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VMware vSphere Flash Read Cache im Bunde mit OCZ VXL Software Flash Cash und Virtualisierung revolutionieren die Datenhaltung

Autor / Redakteur: Allon Cohen und Scott Harlin / Ulrike Ostler

Die These: Mit Flash-basiertem Caching etwa durch „OCZ VXL“ und Virtualisierung mit „VMware vFRC“ transformieren mehr Unternehmen und Cloud-Anbieter die Art der Speicherung und Behandlung von Daten.

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Mit Flash-basiertem Caching etwa durch OCZ VXL und VMware vFRC können mehr Unternehmen die Art und Weise ändern, wie Daten gespeichert und bearbeitet werden - kosten günstiger, schneller und effizienter.
Mit Flash-basiertem Caching etwa durch OCZ VXL und VMware vFRC können mehr Unternehmen die Art und Weise ändern, wie Daten gespeichert und bearbeitet werden - kosten günstiger, schneller und effizienter.
(Bild: Andreas Danti/Fotolia.com)

Die Bedingungen: Denn mithilfe höherer Server-Auslastung, effizienter Flash-Verteilung und kostengünstiger Festplattenspeichernutzung lassen sich die Investitions- (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX) im Rechenzentrum reduzieren. Zugleich werden Enterprise-Anwendungen mit Flash-Performance beschleunigt.

Die Voraussetzungen:„VMware vSphere“ ist eine der weltweit führenden Virtualisierungs-Plattformen für den Aufbau von Cloud-Infrastrukturen. Diese Architektur enthält leistungsstarke Computing-Funktionen, die es x86 Server-Ressourcen ermöglichen, für die gleichzeitige Zuweisung von mehreren Anwendungs-Workloads virtualisiert zu werden. Die Plattform umfasst Netzwerkdienste, Speicher, Datenschutz und –sicherheit, sowie Betriebszeit-Dienstleistungen (wie Hochverfügbarkeit und Fehlertoleranz), deren spezielle Entwicklung eine effiziente virtualisierte Umgebung ermöglicht.

Abbildung 1: vSphere Flash Read Cache (vFRC) Konfiguration
Abbildung 1: vSphere Flash Read Cache (vFRC) Konfiguration
(Bild: OCZ)

Die Version vSphere 5.5 beinhaltet als Teil des Plattform-Pakets eine allgemeine Lese-Cache-Funktionalität, als „Enterprise Plus“-Lizenz erhältlich. Dieser „vSphere Flash Read Cache“ (vFRC) ermöglicht es VMware-Anwendern, das Server-seitige Einführungs-Flash-Caching zu nutzen und/oder mit Flash-basierten Speichern zu arbeiten, insbesondere wenn sich ihre Erfahrung bisher auf Festplatten beschränkte. VMware-Anwender, die eine stabile Enterprise-Funktionalität für ihre virtualisierten Flash-Ressourcen erwarten, sollten die VXL-Software von OCZ evaluieren.

ESXi 5.5 und vSphere Flash Read Cache

ESXi 5.5 ist die neueste Version von VMwares vSphere und vFRC 5.5 ist das neue Caching-System, welches in vSphere integriert wurde, um Flash-basiertes Read-Caching zu ermöglichen. Die vFRC-Architektur erlaubt mehrere Flash-basierten Geräte als eine vSphere-Einheit gebündelt zu werden – über Virtual Flash Ressource. Sobald der Flash-Pool erstellt wurde, kann jede VM einem statischen Teil des Cache-Ressourcen-Pool zugeordnet werden – über vSphere Web Client.

VXL Caching und Virtualisierung

Wenn die VXL-Software mit einer „OCZ Z-Drive R4 PCIeSSD“ kombiniert wird, ermöglicht dies ein komplettes virtuelles Leistungssystem für Unternehmenskunden, die nach einer effektiven Möglichkeit suchen, um Flash-Ressourcen über VMs zu verteilen, um die Performance von wichtigen Anwendungen zu maximieren. Diese Lösung bringt Daten-Caching und Flash-Virtualisierung in VMware ESXi Hypervisor-Plattformen und nutzt SSDs als Beschleunigungs-Cache, der sich im Host VMware ESXi Server befindet (siehe: Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Virtualisierungs-Plattform von OCZ
Abbildung 2: Die Virtualisierungs-Plattform von OCZ
(Bild: OCZ)
Flash-Volumen werden automatisch vom Host-Flash bereitgestellt, nicht zugewiesener Flash wird als transparente und dynamische Cache-Ressource verteilt. Egal wie viele VMs gleichzeitig laufen, die VXL-Software ordnet die Z-Drive SSD Flash-Ressource dynamisch und jederzeit nach Bedarf zu.

