Flash der Zukunft: Einsatz von IBM FlashSystem zur drastischen Verbesserung der Anwendungsleistung und Wirtschaftlichkeit im Rechenzentrum

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1 Flash der Zukunft: Einsatz von IBM FlashSystem zur drastischen Verbesserung der Anwendungsleistung und Wirtschaftlichkeit im Rechenzentrum

2 Inhaltsverzeichnis In der Geschäftswelt ist Timing alles speziell für... 3 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Zusätzliche Ressourcen...12 Anhang: Zusätzliche technische Details zu IBM FlashSystem... 13

3 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die In der Geschäftswelt ist Timing alles - speziell für Wer den Film Apollo 13 gesehen hat oder alt genug ist, um sich an diese verhängnisvolle Raumfahrtmission zu erinnern, weiß, was passieren kann, wenn unternehmenskritische Systeme ausfallen. Drei Astronauten der NASA überleben knapp eine Explosion, die ihr Raumfahrzeug auf dem Weg zum Mond beschädigt, und sie kommen nur dank heroischer Anstrengungen und eines gewissen Maßes an Glück lebend nach Hause. Glücklicherweise sind die potenziellen Folgen bei Ausfällen der meisten n (im Gegensatz zu operativ-kritischen, die in der Krankenhausnotaufnahme, in der Flugsicherung usw. verwendet werden) selten so krass. Sie können jedoch den Unterschied zwischen einem gesunden, wachsenden Unternehmen und einem, das kaum mit der Konkurrenz Schritt halten kann, ausmachen. Eine Vielzahl von fallen in die Kategorie geschäftskritisch. Hierzu zählen: Business Intelligence (BI), Online Transaction Processing (OLTP), Online Analytical Processing (OLAP), virtuelle Desktop-Infrastrukturen, High-Performance-Computing und Content-Delivery-Lösungen (z. B. Cloud-Speicher und Video-on- Demand). All diese kritischen haben eins gemeinsam: Sie erfordern schnelle Reaktionszeiten, um die Bereitstellung von Inhalten sicherzustellen, die für das Management, Mitarbeiter, Kunden und andere wichtige Geschäftspartner entscheidend sind. All diese kritischen haben eins gemeinsam: Sie erfordern schnelle Reaktionszeiten, um die Bereitstellung von Inhalten sicherzustellen, die für das Management, Mitarbeiter, Kunden und andere wichtige Geschäftspartner entscheidend sind. 3

4 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Verzögerungen bei der Bereitstellung und Verarbeitung von Daten erhöhen geschäftliche und finanzielle Risiken deutlich. Neben anderen Problemen können solche Verzögerungen zu Folgendem führen: Die Unfähigkeit, rechtzeitig Einblick in eine Geschäftsangelegenheit zu gewinnen Wenn der Zugriff auf kritische Daten nicht möglich ist, führt dies oft zu mehr Risiko bei den Entscheidungen und damit meist zu unterdurchschnittlichen Ergebnissen. Dies kann zukünftig vermieden werden. Eine starke Beeinträchtigung der Fähigkeit, Geschäftsergebnisse vorherzusagen Gute Proforma- Finanzprognosen auf Projekt-, Line-of-Business- und Unternehmensebene basieren auf zeitgerechtem Zugriff auf die verfügbaren Daten. Die Unfähigkeit, auf die Daten zuzugreifen und die erforderlichen Analysen durchzuführen, beeinträchtigt die Leistung. Zunehmende Unzufriedenheit der Kunden In vielen Branchen (z. B. Finanzdienstleistungen, Gesundheitswesen, Tourismus) ist der sofortige Zugriff auf aktuelle Daten eine Notwendigkeit beim Kundenservice und kein Luxus, vor allem, wenn die Kunden sich daran gewöhnt haben, Service rund um die Uhr zu erhalten. In diesem Umfeld kann die Unfähigkeit, die gewünschten Kundendaten bereitzustellen, zu Umsatzeinbußen, zu Kundenabgang und zu Verlust beim Marktanteil führen. Unüberschaubare Volumen, Vielfältigkeit und Geschwindigkeit der Daten Große Datenmengen werden immer noch größer und viele IT-Abteilungen laufen in Bezug auf die Performance von wichtigen gegen die Wand. Eine Erhöhung der Latenzzeit führt zu frustrierten Benutzern und verpassten Chancen für das Geschäft. Für IT-Manager ist diese Situation niemals einfach. Sie müssen diese Probleme ansprechen und gleichzeitig Benutzeranforderungen und zeitgerechte Implementierung, Skalierbarkeit der Lösung und allgegenwärtige Budgetbegrenzungen berücksichtigen. Und am Ende ist die beste Lösung unter Umständen nicht die, an die Sie zuerst dachten. 4

