Enterprise-Anforderungen und passende Flash-Lösungen

Hypothetisch profitieren alle Anwendungen von der Flash-Implementierung, die von einem schnellen Datenzugriff abhängig sind. Flash beschleunigt Daten und per Definition durch die physikalischen Unterschiede im Vergleich zu Festplatten. Dabei ist es egal, ob der Einsatz in Windows- oder Linux-basierenden Systemen erfolgt oder virtualisierten Umgebungen, beispielsweise mit VMware.

Aber unterschiedliche Anwendungen benötigen unterschiedliche Implementierungen. Aufgrund der Komplexität braucht eine virtualisierte Umgebung einen ausgeklügelten Management-Layer. Dieser soll nicht "einfach nur" beschleunigen, sondern die Daten so verwalten, dass Anwendungen optimiert werden, wann und wo immer sie gebraucht werden.

Bis vor kurzem hatten IT-Manager die ersten zwei großen Flash-Deployment-Optionen für Rechenzentren zur Verfügung. Jüngste Fortschritte hinsichtlich Enterprise-Flash-Lösungen ermöglichen nun die dritte aufgeführte Einsatzoption:

Flash-Deployment-Option: SAN Array-basierter Flash-Einsatz

Bei dieser Architektur wird der Flash-Speicher in Enterprise-SAN-Arrays hinzugefügt. Die SAN-Arrays sind entweder ausschließliche Flash-Arrays oder kombinierte HDD/Flash-Arrays. Der Flash-Speicher ist für alle Server mit Zugriff auf das SAN verfügbar und bietet das Potential, Flash-Ressourcen als gemeinsame Netzwerkressource zu nutzen.

Da sich der Flash im SAN befindet, verbindet es sich mit Host-basierten Anwendungen in gleicher Weise wie Festplatten-basierte SANs. Dies stellt eine brauchbare Lösung für die erforderliche Allgegenwärtigkeit (Ubiquität) dar. Jede Anwendung, welche sich mit dem SAN verbinden lässt, kann so auch den darin integrierten Flash-Speicher nutzen. Darüber hinaus können alle Storage-Services, welche im SAN zugänglich sind (wie Mirroring und Virtualisierung), auch dem Flash-Speicher zur Verfügung gestellt werden.

Ein wesentlicher Nachteil dieses Ansatzes ist jedoch, dass dadurch die Fähigkeit des Flash-Speichers reduziert wird, Host-basierte Anwendungen zu beschleunigen. Die Flash-Ressource wird dem gleichen Netzwerk mit denselben Controller-Engpässen hinzugefügt, welche bereits die HDD-Arrays plagen. Ein grundlegendes Problem bildet hier die unzureichende Leistungsfähigkeit der vorhandenen HDD-Arrays, die in einem solchen Szenario schnell den Flaschenhals bilden und unter der gesteigerten Last durch moderne Flash-Speicher zusammenbrechen. Die Hochgeschwindigkeits-Vorteile des Flash-Speichers werden irrelevant, wenn die SSDs aufgrund von Netzwerkbegrenzungen nicht effizient genutzt werden können. Darüber hinaus wird es schwieriger, die Flash-Nutzung für Zugriffe auf Host-basierten Anwendungen zu optimieren, wenn sich der Flash-Speicher im SAN befindet.

Die Effektivität des Caching lässt sich massiv verbessern, indem Algorithmen genutzt werden, die basierend auf einer intelligenten Betrachtung der Host-Ressourcen und Anwendungs-Datenzugriff-Parameter selektieren, was zwischengespeichert werden sollte. Diese sind deutlich leichter zu überwachen. Je mehr Informationen über die Zugriffsanforderungen und aktuellen Host-Bedingungen zum Zeitpunkt der Datenzugriffs-Anfrage im SAN zur Verfügung stehen, desto besser kann innerhalb des Hosts darauf reagiert werden.

