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von Allen Cohen
Wenn die Server-Virtualisierung einer IT-Umgebung hinzugefügt wurde, befinden sich in der Regel alle Anwendungsdaten in SAN- oder NAS-Systemen. Die Fähigkeit bleibt somit erhalten, jede Anwendung von jedem Server des Rechenzentrums dynamisch starten zu können. Während die CPU-Cores in den Servern Millionen von I/Os pro Sekunde (IOPS) generieren können, liefert eine typische Festplatte nur zwischen 100 und 200 IOPS. Die Wartung der Speicheranforderungen virtualisierter Server mit tausenden von mechanischen Festplatten ist schnell ineffizient und verschwenderisch in Bezug auf die Investitions- und Betriebskosten von Rechenzentren. Da immer mehr virtuelle Maschinen in den Servern hinzugefügt werden, können HDDs im SAN den Workload-Anforderungen meist nicht mehr gerecht werden.
Da die Virtualisierung das Rechenzentrum übernimmt, laufen viele Anwendungen auf den Servern simultan und deren kombinierten Speicherzugriffanfragen werden durch den Virtualisierungs-Layer vermischt. Beim Betrieb mehrerer VMs werden die zum Speicher-Array geleiteten Gesamt-I/O-Ströme zufällig ausgewählt, so dass die früheren sequentiellen I/O-Muster der Anwendungen durch zufällige I/Os ersetzt werden. IT-Profis müssen sich dadurch mit einen Paradigmenwechsel hinsichtlich der Verwaltung ihrer Speicher-Arrays zu befassen.
Die Veränderung der Datenströme ist eine unvermeidliche Nebenwirkung der Virtualisierung und bekannt als der "I/O Blender Effekt". Aus diesem Grund erfordert die Server-Virtualisierung starke Random-Access-Fähigkeiten beim Storage. Dies ist weiterhin ein großes Problem für Festplatten und deren physikalisches Design.
Storage-Architekturen müssen sich ändern
Rechenzentren mit irtualisierten und unausgeglichenen Server/Storage-Architekturen erleben eine schnelle Revolution und Veränderung. Flash hat das Speicherbild mit der Einführung von PCIe-Steckkarten verändert. Die im Server platzierten Flash-Speicher liefern mit geringer Latenz und in CPU-Nähe Hunderttausende von IOPS und Terabytes an Speicherkapazität. Flash-Speicher im Server wird den Anforderungen für I/O-Zugriffe bei der Virtualisierung gerecht. Deshalb wird die nächste Welle der Virtualisierung auslösen und zu einem integralen und unverzichtbaren Bestandteil der Speicher-Bereitstellung werden.
Wie andere virtualisierte Ressourcen stellt ein Software-Layer auch den Datenspeicher in jeder einzelne VM bereit. Darüber wird dynamisch verteilt Flash- und HDD-Speicher transparent genutzt, um die VM für die definierten Service-Level zu bedienen. Um dies zu ermöglichen, muss der On-Host-Flash als verteilte Cache-Ressource verwendet werden, sowie zwischen VMs teilbar als auch von mehreren Hosts zugänglich sein. Entscheidend für die Performance-Beschleunigung ist, dass die Caching-Richtlinien mit den gemeinsam genutzten Ressourcen übereinstimmen (via Application Programming Interfaces oder APIs). Damit wird gewährleistet, dass die richtigen Daten zur richtigen Zeit auf dem Flash-Speicher sind.
Den vollen Nutzen aus dem Flash ziehen
Eine Lösung, welche die Anwendungs-Performance in virtualisierten Server-Umgebungen maximiert, indem sie Daten-Caching und Flash-Virtualisierung in Hypervisor-Plattformen bereitstellt, wäre interessant. In Verbindung mit einer PCIe SSD könnte diese Lösung Flash-Caching-Ressourcen auf Abruf und basierend auf den Bedürfnissen der VM verteilen. So wird sichergestellt, dass keine VM den Flash ineffizient beschäftigt, wenn er besser anderswo in der Umgebung genutzt werden kann. Flash-Volumen stellt der Flash-Host automatisch bereit, indem nicht festgelegter Flash transparent als dynamische Cache-Ressource eingesetzt wird. Der Flash-Speicher wird jederzeit optimal genutzt, egal wie viele VMs gleichzeitig laufen.
Flash- und Cache-beschleunigte Volumina (von internen HDDs und externen SANs) könnten als verteilte Netzwerk-Ressourcen präsentiert werden, auf die sich von jeder VM aus zugreifen lässt. Mit der wünschenswerten Fähigkeit, alle Datenzugriffe zu überwachen, sollte der Datenverkehr zum und vom SAN um bis zu 90 Prozent reduziert werden, indem kritische Daten lokal auf der PCIe SSD liegen. Leider sind viele Produkte dahingehend limitiert, nur Anwendungen zu beschleunigen, die auf dem gleichen Server laufen, in dem auch der Cache integriert ist. Wäre es nicht hochinteressant, wenn es mit der Flash-Virtualisierung möglich wäre, den Cache auf mehr als einen angeschlossenen Server auszuweiten?
