Der Nutzen von Shared-SSDs für Enterprise-Computing

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1 Der Nutzen von Shared-SSDs für Enterprise-Computing QLogic Mt. Rainier integriert SSDs mit SAN- Konnektivität Wichtige Erkenntnisse Die Mt. Rainier-Technologie von QLogic ist ein PCIe -basierter intelligenter I/O-Accelerator, der integrierte Speichernetzwerk- Konnektivität, SSD- (Solid-State Disk)-Schnittstellen und eingebettete Verarbeitung bietet, die erforderlich ist, um SSD-Managementund Caching-Aufgaben vollkommen transparent für den Host zu machen. Die Mt. Rainier-Technologie von QLogic bietet: Cache-Offloading auf Adapter-Hardware, um für I/O-Beschleunigung zu sorgen. Shared-Caching für Cluster-, virtualisierte und verteilte Arbeitslasten im gesamten Rechenzentrum. Einfache Bereitstellung mithilfe eines Einzeltreiber- und Management-Modells, das die Komplexität des Software-Stacks reduziert.

2 Zusammenfassung Mit der Mt. Rainier Accelerator-Technologie liefert QLogic einen einzigartigen Lösungssatz, der dazu optimiert ist, die wachsende Leistungskluft zwischen dem, was heutige Prozessoren verarbeiten können, und dem, was das Speicher-I/O-Subsystem liefern kann, überbrückt. Dieser Ansatz kombiniert Unternehmensserver-I/O-Konnektivität nahtlos mit freigegebenem, serverbasiertem I/O-Caching. Mt. Rainier nutzt SSDs von Branchenstandard, um stark und reibungslos skalierbare Anwendungsleistungsverbesserungen für eine Vielzahl an Unternehmensanwendungen zu ermöglichen. SSDs haben sich in den letzten Jahren als wichtiges Unterscheidungsmerkmal für die Serverleistung herausgestellt. Da die Preise der Branchenstandard-SSDs in den letzten Jahren gesunken sind, nutzte die Konvergenz von günstigem Flash und dessen gesteigerte Leistung nur der Einzelserver-Leistung. Die heutigen virtualisierten und verteilten Arbeitslasten im gesamten Rechenzentrum erfordern auch schnelleren I/O-Zugriff. Die vorhandenen Lösungen gehen nicht nur auf die zusätzliche Dimension von mehreren Servern ein, die gemeinsam agieren, um komplexe, geschäftskritische Anwendungen auszuführen, z. B. OLTP (Online Transaction Processing), OLAP (Online Analytical Processing und andere geclusterte Rechenumgebungen wie Oracle ERP Analytics und Web 2.0. Dieses Whitepaper erläutert die Vorteile der QLogic Mt. Rainier Accelerator Technologie. Außerdem hilft es dem Leser beim Treffen informierter Entscheidungen, wenn der Wert von Flash-Speicher in der Form von SSDs erwogen wird, um die Serverleistung zu verbessern. Einführung Speicher-I/O ist der primäre Leistungsengpass für die meisten virtualisierten und datenintensiven Anwendungen. Während die Prozessorund Speicherleistung gemäß Mooreschem Gesetz (Verdoppelung der Chip-Leistung alle 18 Monate) gestiegen sind, lag die Speicherleistung (rotierende Medien) weit zurück. Während des vergangenen Jahrzehnts hat sich die Bereitstellungsleistung für Datenspeicher als problematisch für die Administratoren von Unternehmensspeichern erwiesen. Die jüngsten Herausforderungen sind dabei, trotz steigender Virtualisierung, Konsolidierung und Datenanalyse die Infrastrukturfähigkeiten stark einzuschränken. Während die Datendichte und die Rechenleistung im Laufe der Jahre fast logarithmisch gestiegen sind, bleiben die Verbesserungen der Speicherleistung relativ träge. Eine neue Klasse serverbasierter Speicherbeschleunigung ist die neueste Innovation auf dem Markt, um diesen