Flash-Speicher in virtualisierten Umgebungen
Kosten und Nutzen in gutem Verhältnis
Das Interesse an Flash-Technik ist seit einiger Zeit erheblich. Dennoch existieren nach wie vor Fehlinformationen, Missverständnisse und offene Fragen bezüglich dieser Technik und ihrer Anwendung. Für welche Workloads ist Flash geeignet? Lässt sich Flash zu vorhandenem Festplatten-Storage hinzufügen und damit die gleiche Wirkung wie All-Flash-Speicher erzeugen? Welche Kriterien soll der Nutzer bei der Evaluierung verschie-dener Flash-Lösungen anwenden, und wie kann er in einer virtualisierten Umgebung mit Flash neue Maßstäbe setzen?
Heutige Workloads sind äußerst I/O-intensiv. Gibt es Flaschenhälse bei der Performance, sind die Auswirkungen jedoch längst nicht mehr nur für die IT sichtbar. Bei Virtual Desktop Infrastructure (VDI) wirken sich zum Beispiel sämtliche durch den Speicher verursachten Performance-Probleme direkt auf die Endanwender aus. Die bisherige Lösung, immer mehr Festplatten hinzuzufügen, um die Performance zu steigern, ist letztlich nicht besonders effizient. Weitere Innovationen in diesem Bereich sind also nötig.
Hybridspeicher für performante virtualisierte Umgebungen
Um die Performance zu verbessern, nutzen einige Anbieter Flash als Cache vor der Festplatte eines herkömmlichen Speichers. Die Leistung lässt sich durch die Ergänzung von Flash etwas verbessern, dennoch bietet dieser Ansatz nicht die gleichen Kosten- und Performance-Vorteile wie hybride Architekturen mit Flash als vorrangigem Speicher ("Flash First"). Letztere haben sich als ideal für moderne Standard-Workloads und speziell virtualisierte Workloads erwiesen und liefern eine viel höhere Leistung als herkömmlicher Speicher mit Flash als Cache. Sie sind weitaus kostengünstiger als All-Flash-Systeme oder herkömmlicher Speicher angesichts des steigenden IOPS-Bedarfs (Input/Output Operations per Second). Hybride Architekturen mit einer Flash-Trefferquote von 99 Prozent sind generischem Flash-als-Cache-Speicher mit einer Quote von lediglich 30 bis 80 Prozent deutlich überlegen.
Eine genauere Analyse von Flash-basierendem Speicher führt zu dem Ergebnis, dass solche Systeme herkömmliche Speicher-Arrays aus Kosten-/IOPS-Perspektive ab einem bestimmten Punkt in den Schatten stellen. Ein Flash- und ein herkömmliches Festplattensystem mit 10 TByte nutzbarer Kapazität kosten aus Performance-Sicht bei der Marke von 7.000 IOPS ungefähr gleich viel. Über dieser Schwelle steigen die Kosten herkömmlicher Festplattensysteme mit jeder zusätzlichen, zur Verbesserung der Performance hinzugefügten Spindel sprunghaft an, während Flash-Systeme weiter über jede Menge IOPS-Kapazität verfügen. Für eine Umgebung, die beispielsweise 15.000 IOPS pro TByte nutzbarem Speicher benötigt,
würden 64 Laufwerke und 1 TByte Flash in einem herkömmlichen Speicher-Array mit Flash als Cache beziehungsweise
16 Laufwerke mit 2,4 TByte Flash in einem hybriden Speicher-Array erforderlich sein, und
das herkömmliche Speicher-Array würde mehr als doppelt so viel kosten wie der Hybridspeicher (Größenordnung: 142.000 Euro vs. 64.000 Euro).
