Speicher für virtuelle Desktop-Umgebungen konfigurieren und managen

VDI stellt erhöhte Anforderungen an den zentralen Speicher und das Speicher-Management. Dafür gibt es verschiedene geeignete Technologien.

Virtual Desktop Infrastructure (VDI) bringt das Virtualisierungs-Paradigma von den Rechenzentrumskomponenten wie Server, Speicher und Netzwerk zu den Desktop-Geräten der End-User. VDI hat kontinuierlich an Akzeptanz gewonnen, und wenn es auch noch nicht umfassend eingesetzt wird, wird es bei vielen Unternehmen näher geprüft. Unternehmen befassen sich deshalb mit VDI, weil es ihnen um Fragen wie Verwaltung der Desktops, Gewährleistung von Compliance und Kostensenkung bei den Enduser-Geräten geht.

Das erste Erfolgskriterium eines jeden VDI-Projekts besteht darin, den Anwendern an ihren VDI-Geräten eine gleichartige oder sogar bessere Erfahrung zu vermitteln, als sie es mit traditionellen Desktops und Notebooks gewohnt sind. VDI-Produkte wie Citrix XenDesktop und VMware Horizon View haben inzwischen bei den Funktionen gleichgezogen und einen Reifegrad erlangt, mit dem dieses Ziel im Bereich des Möglichen liegt.

Weil VDI Hunderte oder sogar Tausende Oberflächen, Anwendungen und Daten von verteilten Desktop-PCs und von Notebooks in das Rechenzentrum verlagert, sind damit natürlich direkte Konsequenzen für die zentralen Ressourcen verbunden – besonders für Storage, aber auch allgemein für die IT. Die meisten Probleme bei VDI finden sich bei der unzureichenden Ausstattung der Infrastruktur, mangelhaften Management-Tools und auf der Seite der IT-Teams – entweder zu wenig oder zu gering ausgebildetes Personal.

Man muss die Storage-Anforderungen bei VDI genau verstehen

Um VDI erfolgreich einzusetzen, ist eine adäquate Speicherinfrastruktur eine der wesentlichen Voraussetzungen. Da alle Betriebssystemoberflächen der dezentralen Anwender und deren Daten auf dem zentralen Speicher untergebracht sind, sind unbedingt eine ununterbrochene Verfügbarkeit der Geräte sowie eine gleichmäßige Speicher-Performance erforderlich. 

Um VDI erfolgreich einzusetzen, ist eine adäquate Speicher-infrastruktur eine der wesentlichen Voraussetzungen.

Eine bestehende Storage-Infrastruktur, die für traditionelle Anwendungen in der Zeit vor VDI benutzt wurde, reicht in der Regel nicht aus, um den VDI-Workloads zu genügen, die sich von den Workloads anderer Anwendungen sehr unterscheiden. VDI ist zum Beispiel sehr lese-intensiv zu dem Zeitpunkt, wenn die meisten Desktops zu arbeiten beginnen, da viele Boot-Images die gleichen Blöcke von physikalischem Speicher verwenden und damit eine hohe IOPS-Last des Speichersystems auslösen. 

Dieses Muster ändert sich, sobald die Desktops hochgefahren sind und die Workloads mehr schreib-intensiv werden, angestoßen durch E-Mail-Schreiben, Arbeiten mit Microsoft Office und anderen produktiven Anwendungen. Und wenn eine große Anzahl von Desktops gleichzeitig sehr viele verschiedene Workloads verursacht, müssen die VDI-Speichersysteme elastisch und in der Lage sein, diese Menge an Workloads zu unterstützen.

Zusätzlich zu den Performance-Anforderungen macht VDI das Storage-Management anspruchsvoller. Da VDI die Zahl der End-User, die das Speichersystem in Anspruch nehmen, stark nach oben treibt, kommt Monitoring, Reporting und Troubleshooting der gesamten VDI-Infrastruktur eine grundlegende Aufgabe zu. So muss die IT in der Lage sein, ein Storage- oder Performance-Problem bis hin zu einem bestimmten Desktop-Gerät zu verfolgen und die Mängel schnell und effizient zu beheben.