Leistungsunterschied zu beheben. Das Konzept ist einfach: Mit dem Server verbundener, schneller, zuverlässiger Solid-State-Flash-Speicher sorgt für schnelleren Datenzugriff auf die Server-CPU. Der Flash-Speicher in der Form des SSD-Mediums ist auf dem Markt reichlich vorhanden und verspricht eine schnellere Leistung als rotierende Disks unter typischen, kleinen, äußerst zufälligen I/O-Unternehmensarbeitslasten. Die Akzeptanz dieser Technologie hinkt jedoch nach: 79 Prozent dieser Anwendungen sind geclustert, virtualisiert und erfordern Daten-Sharing. Als Erstes der Branche Die Mt. Rainier-Technologie von QLogic bietet I/O-Beschleunigung im gesamten Speichernetzwerk. Die Mt. Rainier-Technologie ist ein PCIe -basierter intelligenter I/O-Accelerator, der integrierte Speichernetzwerk-Konnektivität, SSD-Schnittstellen und eingebettete Verarbeitung bietet, die erforderlich ist, um SSD-Management- und Caching-Aufgaben vollkommen transparent für den Host zu machen. Der Accelerator baut auf der Host Bus Adapter- und Speicher- Routing-Kerntechnologie auf, die sich in Unternehmen bewährt hat. Er nutzt nicht nur SSDs von Branchenstandard, um den Server-I/O-Zugriff zu beschleunigen, sondern gibt Servern auf einzigartige Weise die Möglichkeit, den Zugriff auf den Cache-SSD-Speicher freizugeben. Die heutigen Enterprise-Anwendungen erfordern schnelleren I/O-Zugriff, weil sie sich im Cluster befinden, virtualisiert sind und ihre Arbeitslasten auf dem gesamten Rechenzentrum verteilt sind. Mt. Rainier erfüllt diese Anforderungen auf einzigartige Weise durch die Bereitstellung von freigegebenem Cache-Daten- und Accelerator-Clustering, was wiederum die Cache-Kohärenz, die hohe Verfügbarkeit und die optimale Zuweisung von Cache-Ressourcen aufrecht erhält. Die Implementierung auf Host Bus Adapter-Level vereinfacht außerdem die Installation und Verwaltung von serverbasiertem SSD-Caching. Aufgrund der I/O-Wahrnehmung im gesamten SAN kann Mt. Rainier identifizieren, welche Daten gecacht werden sollen. Da Mt. Rainier die Inhalte aller Mt. Rainier-Caches innerhalb der physischen Server erkennt, ist das Cache- und SSD-Management für die Server transparent. Außerdem ist die einzige Software, die sich für den Betrieb von Mt. Rainier auf dem Host befinden muss, ein Host-OS-spezifischer Treiber... der Multicore-Prozessor auf Mt. Rainier erledigt den Hauptteil. SSG-WP12003B SN Rev. B 11/12 2

3 Mt. Rainier liefert, was andere SSD-Caching-Lösungen nicht können. Diese anderen Direct-Attach-Lösungen mit gebundenem Cache haben Nachteile, weil: Caches nicht zwischen Servern freigegeben werden können, die in Cluster- oder virtualisierten Anwendungen laufen. Wenn jeder Server einen gebundenen Cache aufweist, kann es keine Cache-Kohärenz zwischen Servern geben. Die Software-Komplexität nimmt aufgrund der zusätzlichen Filtertreiber und Anwendungen zu, die wertvolle CPU-Zyklen verbrauchen. Caching verstößt gegen die Datenschutz- und Compliance-Richtlinien des SAN. Cache-Offloading auf Adapter-Hardware QLogic Mt. Rainier steuert das gesamte Caching- und SSD-Management in der Adapterhardware und agiert wie ein standardmäßiger Host Bus Adapter im Server. Diese Steuerung führt zu einer Lösung, die anwendungstransparent sowie infrastruktur- und speicheruntersystemagnostisch ist. Die QLogic- Lösung liefert die Vorteile der Anwendungsleistungsbeschleunigung von serverbasiertem Cache ohne die Beschränkungen von Lösungen, die