Auf den Punkt gebracht: Es wird eine virtuelle Vorrichtung in einer virtualisierten Umgebung benötigt, die direkt mit dem Hypervisor-Layer arbeitet, um On-Host Flash-Ressourcen zu verwalten und zu verteilen. Diese Caching-Lösung benötigt idealerweise keine Software-Agenten für die beschleunigten Gast-VMs.
Allein dies würde eine der größten Herausforderungen an IT-Manager bei der Implementierung einer solchen Lösung in einem modernen Rechenzentrum mit Hunderten von VM-Guests deutlich erleichtern. Ein zentralisierter Ansatz würde ermöglichen, die gesamte Flash-Kapazität als eine einzelne virtuelle Ressource zu behandeln und die Flash-Ressourcen dynamisch unter den VMs je nach Bedarf zu verteilen. Durch die Kombination von Speicher-Virtualisierung mit dynamischem Flash-Caching könnten die kompletten Vorteile zu jeder Zeit effektiv genutzt werden.
Erweiterte Virtualisierung - ohne SAN
Durch den stetig wachsenden Einsatz von Flash-basierten SSDs in Rechenzentren, realisieren IT-Profis nun, dass sich beschleunigte Server-Anwendungen wie keine andere Applikation auf spezifische Möglichkeiten des unterstützten Speichermediums verlassen. Hierzu zählen entscheidende Dienste, wie beispielsweise synchrones Mirroring, hohe Verfügbarkeit (HA), End-to-End-Fehlertoleranz und vMotion. In einigen Fällen sind diese kritischen Dienste eine Voraussetzung für die Ausführung bestimmter Server-Anwendungen.
Eine gemeinsame Nutzung von SAN-Speichern ermöglicht der virtuellen Server-Umgebung viele wichtige Funktionen, wie Live-VM-Migration, verteiltes Ressourcen-Management und Site/Data-Recovery. Aber mit diesen Fähigkeiten werden zusätzliche Ressourcen und Ausgaben erforderlich mit der Implementierung, Pflege und Aktualisierung. Die Kosteneinsparungen durch Virtualisierung werden kompromittiert durch die Zugabe von mehr Speichersystemen. Aber was wäre, wenn die Vorteile der Virtualisierung ohne die Verwendung weiterer Vorrichtungen realisiert werden könnten? Oder besser noch, wenn ein SAN überflüssig wäre? Das Ergebnis wäre eine "All-Silizium" SAN-lose virtuelle Infrastruktur - welche die physikalischen Hosts davon befreien würde, sich mit einem extern geteilten Speicher-Pool verbinden zu müssen.
Damit IT-Profis eine "No Data Loss/No VM Downtime"-Umgebung realisieren können, müssen alle virtualisierten Daten synchron gespiegelt und kontinuierlich über das Netzwerk verfügbar sein. Dafür sind HA- als auch FT-Dienste nötig, speziell für geschäftskritische VMs.
VMware Fault Tolerance ist eine der anspruchsvollsten Funktionen von virtualisierten Umgebungen, die sogar bei einem Serverausfall eine kontinuierliche, ununterbrochene Verfügbarkeit einer Anwendung ermöglicht. Die optimale Lösung müsste nicht nur Daten auf einen Host-basierten Flash-Speicher verschieben können, um so die Leistung zu maximieren sowie Host-Ressourcen effektiv zu nutzen, sondern sie müsste auch die kritischen Storage-Dienste bieten können, welche für den Betrieb von Unternehmensanwendungen erforderlich sind.
Nahezu perfekt
Der Nettoeffekt einer SAN-losen, reinen Flash-Infrastruktur wäre, dass die virtuelle Umgebung tagtäglich wesentlich einfacher zu verwalten wäre. Da alle Daten in jedem Server auf dem Flash gespeichert sind, erhalten IT-Manager von Cloud- und Enterprise-Rechenzentren einen einheitlichen Host-Baustein mit Flash-Level-Speicherperformance. Niedrigere Strom- und Kühlungskosten im Vergleich zu traditionellen HDD-basierenden SANs wären ein weiterer Vorteil.
Gäbe es eine Lösung, die dabei hilft, die heutige Branchenvision Realität werden zu lassen und virtuelle Flash-Ressourcen intelligent über das Server-Netzwerk zu verteilen, wäre ein großer Schritt gemacht. Die Idee: Eine optimierte Lösung für virtuelle Umgebungen, die durch die dynamische Bereitstellung und Lieferung von Caching-Diensten für jede VM über die gesamte virtualisierte Umgebung einige Problematiken lösen würde. (rb)