Greg Schulz, Gründer und Senior Analyst bei StorageIO, bemerkt hierzu: „Die Anhäufung einer großen Anzahl von Desktop-Geräten verursacht naturgemäß eine Verschlimmerung der Situation, außer man schafft Transparenz und setzt Monitor-, Alarm-, Automatisierungs- und Berichts-Tools ein.“

Die Verfügbarkeit aller Infrastruktur-Komponenten spielt bei VDI eine besondere Rolle. Wenn ein traditioneller Desktop-User ein Festplattenproblem hat, betrifft es nur einen einzelnen Mitarbeiter, aber wenn der bei VDI eingesetzte zentrale Speicher versagt, sind Hunderte oder sogar Tausende von Usern betroffen.

Ebenso ist die Skalierbarkeit der für VDI eingesetzten Speichersysteme ein wichtiger Faktor. Systeme, die sich nur vertikal durch Hinzufügen neuer Platten für die Kapazität und von Controllern und Memory für die Performance skalieren lassen (Scale-up), unterliegen in dieser Hinsicht Beschränkungen und skalieren gewöhnlich nicht so gut wie Scale-out-Storage. 

Deshalb sind Systeme, die sich horizontal für Kapazität und Performance durch das Hinzufügen weiterer Nodes erweitern lassen, die bessere Alternative und die bevorzugte Speicherarchitektur für VDI-Umgebungen.

Technologien und Szenarien für den Speichereinsatz bei VDI

Eine VDI-Umgebung zu implementieren bedeutet nicht notwendigerweise ein neues Speichersystem zu installieren, besonders wenn bestehende Arrays in Sachen Skalierbarkeit und Verfügbarkeit den Ansprüchen genügen. Außerdem sollte man überprüfen, ob sie den oben genannten Technologien und ihren Anforderungen entsprechen oder in dieser Hinsicht aufgerüstet werden können.

Die folgenden Technologien versetzen Speichersysteme in die Lage, VDI effektiver zu unterstützen:

Die Verfügbarkeit aller Infrastruktur-Komponenten spielt bei VDI eine besondere Rolle.

NAND-Flash. Mit der Anzahl von IOPS, die inzwischen in Zehntausenden gemessen wird, und Latenzen im Bereich von Mikrosekunden ist NAND-Flash mehr als nur eine Größenordnung schneller als mechanische Festplatten. NAND-Flash hat sich zu der vorherrschenden Wahl für eine Speichertechnologie entwickelt, bei der es auf eine Steigerung der IOPS-Zahlen und eine Senkung der Latenzen ankommt – und insofern ist dies eine der Technologien, die Speichersysteme für VDI-Workloads fit macht. 

Ein Beispiel dafür sind die berühmt-berüchtigten Boot Storms, die dann ausbrechen, wenn sehr viele Desktop-Geräte zur selben Zeit von VM-Images starten, die auf einem geteilten Storage-System untergebracht sind: Indem die VM-Images von mechanischen Festplatten auf Solid State Drives (SSDs) verschoben werden, sind die Speichersysteme in der Lage, die massenhaften Boot-Prozesse zu unterstützen, ohne dabei Performance-Einbußen oder Ausfälle zu erfahren.

Die Vorzüge von NAND-Flash als VDI-Speichersystem gehen weit über das Beispiel Boot Storm hinaus: Die Speicherhersteller liefern heute Produkte, die von hybriden Geräten aus SSDs plus mechanischen Festplatten bis zu All-Flash-Arrays reichen. 

NAND-Flash wird dabei als Cache und als Ersatz für klassische Platten verwendet. Da NAND-Flash auf verschiedene Weise zur Steigerung der Speicher-Performance eingesetzt werden kann, bedarf es einiger grundsätzlicher Überlegungen, wie man dieses Ziel am besten erreicht.

Flash als Cache. NAND-Flash als Cache für mechanische Festplatten zu gebrauchen, bietet mehrere Vorteile. Vor allem profitieren alle Anwendungen, die auf das Speichersystem zugreifen, von einem Cache auf NAND-Flash-Basis. Bewährte Caching-Mechanismen bewegen die Daten zwischen den Platten und dem NAND-Flash, ohne dass eine komplexe Migrationslogik verwendet werden muss. 

Darüber hinaus ermöglicht die Kombination NAND-Flash und Festplatten kostengünstige, aber dennoch sehr performante Speichersysteme – und das nur zu einem Bruchteil der Kosten eines All-Flash-Arrays. Viele Hersteller bieten nun NAND-Flash-Optionen für ihre Arrays an, so zum Beispiel EMC mit VNX Fast Cache für die VNX-Produktserie und NetApp mit Flash Cache für die hauseigenen Filer.