separate, serverbasierte Speicher-Management-Software und OS-Filter- Treiber benötigen. Das Cache-Offloading von Mt. Rainier ermöglicht schnellere Anwendungsreaktionszeiten, bietet geringere Latenzen für den Datenzugriff und erhöht die Produktivität. Mt. Rainier bietet: Mehr Transaktionen pro Sekunde. Höhere Anzahl virtueller Rechner je Server. Schnellere Reaktionszeiten bei Datenanalysen. Wachstums- und Rentabilitätssteigerungen für das Geschäft. Durch die Bereitstellung von vollständigem Hardware-Offloading bieten die QLogic-Adapter wichtige Leistungsvorteile und machen den großen Speicherplatz überflüssig, der erforderlich ist, um Mappings zwischen den Daten zu erstellen, die gecacht werden, und den Daten, die im SAN verbleiben. Diese Fähigkeit spart Serverspeicher für Anwendungen und Dienste ein und maximiert die Servervirtualisierungsanteile. Da Mt. Rainier die Host Bus Adapter-Funktionalität enthält, wird der Lesen-/Schreiben-/I/O-Datenverkehr auf dem Fibre Channel-Link in einem Einzelserver wahrgenommen. Diese Wahrnehmung gibt Mt. Rainier die Möglichkeit, für alle auf dem Server ausgeführten Anwendungen Daten-Caching-Entscheidungen zu treffen, die auf Durchsatzverkehrsmustern basieren. Shared-Caching zwischen Mt. Rainier und Servern Der QLogic Mt. Rainier-Accelerator bietet etwas, das keine andere SSD- Caching-Lösung zu bieten hat: die Fähigkeit, Mt. Rainier-Accelerators und den Cache zwischen Servern zu clustern. Das Clustering von Mt. Rainiers erzeugt eine logische Gruppe, die einen zentralen Verwaltungspunkt bietet und kooperiert, um die Cache-Kohärenz und hohe Verfügbarkeit aufrecht zu erhalten und Cache-Ressourcen optimal zuzuweisen. Im Gegensatz zu standardmäßigen Host Bus Adaptern kommunizieren die Mt. Rainier-Accelerators über die Fibre Channel-Infrastruktur miteinander. Diese Kommunikation ermöglicht dem Cluster, Caches über mehrere Serverknoten hinweg zu verwalten. Nachdem die Administratoren die Caches für bestimmte LUNs auf dem SAN definiert haben, kann jeder Mt. Rainier-Accelerator den Eigentümer des Cache identifizieren. Da alle Mt. Rainiers den Cache-Eigentümer für eine bestimmte Daten-LUN erkennen, werden die I/Os zum Cache-Eigentümer umgeleitet. Dieses verteilte Cache- Modell ermöglicht eine Einzelkopie gecachter Daten, maximiert die SSD- Verwendung und sorgt für mehr Skalierbarkeit. LUN-Cache-Ownership garantiert, dass zu jedem Zeitpunkt nur ein Mt. Rainier eine bestimmte LUN cacht. Jedes Mitglied eines Mt. Rainier- Clusters, das Zugriff auf eine LUN benötigt, welches von einem anderen Cluster-Mitglied gecacht wird, leitet die I/O zu dem jeweiligen Cache- Eigentümer der LUN um. Wie in Abbildung 1 gezeigt, verwendet die I/O von Server 1 den Cache auf Server 2. Abbildung 1. Verwaltetes LUN Cache Ownership Abbildung 2 zeigt, dass der freigegebene Cache von QLogic Mt. Rainier eine skalierbare Leistung für Cluster- und virtualisierte Anwendungen ermöglicht, ohne zur Komplexität beizutragen. Dieser Wert wird umgesetzt in: VMware, Microsoft Hyper-V, Citrix und Kernel-basierten Virtual Machine (KVM) Umgebungen, in denen Caches warm bleiben, wenn virtuelle Rechner innerhalb der Server verschoben werden. Cluster wie z. B. Oracle Real Application Cluster (RAC), IBM DB2 purescale und Microsoft Windows Server Failover Clustering (WSFC) mit SQL oder Exchange-Servern. Shared-Cache-Modelle, die Cluster- und virtualisierte Anwendungen unterstützen. Verteilter Cache, der äußerst skalierbare Architekturen ermöglicht. SSG-WP12003B SN Rev. B 11/12 3