Als virtuelles Instrument arbeitet die VXL-Software direkt mit dem ESX oder ESXi Hypervisor-Layer, um die On-Host-Flash-Ressourcen zu verwalten und zu verteilen. Es werden keine „Guest Agents“ oder spezielle Treiber benötigt, um mit jeder beschleunigten VM zu kommunizieren.

Wichtige Funktionen von Flash Caching

vFRC 5.5 bietet als Teil des Plattform-Pakets eine allgemeine Lese-Cache-Funktionalität, während die VXL-Software erweitertes Enterprise-Caching und Virtualisierung bietet. Jede Lösung bietet wie folgt wichtige Funktionen des Flash-Caching:

Cache-Verteilung

vFRC nutzt ein statisches Cache-Verteilungsmodell, welches eine festgelegte Menge Cache-Speicher benötigt, die jeder Gast-VM zugeordnet werden muss. Die Workloads verschieben sich, je nach Wichtigkeit, die Cache-Speichermenge bleibt jedoch statisch und passt sich nicht dynamisch an die Workload-Veränderungen an. Jede VM muss einzeln konfiguriert werden, um zu bestimmen, wie viel Flash jede VM verdient. Dies verlängert die Bereitstellungszeiten.

Ergänzendes zum Thema
Inhaltsverzeichnis
  • ESXi 5.5 und vSphere Flash Read Cache
  • VXL Caching und Virtualization
  • Wichtige Funktionen von Flash-Caching
  • Cache-Verteilung
  • Verteilung der Flash-Ressourcen
  • Unterstützung für vMotion
  • Erweiterte Caching-Algorithmen
  • Hochverfügbarkeit (HA=High Availability) und Fehlertoleranz (FT)
  • Remote Central Management

Die VXL-Software nutzt ein dynamisches Cache-Verteilungsmodell, wobei der Flash-Cache bereits mit Anwendungsdaten vorbereitet ist, um bestimmte geschäftskritische Workloads zu unterstützen, die zu festgelegten Zeiten ausgeführt werden müssen. Es wird eine einzigartige „Business-Rule“-Maschine zum Vorwärmen des Cache genutzt, die den Flash-Cache den Workload-Zyklen anpasst. So wird sichergestellt, dass sich die relevanten Daten auf den Punkt im Cache befinden und den Anwendungen zur Verfügung stehen.

Verteilung der Flash-Ressourcen

Alle im vFRC-Layer konfigurierten SSDs sind einzig zur Verwendung als Cache-Partition zugeteilt – und nicht als Flash-Partition –, was Verfügbarkeit der Flash-Ressourcen als Speicherkapazität begrenzt.

Die VXL-Software bietet eine Verteilung der Flash-Ressourcen zwischen allen verbundenen VMS auf Abruf. So kann die Z-Drive R4 Karte als eine hoch-verfügbare Netzwerk-Ressource virtualisiert werden, die von jeder VM auf dem lokalen ESXi-Server oder anderen Servern im Cluster genutzt werden kann.

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Die wesentliche Einschränkung

Der Artikel eschreibt die vFRC 5.5-Funktionalität, wie sie von OCZ gemäß dem VMware ESX und ESXi Datenblatt sowie öffentlich zugänglichen Industrie-Ressourcen verstanden wurde.

Sie gilt nicht für VMware vSAN, da dies ein separates Produkt ist und als eine Beta-Version von VMware, das zum Zeitpunkt der Artikelverfassung als nicht allgemein verfügbares VMware Produkt vorgestellt wurde. vFRC und vSAN sind nicht miteinander kompatibel, da das Flash-Drive entweder vFRC oder vSAN zugeordnet und nicht von beiden gleichzeitig genutzt werden kann.

