Heute starten und für die Zukunft gerüstet sein

Integriertes Datenmanagement mit dem superschnellen NVMe

| Autor / Redakteur: Johannes Wagmüller* / Dr. Jürgen Ehneß

NVMe verspricht deutlich geringere Latenzen.
NVMe verspricht deutlich geringere Latenzen. (Bild: ©vladimircaribb - stock.adobe.com)

Das Blockprotokoll NVMe ist die ideale Technologie, um Flash-Speicher anzubinden. NVMe garantiert sinkende Latenzen und ermöglicht mehr parallele Abarbeitung. Somit können Applikationen schneller Ergebnisse liefern und System-Ressourcen besser ausgelastet werden. Zudem wird aus Performance-Gründen persistenter Speicher künftig direkt an die Server-CPUs angebunden. Für einen durchgängigen Zugriff auf diese hyperschnellen Medien bis hin zur Ablage von Daten in der Cloud liefert NVMe eine wesentliche Basistechnologie.

In Unternehmensrechenzentren hat sich Fibre Channel (FC) als der Standard zur Datenübertragung in Speichernetzen, auch Storage Area Networks (SANs), etabliert. Das Netzwerkprotokoll (FCP – Fibre Channel Protocol) verpackt SCSI-Befehle und Daten in Fibre-Channel-Pakete und überträgt diese mit hoher Geschwindigkeit seriell über das Netzwerk. Allerdings verlangen heutige Geschäftsprozesse zunehmend Analysen in Echtzeit; steigende Datenmengen müssen in immer kürzerer Zeit verarbeitet und ausgewertet werden. Waren Zugriffszeiten im Bereich einer Millisekunde bislang vollkommen ausreichend, wird es zunehmend erforderlich, Datenbanken und Analyseanwendungen mit deutlich niedrigeren Latenzen zu bedienen. Damit sich die Ein- und Ausgaben zum Speicher nicht als Flaschenhals erweisen, ist ein Software-Tuning nötig – oder Unternehmen entscheiden sich für eine neue Zugriffsmethode: NVMe (Non-Volatile Memory Express).

Bestehende SAN-Infrastruktur nutzen und einfacher verwalten

NVMe ist ein Software-basiertes Speicherprotokoll, das auf bestehender Infrastruktur (Fabric) aufsetzt. Der NVMe-over-Fabric-Standard (NVMe oF) unterstützt Fibre Channel, InfiniBand und schnelles Ethernet (typischerweise 25 bis 100 GbE). Sowohl Standardisierung als auch Verfügbarkeit aller notwendigen Komponenten sind bei Fibre Channel derzeit am höchsten: NVMe oF über Fibre Channel ist „Enterprise-ready“.

Unternehmen, welche die aktuelle FC-Switch-Generation von Brocade oder Cisco installiert haben und ein Speichersystem wie NetApp AFF (All-Flash-Array) nutzen, können das superschnelle neue Software-Protokoll sofort einsetzen. Verfügen die angeschlossenen Serversysteme zudem über Fibre-Channel-Adapter mit NVMe-Unterstützung, muss lediglich über eine kostenfreie Lizenz auf dem NetApp-System das NVMe-Protokoll freigeschaltet werden. Alle Datenmanagementfunktionen von NetApp ONTAP und die Vorteile der in ONTAP eingebauten Effizienztechnologien sind auch mit NVMe uneingeschränkt nutzbar.

NVMe-Tests und -Prognosen

Im Endeffekt lastet NVMe die Server wesentlich besser aus, auf denen die Datenbanken laufen. Dadurch werden weniger Kerne benötigt, was Lizenzkosten reduzieren kann. Weitere entscheidende Vorteile hat das Analystenhaus Demartek im Vorjahr ermittelt. Gegenstand der Untersuchung war eine Testkonfiguration aus NetApp AFF A700s, Emulex-Gen-6-Fibre-Channel-Adaptern und Brocade-Gen-6-Fibre-Channel-SAN-Switches. Das All-Flash-Array von NetApp kam deshalb zum Einsatz, weil es das SCSI-FCP und NVMe oF gleichzeitig auf demselben Port unterstützt. Als konkretes Testergebnis stellten die Experten 58 Prozent höhere IOPS (Input/Output Operations per Second) für NVMe oF fest – im Vergleich zu SCSI-FCP auf der gleichen Hardware. Die Latenz sank um 11 bis 34 Prozent. Daraus leiteten die Analysten ab: NVMe oF beschleunigt bestehende Workloads wie Oracle, SAP, Microsoft SQL Server und andere.

