Instancias Amazon EC2 a profundidad

EC2: Cómputo en la nube a
profundidad
Mayo, 2017

© 2017, Amazon Web Services
Que esperar de esta Sesión
• Comprender factores al seleccionar una instancia de EC2
• Definición de rendimiento del sistema y cómo se categoriza para
las diferentes cargas de trabajo
• Cómo las instancias de Amazon EC2 entregan rendimiento
mientras se proporciona flexibilidad y agilidad
• Cómo aprovechar al máximo tu experiencia de EC2 a
través del lente de los distintos tipos de instancia

API
EC2
EC2
Amazon Elastic Compute Cloud es extenso
Instancias
Redes
Opciones de compra

Servidor Físico
Hipervisor
EC2 1 EC2 2 EC2 n
Instancias de Amazon EC2

En el pasado
 Lanzado por primera vez en Agosto de 2006
 Instancia M1
 “Un tamaño para todos”
M1

Historia de Amazon EC2
2006 2008 2010 2012 2014
2016
m1.small
m1.large
m1.xlarge
c1.medium
c1.xlarge
m2.xlarge
m2.4xlarge
m2.2xlarge
cc1.4xlarge
t1.micro
cg1.4xlarge
cc2.8xlarge
m1.medium
hi1.4xlarge
m3.xlarge
m3.2xlarge
hs1.8xlarge
cr1.8xlarge
c3.large
c3.xlarge
c3.2xlarge
c3.4xlarge
c3.8xlarge
g2.2xlarge
i2.xlarge
i2.2xlarge
i2.4xlarge
i2.4xlarge
m3.medium
m3.large
r3.large
r3.xlarge
r3.2xlarge
r3.4xlarge
r3.8xlarge
t2.micro
t2.small
t2.med
c4.large
c4.xlarge
c4.2xlarge
c4.4xlarge
c4.8xlarge
d2.xlarge
d2.2xlarge
d2.4xlarge
d2.8xlarge
g2.8xlarge
t2.large
m4.large
m4.xlarge
m4.2xlarge
m4.4xlarge
m4.10xlarge
x1.32xlarge
t2.nano
m4.16xlarge
p2.xlarge
p2.8xlarge
p2.16xlarge

Generación de
Instancias
c4.xlarge
Familia de
Instancia
Tamaño de
instancia

Familias de Instancia EC2
Propósito
general
Computo
optimizado
C3
Almacenamiento
e I/O
optimizado
I2
P2
GPU
optimizado
Memoria
optimizada
R4C4
M4
D2
X1
G2

¿Qué es un CPU virtual? (vCPU)
 Un vCPU es típicamente un núcleo físico hyper-threaded *
 En Linux, los threads "A" son threads antes de los threads "B”
 En Windows, los threads se entrelazan
 Dividir el número de vCPU entre 2 para obtener el recuento de
núcleos
 Tipo de instancia cores por EC2 y RDS DB:
https://aws.amazon.com/ec2/virtualcores/
• La familia "t" es especial

Deshabilitar Hyper-Threading si lo requiere
 Útil para aplicaciones pesadas FPU
 Utilizar 'lscpu' para validar el diseño
 Desconectado de los threads "B"
for i in `seq 64 127`; do
echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpu${i}/online
done
 Establecer grub para inicializar sólo la
primera mitad de todos los threads
maxcpus=63
[ec2-user@ip-172-31-7-218 ~]$ lscpu
CPU(s): 128
On-line CPU(s) list: 0-127
Thread(s) per core: 2
Core(s) per socket: 16
Socket(s): 4
NUMA node(s): 4
Model name: Intel(R) Xeon(R) CPU
Hypervisor vendor: Xen
Virtualization type: full
NUMA node0 CPU(s): 0-15,64-79
NUMA node1 CPU(s): 16-31,80-95
NUMA node2 CPU(s): 32-47,96-111
NUMA node3 CPU(s): 48-63,112-127

Tamaño de instancia
c4.8xlarge 2 - c4.4xlarge
≈
4 - c4.2xlarge
≈
8 - c4.xlarge
≈

Asignación de recursos
 Todos los recursos asignados están dedicados a su instancia sin
ser sobre comprometidos (over commitment)*
 Todos los vCPUs están dedicados a usted
 La memoria asignada se asigna sólo a su instancia
 Los recursos de red son particionados para evitar "vecinos ruidosos”
 ¿Curioso sobre el número de instancias por host? Utilizar "Hosts
Dedicados" como una guía.
*Again, the “T” family is special