5 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Historisch gesehen ist die erste Reaktion auf systemweite Latenzzeitprobleme in der Regel, Verarbeitungs- und Speicherleistung hinzuzufügen oder zu aktualisieren. Doch allzu oft führt dies zu minimalen Verbesserungen mit erheblichen Kosten. Ein zweiter und oft gleichzeitiger Ansatz - zumindest dann, wenn die Performance der Datenbank das Problem ist ist, dass Unternehmen Millionen von Euros investieren, um die Effizienz ihrer SQL-Anweisungen zu verbessern. Und obwohl ein SQL-Tuning zu Leistungsverbesserungen führen kann, kann selbst die beste SQL keine schlechte Speicher-I/O ausgleichen, was oft das eigentliche Problem darstellt. In vielen Fällen ist nämlich die speicherseitige Leistung die Hauptursache bei Problemen mit der Anwendungsleistung, nicht die Prozessorgeschwindigkeit oder unzureichender Speicherplatz. In vielen Fällen ist nämlich die speicherseitige Leistung die Hauptursache bei Problemen mit der Anwendungsleistung, nicht die Prozessorgeschwindigkeit oder unzureichender Speicherplatz. Wenn die CPU auf Daten vom Speicher warten muss, werden Zeit und Ressourcen verschwendet. Und aufgrund von 20 Jahren exponentiellem Wachstum in Bezug auf rohe CPU-Rechenleistung sind diese Wartezeiten immer länger geworden. Einfach ausgedrückt: Die Verarbeitungsmöglichkeiten der heutigen CPUs übersteigen bei weitem die Geschwindigkeit, mit der Festplattenlaufwerke (HDDs, Hard Disk Drives) die CPUs mit Daten beliefern. Diese massive Performance-Lücke ist am schmerzlichsten bei Datenbankservern bemerkbar, die in der Regel weit mehr I/O-Transaktionen als andere Systeme ausführen. Das Ergebnis ist, dass superschnelle Prozessoren und riesige Mengen an Bandbreite oft verschwendet werden, weil HDDs mehrere Millisekunden Zeit benötigen (eine Ewigkeit für moderne CPUs), um auf angeforderte Daten zuzugreifen und sie abzurufen. Und während die Server auf Speicher warten, warten die Benutzer auf Server. Hierin liegt die eigentliche Herausforderung mit der I/O-Wartezeit. 5

