Серверы Oracle SPARC T7 и M7 — новая платформа для защищенных вычислений

в 10:52, , рубрики: CSO, database in-memory, oracle, oracle database, Oracle Solaris, Security in Silicon, Solaris SQL, sparc, SPARC M7, SPARC T5, SQL in Silicon, Блог компании Oracle

Технология SPARC принадлежит Oracle уже пять лет. За это время корпорация Oracle выпустила микропроцессоры SPARC T3, SPARC T4, SPARC T5, SPARC M5 и SPARC M6 (Рис. 1), каждый из которых был важным шагом на пути эволюции технологий — причем системы SPARC Т3 и Т4 разрабатывались еще компанией Sun Microsystems, и последующие процессоры многое унаследовали от них.

Серверы Oracle SPARC T7 и M7 — новая платформа для защищенных вычислений - 1

Что же касается SPARC М7, то это первый процессор, который полностью, начиная с идеологии и базового дизайна, разрабатывался Oracle и для Oracle. Основной целью проекта разработки было обеспечить максимальную эффективность работы ПО Oracle — и в результате был создан первый в индустрии 32-ядерный процессор с беспрецедентными нагрузочной способностью, производительностью ядра, возможностями быстрого шифрования и аппаратной декомпрессии.

Если сравнить параметры микропроцессора SPARC M7 с параметрами самого совершенного выпущенного ранее процессора SPARC T5, обнаружится, что многие параметры увеличились в два раза, а некоторые — в четыре (Табл. 1). У процессора SPARC M7 32 ядра общего назначения, т. е. вдвое больше, чем у процессора Т5. Также у процессора SPARC M7 вдвое больше вычислительных потоков и вчетверо больше кэша на каждое ядро, а новая архитектура существенно повысила производительность каждого ядра. Новые контроллеры памяти позволили увеличить пропускную способность памяти и скорость доступа к памяти, а пропускная способность ввода-вывода выросла в четыре раза. Выросла и тактовая частота процессора. В целом процессор SPARC M7 работает примерно в три раза быстрее, чем процессор SPARC Т5.

Таблица 1

SPARC T5 SPARC M7 Повышение
Число ядер 16 32 2x
Число потоков 128 256 2x
Объем кэш-памяти на ядро 0,5 МБ 2 МБ 4x
Пропускная способность памяти 79 ГБ/с 160 ГБ/с 2x
Скорость доступа к памяти 163 нс 131 нс 20%
Пропускная способность ввода-вывода 32 ГБ/с 145 ГБ/с 4x
Частота 3,60 ГГц 4,13 ГГц 15%

Но исторический революционный шаг, сделанный Oracle новым процессором, — это реализация программных функций непосредственно на кристалле. Это безопасность на кристалле, т. е. ускорение шифрования и аппаратная защита памяти, и, что еще важнее, — SQL на кристалле, т. е. первая в мире аппаратная реализация ускорения обработки SQL-запросов и декомпрессии для Oracle Database In-Memory.

Безопасность на кристалле

Казалось бы, и так понятно, почему безопасность так важна, но мы кое-что поясним. Количество похищенных строк данных в мире за 2014 год, согласно отчету CSO Online Market Pulse, составило сотни миллионов, а понесенные бизнесом потери измеряются миллионами и миллионами долларов. Но, к сожалению, в системе корпоративной безопасности защита баз данных фактически является сейчас самым слабым местом. Более 50 % компаний считают, что самые важные и самые ценные данные хранятся у них в базах данных, но при этом большинство компаний инвестируют в первую очередь в защиту сети, а на защиту баз данных предпочитают тратить как можно меньше средств. В результате 76 % всех успешных атак на корпоративные данные не были остановлены именно средствами сетевой безопасности.

Существует три основных вида угроз безопасности:

  • Уязвимости базы данных как физического носителя
  • Уязвимости операционной системы, приводящие к проникновению и получению несанкционированного доступа к данным
  • Ошибки доступа к памяти

Технологии СУБД Oracle решают проблемы уязвимости баз данных благодаря функциям встроенного шифрования. В свою очередь, операционная система Oracle Solaris имеет ряд функций, которые позволяют минимизировать возможность и потенциальный урон от несанкционированного использования административных прав привилегированных пользователей. И, наконец, функциональность Oracle Application Data Integrity, которая позволяет находить самые труднообнаруживаемые ошибки доступа к памяти в больших, сложных программах, а также предотвращать несанкционированное проникновение на системы, теперь встроена в процессор и называется Security in Silicon.

