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

Technologischer Nutzen von 64-bit-Architekturen

Rudolf Nordhues

Unisys Deutschland GmbH

Unisys Portrait

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

Services76%

Technology 24%

56% Umsatz außerhalb der USA

Server TechnologieImagine it.

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.

Speichermodell 32-Bit TechnologieStandard 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

232 = 4.294.967.296 Bytes= 4 GBytes

32-Bit virtueller Adressraum

this is a footer

.exe CodeGlobale Variablen

Stacks von Threads .dll code

00000000

7FFFFFFF

Kernel und Ausführungsschicht

HAL, Starttreiber

Filesystem CachePaged pool

Nonpaged poolFFFFFFFF

80000000

Prozessseitentabellen,Hyperspace

C0000000

Eindeutig pro Prozess,

Benutzermodus

Systemweit,nur im Kernelmodus

pro Prozess, nur im Kernelmodus

Standard Windows virtueller AdressraumJeder Prozess kann über einen 4GB großen virtuellen Adressraum verfügen

• 2 GB Benutzerbereich

• 2 GB Systembereich

2GB

2GB

Task Manager

Physischer Arbeitsspeicher

Freie Seiten, Null-und Standby-Listen

Systemseiten(z.B. Cache)

Virtueller Speicher ohne Erweiterung der Auslagerungsdatei

Zugesicherter virtueller Speicher

Auslagerungspool

Residenter Pool

Summe Paged + Nonpaged

.exe codeGlobale Variablen

Per-Thread Benutzermodus

Stacks.dll code

Prozess Heaps

Exec, Kernel, HAL,Treiber, etc.

00000000

BFFFFFFF

FFFFFFFF

C0000000 Prozess Seitentabellen,Hyperspace

4Gigabyte RAM Tuning Adressraumauch 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

3GB

1GB

Eindeutig pro Prozess,

Benutzermodus

pro Prozess, nur im Kernelmodus

Systemweit,nur im Kernelmodus

4 GB RAM Tuningnutzbar durch

1. Aktivierung durch Angabe von /3GB in boot.ini

2. 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

Physische Adresserweiterung für x86 (PAE)

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

[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

0 GB

4 GB

32 GB

/PAE Angabe in boot.ini erforderlich

Systemnutzen von PAESystemadressraum bis 32 GB RAM

Benutzertransparent

Reduzierung von Paging

Unterstützung durch LME Hardware

Kernel Speicher

Mapping to Kernel

Mapping to Kernel

2(or 3)GB Prozess

2(or 3)GB Prozess

Mapping to Kernel

2(or 3)GB Prozess

Übersetzung virtueller Adressen ohne PAE

KPROCESS

PFN

PFN Gesuchtes Byte

CR3Register

Byteindex12 Bits

Seitentabellenindex10 Bits

Physischer Adressraum

gesuchte Seite

Seitentabellen(bis zu 512 pro Prozess+ bis zu 512 systemweit,1024 Einträge pro Tabelle

Seitenverzeichnis(1 pro Prozess,1024 Einträge)

Index Index

32 Bit Adresse Seitenverzeichnisindex10 Bits

Physische Adresse

PFN Page Frame NumberPDE Page Directory EntryPTE Page Table Entry

PDE

PTE

32 Bit breit

32 Bit breit

Übersetzung virtueller Adressen mit PAE

KPROCESS

PFN

PFN Gesuchtes Byte

CR3Register

Byteindex12 Bits

Seitentabellenindex9 Bits

Physischer Adressraum

gesuchte Seite

Seitentabellen(512 Einträge pro Tabelle)

Seitenverzeichnis(bis zu 4 pro Prozess,

512 Einträge)

Index Index32 Bit Adresse

Seitenverzeichnisindex9 Bits

Physische Adresse

PDE

PTE

64 Bit breit

64 Bit breit

PFN

Seitenverzeichnis-zeigerindex 2 Bits

PDESeitenverzeichniszeiger

(1 pro Prozess, 4 Einträge)

Index

Address Windowing ExtensionErmöglicht 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()

AWE Arbeitsweise 1. Schritt

2 GB bzw. 3 GBBenutzeradressraum

AllocateUserPhysicalPages()