Host-basierter Flash-Einsatz mit Caching-Software

In diesem Szenario bildet der Flash-Speicher zusammen mit entsprechender Caching-Software selbst den Host-Server und ist damit deutlich näher an den genutzten Anwendungen. Jedoch bleibt der Zugriff auf den Flash-Speicher hier auf den Host-Server begrenzt. Diese Lösung ist konzipiert, um diese beiden Mängel der SAN Array-basierten Flash-Architekturen entsprechend zu beseitigen.

Durch den Einsatz des Flash-Speichers im Server, buchstäblich direkt neben der CPU, wo die Anwendungen ausgeführt werden, sind zwei wichtige Ziele im Fokus. Erstens werden Engpässe entfernt, welche die Übertragungsgeschwindigkeiten zwischen dem Flash-Speicher und der Host-CPU begrenzen. Zweitens können Caching-Entscheidungen nun auf dem Host selbst getroffen werden, einhergehend mit einer engmaschigen Überwachung der Host-Flash-Ressourcen, Host-Anwendungsanforderungen und anwendungsspezifischen Daten-Zugriffs-Mustern.

Wenn jedoch nicht die richtige Software eingesetzt wird, können Host-basierte Flash-Lösungen erhebliche Einschränkungen auf Anwendungen und die genutzten Server verursachen. Wesentliche kritische Daten werden aus dem SAN genommen, wo sie Storage-Services und Netzwerk-Verfügbarkeit genießen, und von diesen zwei kritischen Enterprise-Features isoliert in den Server verschoben. Somit kann auf diese Anwendungen plötzlich nicht mehr von anderen Servern zugegriffen werden und auch eine ordnungsgemäße Wartung ist nicht länger möglich.

Während zwar die volle Performance des Flash-Speichers gewonnen wird, verlieren IT-Manager die Möglichkeit, einen flexiblen und fehlertoleranten Service bereitzustellen, der von Kunden gefordert wird. Darüber hinaus wird eine effektive und gemeinsame Nutzung von Ressourcen zwischen Servern unmöglich, wenn Flash-Speicher physisch an den lokalen Host-Server gebunden wird, was wiederum die TCO des Rechenzentrums erhöht.

Host-basierter Flash-Einsatz mit Virtualisierungs- und Beschleunigungs-Software

Wie nachfolgend aufgezeigt, richten sich die ersten zwei Flash-Architekturen an eine andere Teilmenge der Enterprise-Anforderungen. Keine der beiden bietet aber eine vollständige und universelle Lösung. Neue Entwicklungen bei Enterprise-Flash-Lösungen führen zur dritten Einsatzoption.

Beim dieser kombinierten Lösung kommt der SSD-Speicher zusammen mit der entsprechenden Software auf dem Host-System zum Einsatz. So werden nicht nur lokale Anwendungen beschleunigt, der Host-basierte Flash-Speicher wird auch zu einer virtuellen, sehr performanten und robusten Netzwerkressource mit hoher Verfügbarkeit.

Eine neue Flash- Architektur ermöglicht es, alle Vorteile von Flash-Speichern unter Einhaltung aller Enterprise-Storage-Anforderungen zu nutzen. Der Schlüssel dieser Architektur ist die intelligente Kombination aus der Flash-Beschleunigung und Storage-Virtualisierung. Beim gemeinsamen Einsatz von Host-basiertem Flash-Speicher mit Virtualisierungs- und Beschleunigungs-Software werden die Daten nicht einfach nur auf einen Host-basierten Flash-Speicher verschoben, sondern auch mit den kritischen Storage-Services auf dem Host verbunden.

VMware-Virtualisierungsösungen ermöglichen beispielsweise, Daten und Anwendungen effizient zu verbreiten und gemeinsam im SAN zu nutzen, ohne die Daten lokal auf dem Server zu haben. Ein Problem ergibt sich dabei, dass die gemeinschaftliche Nutzung der Anwendungen die I/O-Last rapide erhöht. Die komplette Umgebung muss effizienter werden um diese Last zu erfüllen, sie muss "smarter" werden. Wie bereits erwähnt, gibt es eine Reihe von neuen Herausforderungen innerhalb eines Rechenzentrums, die gelöst werden müssen. Der sogenannte "Blender-Effekt" ist sicherlich ein Thema. Aber heutzutage ist auch Zeitmanagement wichtiger geworden, um sicherzustellen, dass die Leistung von der richtigen Anwendung und dem richtigen Nutzer zur richtigen Zeit verwendet werden kann. Durch eine intelligente Verwaltung ist es möglich, Flash-Ressourcen auf echte Hochleistungsprozesse wie Datenbankdurchsatz oder eine hohe Nachfrage, wie zum Beispiel einem "Boot-Storm" um 09:00 Uhr morgens bei Arbeitsbeginn vorbereitet werden. Mehr Leistung dahin leiten, wo sie gebraucht wird ist der Schlüssel.