Verkürzte I/O-Reaktionszeit
Kosteneinsparungen sind nicht der einzige Bereich, in denen Flash-Speicher dem Festplattenspeicher voraus ist. Ein weiterer großer Vorteil des Hybridansatzes ist die Verkürzung der I/O-Reaktionszeit, auch Latenz genannt. Die Reaktionszeit herkömmlicher Arrays ist dreimal länger als die hybrider Speicher (5,1 ms vs. 1,7 ms). Die Reaktionszeit von Hybridsystemen liegt zwischen 1 ms bei 1.000 IOPS und 2 ms bei 20.000 IOPS. Bei herkömmlichem Speicher ohne Flash als Cache beträgt die Reaktionszeit zirka 9 ms. Mit Flash als Cache variiert sie zwischen 4 und 6 ms. Dies ist von besonderer Bedeutung für Workloads mit Datenbanken und oder mit wechselnden Spitzen hoher I/O-Aktivität wie zum Beispiel Citrix- oder VMware-Implementierungen, bei denen fast immer I/O-Spitzen zu verschiedenen Tageszeiten auftreten - vor allem bei VDI.
Bestmögliche Flash-Lösung
Latenzempfindliche Workloads wie Datenbanken arbeiten effizienter, wenn die I/O-Latenz auf unter 2 ms reduziert ist. Zudem verringert Speicher mit niedriger Latenz den von Datenbank- und Systemadministratoren zu betreibenden Verwaltungsaufwand erheblich. Erfahrungswerte zeigen, dass bei Hybridspeicher weniger als fünf Stunden Verwaltung pro Woche reichen - im Vergleich zu zehn bis 20 Stunden für herkömmliche Arrays mit Flash als Cache. Doch welche Lösung ist am besten geeignet, wenn sich ein Unternehmen für Flash entscheidet? Zu den Haupteigenschaften von Hybrid-Speicherlösungen zählen:
Sie bedienen alle Lese- und Schreibvorgänge von Flash.
Sie sind speziell für die Nutzung von Flash als primärem Speichermedium entwickelt. Ein festplattenbasierendes System, in das nachträglich Flash eingebaut wird oder das auf die Verwendung von Flash als Cache statt als primärem Speicher ausgelegt ist, wird niemals in der Lage sein, die Vorteile von Flash vollständig zu nutzen.
Sie bieten dank Flash intelligente anwendungssensitive Verwaltungsfunktionen.
Diese Eigenschaften sind wichtig, um die Vorteile von Flash in virtualisierten Umgebungen umfassend zu nutzen. Systeme, die diese mit sich bringen, punkten durch eine stark vereinfachte Verwaltung, niedrigere Kosten, höhere Leistung und mehr Agilität. Flash nur als schnellere Festplatte einzusetzen, wäre falsch, da er im Gegensatz zur Festplatte ganz neue Möglichkeiten eröffnet.
Ein anwendungssensitiver Ansatz ("Application-Aware") und entsprechende Funktionen sind der bessere Weg für virtualisierte Umgebungen. Im Gegensatz zu Mehrzweck-Flash-Speicher sind neue Lösungen speziell für Anwendungen in virtualisierten Umgebungen entwickelt. Der Nutzen von Flash ohne intelligente Verwaltung wäre begrenzt. Daher sollte das Ziel sein, eine anwendungssensitive Hybridlösung so maßzuschneidern, dass sie die Anwendungen in einer virtuellen Infrastruktur von Haus aus versteht und mit diesen integrierbar ist. Abstraktionen virtueller Maschinen (VMs) und Festplatten kommen anstelle herkömmlicher Speicherabstraktionen wie Laufwerken, LUNs oder anderen Legacy-Speicherobjekten zum Einsatz. Alle Datenverwaltungsoperationen - Snapshots, Klone und Replikation - erfolgen auf VM-Ebene.
Flash als anwendungssensitiver, intelligenter Speicher
Die Nutzung von anwendungssensitivem, intelligentem Speicher verkürzt die Planung von Storage in virtualisierten Umgebungen um Tage oder sogar Wochen. Der Anwender erhält die gewünschten Informationen, wenn er diese benötigt, und der Administrator erledigt seine Aufgaben per Rechtsklick auf VMs, ohne durch ein Labyrinth von LUNs, Laufwerken, Levels und RAID-Sets zu irren. Die Vorteile von intelligentem Speicher erscheinen so überzeugend, dass dieser in wenigen Jahren eine Selbstverständlichkeit sein wird.
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