6 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Die Schwierigkeit ist grundlegende Physik. Während Daten mit der Geschwindigkeit der Energie (im Wesentlichen mit der Lichtgeschwindigkeit) durch die Solid-State-Komponenten und das Netzwerk in einem Schaltkreis übertragen werden, bewegen sich Festplattenlaufwerke mechanisch um eine rotierende Platte, um auf Daten zuzugreifen. Obwohl es äußerst zuverlässige Geräte sind und sich als Arbeitspferde in der Datenspeicherung erwiesen haben, sind HDDs deshalb in Bezug auf die Geschwindigkeiten der Datenbereitstellung das schwache Glied in der Kette. Das Problem mit herkömmlichen Korrekturen für HDD- Latenzzeiten Es gibt Zwischenlösungen für HDD-induzierte Latenzzeitprobleme, z. B. Hinzufügen von Festplatten zu einem JBOD (Just a Bunch Of Disks) oder RAID (Redundant Array of Independent Disks). Durch Erhöhen der Anzahl von Festplatten kann die I/O-Last einer Datenbank über mehrere physikalische Geräte verteilt werden. Leider hat dieser Ansatz jedoch nur einen geringen Einfluss auf die Reduzierung des HDD-Engpasses. Ein weiterer Ansatz ist, Dateien, auf die häufig zugegriffen wird, auf eine eigene Festplatte zu verschieben. Dies liefert zwar die bestmögliche I/O-Performance von einer einzelnen Festplatte, jedoch ist die I/O-Fähigkeit eines einzelnen Festplattenlaufwerks sehr begrenzt. Im besten Fall kann ein einzelnes Festplattenlaufwerk 300 IOPS (I/O pro Sekunde) liefern, was mehrere Größenordnungen niedriger ist als die I/O-Performance, die zum Schließen der Lücke erforderlich ist. Ein weiterer Ansatz mit herkömmlichen HDDs ist der Wechsel von einer JBOD-Implementierung zu einem RAID-System. Ein solcher Schritt bietet zusätzliche Leistung, insbesondere wenn ein High- Volume-Cache-Controller vor den Festplattenlaufwerken verwendet wird, um Speicher über mehrere Festplatten in Stripes zu verteilen. Aber um die erforderliche hohe IOPS-Leistung zu erzielen, um die Benutzeranforderungen zu erfüllen, kann die erforderliche Anzahl von Festplattenlaufwerken hinsichtlich Kosten, Platzbedarf und Gewicht leicht aus dem Optimum laufen. 6

7 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Aufgrund der Performance-Lücke zwischen Servergeschwindigkeiten und HDD-n - eine Lücke, die besonders akut ist, wenn sie sich auf auswirkt - besteht ein wachsender Bedarf nach einer neuen, schnelleren Art von Speicherung. Flash-Speicher Flash- mit Solid-State-Disks wurden entwickelt, um das Problem der I/O-Wartezeit zu lösen. Sie bieten mehrere Größenordnungen mit schnelleren Zugriffszeiten und I/O-Transaktionen mit niedriger Latenzzeit pro Sekunde als ein Festplattenlaufwerk. Flash- ergänzen herkömmliche Festplatten-Arrays in vielen n, u. a. ERP-Systeme, transaktionale Datenbanken und analytische wie zum Beispiel im Business- Intelligence-Umfeld. Aufgrund neuer Technologie und verbesserter Wirtschaftlichkeit ist es nun möglich, ganze zu bauen, die vollständig auf Flash-Speicher basieren. Flash- ergänzen oder ersetzen herkömmliche Festplatten- Arrays in vielen n, u. a. ERP-Systeme, transaktionale Datenbanken und analytische wie zum Beispiel im Business-Intelligence-Umfeld. Genau genommen ist jede Solid-State-Disk (SSD) ein Speichergerät, das für die Ein- und Ausgabe von Daten nicht auf mechanische Teile angewiesen ist. Allerdings bezeichnet der Begriff SSD in der Zwischenzeit ein Form-Factor-Solid-State-Gerät, das ein vorhandenes HDD ersetzt. Flash-Speicher sollte nicht mit Form- Factor-Technologie verwechselt werden. Form-Factor-SSDs verwenden herkömmliche Infrastrukturanbindungen und 7

8 Steuerungen, die für Festplattenlaufwerke und deren hohe Latenzzeiten und geringe Durchsätze konzipiert wurden. Flash- werden vom Flash-Chip ausgehend mit Fast- FPGA-Controller-Technologie entwickelt, um die Latenzzeit zu minimieren und die Bandbreite zu maximieren. Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Flash- werden vom Flash-Chip ausgehend mit Fast-FPGA- Controller-Technologie entwickelt, um die Latenzzeit zu minimieren und die Bandbreite zu maximieren. Die neuesten Flash- minimieren die I/O-Wartezeit, indem sie 250-mal schnellere Zugriffszeiten bietenals HDDs (0,2 Millisekunden gegenüber fünf). Und wegen der schnelleren Zugriffszeiten können Flash Mal mehr IOPS als ein Festplattenlaufwerk liefern (mehr als IOPS gegenüber 300). Diese Verbesserungen führen zu einer drastischen Reduzierung der speicherbedingten Latenzzeiten. Die IBM FlashSystem Familie IBM sieht Flash als strategische und kritische Form von Speichertechnologie an und hat sich selbst auferlegt, an der Spitze der All-Flash-Speicherentwicklung zu stehen. (Diese Verpflichtung zeigte sich im Oktober 2012 deutlich, als IBM Texas Memory Systems [TMS] übernahm, einen Weltklasse-Entwickler von Flash- n mit hoher Performance und Verfügbarkeit.) Der strategische Einsatz von IBM FlashSystem hilft Unternehmen dabei, agiler zu werden. Eine Analyse basierend auf Echtzeit-Daten ist nicht mehr Schnee von gestern. IBM FlashSystem transformiert das Umfeld des Datenzentrums und hilft bei der Konsolidierung von Ressourcen. Die Geschäftsprozesse und kritischen werden optimal genutzt. Die FlashSystem-Familie verbessert ebenso die Systemstabilität und dies ohne Einbußen bei Leistung oder nutzbarer Kapazität. 8

