidade de uso de processadores de 64 bits

  • Windows Server 2003, Web Edition: suporte para até 2 GB de RAM e SMP de até 2 vias

Essa capacidade mais elevada pode ser obtida através de aumento gradual — adquirindo um Sistema Windows Server de maior capacidade — ou através da expansão — adicionando mais sistemas paralelos. Isso é aplicável não apenas para o processamento de aplicativos, mas também para servidores de bancos de dados e ferramentas, tais como firewall e servidores de proxy.

As opções de aumento gradual e expansão existem para os sistemas UNIX, mas ainda estão sujeitas às complexas e caras políticas de preços do mercado de sistemas proprietários. Ao contrário, os fornecedores do Sistema Windows Server devem ser ousados quanto ao preço de suas opções de atualização. Se uma oferta não for a mais econômica do mercado, outro fornecedor sempre estará pronto e disposto a fornecer uma solução compatível.

Do ponto de vista do gerenciamento de desempenho, essa é uma situação ideal para o cliente. Um fornecedor do Sistema Windows Server tem pouca possibilidade de "prender" um cliente se tornar as possibilidades alternativas pouco atraentes do ponto de vista econômico. A única estratégia de controle de contas à disposição dos fornecedores do Sistema Windows Server é sempre oferecer produtos e serviços de alta qualidade a preços competitivos.

Embora o Windows Server 2003 seja adequado para funcionar sem qualquer adaptação com a carga de trabalho da maioria dos clientes, é possível ajustar as configurações do servidor. Os ajustes podem gerar ganhos graduais de desempenho, especialmente quando a natureza da carga de trabalho não varia muito ao longo do tempo. Os parâmetros ajustáveis à disposição para otimizar o desempenho do Sistema Windows Server são os seguintes: serviço de arquivos, rede, armazenamento e serviço de Web.

Escalabilidade de processamento

O Windows Server 2003 também fornece escalabilidade em sistemas multiprocessadores corporativos de grande porte. A escalabilidade melhorou muito em sistemas de grande porte com oito ou mais processadores x86 e de 64 bits. Várias cargas de trabalho diferentes foram usadas para analisar a escalabilidade, tais como a carga de trabalho do TPC-C (Conselho de Desempenho de Processamento de Transações) e a carga de trabalho de Vendas e Distribuição da SAP. Além disso, a escalabilidade de vários recursos e componentes, tais como IIS, Active Directory e diversos componentes de rede, melhorou no Windows Server 2003.

Suporte a um grande número de usuários

Embora o Windows tenha sido originalmente projetado como um sistema operacional para computadores pessoais, o Windows Server 2003 é um sistema operacional de servidor corporativo. Como provam inúmeras empresas clientes em todo o mundo, o Windows Server 2003 é capaz de atender a milhares de usuários simultaneamente.

Até mesmo os maiores sistemas UNIX raramente atendem a milhares de usuários com um único processador. Freqüentemente, são usados vários processadores, grupos de processadores e clusters. Para bases muito grandes e dispersas de usuários de aplicativos, vários complexos de processadores e várias instâncias do banco de dados podem estar até mesmo geograficamente afastados.

O Windows Server permite que os fornecedores de hardware usem as mesmas técnicas e estratégias de aumento gradual para servidores de multiprocessadores mais potentes e de expansão para o uso de vários servidores paralelos. Atualmente, o Windows Server 2003 suporta SMP de até 64 vias (disponível no Windows Server 2003, Datacenter Edition), além de suportar o balanceamento de carga da rede, balanceando automaticamente as solicitações recebidas da Internet entre os servidores de um cluster.

Em outubro de 2004, o Conselho de Desempenho de Processamento de Transações reconheceu configurações de sistemas da Dell, Hewlett-Packard, IBM e RackSaver entre os dez melhores sistemas em termos de custo por transação por segundo. A população média de usuários representada nesses níveis de referências é de aproximadamente 24.400, com pico de cerca de 35 mil usuários e mínima de aproximadamente 17.200 usuários. O sistema operacional de nove entre os dez sistemas é o Windows Server 2003.