"Lanzar nuevas instancias y ejecutar pruebas
en paralelo es fácil ... [al elegir una instancia]
no hay sustituto para medir el rendimiento de
su aplicación completamente".
- EC2 documentation

Explicación de Timekeeping
 Timekeeping en una instancia es engañosamente difícil
 gettimeofday(), clock_gettime(), QueryPerformanceCounter()
 El TSC
 Contador de CPU, accesible desde el espacio de usuario
 Requiere calibración, vDSO
 Invariante sobre Sandy Bridge+ procesadores
 Invariant on Sandy Bridge+ processors
 Xen pvclock; No soporta vDSO
 En instancias de generación actuales, utilice TSC como origen de
reloj (clocksource)

Evaluación comparativa - Aplicación de tiempo intensivo
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
time_t start,end;
time (&start);
for ( int x = 0; x < 100000000; x++ ) {
float f;
float g;
float h;
f = 123456789.0f;
g = 123456789.0f;
h = f * g;
struct timeval tv;
gettimeofday(&tv, NULL);
}
time (&end);
double dif = difftime (end,start);
printf ("Elasped time is %.2lf seconds.n", dif );
return 0;
}

Uso de la fuente de reloj Xen
[centos@ip-192-168-1-77 testbench]$ strace -c ./test
Elasped time is 12.00 seconds.
% time seconds usecs/call calls errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
99.99 3.322956 2 2001862 gettimeofday
0.00 0.000096 6 16 mmap
0.00 0.000050 5 10 mprotect
0.00 0.000038 8 5 open
0.00 0.000026 5 5 fstat
0.00 0.000025 5 5 close
0.00 0.000023 6 4 read
0.00 0.000008 8 1 1 access
0.00 0.000006 6 1 brk
0.00 0.000006 6 1 execve
0.00 0.000005 5 1 arch_prctl
0.00 0.000000 0 1 munmap
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00 3.323239 2001912 1 total

Uso de la fuente de reloj TSC
[centos@ip-192-168-1-77 testbench]$ strace -c ./test
Elasped time is 2.00 seconds.
% time seconds usecs/call calls errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
32.97 0.000121 7 17 mmap
20.98 0.000077 8 10 mprotect
11.72 0.000043 9 5 open
10.08 0.000037 7 5 close
7.36 0.000027 5 6 fstat
6.81 0.000025 6 4 read
2.72 0.000010 10 1 munmap
2.18 0.000008 8 1 1 access
1.91 0.000007 7 1 execve
1.63 0.000006 6 1 brk
1.63 0.000006 6 1 arch_prctl
0.00 0.000000 0 1 write
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00 0.000367 53 1 total

Cambiar con:
Tip: Utilice TSC como origen de reloj

Control de P-state y C-state
 c4.8xlarge, d2.8xlarge, m4.10xlarge,
m4.16xlarge, p2.16xlarge, x1.16xlarge,
x1.32xlarge
 Al entrar en estados inactivos más profundos,
los núcleos no inactivos pueden alcanzar
frecuencias de reloj superiores a 300MHz
 Pero ... estados inactivos más profundos
requieren más tiempo para salir, pueden no
ser apropiados para cargas de trabajo
sensibles a la latencia
 Limitando el c-state agregando
“intel_idle.max_cstate=1” to grub

Tip: Control de P-state Control para AVX2
 Si una aplicación hace uso intensivo de AVX2 en todos los núcleos, el
procesador puede tratar de obtener más energía de lo que debería
 El procesador reducirá de forma transparente la frecuencia
 Cambios frecuentes de la frecuencia de CPU pueden ralentizar una
aplicación
sudo sh -c "echo 1 > /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo"
Ver también: http://docs.aws.amazon.com/AWSEC2/latest/UserGuide/processor_state_control.html

Revisión: Instancias T2
 Instancia EC2 de menor costo a $ 0.0065 por hora
 Rendimiento Dinámico (Burstable)
 Asignación fija reforzada con créditos de CPU
Modelo vCPU Linea
Base
Créditos CPU /
Hora
Memoria
(GiB)
Almacenamiento
t2.nano 1 5% 3 .5 Solo EBS
t2.micro 1 10% 6 1 Solo EBS
t2.small 1 20% 12 2 Solo EBS
t2.medium 2 40%** 24 4 Solo EBS
t2.large 2 60%** 36 8 Solo EBS
Propósito general, servicio web, entornos de desarrollo, bases de datos pequeñas