Wie immer beinhaltet eine IT-Infrastruktur viele Gefahren, die so gut wie möglich beseitigt werden müssen. Bei der Datenverarbeitung gilt hier nichts anderes. Ein Server- oder Stromausfall ist eines der bekanntesten Probleme, welches Rechenzentren beachten müssen. Um dies lösen zu können müssen Daten zwischen zwei oder mehreren Servern gespiegelt werden. Darüber hinaus ist es ebenso wichtig, die Wartung (Kosten & Service) für mehr Effizienz zu senken. Wenn ein Server gewartet werden muss, müssen VMs von einem auf einen anderen Server bewegt werden (vMotion).

Unterschiede: Enterprise-SSDs vs. Consumer-SSDs

Die Verarbeitung von Daten in einem Rechenzentrum gegenüber der in einer privaten Endanwenderumgebung ist ein Unterschied wie Tag und Nacht. Nicht nur die Daten werden unterschiedlich verarbeitet, sondern auch die Last steht in keinem Vergleich zueinander. Besonders die Input/Output Belastung kann bei Serveranwendungen sehr hoch sein. Die Hardware muss in der Lage sein, diese konstant, sicher und schnell zu handhaben. Um diese Art der Belastung bewältigen zu können, benötigt die Hardware eine andere Klasse von Komponenten, welche optimale Sicherheit garantieren können. Allerdings ist es nicht nur die Hardware, welche angepasst werden muss. Dies betrifft selbstverständlich auch die Firmware-Programmierung, Kompatibilitätstests sowie Service-Support (SLA) für Enterprise-SSDs.

Nach der ersten Selektion, unterliegen die Komponenten von Enterprise-SSDs strengen Tests, um sicherzustellen, dass alle Elemente (Controller, NAND-Chips, ICs, usw.) auf Enterprise-Ebene zuverlässig funktionieren. Die Firmware-Entwicklung beinhaltet zusätzliche Funktionen, welche auf Serverumgebungen und Rechenzentren ausgerichtet sind. Auf dieser Ebene ist es sogar möglich, auf individuelle Kundenanforderungen einzugehen. Beispiele für spezielle Enterprise-Merkmale sind "Power Failure Protection" und 256-Bit-Verschlüsselung. Während die höhere Datenverschlüsselungsstufe für hohe Datenintegrität und -sicherheit steht, stellt die "Power Fail Protection" sicher, dass bei einem Stromausfall alle Datenschreibvorgänge abgeschlossen werden können, so dass keine wichtigen Informationen verloren gehen.

Ergänzend zu den Hardware- und Software-Lösungen, brauchen neue Technologien oft Fachwissen, um dem Rechenzentrum eine perfekt optimierte Installation zu ermöglichen. Die Field Application Engineers haben die Kompetenz und Erfahrung, um in einem Unternehmen oder einer Abteilung bei der Implementierung und Installation zu unterstützen. Dieses Maß an zusätzlichem Service ist zu guter Letzt das finale Bindeglied des gesamten Paketes, welches für eine ordnungsgemäße Installation einer Enterprise-Speicherlösung erforderlich ist.

Abschließend lässt sich festhalten, dass der Unterschied zwischen einer Consumer-SSD und einer Enterprise-Lösung auf jeder Ebene - Produkt, Software und Service - zu finden ist. Unabhängig von Unternehmen oder Privatperson muss die SSD langfristig zuverlässig und beständig sein, sowie die Performance liefern, für die sie gebaut wurde.

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag der CW-Schwesterpublikation TecChannel. (mhr)