Flash-Caching auf PCIe-RAID-Karten

Den Boot Storm überstehen

15. Mai 2014, 06:00 Uhr   |  Thomas Pavel/wg, Director Channel Sales EMEA bei LSI, www.lsi.com.

Den Boot Storm überstehen

Virtualisierungstechnik kann viele IT-Probleme in Unternehmen dank besserer Effizienz von Servern lösen und hat die gewohnte IT-Architektur in den letzten Jahren bereits stark verändert. Nachdem Server im RZ konsolidiert wurden, setzen immer mehr Unternehmen auch bei Desktops auf Virtualisierung. VDI (Virtual Desktop Infrastructure) ist seitdem eine zentrale Komponente der Virtualisierung. Der Einsatz von Flash-Cache auf PCIe-Karten kann hier helfen, Performance-Probleme zu vermeiden und die Storage-Kosten zu senken.Unternehmen haben durch das Bündeln zahlreicher Anwendungen oder virtueller Desktops auf einem Server vielfältigere Zugriffsoptionen als je zuvor. Gleichzeitig stellt die Verwendung von VDI die IT-Verantwortlichen vor neue Herausforderungen. So kann eine große Anzahl an Desktops pro Server zwar die Anschaffungs- und Betriebskosten senken, doch die VDI-Performance in großen Umgebungen leidet, wenn viele Benutzer gleichzeitig ihre Rechner starten. Dann beschränken die Leistung von Prozessor, Arbeitsspeicher, Netzwerk und Speicher die Nutzung der virtuellen Desktops und der so genannte "Boot Storm" zwingt die Mitarbeiter erst einmal zur Kaffeepause. Doch Unternehmen können diese Herausforderungen meistern und die Anzahl der von Servern unterstützen Desktops mittels PCIe-Flash-Cache und bestehender Hardware nahezu verdoppeln, ohne dabei die Antwortzeiten zu beeinträchtigen. Bei VDI werden virtuelle Maschinen auf einem Server ausgeführt. IT-Administratoren können so sämtliche Umgebungen für Desktop-Benutzer an einer zentralen Stelle verwalten und sichern. Software-Updates oder Patches erfordern in einer virtuellen Umgebung sehr viel weniger Aufwand und das Risiko von Sicherheitsverletzungen durch Nutzer sinkt erheblich. Je nachdem, welche Infrastruktur der Speicher nutzt, muss die IT jedoch einige Faktoren beachten, um eine hohe Leistung des Speichers zu garantieren.   Risiko Boot Storm Die Performance von HDD-Speicher ist stark limitiert. Normalerweise entsteht ein Problem bei der Nutzung von HDD-Speicher im Zusammenhang mit VDI dann, wenn gleichzeitig mehrere hundert VDI-Benutzer auf gespeicherte Daten zugreifen wollen. Meist ist dies der Fall, wenn die Mitarbeiter morgens gleichzeitig im Büro eintreffen. Der Datenverkehr, der minutenlang den Speicher blockiert und die Mitarbeiter daran hindert, ihre Arbeit aufzunehmen, wird "Boot Storm" genannt. Für HDD-basierten Speicher stellt diese Anforderungen aufgrund der mechanischen Funktionsweise von HDDs eine große Herausforderung dar. Solid State Disks (SSDs) können hier Abhilfe schaffen, was allerding teuer werden kann. Zudem ist das komplette Ersetzen von HDDs durch SSDs oft unwirtschaftlich. Techniken mit Flash-Cache bieten hier ein besseres Preis/Leistungsverhältnis. Bei dem Benchmark-Test mit 100 Desktops wurde mit aktiviertem PCIe-Flash-Karten-Cache eine um 33 Prozent verkürzte Startzeit gemessen.   