Cómo funcionan los créditos
 Un crédito de CPU proporciona el rendimiento
de un núcleo de CPU completo durante un
minuto
 Una instancia gana créditos de CPU a un
ritmo constante
 Una instancia consume créditos cuando está
activa
 Los créditos caducan después de 24 horas
Tasa de referencia
Balance
del
crédito
Tasa
Dinámica

Tip: Supervisar el saldo de crédito CPU

Tecnología Intel
https://aws.amazon.com/intel/

Revisión: Instancias X1
 La mayor instancia de memoria con 2 TB de DRAM
 Socket quadcore, procesadores Intel E7 con 128 vCPU
Modelo vCPU Memoria (GiB) Almacenamiento
local
Red
x1.16xlarge 64 976 1x 1920GB SSD 10Gbps
x1.32xlarge 128 1952 2x 1920GB SSD 20Gbps
Bases de datos en memoria, gran procesamiento de datos, cargas de trabajo HPC

NUMA
 Acceso a memoria no-uniforme
 Cada procesador en un sistema multi-CPU
tiene memoria local que es accesible a
través de una interconexión rápida
 Cada procesador también puede acceder a
la memoria de otros CPUs, pero el acceso a
la memoria local es mucho más rápido que
la memoria remota
 El rendimiento está relacionado con el
número de sockets de CPU y cómo están
conectados - Intel QuickPath Interconnect
(QPI)

QPI
122GB 122GB
16 vCPU’s 16 vCPU’s
r3.8xlarge

QPI
QPI
QPIQPI
QPI
488GB
488GB
488GB
488GB
x1.32xlarge

Tip: Soporte del Kernel para equilibrar NUMA
 Una aplicación funcionará mejor cuando los threads de sus procesos
accedan a la memoria en el mismo nodo NUMA.
 El balanceo NUMA mueve las tareas más cerca de la memoria a la que
está accediendo.
 Todo esto es hecho automáticamente por el kernel de Linux cuando el
balanceo de NUMA automático está activo: versión 3.8+ del kernel de
Linux.
 La compatibilidad con Windows para NUMA apareció por primera vez en
las SKU de Enterprise y Data Center de Windows Server 2003.
 Establezca "numa = off" o utilice numactl para reducir la paginación
NUMA si su aplicación utiliza más memoria de la que cabrá en un solo
socket o tiene threads que se mueven entre sockets

Rendimiento de impacto de los sistemas operativos
 Aplicación web de memoria intensiva
 Creado por múltiples threads
 Memoria rápidamente asignada / desasignada
 Comparación del rendimiento de RHEL6 vs RHEL7
 Observe la cantidad alta de tiempo "system" en la parte superior
 Buscar una herramienta de referencia (ebizzy) con un perfil de
rendimiento similar
 Trazado su rendimiento con "perf”

En RHEL6
[ec2-user@ip-172-31-12-150-RHEL6 ebizzy-0.3]$ sudo perf stat ./ebizzy -S 10
12,409 records/s
real 10.00 s
user 7.37 s
sys 341.22 s
Performance counter stats for './ebizzy -S 10':
361458.371052 task-clock (msec) # 35.880 CPUs utilized
10,343 context-switches # 0.029 K/sec
2,582 cpu-migrations # 0.007 K/sec
1,418,204 page-faults # 0.004 M/sec
10.074085097 seconds time elapsed

RHEL6 Salida del gráfico de flama
www.brendangregg.com/flamegraphs.html

En RHEL7
[ec2-user@ip-172-31-7-22-RHEL7 ~]$ sudo perf stat ./ebizzy-0.3/ebizzy -S 10
425,143 records/s
real 10.00 s
user 397.28 s
sys 0.18 s
Performance counter stats for './ebizzy-0.3/ebizzy -S 10':
397515.862535 task-clock (msec) # 39.681 CPUs utilized
25,256 context-switches # 0.064 K/sec
2,201 cpu-migrations # 0.006 K/sec
14,109 page-faults # 0.035 K/sec
10.017856000 seconds time elapsed
Desde 12,400 registros/s!
Abajo de 1,418,204!

