Test: Pernixdata FVP 3.1
I/O-Beschleuniger für VMware
Die FVP-Software von Pernixdata beschleunigt virtuelle Maschinen unter VMware, indem sie RAM oder SSDs als I/O-Cache verwendet. Das Tool integriert sich in den Vmkernel und ist für alle beteiligten Komponenten transparent. Den Turbo kann der Administrator sowohl für einzelne VMs als auch für komplette Datastores aktivieren.
Der US-amerikanische Hersteller Pernixdata hat mit der "Flash Virtualization Platform" (FVP) eine Software entwickelt, die den lokal in einem VMware-ESXi-Host vorhandenen RAM- und SSD-Speicher nutzt, um Lese- und Schreibvorgänge von virtuellen Maschinen (VMs) zu beschleunigen. Die aktuelle Version FVP 3.1 setzt ESXi 5.1 oder höher voraus. Die ESXi-Server müssen in ein VMware Virtual Center integriert und als Cluster konfiguriert sein. FVP ist bislang nur für VMware erhältlich. Pernixdata arbeitet an einer Version für Microsoft Hyper-V, nennt aber noch keinen Fertigstellungstermin.
Die FVP-Lösung umfasst drei Komponenten. Auf den ESXi-Servern wird ein Host Extension Module installiert, mit dem sich FVP in den VMware-Kernel integriert. Der Management-Server für die Konfiguration der FVP-Software läuft auf einem Windows-Server mit 64-Bit-OS, zum Beispiel Windows 2012 R2. Seit November 2015 bietet Pernixdata zusätzlich zu FVP die neue Performance-Analysesoftware "Architect" an. Diese installiert das Setup von FVP automatisch mit, ist aber separat zu lizenzieren. Für die Verwaltung der Daten benötigt der Management-Server einen MS-SQL-Server. Die Bedienung von FVP und Architect erfolgt über eine Browser-basierende Management-Konsole. Diese löst ab sofort das in Version 3.1 noch mitgelieferte Plug-in für das VMware Virtual Center (Vcenter) ab.
SSDs und RAM als I/O-Turbo
Die FVP-Software kann VMs auf verschiedenen Wegen beschleunigen. Innerhalb eines FVP-Clusters legt der Administrator für jeden ESXi-Host fest, ob die Lösung dafür einen Teil des RAM-Speichers oder SSDs nutzen soll. In vielen Fällen dürfte eine I/O-Beschleunigung per SSD-Cache bereits eine sehr gute Performance-Steigerung erzielen. Der deutlich teurere RAM-Speicher wird als Beschleunigungsmedium vor allem für Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen an niedrige Latenzzeiten zum Einsatz kommen. Prinzipiell ist es auch möglich, auf einem ESXi-Host sowohl einen Teil des RAM-Speichers als auch SSDs für FVP zu nutzen. Dafür muss der Administrator einen zusätzlichen FVP-Cluster einrichten, dem er denselben ESXi-Host hinzufügt, der bereits Mitglied des ersten FVP-Clusters ist.
Die für FVP bereitgestellten SSD-Laufwerke dürfen von unterschiedlichen Herstellern stammen und verschieden groß sein. Die Lösung lässt auch ein Mischbetrieb von SATA-, SAS- und PCIe-SSDs zu. Zu beachten ist, dass die Flash-Laufwerke keine Partitionen enthalten dürfen, da FVP sie sonst nicht nutzen kann. Als Speicherort für die VMs unterstützt FVP die meisten gängigen Storage-Systeme. Die Beschleunigung der Lese- und Schreibvorgänge funktioniert mit Speicher, der über NFS, FC, FCoE oder iSCSI angebunden ist. Auch direkt an die ESXi-Hosts angeschlossener Speicher wie zum Beispiel SAS-Arrays oder lokaler Storage profitieren von FVP.