Para obter mais informações sobre os testes comparativos do TPC-C para avaliar o custo por transação por segundo, consulte:
http://www.tpc.org/tpcc/results/
tpcc_price_perf_results.asp
 (em inglês)

Desempenho dos aplicativos Web

A expansão por software é uma técnica usada para aumentar a capacidade de um aplicativo através da inclusão de servidores. Ao passo que a expansão por hardware exige servidores especializados, a expansão por software pode ser realizada através de servidores comerciais padrão. Com a expansão por software, a relação entre o custo e o aumento da capacidade é quase linear.

O Microsoft Application Center simplifica a expansão por software através do clustering. A expansão por software sempre foi associada a um alto custo em termos de complexidade e recursos para fazer os aplicativos funcionarem em vários servidores com um recurso unificado. O Application Center elimina essas barreiras, criando e executando um grupo de servidores. O funcionamento foi projetado para ser tão simples quanto operar um único servidor.

O Application Center oferece as vantagens da expansão por software para os aplicativos existentes, sem exigir modificações ou regravações dos aplicativos, pois não utiliza nenhuma API (Interface de Programação de Aplicativos) nova.

Para obter mais informações sobre o Application Center, consulte:
http://www.microsoft.com/applicationcenter/ (em inglês)

Desempenho de portais e e-business

Portais e sites de e-Business exigem vários recursos especializados para os usuários, além de confiabilidade e disponibilidade. O Microsoft Commerce Server oferece alto desempenho, escalabilidade e a comprovada confiabilidade exigida por soluções de missão crítica. O Commerce Server possui um poderoso conjunto de recursos para sites que não realizam transações, entre eles levantamento de perfis de usuários, direcionamento de conteúdo, vários idiomas e análises avançadas de negócios. Os recursos também se estendem aos sites de transações com recursos de gerenciamento de catálogos, processamento de pedidos e comercialização.

Para obter mais informações sobre o Commerce Server, consulte:
http://www.microsoft.com/commerceserver/ (em inglês)

Desempenho de bancos de dados OLTP e OLAP

O Microsoft SQL Server 2000 é um RDBMS totalmente compatível com a Web que permite o uso de alguns dos maiores aplicativos e de maior desempenho de OLTP (Processamento de Transações On-line) do mundo, que operam com um volume muito grande de dados. Vale a pena examinar três aspectos do desempenho do SQL Server ao considerar a migração do UNIX para o Sistema Windows Server:

  • Velocidade das transações

  • VLDB (Bancos de Dados Muito Grandes)

  • Grande número de usuários simultâneos

Por exemplo, uma empresa de pesquisa de mercado usou um VLDB para oferecer suporte aos ramos de mercadorias embaladas para o consumidor e assistência médica. Um dos serviços oferecidos era uma ferramenta de OLAP que permitia aos clientes analisar totalmente os dados do mercado. Os usuários eram capazes de acessar ferramentas avançadas tais como árvores de decomposição e gráficos de percepção, além de transformar informações brutas de negócios em tabelas, gráficos ou relatórios, através de ferramentas conhecidas do Microsoft Office. Esse banco de dados analítico de 7 terabytes cresceu ao longo do tempo, atingindo 30 terabytes, ao ritmo de 500 milhões de novas linhas por semana. O SQL Server 2000 foi capaz de gerar os resultados das consultas em qualquer lugar, de 3 a 360 vezes mais rápido que a solução anterior, reduzindo o TCO com o atendimento de um número de clientes 10 vezes maior por servidor.