RHEL7 Salida del gráfico de flama

Hardware
Modelo de controlador dividido
Dominio del
controlador
Dominio invitado Dominio invitado
VMM
Controlador
Delantero
Driver
FrontEnd
Controlador
Trasero
Controlador
del
Dispositivo
CPU Físico
Memoria
Física
Dispositivo de
almacenamiento
CPU Virtual
Memoria
Virtual
Programación
de CPU
Sockets
Applicación
1
23
4
5

Concesión en Kernels pre-3.8.0
 Requiere "mapeo de concesión" antes de 3.8.0
 Los mapeo de concesión son operaciones costosas debido a descargas de
TLB
SSD
Dominio inter I/O:
(1) Conceder memoria
(2) Escribir en buffer de anillo
(3) Evento de señal
(4) Leer buffer de anillo
(5) Mapeo concedido
(6) Concesiones de lectura o
escritura
(7) Desasignar concesiones
read(fd, buffer,…)
Dominio I/O Instancia

Concesión en Kernels 3.8.0+, persistente e indirecto
 Asignaciones de mapeo concesión se configuran en un pool una sola vez
 Los datos se copian dentro y fuera de la concesión del Pool
SSD
read(fd, buffer…)
Dominio I/O Instancia
Concesión de pool
Copiar a y
desde una
concesión
de pool

Validación de concesiones persistentes
[ec2-user@ip-172-31-4-129 ~]$ dmesg | egrep -i 'blkfront'
Blkfront and the Xen platform PCI driver have been compiled for this kernel: unplug emulated
disks.
blkfront: xvda: barrier or flush: disabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvdb: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvdc: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvdd: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvde: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvdf: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvdg: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvdh: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;
blkfront: xvdi: flush diskcache: enabled; persistent grants: enabled; indirect descriptors: enabled;

2009 – Hace ya algún tiempo de lo que crees
 Avatar fue la mejor película en los Cines
 Facebook superó a MySpace en usuarios activos
 Presidente Obama realizo su juramentado en el cargo
 El kernel de Linux 2.6.32 fue lanzado
Tip: Utilizar kernel 3.10+
 Amazon Linux 13.09 o posterior
 Ubuntu 14.04 o posterior
 RHEL / Centos 7 o posterior
 Etc.

Dispositivo Pass Through: Enhanced Networking
 SR-IOV elimina la necesidad del controlador de dominio
 El dispositivo de red física expone la función virtual a la instancia
 Requiere un controlador especializado, lo que significa:
 Su instancia OS debe saber acerca del driver
 EC2 necesita indicársele que su instancia puede usarlo

Hardware
Después de redes mejoradas
Controlador de
Dominio
Dominio Invitado Dominio Invitado
VMM
Controlador
NIC
CPU Físico
Memoria
Física
Controlador de
Red SR-IOV
CPU Virtual
Memoria
Virtual
Programación
CPU
Sockets
Applicación
1
2
3
Controlador
NIC

Adaptador de Red Elástico (ENA)
 Próxima generación de redes
mejoradas
 Checksums de hardware
 Soporte de múltiples-colas
 Recepción de Dirección lateral
 20Gbps en un grupo de ubicaciones
 Nuevo controlador de red “Open
Source” por Amazon

Rendimiento de la Red
 20 Gigabit y 10 Gigabit
 Medida de una-via, doble que el bidireccional (duplex completo)
 Alto, Moderado, Bajo - Una función del tamaño de instancia y la
optimización de EBS
 No todos creados iguales - Si es importante, probar con “iperf”!
 Utilice ”placement groups” cuando necesite ancho de banda
consistente entre instancias
 Todo el tráfico limitado a 5 Gb/s al salir de EC2

Rendimiento EBS
 El tamaño de la instancia afecta
el rendimiento
 Utilizar “EBS optimization” si el
desempeño EBS es importante

 Seleccione AMIs HVM
 Timekeeping: utilizar TSC
 Controles de C-state and P-state
 Supervisar los créditos de CPU T2
 Utilice un sistema operativo Linux moderno
 Balanceo NUMA
 Concesiones persistentes para el rendimiento de I/O
 “Enhanced Networking”
 Perfile su aplicación
Resumen: Aprovechar al máximo las instancias de EC2

 Objetivo: rendimiento de Bare-metal y en muchos escenarios ya esta
ahí
 Historia de la eliminación de intermediación de hipervisor y
controladores de dominios
 Virtualización asistida por hardware
 Planificación y concesión de eficiencias
 Dispositivo pass through
Temas de virtualización

Siguientes pasos
 Visitar la documentación de Amazon EC2
 Iniciar una instancia y probar su aplicación.

Últimos 4 meses…..
 EC2 F1 Instances with FPGAs – Now Generally Available
 I3 Instances for Demanding, I/O Intensive Applications
 EC2 Systems Manager – Configure & Manage EC2 and On-
Premises Systems
 New – IPv6 Support for EC2 Instances in Virtual Private Clouds
 In the Works – Amazon EC2 Elastic GPUs
 New – Next Generation (R4) Memory-Optimized EC2 Instances
https://aws.amazon.com/blogs/aws/category/amazon-ec2/

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