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09.02.1996 - 

14 Hosts fuer Data-Warehouse- und OLTP-Konzepte untersucht (Teil 4)

Bloor Research Group nimmt SMP/MPP-Server unter die Lupe

Cray Research steht synonym fuer Supercomputer. Lange Jahre versorgten die Forschungslabors der Naturwissenschaftler und Militaers Cray mit Auftraegen und ordentlichen Umsaetzen. Seit der weltweiten politischen Entspannung und den globalen wirtschaftlichen Rezessionstendenzen sind jedoch die Orders fuer die extrem teuren Rechner zurueckgegangen.

Marktfuehrer Cray sah sich gezwungen, seine Geschaeftsstrategie zu aendern. Da der Anbieter seine Vektor-Supercomputer e la "C90" oder "J90" oder die MPP-Maschinen "T3D" beziehungsweise das neue Modell "T3E" nicht in den Markt fuer Datenbankanwendungen verkauft, konnte er sich auch nicht das lukrative Segment kommerzieller Anwendungen erschliessen.

486er PC hat einen schnelleren System-Bus

Deshalb ging man vor Jahren Partnerschaften mit Amdahl und Sun Microsystems ein. Aus der Kooperation mit Sun erwuchs der "CS6400"-SMP-Rechner, der mit Sparc-Prozessoren arbeitet. Mit diesem will sich Cray beziehungsweise die hierfuer eigens gegruendete Tochter Cray Research Superserver ihren Claim auf dem Terrain des Marktes fuer Entscheidungsfindungs- und OLTP-Produkte abstecken.

Der Cray Superserver (daher das CS) 6400 ist eine SMP-Maschine. Ein CS-6400-System kann mit zwoelf bis 64 Prozessoren sowie 256 MB und maximal 16 GB Speicher bestueckt werden.

Das wesentliche Kriterium, an dem sich die Leistungsfaehigkeit von SMP-Systemen bemisst, ist der System-Bus. Viele Anbieter von SMP-Systemen gehen dazu ueber, diesen Bus durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu ersetzen, weil sie erheblich bessere Ausbauoptionen und hoehere Systemleistungen ermoeglicht.

Crays Ansatz weicht von diesen Designvorschlaegen ab. Jeder Rechenknoten des Systems besitzt vier unabhaengig voneinander operierende System-Busse mit jeweils 64 Bit breiten Datenpfaden, die mit 55 Megahertz getaktet sind. Dies ergibt eine Bus-Bandbreite von insgesamt 1,78 GB/s. Diese Konstruktion, die Cray als "XD"-Bus bezeichnet, verfuegt ueber einen Cache-Kohaerenz-Mechanismus.

Crays Bus-System arbeitet asynchron, das heisst, jeder einzelne Bus ist nur bei der Datenanforderung sowie -versendung belegt. Zwischen diesen beiden Vorgaengen kann jeder der vier Busse von anderen Prozessoren genutzt werden. Das CS6400-System ist als Shared-Memory-Architektur ausgelegt mit einer sogenannten Uniform Memory Latency. Hierbei koennen saemtliche Prozessoren des Systems auf alle Speicherbereiche gleich schnell zugreifen.

Die Bus-Bandbreite von 1,78 GB/s klingt, wie die Analysten schreiben, vielversprechender, als sie in der Realitaet ist. Dividiere man sie naemlich durch die maximal moegliche Anzahl von 64 Prozessoren, so stuenden jeder CPU lediglich 27 MB/s zur Verfuegung. Jeder 486-PC besitze da einen schnelleren System-Bus, die langsamere 486-CPU greife zudem wesentlich seltener auf den Speicher zu.

Schluessel zur Loesung dieses generellen Problems von SMP-Maschinen sei die Nutzung von Prozessor-Cache-Speichern. Dessen Vorhandensein und Groesse regele, ob und wie oft ein Prozessor den System-Bus frequentieren muesse, um sich Daten aus dem Arbeitsspeicher zu holen. Beim CS6400-Rechner besitzt jede CPU 2 MB Cache-Speicher. Wettbewerber, merkt Bloor an, statteten ihre Maschinen mit doppelt soviel Cache-Speicher aus.

Alle SMP-Maschinen haben den Bloor-Autoren zufolge hinsichtlich der Ausbauoptionen ihre Grenzen. Dies gelte allerdings fuer das CS6400-Modell noch mehr als fuer die meisten anderen SMP-Maschinen.

Wer von vornherein wisse, dass er einen Rechner mit mehr als 16 Prozessoren brauche, solle sich Gedanken darueber machen, anstelle eines CS6400-Modells gleich auf eine MPP-Loesung zu setzen. Diese gibt es auch auf Basis der Sparc-Prozessoren.