Para obter mais informações sobre este exemplo de VLDB, consulte:
http://www.microsoft.com/resources/casestudies/
CaseStudy.asp?CaseStudyID=13929
(em inglês)

Em outro exemplo, uma grande empresa do ramo químico avaliou a capacidade dos seus sistemas de negócios de lidar com um aumento projetado de três vezes o número de usuários e do correspondente aumento do seu banco de dados. Para dar conta desse crescimento e aumentar a disponibilidade e o desempenho do sistema, a empresa decidiu atualizar o seu banco de dados SAP para o Microsoft SQL Server. O resultado foi uma queda considerável do tempo necessário para concluir tarefas tais como processamento em lote, backup e geração de relatórios. Esses aumentos de desempenho foram importantes, pois a base de usuários da empresa continuou crescendo. Com cerca de 5 mil usuários no total, o sistema tinha, normalmente, cerca de 800 pessoas conectadas em qualquer dado momento, gerando um ritmo típico de transações de 450 mil etapas de diálogo por dia, e um ritmo máximo de transações de quase 600 mil etapas de diálogo por dia.

Para obter mais informações sobre este exemplo do desempenho do Microsoft SQL Server, consulte:
http://www.microsoft.com/resources/casestudies/
CaseStudy.asp?CaseStudyID=12112
(em inglês)

Para obter mais informações sobre o Microsoft SQL Server, consulte:
http://www.microsoft.com/sql/ (em inglês)

Opções e técnicas

Às vezes, pressupomos que, com o Sistema Windows Server, a regra é um aplicativo, um servidor. Às vezes, essa abordagem é apropriada, como em um ambiente no qual os aplicativos são administrados por diferentes unidades organizacionais, ou quando é considerado mais simples isolar cada aplicativo nos seus próprios componentes independentes de hardware, ou quando eles forem gerenciados como uma unidade independente, ou quando eles puderem ser atualizados de acordo com a necessidade.

Uma análise de custo/benefício pode demonstrar que o custo de gerenciamento e a perda de flexibilidade causada pelo compartilhamento de uma configuração de hardware de custo relativamente baixo supera os ganhos marginais de utilização. Mas como o Sistema Windows Server está sendo cada vez mais implantado como um padrão corporativo em vez de uma solução para aplicativos individuais, as versões mais recentes do Sistema Windows Server são distribuídas com ferramentas mais sofisticadas para receber vários aplicativos, entre elas:

  • WSRM (Gerenciador de Recursos de Sistema do Windows). Aloca os recursos adequados de sistema entre vários processos de acordo com as prioridades de negócios.

  • Microsoft Operations Manager. Simplifica o processo de identificação e solução e de possíveis problemas de aplicativos.

  • Servidor virtual. Permite a coexistência de várias cargas de trabalho de servidor em um único computador. O servidor virtual é uma solução completa de máquina virtual com sólidos recursos de armazenamento, rede e gerenciamento, além de contar um console de gerenciamento pela Web.

Fontes de orientação detalhada

Para obter mais informações sobre o Conselho de Desempenho de Processamento de Transações, consulte:
http://www.tpc.org (em inglês)

Para obter mais informações sobre Desempenho e Ajustes do Windows Server 2003, consulte:
http://www.microsoft.com/windowsserver2003/
evaluation/performance
(em inglês)

Para obter mais informações sobre as Microsoft Management Solutions, consulte:
http://www.microsoft.com/management/default.mspx (em inglês)

Para obter mais informações sobre o Windows System Resource Manager, consulte:
http://www.microsoft.com/windowsserver2003/
downloads/wsrm.mspx
(em inglês)

Para obter mais informações sobre o Servidor Virtual , consulte:
http://www.microsoft.com/windowsserversystem/
virtualserver/default.mspx
(em inglês)

Para obter mais informações sobre a migração de aplicativos de HPC (Processamento de Alto Desempenho) do UNIX para o Windows, consulte:
http://www.microsoft.com/technet/itsolutions/
migration/unix/hpcunxwn/default.mspx

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Veja a Introdução à Microsoft Enterprise Platform para profissionais de UNIX

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