9 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die FlashSystem- liefern über Lese-IOPS bei weniger als 100 Mikrosekunden Latenzzeit. Dabei steht nutzbarer Datenspeicher bis zu 24 TB in nur einer Höheneinheit (HE) im Rack bereit. Zudem bieten sie Enterprise-Level-Verfügbarkeit und -Zuverlässigkeit ohne SPOF (Single Point of Failure), mehrere Schichten von Datenkorrektur, Chip-Redundanz und redundante Hot-Swap-Komponenten. IBM FlashSystem-Produkte sind so konzipiert, dass sie die niedrigste Latenzzeit und die höchste IOPS auf dem heutigen Markt zu einem sehr günstigen Preis bieten. Sie können als Tier-0-Speicher für Lösungen mit der SVC (IBM System Storage SAN Volume Controller)-Speichervirtualisierungsplattform verwendet werden und sind besonders nützlich, wenn Kühlung, geringer Stromverbrauch und geringer Platzbedarf zur Beschleunigung r entscheidend sind. Wirtschaftliche Vorteile von IBM FlashSystem Neben ihren technischen Vorteilen bieten All-Flash- gegenüber herkömmlichen HDD-Systemen auch eine Reihe von wirtschaftlichen Vorteilen. Beispielsweise sind die Speicherlizenzkosten für das IBM FlashSystem 50 % niedriger im Vergleich zu HDD-Systemen. Darüber hinaus wird die Stellfläche bei IBM FlashSystem- Implementierungen aufgrund des deutlich geringeren Platzbedarfs und der höheren Speicherdichte wesentlich reduziert. (Wie oben bereits erwähnt passen bei einer All-Flash-Lösung 24 Terabyte adressierbarer, hochverfügbarer Speicher in einen Formfaktor von 1 HE [mit einem Petabyte in einem einzelnen Rack].) All-Flash-Lösungen verbrauchen auch weit weniger Energie als vergleichbare HDD-Systeme und verringern die Energiekosten um 75 %. i. Softwarelizenzkosten sind mit IBM FlashSystem 50 % niedriger im Vergleich zu HDD ii. IBM FlashSystem benötigt erheblich weniger Stellfläche und erzeugt eine Energieeinsparung von 75 % im Vergleich zu HDD iii. Betriebliche Support-Kosten mit Flash sind 35 % niedriger im Vergleich zu HDD iv. Gesamtspeicherlösungskosten für ein All-Flash-System sind 31 % niedriger im Vergleich zu einer All-HDD-Lösung 9