Da es sich bei den System-Bussen in der Regel um proprietaere Entwicklungen handelt, sind die Verbindungsoptionen zur Peripherie von Bedeutung. Beim Cray-System ist dies der auch in allen Sun-Rechnern benutzte S-Bus, der direkt an den System-Bus des CS6400 andockt. Das bedeutet, jedes Subsystem, das S-Bus-konform ist, kann zusammen mit dem Cray-Server benutzt werden.

Auf dem CS6400-Rechner laeuft Suns Unix-Derivat Solaris in der Version 2.4, ein 32-Bit-Betriebssystem mithin, das jeden Prozess auf einen Speicheradressierraum von maximal 4 GB begrenzt. Bislang koennen nur SGI mit dem "Iris"-Unix-Derivat in der Version 6.2 und DEC mit dem OSF-Unix 64-Bit-Betriebssysteme vorweisen.

Die Fehlertoleranzeigenschaften des Cray-Systems beurteilen die Bloor-Analysten als ausgesprochen gut. Dies gelte sowohl fuer Fehlerkorrekturen im Speicher via Parity checking als auch fuer die Moeglichkeit, den Rechner beim Ausfall einzelner CPUs zu rekonfigurieren. Ferner lasse sich das CS6400-System so einrichten, dass es Probleme auch mit mehr als einem der System-Busse verkrafte. Wirklich katastrophal sei es nur, wenn der gesamte Bus-Komplex zusammenbreche.

Sowohl im Betriebssystem, also softwareseitig, als auch hardwaremaessig unterstuetze das Cray-System die Raid-Level 0 bis 5. Einzelne Platten koennen zudem an zwei verschiedene Disk-Controller auf zwei unterschiedlichen S-Bus-Systemen angeschlossen werden. Auf dem CS6400-Rechner laufen die Datenbankprodukte "Adabas", "Open Ingres" von CA, "DSA" von Informix sowie "Oracle 7".

Bei Digital Equipment liegen die Dinge aehnlich und doch anders: Mehr noch als Cray musste DEC durch ein Tal der Traenen. In der Folge kosteten Umstrukturierungen die Haelfte der Belegschaft den Job.

Unterscheidungsmerkmal: die 64-Bit-Umgebung

Auch der Umstieg von der sehr erfolgreichen, aber letztlich ausgereizten VAX- auf die zukunftstraechtige, jedoch gaenzlich andersartige Alpha-Plattform musste erst verkraftet werden. Von 1991 bis 1994 durchlitt DEC vier Jahre mit teils extremen Verlusten (jeweils zwei Milliarden Dollar allein 1992 und 1994). Mittlerweile hat sich das Unternehmen gefangen und konzentriert sich auf seine Staerken. Nichts zeigt den positiven Trend deutlicher als der Kurs der Aktie.

Die Bloor Research Group vermerkt darueber hinaus, dass auch durch die Marktakzeptanz eines Produktes wie des "Alphaserver 8400" (Codename: Turbolaser) das Unternehmen wieder Vertrauen in seine Leistungsfaehigkeit erzeugen werde. Fuer die Bloor-Analysten ist der Alphaserver 8400 das leistungsstaerkste SMP-System aller verglichenen Maschinen. Wenn man die Maschinen clustere, koenne man eine Leistung erzielen, die der eines mittelgrossen MPP-Rechners gleichkomme. DEC hat sich in Sachen Cluster-Technologie schon zu Zeiten der VAX-Systeme einige Meriten erworben.

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal des DEC-Rechners gegenueber Konkurrenzsystemen ist die 64-Bit-Hardware- und vor allem -Betriebssystem-Umgebung. Insbesondere fuer den Datenbankanbieter Oracle und dessen Technologieansatz der Very Large Database ist dies ein Vorteil.

Die neue fuer Anfang 1996 angekuendigte Memory-Channel-Cluster-Technologie (MC) von DEC hat jedoch, so Bloor, auch einen Schwachpunkt: Sie bietet in geclusterten Systemen kein voll durchgaengiges Cache-kohaerentes Speicherkonzept. MPP-Systeme anderer Hersteller verfuegen ueber diese Eigenschaften. Die Bloor-Analysten billigen diesen Konkurrenzprodukten denn auch gute Chancen zu, im Segment der Top-end-Datenbankanwendungen schon allein deshalb zu wildern, weil ihre Systeme nach aussen wie eine einzige grosse Maschine zu handhaben sind - und dies vergleichsweise einfach.

Der Alphaserver 8400 ist eine SMP-Maschine mit maximal zwoelf 21164-Alpha-Prozessoren pro Rechenknoten. Via die MC-Cluster-Technologie lassen sich bis zu vier Rechner verbinden. Das Gesamtsystem verhaelt sich dann wie ein MPP-Modell.

