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Wie funktioniert Storage Acceleration in VMware-Umgebungen?
Storage Acceleration bietet viele Möglichkeiten, um die Performance in Speichernetzen zu erhöhen. Aber was sind die Voraussetzungen, und wie lässt sich die Technik einsetzen?
Aktuelle Versionen von VMware ESXi arbeiten auch mit Storage Arrays zusammen, die Funktionen zur Beschleunigung des Speichers bieten. Diese Technik wird Storage Acceleration genannt. Sie beschleunigt die Performance des gesamten Arrays und sorgt dabei für eine geringere Prozessorauslastung. Außerdem belegt sie weniger Arbeitsspeicher und weniger Bandbreite im Netzwerk.
Storage Acceleration erfordert allerdings den Einsatz spezieller Hardware, um einige wesentliche speicherrelevante Tätigkeiten vom Server oder einem anderen eingesetzten Host-System auszulagern. Meist werden dafür Lösungen mit Fibre Channel beziehungsweise iSCSI, aber auch NAS-Server (Network Attached Storage) oder andere Subsysteme eingesetzt.
Die Storage Acceleration von VMware erlaubt es einem ESXi Host, schnell per Thick Provisioning virtuelle Festplatten anzulegen und zuzuweisen. Es ist auch möglich, bereits im Vorfeld den gesamten benötigten Speicher zu reservieren. Außerdem können virtuelle Maschinen auf Basis eines vorbereiteten Templates erstellt und geklont werden. Diese Maßnahmen erhöhen die Geschwindigkeit bei diesen Prozessen teilweise deutlich. Storage Acceleration kann zudem die Migration von virtuellen Maschinen mit vMotion beschleunigen und die Admins beim Umgang mit dem Virtual Machine File System (VMFS) von VMware unterstützen. Dazu gehören beispielsweise wiederkehrende Cluster- und Metadata-Aufgaben sowie die beschleunigte Erstellung von fehlertoleranten VMs.
Blockbasierte Storage Acceleration versus NAS-Subsysteme
Das Verhalten mancher Hardwarefunktionen bei der Storage Acceleration sollte jedoch in Betracht gezogen werden. So ermöglicht Storage Acceleration einem Blockspeicher-Subsystem eine komplette Kopie eines Datenspeichers anzulegen, ohne dass das ESXi-Host-System dazu zunächst Daten lesen oder schreiben muss. Dadurch lassen sich sowohl der Traffic im Storage-Netz als auch die Belastung des Host-Systems erheblich reduzieren, wenn etwa eine komplette Kopie erstellt und mit vMotion migriert werden soll.
Storage Acceleration ermöglicht außerdem das so genannte Block Zeroing. Durch diese Technik lassen sich neue VMs schneller formatieren und bereitstellen. Dazu kommt das Hardware-unterstützte Sperren, mit dem VMs auf Basis von Sektoren geschützt werden können. Das ist effizienter und leichter zu handhaben als das traditionelle Sperren ganzer logischer Einheiten mit SCSI-Reservierungen.
Aber auch NAS-Subsysteme bieten manche dieser Funktionen wie das Klonen kompletter Dateien mittels der vSphere Storage APIs für die Array Integration (VAAI) von VMware. Zudem können sie Speicher für Thick Provisioning reservieren, um damit neue Disks auf NFS-Speichern (Network File Systems) anzulegen. Außerdem ist es möglich, Snapshots direkt auf dem Storage Array abzulegen und Daten über die Speichernutzung und den noch zur Verfügung stehenden freien Platz für Aufgaben mittels Thin Provisioning bereitzustellen.
Voraussetzungen für Storage Acceleration
Storage Acceleration erfordert ein geeignetes ESXi-Host-System sowie ein Storage-Subsystem. Server mit mindestens ESXi in Version 6.0 oder jünger unterstützen Storage Acceleration sowohl auf Block- als auch auf NAS-Basis. Die Minimalvoraussetzungen dafür sind vergleichsweise gering. Geräte für Blockspeicher müssen jedoch den T10-SCSI-Standard oder zumindest Blockspeicher-Plug-ins wie VAAI unterstützen. NAS-Geräte benötigen dagegen in jedem Fall spezielle NAS-Plug-ins, da NFS 4.1 Hardware Acceleration nicht von Haus aus bietet.
Es ist von wesentlicher Bedeutung, zunächst eine umfassende Bestandsaufnahme der bestehenden NAS- oder SAN-Architektur (Storage Area Network) in der IT-Umgebung eines Unternehmens vorzunehmen, um so alle Storage-relevanten Geräte zu identifizieren, die sich zwischen dem Host und dem Storage-Subsystem befinden. Gleichgültig ob sie zur Storage-Virtualisierung, Verschlüsselung, I/O-Beschleunigung oder andere speicherrelevante Aufgaben ausgelegt sind, müssen sie ebenfalls Hardware Acceleration unterstützen. An Hardware Acceleration interessierte Administratoren sollten sich ausgiebig mit der von VMware bereitgestellten Dokumentation beschäftigen. Dort finden sie unter anderem auch Informationen darüber, welche Geräte bereits für die Beschleunigungsfunktionen zertifiziert wurden.
Storage Hardware Acceleration ist allerdings noch kein perfektes System, da es zu viele Ausnahmen gibt, die den ESXi Host, das Storage-Subsystem und die zu verarbeiteten Daten beeinflussen. So kann es zu keiner Beschleunigung der Datenverarbeitung kommen, wenn die Quelle und das Ziel über unterschiedliche Charakteristiken verfügen. Beispiele dafür sind unterschiedliche Blockgrößen, Dateitypen nach Raw Device Mapping (RDM) versus Non-RDM, per Thin beziehungsweise Thick Provisioning erstellte virtuelle Disks oder wenn sich die Quelle und das Ziel in verschiedenen Storage Arrays befinden.
Außerdem ist es notwendig, die gewünschten Funktionen zur Storage Acceleration ausgiebig zu testen, bevor sie in einem Unternehmen produktiv eingesetzt werden können. Auch später sollten jedes Mal die Auswirkungen genauestens überprüft werden, wenn sich Änderungen im Netzwerk oder der Storage-Infrastruktur ergeben.
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