Mit diesem Design-Ansatz beschäftigt keine VM den Flash ineffizient, wenn er besser anderswo in der Umgebung genutzt werden kann. Die Beschleunigung von Anwendungen ist nicht nur auf diejenigen limitiert, die auf dem gleichen Server laufen, in dem sich der Cache befindet.

Unterstützung für vMotion

„VMware vMotion“ ist eine Fähigkeit, die Ausfallzeiten einer Anwendung bei einer geplanten Server-Wartung durch Migration laufender VMs zwischen Host-Servern zu reduzieren. Im vFRC-Modell muss der Cache vorher migriert werden, um vMotion zu ermöglichen. Dies setzt einen sorgfältigen IT-Plan für diese Migrationen voraus, um keine zwischengespeicherten Daten zu verlieren, Performance-Rückgänge zu erfahren oder Laufzeiten zu verlängern.

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Das Fazit der Autoren

Mit Hilfe der Flash-Technologie in einer VMware-Umgebung, erhält ein Unternehmen die Möglichkeit das Gesamtleistungsniveau als auch die Servicequalität dramatisch zu steigern, dabei flexibler bei den täglichen Aufgaben zu sein sowie die Betriebszeit des Rechenzentrums zu sichern. Währenddessen werden die Kosten- und Wartungsressourcen reduziert.

Sobald Caching und Virtualisierung dem Mix hinzugefügt werden, steigt die Anzahl an VMs, die auf der Host-Infrastruktur laufen können. Dies wiederum erhöht das Wachstum des Rechenzentrums ohne übermäßigen Anstieg der TCO. Die VXL-Software-Plattform von OCZ bietet ein umfassendes Paket an Flash-Virtualisierungs- und Beschleunigungsfunktionen, entwickelt um die Anforderungen von Enterprise-Workloads zu adressieren.

Im VXL-Software-Modell werden die zwischengespeicherten Daten als virtualisierte Speichereinheit behandelt, auf welche ständig zwischen den ESX-Servern zugegriffen werden kann, wann immer VMs migriert werden. Wenn VMs vom lokalen ESX-Host auf einen Remote-Host migrieren, identifiziert die VXL-Software diejenigen VMs, welche rechnerfern gewartet werden und überträgt die lokale Flash-Konnektivität zur Remote-Konnektivität. Dadurch werden drastische Performancerückgänge beseitigt, während eine transparente und dynamische VM-Migration von einem zum anderen Server ohne Cache-Verlust möglich wird.

Erweiterte Caching-Algorithmen

Die VXL-Software unterstützt erweiterte Regel-basierte Algorithmen, die IT-Administratoren aus einer Reihe von voroptimierten, anwendungsspezifischen Caching-Regeln auswählen können. Diese helfen eine gut fundierte Auswahl zu treffen, welche Daten zwischengespeichert werden sollen.

Die VXL-Caching-Algorithmen berücksichtigen die spezifischen Bedürfnisse der einzelnen VM und ihre Prioritäten, basierend auf den Anwendungsregeln. Jede Regel macht sich die Daten aus der „Hot Zone“-Erkennung, Befehlsgrößen-Prüfung und einer Menge anderer Variablen zu nutze.

Hochverfügbarkeit (HA) und Fehlertoleranz (FT)

Die Fähigkeit ununterbrochenen Service für geschäftskritische Anwendungen auch bei schweren Systemfehlern zu bieten, ist eine Voraussetzung für Rechenzentren jeder Größenordnung. Um diese Umgebung „Kein Datenverlust/keine VM-Ausfallzeit“ zu ermöglichen, müssen virtualisierte Daten synchron gespiegelt werden und kontinuierlich über das Netzwerk via HA- und FT-Dienste zur Verfügung stehen, speziell für geschäftskritische VMs.