Die geclusterten Alphaserver seien die flexibelsten aller verglichenen Systeme, urteilt Bloor. Jeder Knoten kann mit maximal 14 GB Arbeitsspeicher und bis zu 8 TB Plattenspeicher ausstaffiert werden. Wegen der 64-Bit-Umgebung gibt es praktisch keine Limitierungen bezueglich der Speicheradressierung, der Platten-partitionierungen oder der Dateigroessen mehr.

Die Verbindung zwischen den SMP-Knoten funktioniert wie eine Punkt-zu-Punkt-Verknuepfung, sie ist, so Bloor, extrem flexibel ausgelegt.

Digitals System-Bus ist mit 1,6 GB/s einer der schnellsten ueberhaupt. Umgerechnet auf jeden einzelnen Prozessor allerdings ergibt sich eine Bandbreite von 130 MB/s. Dies entspreche laut den Bloor-Analysten ungefaehr der Bus-Bandbreite, die auch ein Pentium-PC aufweise. Wie schon im Fall des Cray-6400-Systems erwaehnt, haengt auch hier vieles an der Dimensionierung des Cache-Speichers: Bei DECs Alphaserver 8400 ist er pro CPU mit 4 MB doppelt so gross wie bei der Cray-Maschine.

Der in Cache-Architekturen verwirklichte Technologieansatz ist vor allem dann sinnvoll, wenn sich die aktuellen Jobs zwischen der CPU und dem zugeordneten lokalen Cache abspielen und dieser schnelle Speicher nicht als verteilter ueber den System-Bus genutzt wird. Insbesondere aufwendige Datenbankkonzepte machen sich aber verteilte Speicher-Management-Ressourcen zu eigen. Dieser Umstand ist vor allem im Zusammenhang mit SMP-Systemen von Bedeutung. Denn die haben gerade in Datenbankumgebungen oft Probleme mit der Skalierbarkeit.

Bloor anerkennt allerdings, dass DEC diesbezueglich bei Kunden keine unrealistischen Erwartungen weckt und die SMP-Knoten auf maximal zwoelf CPUs begrenzt. Hier wuerden andere Hersteller behaupten, man koenne bis zu 36 Prozessoren in einem Rechner benutzen, der zudem einen wesentlich leistungsschwaecheren System-Bus verwende als DEC.

Zwischen einzelnen SMP-Knoten koennen auch mehrere Memory-Channel-Verbindungen existieren und unabhaengig voneinander arbeiten. Auf diese Weise erziele DEC eine Skalierbarkeit, die bei MPP-Maschinen unuebertroffen sei.

Der positivste Aspekt der Memory-Channel-Technologie aber, argumentiert die Bloor Research Group, sei die sehr kurze Latenzzeit. Bei den meisten parallelen Datenbank-Implementationen entstehe der groesste Overhead beim Senden der Daten durch die Betriebssystem-Layer. Insbesondere bei Datenbankanwendungen, die verteilte Massenspeicher-Strukturen nutzen wie etwa Oracle, sei dies von Nachteil. DECs MC-Verbindungsansatz helfe diesem Problem sehr effektiv ab.

Besonders geeignet fuer Datenbankanwendungen

Darueber hinaus koennen dank der MC-Technologie saemtliche Platten ueber alle vier SMP-Knoten hinweg genutzt werden. Auch wenn ein Alphaserver ausfallen sollte, koennen also die anderen Rechner trotzdem auf die Massenspeicher des havarierten Systems zugreifen. Ueber Knotengrenzen hinweg lassen sich ferner softwareseitig die Raid-Level 0 bis 4, hardwaremaessig die Raid-Level 0 bis 5 erreichen.

Auch bezueglich der System-Management-Tools sind die Bloor-Analysten bei dem DEC-System voll des Lobes. Allerdings machen sie eine kleine Einschraenkung: Aus historischen Gruenden ist DEC in puncto Systemverwaltung besonders stark in der VMS/ VAX-Welt. Mit "Assetworks" besitze der Anbieter jedoch bereits ein Tool, mit dem der "System Management Server" (SMS) von Microsoft Open-VMS- und andere Unix-Clients durchaus verwalten koenne. Auf dem von Bloor als Allzweckmaschine eingestuften System laeuft VMS 6.2, Digital Unix sowie NT Advanced Server in der Version 3.5.1, an Datenbanken Adabas, Informix, Open Ingres von CA, der SQL Server von Sybase (allerdings nicht der Navigation Server) und Red Brick Warehouse. Mit der NT-Variante des Alphaservers ist zudem Microsofts SQL Server kompatibel.

*Der Report "Parallel Database Technology - An Evaluation and Comparison of Scalable Systems" von der Bloor Group wird in Deutschland fuer 1950 Mark von der Genias GmbH, Neutraubling, vertrieben. (wird fortgesetzt)