10 Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Um Flash optimal zu nutzen, muss es strategisch eingesetzt werden, um die Effektivität und Kosteneffizienz der Technologie zu maximieren. Nicht alle erfordern eine All-Flash- Lösung, aber viele benötigen sie. Es sind, die in Ihrem Unternehmen meist am kritischsten sind. Wenn Sie wissen, welche zu einer All-Flash- Umgebung verschoben werden und welche am besten durch eine herkömmliche HDD-Lösung oder eine Hybridform der beiden Technologien bedient sind, wird sich dies in Bezug auf verbesserte Anwendungsleistung, Zufriedenheit der Endbenutzer und geringere Gesamtbetriebskosten für Ihre Gesamtspeicherlösung auszahlen. Nicht alle erfordern eine All-Flash-Lösung, aber viele benötigen sie. Es sind, die in Ihrem Unternehmen meist am kritischsten sind. Die meisten Probleme hinsichtlich der Anwendungsleistung sind auf gleichzeitige und häufig sehr komplexe High-Volume-Abfragen bei Datenbanken zurückzuführen. Sobald Sie feststellen, dass Ihr System I/O-Subsystem-Probleme hat, gilt es, die Komponenten Ihrer Datenbank zu bestimmen, welche die höchste I/O-Last haben und I/O-Wartezeit verursachen. In manchen Fällen sollten bei ganzen Datenbanken alle Dateien zum Flash-Speicher verschoben werden. Dazu gehören Datenbanken mit hohem gleichzeitigen Zugriff sowie solche mit häufigem wahlfreien Zugriff auf alle Datenbankentabellen (da es dann praktisch unmöglich ist, eine Teilmenge der am häufigsten aufgerufenen Dateien zu identifizieren). 10

11 Kleine und mittelgroße Datenbanken sind aufgrund der Wirtschaftlichkeit eines solchen Schritts ebenfalls gute Kandidaten für den Übergang zu einer All-Flash-Umgebung - vor allem im Vergleich zu den Kosten für den Kauf von RAID-Systemen. Dasselbe gilt auch für große leseintensive Datenbanken. Die Herausforderung (Tipp: Es ist NICHT die Die meisten Probleme hinsichtlich der Anwendungsleistung sind auf gleichzeitige und häufig sehr komplexe High-Volume-Abfragen bei Datenbanken zurückzuführen. Für weitere Vorschläge speziell für Oracle Datenbank-Performance mit IBM FlashSystem siehe Referenz (vi) unter Zusätzliche Ressourcen. Andere Überlegungen, z. B. Platzgründe und steigende Energiekosten aufgrund riesiger Arrays von HDDs, sollten ebenfalls einen Übergang zu Flash veranlassen. Einzelheiten sind in den Fallstudien im nachfolgenden Abschnitt aufgeführt. 11

12 Zusätzliche Ressourcen Um mehr über All-Flash-Speicher und die IBM FlashSystem-Familie zu erfahren, besuchen Sie bitte Folgendes: i. Flash Storage Website: ii. Video: Real World Perspectives on IBM Flash Storage iii. Video: Flash Ahead with IBM iv. Video: What Happens in a Flash: the Answer v. Video: Flash Storage vs. Disk Storage vi. Video: Flash Storage Is the Tipping Point vii. White Paper: Faster Oracle Performance with IBM FlashSystem viii. Flash or SSD: Why and When to Use IBM FlashSystem ix. Benefits of IBM FlashSystem in a VDI Environment x. Best Practices with SVC and FlashSystem xi. Solution Guide: IBM FlashSystem in OLAP Database Environments xii. Case Study: Rathbone Brothers Plc Runs Billion-Dollar Business on Flash Storage xiii. Case Study: Sprint Drives 45 Times Performance Improvement: Transforming Customer Service with Ultra-Fast Flash Storage from IBM 12

13 Anhang: Einige technische Details zu Flash und IBM FlashSystem All-Flash- bieten eine höhere Kapazität als alle früheren Formen von Speicher. Der Grund hierfür ist, dass All-Flash- keine zusätzlichen Akkus für das Leeren des DDR-Caches bei einem Stromausfall benötigen und keine große Mengen an teurem DDR-Speicher enthalten. Stattdessen wird eine kleine Menge von DDR als Puffer für den Flash für Schreibvorgänge und als Meta-Daten-Repository während des Betriebs verwendet. Für die Stromversorgung während Stromausfällen werden kleine Akkus verwendet, um das Leeren der kleinen Cache- und Metadaten-Bereiche zum Flash zu ermöglichen. Bei einer All-Flash-Lösung passen 24 Terabyte adressierbarer, hochverfügbarer Speicher in einen Formfaktor von 1 HE. IBM FlashSystem verwendet nur Flash höchster Qualität: Single-Level Cell (SLC) und Enterprise Multi-Level Cell (emlc). Die meisten SSDs nutzen weniger zuverlässigen MLC-Flash mit niedriger Lebensdauer und Qualität. emlc- Flash hat 10 Mal die Lebensdauer von MLC-Technologie; SLC-Flash hat 33 Mal die Lebensdauer von MLC-Technologie. MLC-Flash hat eine Lebensdauer von Schreibvorgängen pro Flash-Speicherzelle (als p/e-zyklen bezeichnet), während emlc und SLC über hat. Die FlashSystem-Familie bietet mehrere Ebenen von Datenschutz (ECC, Variable-Strip-RAID und 2D-Flash-RAID), um ungeplante Ausfälle zu vermeiden und hohe Zuverlässigkeit zu bieten. Um die technischen Produktanleitungen für die FlashSystem-Familie zu sehen, besuchen Sie bitte IBM FlashSystem 720 und IBM FlashSystem 820 ( redbooks.ibm.com/abstracts/tips1003.html#specifications) und IBM FlashSystem 710 und IBM FlashSystem 810 ( 13