Jonathan Siegal, Senior Director Product Marketing bei EMC, versichert: „VNX-Arrays für VDI werden in der Regel mit drei bis fünf Prozent NAND-Flash ausgeliefert. Die restliche Kapazität wird durch Festplatten mit hohem Volumen abgedeckt. Diese Arrays sind in der Lage, bis zu etwa 1.000 Desktop-Geräte zu unterstützen.“

SSDs als Ersatz für mechanische Festplatten. Hybride Arrays, in denen SSD-Platten mechanische Festplatten ergänzen, sind ein anderer Ansatz, NAND-Flash in Speicher-Arrays zu verbauen. Während NAND-Flash als Cache in die Speicherarchitektur eingebettet werden muss, reicht es bei den SSDs aus, sie einfach an Stelle der traditionellen Festplatten einzusetzen.

Gegenwärtige hybride Arrays unterscheiden sich darin, wie effizient sie SSDs unterstützen und wie die Daten zwischen den schnellen SSD- und den langsamen Disk-Bereichen bewegt werden. Das Zusammenspiel zwischen den beiden Ebenen und der Mechanismus zum Verschieben der Daten kann man komplett manuell oder voll-automatisch durchführen.

Zum Beispiel fasst NetApp Flash Pool SSDs und mechanische Festplatten in einem einzigen, gemeinsamen Pool zusammen und speichert automatisch eine Kopie der aktiven Daten auf SSDs, während Nimble Storage das automatische Zusammenspiel von SSDs und Festplatten über seine patentierte Architektur „Cache Accelerated Sequential Layout“ (CASL) organisiert.

All-Flash-Arrays. All-Flash-Arrays bieten die höchste Performance (aber zu einem hohen Preis) und sollten für sehr große VDI-Installationen in Betracht gezogen werden. Siegal von EMC fügt in diesem Zusammenhang an: „Unsere XtremIO-Arrays für All-Flash- und Scale-Out-Umgebungen können Tausende von VDI-Desktops unterstützen.“ 

Die Erfolgschancen eines VDI-Projekts steigen deutlich, wenn man auf die existierende Umgebung und die Ansprüche der Anwender genau eingeht.

Da einige der am Markt verfügbaren All-Flash-Arrays keine Enterprise-Features wie Snapshots oder Thin Provisioning integrieren, ist ein sehr genauer Prüf- und Testprozess von Nöten, wenn man sich für diesen Speichertyp interessiert. Während traditionelle Speicher-Anbieter wahrscheinlich All-Flash-Arrays mit sämtlichen möglichen Features ausstatten, sollte man bei kleineren Herstellern genauer hinschauen. Allerdings bieten einige der kleineren Player und Start-ups hoch entwickelte Technologien an – wie zum Beispiel SolidFire mit seinen Scale-out-fähigen All-Flash-Arrays.

Technologien für die Datenreduzierung. VDI ist extrem geeignet für Datenreduzierung, da die Desktop-Images viele der gleichen Daten enthalten. Data Deduplication und Komprimierung sind die wesentlichen Funktionen, die in einem Speichersystem für VDI vorhanden sein sollten. 

Während einige Hersteller wie NetApp Deduplizierung durchführen, nachdem die Daten auf eine Platte geschrieben worden sind, wenden andere wie SolidFire, Tintri oder EMC mit XtremIO Inline-Deduplication in Echtzeit und mit wenig oder gar keinem Overhead an. Aviv Kaufmann, Analyst im Testzentrum der Enterprise Strategy Group (ESG), zieht Bilanz: „Viele der neuen Flash-basierten Speichersysteme verfügen über Inline-Deduplication. Der Trend geht klar in diese Richtung, während Post-Processing mehr ins Hintertreffen gerät.“

Die Ratio der Datenreduktion ist kleiner, wenn die Infrastruktur die Technologien der Data Reduction direkt im VDI-Stack vorsieht, zum Beispiel mit VMware Linked Clones oder mit Citrix Provisioning Services. Laut EMC-Mann Siegal erreicht man „mit XtremIO in der Regel eine Reduktion von 3:1 für Linked-Clone-Umgebungen und von 8:1 bis zu 12:1 für Full-Clone-Installationen“. Und die Reduktion liege irgendwo in der Mitte, wenn verschiedene Technologien mit einander kombiniert würden.

Quality of Service (QoS). Ein Storage-System ohne QoS-Fähigkeiten behandelt alle Speicheranfragen in der gleichen Weise und schränkt damit die Anzahl und die verschiedenen Arten von Anwendungen ein, denen ein Array sinnvoll dienen kann. Auf der anderen Seite sorgen Speichersysteme mit QoS-Unterstützung dafür, dass man die VDI-Enduser von anderen Server-basierten Anwendungen isolieren kann, die den gleichen Storage-Cluster benutzen. 

Als Beleg hierfür kann man den Test der ESG-Analystengruppe heranziehen, die im Juni 2014 einen Boot Storm von 1.000 Usern auf einer SolidFire-Umgebung simulierte, wobei sich die VDI-Images eine Datenbank mit 20.000 IOPS auf dem gleichen Array-Cluster teilten. Als man die QoS-Funktion einsetzte, gab es absolut keine Auswirkungen auf die Performance der Datenbank, während man ohne QoS einen deutlichen Performance-Verlust feststellte, da der Boot Storm fast alle Ressourcen für sich in Anspruch nahm.

Storage-Management. Wegen der schieren Anzahl der virtualisierten Desktops, die gleichzeitig auf das Speichersystem zugreifen, kommt dem Speicher-Management eine besondere Bedeutung in VDI-Umgebungen zu. Das fängt schon mit dem Provisioning an: Die Zuteilung von Speicher sollte ein integraler Teil bei der Zuweisung neuer virtueller Desktops in einer einzigen Management-Konsole sein.

Tools für Monitoring, Alarmsignale und Reporting sind unverzichtbar, um eine VDI-Speicherumgebung funktionsfähig zu erhalten. Programme wie Login VSI, das Performance-Tests, Kapazitäts- und Performance-Planung für das gesamte VDI-Ökosystem zur Verfügung stellt, können dem IT-Team dabei helfen, Probleme rechtzeitig zu erkennen, bevor sie einzelne Bereiche oder die ganze Infrastruktur lahm legen. 

Ein weiteres Beispiel für proaktives Speicher-Management findet man bei Nimble Storage: Das Tool InfoSight stellt Analytics-Fähigkeiten zur Verfügung, die kontinuierlich Daten über das Speichersystem sammeln, um präventiv Probleme zu erkennen und zu lösen.

Bestimmte virtuelle Desktops mit Speicherkomponenten verbinden zu können, ist eine wesentliche Eigenschaft einer VDI-Architektur, um Probleme schnell zu identifizieren und zu lösen. In traditionellen Speichersystemen, die auf einem LUN- oder Volume-Standard verwaltet werden, ist dies nur kompliziert oder gar nicht zu erreichen. Während einige Speicherhersteller auf Reporting setzen, um VMs und Speicherkomponenten zu korrelieren, lösen Converged Storage Systeme wie die von Nutanix, SimpliVity und Tintri dieses Problem durch Speicher-Management auf einem VM-Niveau.

Saradhi Sreegiriraju, Vice President Storage-Management und Technical Marketing bei Tintri, erklärt hierzu: „Tintri verwaltet alle Speicheraspekte auf einem VM-Niveau, um einzelne VMs daran zu hindern, zu viele Ressourcen für sich zu beanspruchen – das gilt für Konfigurationen von Provisioning, Snapshots und Replikation bis hin zu Quality of Service.“

Ein letztes Wort zu VDI-Storage

Wenn Desktop-Virtualisierung wirklich erfolgreich sein will, muss es die Geschäftsziele des Unternehmens unterstützen, den Anwendern an ihren Geräten mindestens den gleichen oder einen besseren Komfort bieten und nicht die gesamte IT-Architektur in ihrer Funktionsfähigkeit gefährden. 

Die richtige Technologie und ein fähiges IT-Team sind wichtige Voraussetzungen, um die neuen geschäftskritischen VDI-Services adäquat zu unterstützen. Die Erfolgschancen eines VDI-Projekts steigen deutlich, wenn man auf die existierende Umgebung und die Ansprüche der Anwender genau eingeht. Außerdem sollte das Projekt gründlich geplant werden. Und wenn möglich sollte man ein Proof of Concept durchführen, bevor man dann das Projekt startet.

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Artikel wurde zuletzt im März 2015 aktualisiert

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XtremIO von EMC ist auch eine ScaleOut All-Flash Lösung die zudem noch Inline Dedupliziert und -Komprimiert. Somit ist sie besonders in VDI Umgebungen sehr wirtschaftlich einzusetzen.
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