4 Abbildung 2. Shared-Caching Erfolgsgeschichte und Technologiebereitstellung Mt. Rainier baut auf der Host Bus Adapter- und Speicher-Routing- Kerntechnologie von QLogic auf und nutzt QLogic Fibre Channel-Treiber und den Management-Stack mit Erweiterung für I/O-Caching (siehe Abbildung 3). Das QLogic Mt. Rainier-Softwaremodell bietet: Einen ausgereiften Treiber-Stack mit Jahren an robuster OS- und Anwendungsinteroperabilität. Ein Standard-Treiber erforderlich (vom OS). Keine zusätzlichen Server-Ressourcen. Einfache und standardmäßige Installation, Verwaltung und Instandhaltung, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden. Im Gegensatz dazu befinden sich die Verwaltung und Cache-Steuerung anderer SSD-Cachinglösungen im Host und OS. Diese Organisation erzeugt zusätzliche Komplexität, erhöht die OS-Abhängigkeiten und verbraucht zusätzliche Server-Ressourcen, wie zuvor in Abbildung 3 verdeutlicht. Die Verwaltung zusätzlicher Treiber, Agents und Anwendungen verursacht unnötige Komplexität in realen Konfigurationen, wodurch auch die Betriebskosten und die Probleme innerhalb der IT-Infrastruktur erhöht werden. Insgesamt erzeugen diese anderen Lösungen: Die Notwendigkeit für zusätzliche Treiber OS-Abhängigkeiten Interoperabilitätsprobleme Höheren Verbrauch von Server-Ressourcen Gesteigerte Komplexität, was höheren Betriebskosten entspricht Abbildung 3. Mt. Rainier Software Stack nutzt einen Einzeltreiber Dieses Modell vereinfacht stark die Bereitstellung von Mt. Rainier im Vergleich zu softwarebasierten Caching- und SSD-Lösungen. Weil die Hardware das gesamte SSD- und Cache-Management bereitstellt, benötigt jedes OS nur einen standardmäßigen Fibre Channel-Treiber. Der Treiber verwendet das QLogic QConvergeConsole Dienstprogramm und eine CLI als Verwaltungstools für die Cache- und SSD-Daten-LUN-Erstellung sowie typisches Fibre Channel-Gerätemanagement. SSG-WP12003B SN Rev. B 11/12 4

5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Höhere Serverleistung, höhere Dichte des virtuellen Rechners, Fortschritte bei der Netzwerkbandbreite und anspruchsvollere Geschäftsanwendungsarbeitslasten erzeugen ein kritisches I/O-Leistungsungleichgewicht zwischen Servern, Netzwerken und Speicheruntersystemen. Die QLogic Mt. Rainier-Accelerator- Technologie bietet eine zuverlässige und effiziente Architektur, die den grundlegenden Wert von Shared-Flash im Enterprise-Computing liefert, indem die Übernahme von Flash SSD und Caching für I/O-intensive Server ermöglicht wird. Die Mt. Rainier-Technologie bietet integrierte Speichernetzwerk- (Host Bus Adapter)-Konnektivität, SSD-Schnittstellen und eingebettete Verarbeitung, die erforderlich ist, um SSD-Management- und Caching-Aufgaben vollkommen transparent für den Host zu machen. Diese Kombination setzt eine SSD- Caching-Leistung für eine größere Palette an Unternehmensanwendungen frei, darunter Cluster und virtualisierte Multi-Server-Umgebungen. Diese Plattformen beanspruchen alle Server-I/Os und nutzen die branchenstandardmäßige SSD- Technologie. Dadurch kann die Leistungslücke zwischen schnelleren Servern, die mehr I/O erfordern, und herkömmlichen Festplatten, die nicht Schritt halten können, geschlossen werden. Der QLogic Mt. Rainier liefert Resultate in den folgenden Schlüsselbereichen: Caching-Offload. Offloading von Ergebnissen in einer transparenten, OS-unabhängigen