Шифрование — крайне трудоемкий и затратный с точки зрения производительности процесс. За безопасность всегда приходилось платить производительностью, и только выпуск SPARC М7 позволяет решить эту проблему, поскольку данный процессор обладает уникальной функциональностью, позволяющей обеспечить прозрачное шифрование данных с использованием 15 наиболее известных алгоритмов шифрования: в каждое ядро процессора встроен специализированный математический блок обработки инструкций шифрования, который обеспечивает скорость шифрования, практически равную скорости работы основного ядра и скорости работы с памятью (Рис. 2). Поскольку все алгоритмы обрабатываются непосредственно в процессоре, падение производительности при этом составляет менее 3 %.

Серверы Oracle SPARC T7 и M7 — новая платформа для защищенных вычислений - 2

По результатам сравнительного тестирования производительности системы из двух однопроцессорных серверов на базе SPARC M7, работающих в защищенном режиме, и системы из двух 4-процессорных серверов производства ближайшего конкурента, работающих в незашифрованном режиме, система на базе SPARC M7 показала производительность 25 093,06 EjOPS, а соперник — только 22 543,34 EjOPS. Это означает также, что в пересчете на один процессор SPARC M7 системы, работающие в защищенном режиме, оказываются примерно в 4,5 раза быстрее, чем ближайшие конкуренты, работающие в незащищенном режиме.

Системы на базе SPARC M7 предлагают также аппаратную поддержку безопасной миграции доменов, которой попросту нет ни у одного из конкурентов. В процессе миграции виртуальная машина с критичными данными передается через сеть, и образ виртуальной машины шифруется для передачи. При этом данные защищены во время передачи сложным алгоритмом шифрования. Таким образом обеспечивается защита передаваемых данных с минимальным влиянием на производительность мигрирующей виртуальной машины во время переноса.

Наконец, исключительно важно обеспечить безопасность прямого доступа к памяти. Большинство вирусов для систем RISC/UNIX пытаются напрямую адресовать память за рамками отведенных им буферов, и используют для этого либо механизмы переполнения стека, либо механизмы переполнения буфера. Система SPARC M7 впервые в истории имеет аппаратную защиту памяти и позволяет предотвращать несанкционированный доступ к памяти на уровне аппаратных процессорных ресурсов. Эта функция предотвращает доступ вредоносных программ и к памяти приложений, и к каким-либо функциям операционной системы, при этом она не влияет на производительность и ее невозможно обойти. В результате мы не только получаем более безопасные системы, но и более эффективные системы с точки зрения разработки.

На самом деле виртуальные адреса, с которыми работают процессоры М7, не ограничены 64 разрядами. Когда под приложение выделяется область памяти, четыре бита сверх стандартных 64 используются как цветовая метка, которая присваивается этой области памяти и передается вместе с указателем на эту область. Это позволяет избежать возможности доступа к областям памяти за пределы выделенного массива. Данный механизм имеет достаточно тонкую защиту на уровне страниц памяти, размером 64 байта. Поскольку метки являются аппаратными, добавляются процессором и передаются непосредственно с указателем в программу, они недоступны никаким программным средствам и нейтрализуют любые, даже еще не созданные, вирусы, которые используют механизмы переполнения стека и буферов.

Надо сказать, что операционная система Oracle Solaris 11.3 поддерживает всю вышеописанную функциональность. Кроме того, Solaris имеет еще ряд функций, которые позволяют обеспечить дополнительный уровень безопасности. Например, в Solaris 11.3 существует механизм зон, доступных только для чтения, и, единожды создав эту зону, вы можете быть уверены, что никакие ее параметры никогда и никем не смогут быть изменены. Кроме того, в Solaris существует специальный автоматизированный механизм обновления операционной системы, который создает полностью сертифицированный стек всех обновлений и при этом обеспечивает очень быстрый обратный откат на последнюю работающую версию в случае сбоя. Система также может автоматически создавать отчеты о соответствии системы требованиям безопасности и передавать их на независимый внешний сервер. Наконец, механизмы контроля доступа операционной системы Solaris позволяют контролировать права администраторов — как на уровне их функций, так и по времени — и содержат очень мощный механизм управления правами, который позволяет минимизировать ущерб даже в случае зловредных действий администратора.