Abbildung 3: VXL-Software-Spiegelung zur Unterstützung der VMware HA- und FT-Dienste
Abbildung 3: VXL-Software-Spiegelung zur Unterstützung der VMware HA- und FT-Dienste
(Bild: OCZ)

Die VXL-Software wurde entwickelt, um kritische Speicherdienste anzubieten, welche die Betriebszeit übergreifend auf die virtualisierte Infrastruktur maximieren, indem geplante als auch ungeplante Ausfallzeiten bei Server- und Speicherwartungen reduziert werden. Z-Drive R4 Flash-Volumen können virtualisiert und synchron gespiegelt werden. So sind sie ständig verfügbar, um erweiterte HA und End-to-End FT-Dienste innerhalb des Virtualisierungs-Host zu unterstützen, ohne Notwendigkeit für Back-End-SAN oder Storage-Vorrichtung.

Um dieses Niveau der ‚All-Silicon’ SAN-losen, virtualisierten Dienste zu ermöglichen, kopiert die VXL-Software synchron Flash-Daten durch Spiegelung (zwischen Z-Drive R4 Karten, die sich in nicht benötigten Cluster-Servern befinden). Zwei aktiv-identische Kopien der VM-Daten (auf zwei separaten ESX-Hosts) bis auf den letzten Befehl werden gehalten (siehe: Abbildung 3).

Ergänzendes zum Thema
Inhaltsverzeichnis
  • ESXi 5.5 und vSphere Flash Read Cache
  • VXL Caching und Virtualization
  • Wichtige Funktionen von Flash-Caching
  • Cache-Verteilung
  • Verteilung der Flash-Ressourcen
  • Unterstützung für vMotion
  • Erweiterte Caching-Algorithmen
  • Hochverfügbarkeit (HA=High Availability) und Fehlertoleranz (FT)
  • Remote Central Management

Der Nettoeffekt dieser SAN-losen, „Flash-Only“-Infrastruktur vereinfacht die Verwaltung der virtuellen Umgebung signifikant. Da alle Daten zudem auf den Z-Drive Karten in jedem Server gespeichert werden, erhält man Performance auf Flash-Niveau und reduziert den Strom- und Kühlungsaufwand.

vFRC unterstützt FT nicht

VMs, welche diesen Mechanismus nutzen, werden automatisch dabei blockiert fehlertolerante VMs zu sein. Um HA zu unterstützen, benötigt vFRC, dass die sekundären Server auf jener Ebene Flash-Ressourcen beinhalten, wie sie der ursprünglichen VM zugeordnet waren. Wenn zum Zeitpunkt eines Ausfalls nicht genügend Ressourcen verfügbar sind, wird die VM nicht auf dem alternative Server geladen.

Ergänzendes zum Thema
Das Fazit der Autoren

Mit Hilfe der Flash-Technologie in einer VMware-Umgebung, erhält ein Unternehmen die Möglichkeit das Gesamtleistungsniveau als auch die Servicequalität dramatisch zu steigern, dabei flexibler bei den täglichen Aufgaben zu sein sowie die Betriebszeit des Rechenzentrums zu sichern. Währenddessen werden die Kosten- und Wartungsressourcen reduziert.

Sobald Caching und Virtualisierung dem Mix hinzugefügt werden, steigt die Anzahl an VMs, die auf der Host-Infrastruktur laufen können. Dies wiederum erhöht das Wachstum des Rechenzentrums ohne übermäßigen Anstieg der TCO. Die VXL-Software-Plattform von OCZ bietet ein umfassendes Paket an Flash-Virtualisierungs- und Beschleunigungsfunktionen, entwickelt um die Anforderungen von Enterprise-Workloads zu adressieren.

Remote Central Management

Sowohl vFRC als auch die VXL-Software unterstützen das lokale Geräte-Management. OCZ erweitert diese Fähigkeit durch sein „Storage Pro Flash“-Management-System. Dieses überwacht und verwaltet Z-Drive SSDs, die mit den Netzwerk-Servern, -Speicher-Arrays oder -vorrichtungen verbundene sind, zentral. Als Netzwerk-zugängliches Management-System bietet Storage Pro einen zentralen Blick auf seine Enterprise-Ressourcen und vereinfacht die Flash-Administration durch die Möglichkeit mehrere Host-Systeme zu verbinden.

Die Autoren:

Dr. Allon Cohen ist Vice President of Software and Solutions bei OCZ Storage Solutions(früher: OCZ Technology) und Scott Harlin bekleidet die Position des Director of Marketing Communications, Enterprise Solutions bei OCZ Storage Solutions.

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