Die bessere Performance ist sofort spürbar. Der Testbericht stellt zudem die Option heraus, dass man mit der NVMe-Technologie künftig neue SAN-Workloads abbilden kann. Big Data Analytics, Internet of Things (IoT) und künstliche Intelligenz (KI) werden von der Schnelligkeit und der geringeren Latenz profitieren, die NVMe oF bietet.

Eine End-to-End-NVMe-Lösung – von Backend-NVMe-SSDs bis zur Frontend-Host-Konnektivität – sorgt für eine nahtlose, hochperformante Datenübertragung, auf die es heute und in Zukunft ankommt. Mit AFF A800 bedient NetApp diesen Ansatz für die höchste Enterprise-Leistungsklasse schon länger. Seit Mai steht mit NetApp AFF A320 nun auch ein All-Flash-System in der mittleren Leistungsklasse zur Verfügung. Andere Anbieter adressieren dies noch nicht.

Der Weg zum Flash-PMEM-Ökosystem

Schaut man sich nun Prozesse im Bereich Betrugs- und Cyber-Bedrohungserkennung, Gesundheitsdiagnostik, Finanzhandel und Echtzeitmarktanalyse, Personalisierungsalgorithmen in Social-Media-Umgebungen, IoT-Workloads oder KI/ML-basierte Inferenzmodelle an, wird schnell klar: Auf Anwendungsebene steigt die Nachfrage nach noch schnelleren Echtzeitanalysen, die sich mit den aktuellen NAND-basierenden Flash-Technologien oft nicht mehr realisieren lassen. Als Speichertechnologie bietet sich Persistent Memory (PMEM) an: CPU und Anwendung können PMEM wie flüchtigen Speicher ansprechen oder gezielt über ein API Daten dort ablegen. Heutige Applikationen sind aber für die Nutzung von PMEM nicht ausgelegt oder vorbereitet. Wie kann man heute dennoch von dieser Technologie profitieren?

NetApp MAX Data (Memory Accelerated Data) gibt darauf eine Antwort. Die Lösung bietet auf dem Anwendungs-Server ein POSIX-konformes Dateisystem an, das PMEM und klassischen Flash-Speicher miteinander intelligent kombiniert (Tiering). Heiße Daten nutzen die volle Performance von PMEM, kalte Daten liegen auf den langsameren Flash-Medien.

Anwender müssen nicht darauf warten, bis Anbieter ihren Code für PMEM ändern, sondern können die Vorteile schon heute für sich nutzen.

Neben dem ultraschnellen Dateisystem enthält MAX Data Hochverfügbarkeitsmechanismen und Datenmanagementfunktionen. In Kombination mit NetApp-Speichersystemen stehen Snapshots und Replicas für Ausfallschutz und schnelle Datenwiederherstellung zur Verfügung. Etablierte und bewährte Datenmanagementfunktionen von NetApp ONTAP integrieren sich jetzt bis in das Betriebssystem der Anwendungs- und Datenbank-Server.

Alle Speichersysteme als eine Einheit betrachten

Fest steht, dass Unternehmen ein modernes SAN für ihre digitale Transformation benötigen. Das Speichernetz muss vieles bieten:

  • maximale Performance,
  • höchste Speichereffizienz,
  • unterbrechungsfreie Kapazitäts- und Leistungserweiterung,
  • umfassenden, integrierten Datenschutz,
  • Sicherheit,
  • Verschlüsselung,
  • Compliance,
  • realistische, voll funktionsfähige Cloud-Integration.

Johannes Wagmüller, Director Solutions Engineering bei NetApp.
Johannes Wagmüller, Director Solutions Engineering bei NetApp. (Bild: Alex Schelbert)

Integraler Bestandteil eines solch modernen SAN sind daher Lösungen, die auf einer End-to-End-NVMe-Architektur basieren. Konsequent disruptive Technologie unterbrechungsfrei einzusetzen, erfordert jedoch zusätzlich ein integriertes Datenmanagement, das die Kette an Speichertechnologien PMEM – Flash – Cloud nahtlos schließt.

*Der Autor: Johannes Wagmüller, Director Solutions Engineering bei NetApp.

Im Fokus: Flash-Storage

Lesen Sie hier auch die weiteren Beiträge zu unserem Schwerpunktthema Im Fokus: Flash-Storage.

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