FVP beschleunigt Schreibvorgänge, indem es die I/Os im "Write Back"-Modus verarbeitet. Der Cache schickt den Write Commit für einen I/O sofort an das Speichersystem, obwohl die Daten dort noch nicht auf Platte geschrieben sind. Um vor einem Verlust der im Cache gespeicherten Daten - zum Beispiel aufgrund eines Hardwaredefekts - zu schützen, repliziert FVP die Cache-Daten einer beschleunigten VM synchron auf bis zu zwei andere ESXi-Hosts. Wenn es zu Problemen mit dem Write-Back-Modus kommt, wechselt FVP automatisch in den Write-Through-Modus, bei dem jeder I/O erst dann bestätigt wird, wenn die Daten auf die Platte geschrieben sind. Bei "Write Through" profitiert eine VM nach wie vor von der Beschleunigung der Lesezugriffe.
Das neue "Architect"-Tool von Pernixdata lässt sich auch unabhängig von FVP nutzen. Es liefert detaillierte Performance-Analysen zu jeder VM eines Vcenters, unabhängig davon, auf welchem Speichersystem diese läuft. Architect nutzt dabei nicht die von Vcenter erfassten Performance-Daten, sondern erstellt diese selbst für jede VM direkt aus dem Vmkernel heraus. Mit dem Architect-Tool lässt sich zudem untersuchen, welche VMs von einer Beschleunigung besonders profitieren würden und wie viele SSD- und RAM-Ressourcen voraussichtlich nötig sind, um die geforderte I/O-Performance liefern zu können.
Installation und Konfiguration
Das Marketing von Pernixdata wirbt damit, dass sich FVP innerhalb von nur zehn Minuten installieren und konfigurieren lasse. Dies setzt allerdings voraus, dass der Management- und der SQL-Server bereits vorher startklar sind. Wenn der Administrator anschließend die Installation der Host Extension Tools auf den ESXi-Servern sowie das Setup des FVP-Management-Servers parallel durchführt, lassen sich die zehn Minuten vielleicht sogar schaffen. Die Konfiguration der FVP-Beschleunigung erfordert dann tatsächlich nur wenige Mausklicks.
Für den LANline-Test installierten wir den FVP-Management-Server auf einem virtuellen W2012R2-Server. Er benötigt mindestens vier V-CPUs und 4 GByte RAM. Das FVP-Host-Extension-Modul lässt sich entweder über die ESXi-Konsole mit "esxcli" oder über den VMware-Update-Manager installieren. Wir nutzten Letzeren und spielten die Software auf den zwei ESXi-6-Hosts des LANline-Testclusters auf.
Anschließend installierten wir die FVP-Software auf dem Management-Server und konfigurierten den FVP-Cluster für die Beschleunigung der VMs. Jeder ESXi-Host verfügte über 32 GByte RAM und eine 250-GByte-SATA-SSD. Wir wählten dazu bei einem Host die SSD und beim anderen 12 GByte RAM als Cache-Medium und richteten anschließend drei W2012R2-Test-VMs zur Untersuchung der FVP-Beschleunigung ein.
Eine VM kann dafür den Flash- oder RAM-Speicher von jedem ESX-Host im Cluster nutzen. FVP unterstützt VMware und Storage Vmotion sowie die HA- und DRS-Funktionen von VMware. Ein Einsatz mit "Virtual SAN" (Vsan) und "Virtual Volumes" (Vvol) ist bislang noch nicht möglich, eine entsprechende Unterstützung soll aber in einer der künftigen FVP-Versionen verfügbar sein. VMs mit Fault Tolerance oder mit direkt gemappten Raw Devices lassen sich beim aktuellen Entwicklungsstand der FVP-Lösung ebenfalls nicht beschleunigen.
Performance-Test
Um die mit Pernixdata FVP möglichen Performance-Steigerungen zu ermitteln, führten wir vor der Installation der Software auf dem VMware-Cluster Performance-Tests mit einem virtuellen W2012R2-Server durch. Nachdem wir FVP auf den ESXi-Hosts installiert hatten, ließen wir den Iometer-Test mit denselben Parametern erneut laufen. Die VM war dabei zunächst auf dem Host mit SSD-Beschleunigung platziert. Anschließend migrierten wir die VM auf den Host mit RAM-Beschleunigung und führten die Messungen erneut durch.