SQL на кристалле

Прежде чем обсуждать функциональность SQL in Silicon — обработку запросов к базе данных, реализованную непосредственно на процессоре, — нужно вспомнить о функциональности In-Memory, реализованной еще в версии Oracle Database 12.1 путем создания выделенной области в оперативной памяти, в которой информация из таблиц хранится, в отличие от традиционного построчного представления, в колоночном формате. Уже выпуск 12.1 обеспечивал исключительно быстрое построение отчетов и аналитики, а в выпуске 12.2 эти операции ускорены в 3–10 раз. В версии 12.1 производится сканирование и объединение данных из нескольких таблиц, что на колоночном представлении гораздо эффективнее, чем обычные joins, а в версии 12.2 реализованы еще более быстрые joins на уровне словаря, а не данных.

В процессоре SPARC М7 имеются специализированные ускорители SQL-инструкций, которые работают независимо, в синхронном и асинхронном режиме. И если с переходом на In-Memory скорость обработки инструкций составила миллионы строк в секунду, то с использованием специализированных ускорителей в процессоре М7 она достигла миллиардов строк в секунду. Максимальный результат, достигнутый на внутренних тестах Oracle, составил 170 млрд строк в секунду на процессорах SPARC M7 с использованием механизма In-Memory и встроенных сопроцессоров. Встроенные сопроцессоры не только повышают скорость обработки SQL-запросов, но и освобождают процессорные ядра общего назначения для работы других приложений — OLTP-запросов и пр.

В результате аналитика на SPARC M7 работает более чем в восемь раз быстрее, чем на системной архитектуре х86 платформы. OLTP работает примерно в три раза быстрее. Это значит, что там, где раньше требовалось пять двухпроцессорных серверов для обработки OLTP и аналитики, теперь можно обойтись одним однопроцессорным сервером на базе SPARC M7, который будет одновременно обрабатывать и OLTP-, и аналитические запросы. Экономия на оборудовании, лицензиях, площадях, электроэнергии и рабочем времени ИТ-администраторов гарантирована.

Чем сложнее запрос, чем больше объем данных, с которыми приходится работать системам на базе процессора SPARC M7, тем явственнее повышение производительности. Один из крупных заказчиков Oracle, который занимается онлайн-торговлей, при тестировании сервера SPARC Т7-4 на базе процессоров SPARC М7 c Oracle Database 12.1.0.2 и опцией In-Memory получил повышение скорости обработки запросов в 83 раза. И это не единичный пример. Системы на базе SRARC M7 уже тестировали Accenture PLC, DZ Bank AG, HPCVL, Infosys Limited, MSC Software Corporation, SAS, Siemens AG, Software AG, Temenos, UZ Leuven и ряд других компаний, включая некоторые российские. Все они подтвердили, что эффективность работы системы SPARC M7 достаточно высока и что все приложения этих компаний продолжают работать на системах SPARC М7 с достаточно большим уровнем эффективности.

Серверы Oracle SPARC T7 и M7 — новая платформа для защищенных вычислений - 3

Еще раз подчеркнем, что Oracle продолжает развивать архитектуру SPARC, вкладывая в нее гораздо больше ресурсов, чем в прежние времена Sun Microsystems. При этом Oracle развивает SPARC как платформу, которая обеспечивает в первую очередь максимальный уровень производительности. И, наконец, хотя Oracle оптимизирует архитектуру SPARC для ПО Oracle и вы никогда не сможете найти систему, которая бы работала с продуктами Oracle лучше, чем системы на базе процессоров SPARC, продукты от сторонних поставщиков ПО также достаточно хорошо и эффективно работают на платформе SPARC — что и было доказано бета-тестированием в ряде международных и российских корпораций, а также на примерах партнеров Oracle, которые работают с системами SPARC.

Автор: Oracle

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля