München, Starnberg, 1. Dez. 2015 – Zukunftsfähige Web-Services auf Basis einer skalierbaren virtuellen SDS-Speicherinfrastruktur und (NVMe/HDD) Tiered Storage...

Executive Summary: Tiered Storage Lösung mit VMware Virtual SAN und HGST NVMe Flash / Helium HDDs... Aufgrund des schnellen Wachstums bei seinen Online-Services, z.B. in den Bereichen Sales-Channel-Incentives, Kundentreueprogramme und Spendenaktionen, war das drei Jahre alte SAN für Grass Roots zu klein geworden. Durch das stetig anwachsende Volumen des Online-Geschäfts benötigte das Unternehmen nach eigenen Angaben eine Möglichkeit zur effizienten Skalierung, ohne mehr Leistung und Kapazität zukaufen zu müssen als kurzfristig nötig.

Die Lösung: Grass Roots wandte sich an HGST und VMware, um dessen neueste Virtual SAN™-Lösung zu evaluieren. Die Storagekomponente selbst besteht aus NVM Express-konformen Flash-Festplatten des Typs Ultrastar® SN150 und HelioSeal®-Helium-Festplatten von HGST. Ziel war es, eine hochleistungsfähige Infrastruktur mit hoher Kapazität aufzubauen, die das schnell wachsende Geschäft des Unternehmens unterstützen konnte.

Zum Anwenderbericht:

"Das Geschäftsmodell von Grass Roots besteht darin, Kundenkampagnen, Werbeaktivitäten und -veranstaltungen sowie Mitarbeiterbindung und -programme zu ermöglichen. Wie bei vielen Unternehmen, die „im Internet geboren“ wurden, basieren diese Angebote auf mehreren hochentwickelten Microsoft SQL Server-Technologien. Ein einziges SAN reichte in den ersten Jahren nach der Unternehmensgründung noch aus, durch das Wachstum wurde aber schnell deutlich, dass die Architektur den zunehmenden Bedarf des Unternehmens nicht mehr decken konnte. Grass Roots begann, seine Möglichkeiten zu prüfen, und zog dabei folgende Randbedingungen in Erwägung:

1. Das SAN mit zusätzlicher Kapazität auszustatten, ist keine Lösung für die Leistungsproblematik in Bezug auf Antwortzeiten und Benutzerzunahme.

2. Die Aufrüstung des SANs, um die erforderlichen Ein- und Ausgabebefehle pro Sekunde (IOPS) zu erreichen, ist für das Unternehmen nicht erschwinglich.

3. Selbst mithilfe von Multi-Pathing-Software bleibt das SAN ein „Single Point of Failure“.

Der bisherige Neuaufbau des SANs nach Laufwerks- oder RAID-Gruppenausfällen hatte Speicheradministrator-Ressourcen und einen langwierigen Prozess erfordert, um den Betrieb wiederaufzunehmen. Dies hatte die Produktivität verringert, da Mitarbeiter und Benutzer nur eingeschränkt auf die benötigten Tools zugreifen konnten.

Einblicke in die Arbeitslast decken Leistungslücken auf

Um die beste Lösung für die eigenen Herausforderungen zu finden, musste Grass Roots mehr über die Arbeitslasten seiner Anwendungsserver herausfinden. Auf Empfehlung des HGST-Teams setzte Grass Roots den HGST-Profiler ein und erlangte auf diese Weise Einblicke hinsichtlich der aktuellen Schreib- und Lesevorgänge, des Durchsatzes sowie der Cache-Treffer und -Fehlschläge. Der Profiler beeinträchtigt das System laut Hersteller in keiner Weise und verfügt über eine benutzerfreundliche GUI. Das Team von Grass Roots konnte ihn so auf laufenden Servern einsetzen und über mehrere Tage hinweg Datenzugriffsmuster auf intelligente Weise aufzeichnen.

• Die Ergebnisse waren demnach aufschlussreich: Grass Roots hatte über 90 Prozent Lesetreffer, erhielt aber nur 6.000 IOPS aus dem SAN. Grass Roots zog daher Flash-Geräte mit einer eigenständigen Caching-Lösung in Betracht, aber mit Unterstützung des VMware-Teams konnte das Unternehmen ermitteln, dass ein Virtual SAN™ (VSAN) hier die bessere Lösung war. Seine Vorteile liegen demnach das Caching, der Scale-Out-Kapazität, hoher Stabilität und dem Funktionsumfang.

VMware VSAN erlaubt eine modulare Strategie

Das VSAN ist eine softwaredefinierte Speicherarchitektur, die hochleistungsfähigen Scale-Out-Speicher bereitstellt, der für eine virtuelle vSphere®-Infrastruktur optimiert ist. Es verfügt über integrierte Richtlinien für den RAID-Schutz, Snapshots und Cloning. Es kann darüber hinaus vSphere Data Protection™ und vSphere Replication™ für die Datensicherung und das Disaster Recovery nutzen. Im Wesentlichen verlagert VMware die Speicherverwaltungsfunktionalität aus den High-End-Speicherarrays in die vSphere-Software und ermöglicht es Unternehmen, ihre eigenen Speichersysteme aus Komponenten wie SSDs und HDDs von HGST aufzubauen. Damit VMware die Datensicherheit gewährleisten kann, muss jeder beteiligte Speicherknoten seine Laufwerke entweder im Pass-Through-Modus (wobei die VSAN-Software für die Datensicherheit sorgt) oder im RAID-0-Modus (1) betreiben, sodass eine effektive serverseitige SAN-Alternative entsteht.

• Die neueste VSAN-Generation VSAN 6.0 arbeitet in zwei Modi. Der erste Modus ermöglicht eine hybride Speicherkonfiguration, bei der Kapazität und Leistung mit einer SSD und bis zu sieben HDDs in einer Datenträgergruppe optimiert werden. In diesem Szenario wird Flash als Lese-Cache verwendet. VMware gibt an, dass das hybride VSAN 40.000 IOPS/Server (2) erreichen kann.

• Die zweite Option ist komplett Flash-basiert, wobei für Caching und Kapazität SSDs verwendet werden. Hier gibt VMware an, dass das VSAN 90.000 IOPS/Server mit zwei SSD-Ebenen erreichen kann: ein Schreib-Cache mit langlebigen SSDs und eine persistente Datenebene mit hoher Leseleistung, die kostengünstige, leseintensive SSDs nutzt.

Abb. 1: Konfigurationsübersicht, Schema

(1) VMware vSAN

(2) VMware vSphere Blog

Hohe Verfügbarkeit, Leistung und Skalierbarkeit

Grass Roots entschied sich für ein hybrides vSAN mit 3 Knoten und einer NVMe™-konformen Ultrastar® SN150 PCIe-SSD von HGST, die viele Lese-IOPS bietet, sowie mit Ultrastar He6-HDDs von HGST in einem ausgewogenen Konfigurationsverhältnis von einer SSD pro sieben HDDs sowie einer zusätzlichen HDD als Hot-Spare-Festplatte. Dank des 3-Knoten-Clusters profitiert das Unternehmen von hoher Verfügbarkeit, optimaler Leistung und einem einfachen Erweiterungspfad. „Die Lösung war sofort einsatzbereit“, erklärt Simon Kearney, Head of Group Hosting bei Grass Roots. „Es war kein Spezialwissen erforderlich, das über die Kenntnisse eines Technikers mit normalem Fachwissen hinausging. Das Beste ist jedoch, dass wir nun nicht mehr versuchen müssen, das künftige Wachstum vorherzusagen, und nicht mehr Gefahr laufen, unnötig viele Ressourcen für ein neues SAN hinzuzukaufen. Dadurch sparen wir heute und morgen Geld, da wir die Lösung einfacher skalieren können.“

Abb. 2: Bildquelle HGST, Ultrastar SN150, NVMe Flash

Fazit - Verbesserte Antwortzeiten und ausreichend Spielraum für künftiges Wachstum

Mit der Einführung der VSAN-Lösung konnte Grass Roots die Lese-IOPS-Leistung sofort um das Fünffache steigern und verbesserte damit die Benutzerantwortzeiten. Zudem hat das Unternehmen nun mehr Spielraum für neue Website-Besucher und potenzielle Kunden. Darüber hinaus konnte Kearney sein Rechenzentrum durch die geringen Investitionsaufwendungen, die sich aus dem modularen Scale-Out-Ansatz der Lösung ergeben, zukunftssicher machen. Die Betriebskosten wurden durch Konsolidierung der notwendigen Fläche verringert, und die Kapazitätsplanung ist nun einfacher. Ein zusätzlicher Vorteil ist die enge Integration des VSANs in den Speicher und die virtuellen Maschinen. Dadurch wird das manuelle Eingreifen auf ein Minimum begrenzt und gleichzeitig die Systemverfügbarkeit maximiert."