Physischer Speicher

Systemadressraum2GB bzw. 1GB

Virtueller Adressraum des Prozesses

Anwendung



AllocateUserPhysicalPages()

Physischer Speicher



AWE- Fenster VirtualAlloc()

Anwendung



Physischer Speicher




MapUserPhysicalPages()


Anwendung

AWE EinschränkungenProzesse 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

AWE E/A mit Large Memory Enabled


Physischer Speicher




MapUserPhysicalPages()


Network

Network

Disk

direkte E/A

Anwendung

Windows Produkt Optionen

OptionProdukt

/3GB /PAE BS-Limit

Windows 2000 Advanced Server

Yes/NoYes/No

NoYes

4 GB8 GB

Windows 2000 Datacenter Edition

Yes/NoYesNo

NoYesYes

4 GB16 GB32 GB

Windows 2003 Enterprise Edition

Yes/NoYesNo

NoYesYes

4 GB16 GB32 GB

Windows 2003 Datacenter Edition

Yes/NoYesNo

NoYesYes

4 GB16 GB64 GB

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 virtueller Adressraum

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64-Bit / 32-Bit Vergleich AdressraumKenndaten

Adressraum 64-Bit 32-Bit

Virtueller Adressraum 16 TB 4GB

Paging File 512 TB 16 TB

Hyperspace 8 GB 4 MB

Paged Pool 128 GB 470 MB

Non-Paged Pool 128 GB 256 MB

Systemcache 1 TB ~1 GB

System PTE‘s 128 GB 660 MB

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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

Systemnutzen von 64-Bit

Datenbank Migration leichter geht’s nicht!

rx2600

virtualized storage system

SAN infrastructure

rp2470IA32 Itanium2

1. Datenbankkopie erstellen

2. Kopie dem Itanium2 System bekanntgeben

3. Starten der Databank auf dem Itanium2 System

4. erledigt in Minuten!

Architekturwechsel ohne Risiko

Performancegewinn

Zukunftssichere Plattform

AgendaUnternehmensdarstellung

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

6.4 GB/s6.4 GB/s

1024 TB1024 TB

88

1.5 GHz1.5 GHz

Memory AddressingMemory Addressing

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011

System Bus BandwidthSystem Bus Bandwidth

On-die L3 CacheOn-die L3 Cache

On-die RegistersOn-die Registers

Execution UnitsExecution Units

Core FrequencyCore Frequency

Issue PortsIssue Ports

328 Registers328 Registers

6 Instructions / Cycle6 Instructions / Cycle

3/6/9 MB3/6/9 MB

Instructions / ClkInstructions / Clk

6 Integer, 6 Integer, 3 Branch3 Branch

2 FP, 2 FP, 1 SIMD1 SIMD

2 Load, 2 Load, 2 Store2 Store

Performance via Performance via ParallelismParallelism

Aries Orion Aries Orion

510 520 530 540

64-bit – Itanium 232-bit – Xeon MP

430550 560

Unisys ES7000 Server Familie

410 420

9 Modelle

Heute Heute verfügbar!verfügbar!

Unisys 64-bit ES7000 Architektur

ICH

LA

N

US

B

US

B

US

B

US

B

PC

I

IDE

IDE

PC

I

FLASH

SNCMemory

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

SNCMemory

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

SNC Memory

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

SNC Memory

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

IA64 CPU

SIOH (IOHM)SIOH (IOHM)P

64

H2

P6

4H

2

P6

4H

2

P6

4H

2

ICH

LA

N

US

B

US

B

US

B

US

B

PC

I

IDE

IDE

PC

I

FLASH

P6

4H

2

P6

4H

2

P6

4H

2

P6

4H

2

SIOH (IOHM)SIOH (IOHM)

SPS (ISPM) SPS (ISPM)

SPS (ISPM)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 - MemoryHochleistungsspeicherarchitektur 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

1. Zuordnung physische Seiten

2. Zuordnung eines virtuellen Adressfensters

3. 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

AgendaUnternehmensdarstellung

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

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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

Summary

Precision Thinking.

Vielen Dank

Relentless Execution.

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