PCIe Flash-Controller sorgen für Geschwindigkeit Im DAS-Umfeld (Direct-Attached Storage) ist der Einsatz von Flash-Cache über Flash auf RAID-Controllern sehr einfach möglich. Hier kann das Unternehmen den existierenden DAS weiter nutzen - es muss nur die bestehenden RAID-Controller durch neue PCIe-Flash-Controller ersetzen. Häufig genutzte Daten - und dazu zählen die täglich aufgerufenen Daten der virtualisierter Desktops - werden einfach in den Flash-Cache auf den RAID-Controller verschoben und liegen dann direkt auf schnell lesbarem Flash-Speicher bereit. Der Administrator muss hier nicht einmal manuelle Einstellungen vornehmen, da die Algorithmen der Software selbstständig erkennen, welche Daten auf den Flash gehören und welche auf langsameren Speicher-Tiers bleiben können. Die Vorteile dieser Technik beschränken sich jedoch nicht nur auf VDI, sondern erstrecken sich auf alle Applikationen, die auf den Speicher zugreifen. Generell kann Flash-basierter Speicher in Verbindung mit existierendem Speicher die Kosten signifikant senken, da eine Tiered-Storage-Anordnung mit Flash auf dem RAID-Controller, kombiniert mit intelligenter Software, viele Festplatten einsparen kann. Diese wären sonst nötig, um hohe I/O-Raten auf traditionellen Systemen zu gewährleisten. Der integrierte Ansatz ermöglicht es Organisationen, ihre bestehenden festplattenbasierten Speicher intelligent mit Flash-Storage zu kombinieren. Solche neuen Lösungen eignen sich für unterschiedliche Anforderungen. PCIe-Flash-Lösungen mit hoher Kapazität kommen am besten bei Primärspeicher zum Einsatz, sind aber nicht gerade preiswert. Lösungen mit mittlerer Kapazität und Caching- sowie Beschleunigungssoftware bieten eine gute Balance zwischen Kosten und Nutzwert und kommen am besten in hochwertigen SAN und komplexen DAS-Umgebungen zur Geltung.   Messung der VDI-Performance In der Praxis lässt sich die Performance-Steigerung eindrucksvoll veranschaulichen: Eine Last von bis zu 100 VDI-Sitzungen kann man mithilfe von VMware Horizon View generieren. Mit einem unabhängigen Benchmarking-Tool wie Login VSI kann man anschließend die Performance und Skalierbarkeit zentralisierter Desktop-Umgebungen messen. Bei der ausschließlichen Nutzung von Festplatten (HDDs) wird die Fünf-Sekunden-Marke der Antwortzeit bereits bei 54 Desktop-Sitzungen überschritten (Bild 1, blaue Kurve). Die Antwortzeit eines Systems mit aktiviertem Cache hingegen überschreitet diese Marke erst bei mehr als 95 Desktops (rote Kurve). Die Antwortzeiten zu verkürzen und gleichzeitig die Anzahl der Desktop-Sitzungen zu erhöhen spart bares Geld. Bei diesem Test mit 100 Desktops führte die Verwendung einer PCIe-Flash-Karte als Cache zu 34 Prozent geringeren Kosten pro Desktop.   Fazit VDI ist für die zentrale Verwaltung von Desktop-Umgebungen der Mitarbeiter ein interessantes Konzept, das immer weitere Verbreitung findet. Es erhöht die Sicherheit im Allgemeinen und minimiert den Aufwand für die Administration. Auch im Hinblick auf Anschaffungs- und Betriebskosten bietet VDI Vorteile. Müssen Administratoren mit wenig Budget planen, kann Flash-Cache die Anzahl der unterstützten Sitzungen erhöhen. Die Technik ist sowohl für DAS- als auch für SAN-basierte Implementierungen verfügbar und kann die Anzahl der unterstützten Desktops unter Umständen verdoppeln. Damit ist das Problem des Boot Storms gelöst, und VDI steigert die Effizienz der Unternehmens-IT - ohne ein komplettes Upgrade auf SSDs.

Bild 2. Die Zeit zum Laden der virtualisierten Desktops sinkt mit PCIe-Flash-Caching um rund 33 Prozent. Bild: LSI Bild 1. Die Wirkung einer PCIe-Flash-Karte veranschaulicht der Login Virtual Session Indexer: Nur mit HDDs steigt die Reaktionszeit ab 54 VDI-Sitzungen rapide über die Fünf-Sekunden-Marke. Bild: LSI

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