Kurz zusammengefasst zeigen die Messergebnisse, dass die SSD-Beschleunigung beim Test mit einem datenbanktypischen Lastmuster die I/Os um den Faktor 30 steigerte. Die RAM-Beschleunigung brachte abhängig vom jeweiligen Lastmuster in den meisten Fällen nochmals eine deutliche Steigerung. Der erzielbare Beschleunigungsfaktor hängt stark davon ab, wie leistungsfähig das vorhandene Storage-System ist. Pernixdata gibt als groben Orientierungspunkt den Faktor 10 an.
Die im Architect verfügbaren Grafiken zeigen sowohl für das Gesamtsystem als auch für jede einzelne VM sehr detailliert, welche I/O- und Latenzverbesserungen FVP erzielen konnte. Die dort dargestellten Informationen bieten auch eine sehr gute Hilfe, um die Ursachen von I/O- oder auch von Latenz-Performance-Problemen aufzuspüren.
Um ein Überlaufen des Cache-Speichers zu vermeiden, verfügt FVP über eine integrierte Flow Control. Diese bremste in Burst-Situationen mit sehr vielen sequenziellen I/Os, die wir mit dem Tool Iometer erzeugten, die Write Commits an das Speichersystem. Im Vcenter erzeugte FVP jeweils eine Warnmeldung, sobald die Flow Control für eine Test-VM aktiv geworden war.
Mit einer Datenkomprimierung verringert FVP zudem die zu übertragenden Datenmengen. Das Tool kann des Weiteren automatisch erkennen, welche Datenarten sich nicht für eine Beschleunigung eignen. Diese Workloads klammert es von einer Optimierung aus.
Den Vmotion-Support testeten wir, indem wir die VM während eines Lasttests auf den anderen ESXi-Host migrierten. Die FVP-Konsole zeigte dabei die VM zum Abschluss der Livemigration kurzzeitig als "Powered Off" an. Nach wenigen Sekunden hatte diese auf dem neuen Host wieder den Status "Running". Das Gleiche führten wir mit Storage Vmotion durch. Dort zeigte die FVP-Oberfläche für die VM den Status "Migration in Progress" an. Nach Abschluss der Storage-Migration lief die VM automatisch wieder im Write-Back-Beschleunigungsmodus.
Fazit
Die FVP-Software von Pernixdata kann im Test durch eine einfache Implementierung und sehr gute Beschleunigungswerte überzeugen. Das eng in den Vmkernel sowie in die per Vcenter verwalteten ESXi-Cluster integrierte Tool verbessert mithilfe des als Cache genutzten lokalen RAM- und SSD-Speichers die I/O- und Latenzwerte von einzelnen VMs oder kompletten Datastores deutlich. Eine Komprimierung reduziert zudem die übertragenen Datenmengen. Das neue optionale Architect-Tool ermöglicht umfangreiche Performance-Analysen des I/O- und Latenzverhaltens bis hinunter auf VM-Ebene. Seit Herbst 2015 ist FVP als Freedom Edition kostenfrei erhältlich, wobei diese Version auf die Beschleunigung mit RAM beschränkt ist.
Da für eine fehlertolerante Write-Back-Konfiguration pro Host durchaus 100 oder mehr GByte Beschleunigungs-RAM erforderlich sein können, empfiehlt sich in größeren Umgebungen aus Kostengründen der Einsatz von SSDs. Pernixdata lizenziert wahlweise pro ESXi-Server oder pro 100 virtuellen Desktops (VDI). Die Host-basierende FVP-Standardlizenz ist auf zwei CPU-Sockets pro Host beschränkt, der Preis beträgt 4.995 Dollar. Bei der Enterprise-Lizenz entfällt die Socket-Beschränkung, sie kostet 7.495 Dollar pro Host. Für kleinere Unternehmen bietet Pernixdata auch eine Version für Vsphere Essentials Plus an, die maximal drei Hosts mit je zwei CPU-Sockets unterstützt und ebenfalls 7.495 Dollar kostet. Das neue Architect-Tool ist für einen Aufschlag von 2.220 Dollar pro Host erhältlich.
Der Autor auf LANline.de: chjlange
Info: PernixdataTel.: 089/208026951Web: www.pernixdata.com
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