und infrastrukturagnostischen Lösung, die die Vorteile der Anwendungsleistungsbeschleunigung der serverbasierten SSDs bietet. Caching-Offload weist nicht die Einschränkungen von Lösungen auf, die separate serverbasierte Speicher-Management- Software und OS-Filtertreiber benötigen. Shared-Caching Mt. Rainier gibt die Möglichkeit zum Clustering von Accelerators und zur Freigabe des Cache zwischen den Servern. Das Clustering von Mt. Rainiers erzeugt eine logische Gruppe, die einen zentralen Verwaltungspunkt bietet und kooperiert, um die Cache- Kohärenz und hohe Verfügbarkeit aufrecht zu erhalten und Cache- Ressourcen optimal zuzuweisen. Einfachere Software. Der Accelerator nutzt den QLogic Fibre Channel Treiber- und Management-Stack, der dahingehend verbessert ist, dass die Caching- und Daten-LUN-Fähigkeiten von Mt. Rainier unterstützt werden. Weil das gesamte SSD- und Cache-Management innerhalb der Hardware bereitgestellt wird, benötigt jedes OS nur einen standardmäßigen Fibre Channel-Treiber. Diese Vorteile der QLogic Mt. Rainier-Technologie ermöglichen effizientes und kostensparendes Pooling von SSD-Cache-Ressourcen unter den Servern. Die Implementierung der QLogic Mt. Rainier-Technologie entfesselt die Leistung von SSDs mit Unternehmensanwendungen Cluster- Anwendungen und virtualisierte Anwendungen und sorgt für schnellere Anwendungsreaktionszeiten, wodurch die Produktivität gesteigert und das Kundenerlebnis verbessert werden. SSG-WP12003B SN Rev. B 11/12 5

6 Allgemeiner Haftungsausschluss Es wurden alle Anstrengungen unternommen, um die Gültigkeit und Richtigkeit dieser Leistungstests sicherzustellen. QLogic Corporation haftet nicht für Fehler in diesem Whitepaper oder für sich daraus ergebene Fehler. Abweichende Ergebnisse lassen sich ggf. auf eine Veränderung der Konfiguration oder der Umgebung zurückführen. QLogic schließt insbesondere jegliche Gewährleistung, ausdrücklich oder stillschweigend, im Zusammenhang mit den Testergebnissen sowie ihrer Genauigkeit, Analyse, Vollständigkeit oder Qualität aus. Folgen Sie uns: Weiterempfehlen: Unternehmenszentrale QLogic Corporation Aliso Viejo Parkway Aliso Viejo, CA 92656, USA Internationale Niederlassungen GB Irland Deutschland Frankreich Indien Japan China Hongkong Singapur Taiwan 2012 QLogic Corporation. Die Spezifikationen können ohne Vorankündigung geändert werden. Alle Rechte weltweit vorbehalten. QLogic, das QLogic-Logo, QConvergeConsole sind eingetragene Marken der QLogic Corporation. Citrix ist eine eingetragene Marke von Citrix Systems, Inc. IBM, DB2 und purescale sind Marken oder eingetragene Marken der International Business Machines Corporation. Microsoft, Windows und Hyper-V sind eingetragene Marken der Microsoft Corporation. Oracle ist eine eingetragene Marke der Oracle Corporation. PCIe ist eine eingetragene Marke der PCI-SIG Corporation. VMware ist eine eingetragene Marke von VMware, Inc. Alle anderen Marken und Produktnamen sind Marken oder eingetragene Marken ihrer jeweiligen Eigentümer. Die von der QLogic Corporation bereitgestellten Informationen werden als präzise und zuverlässig erachtet. Die QLogic Corporation übernimmt keine Verantwortung für Fehler in dieser Broschüre. Die QLogic Corporation behält sich das Recht vor, das Produktdesign oder die Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern. SSG-WP12003B SN Rev. B 11/12 6

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