14 IBM beauftragte, bezahlte und half bei diesem ebook. Copyright IBM Corporation 2013 IBM Global Services Route 100 Somers, NY 10589, USA Produziert in den Vereinigten Staaten von Amerika, Juni 2013 Alle Rechte vorbehalten Möglicherweise bietet IBM die in diesem Dokument besprochenen Produkte, Leistungsmerkmale oder Dienstleistungen nicht in allen Ländern an. Die Informationen können jederzeit ohne Ankündigung geändert werden. Wenden Sie sich an Ihre örtliche IBM-Geschäftsstelle, um Informationen zu den in Ihrer Region verfügbaren Produkten, Leistungsmerkmalen und Dienstleistungen zu erhalten. Alle Aussagen über zukünftige Richtungen und Absichten von IBM können jederzeit ohne Ankündigung geändert oder zurückgezogen werden und repräsentieren nur Ziele und Zielsetzungen. IBM, das IBM-Logo, ibm.com, Smarter Planet, das Planet-Symbol und IBM Flash Systems sind Marken oder eingetragene Marken der International Business Machines Corporation in den Vereinigten Staaten und/oder anderen Ländern. Wenn diese und andere Marken von IBM bei ihrem ersten Vorkommen in diesen Informationen mit einem Markensymbol ( oder TM) gekennzeichnet sind, weisen diese Symbole darauf hin, dass diese in den Vereinigten Staaten registriert sind oder gesetzlich geschützte Marken im Eigentum der IBM zum Zeitpunkt der Veröffentlichung waren. Solche Marken können ebenfalls gesetzlich geschützte Marken in anderen Ländern sein. Andere Produkt- und Servicenamen können Marken von IBM oder anderen Unternehmen sein. Eine aktuelle Liste von IBM-Marken sind im Internet unter Copyright and trademark information bei ibm.com/legal/copytrade.shtml erhältlich. Die Bezugnahme auf Produkte und Dienstleistungen von IBM in dieser Veröffentlichung impliziert nicht, dass IBM diese in allen Ländern zur Verfügung stellen möchte, in denen IBM geschäftlich tätig ist. Die Produktdaten wurden zum Zeitpunkt der ersten Veröffentlichung auf ihre Richtigkeit überprüft. Die Produktdaten können jederzeit ohne Ankündigung geändert werden. Alle Aussagen über die zukünftige Richtung und Absicht von IBM können jederzeit ohne Ankündigung geändert oder zurückgezogen werden und repräsentieren nur Ziele und Zielsetzungen. IBM- Produkte werden gemäß Bedingungen der jeweiligen Vereinbarungen (z. B. IBM-Kundenvereinbarung, Erklärung zur beschränkten Garantie, Internationale Programmlizenzvereinbarung usw.) garantiert. Der Kunde ist für die Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen verantwortlich. Der Kunde ist allein dafür verantwortlich, sich von kompetenter juristischer Stelle in Bezug auf Inhalt und Auslegung aller relevanten Gesetze und Vorschriften beraten zu lassen, die das Geschäft des Kunden und alle Maßnahmen, die der Kunde u. U. ergreifen muss, um diese Gesetze einzuhalten, beeinflussen können. 14