Storage-Management in VDI Umgebungen

Der Erfolg von VDI-Umgebungen steht und fällt mit der Nutzerfreundlichkeit. Storage ist der Faktor, der den größten Einfluss auf den Anwender hat.

Das Aufsetzen einer Virtual Desktop Infrastructure (VDI) kann sehr kompliziert sein; die Administratoren müssen sich mit einer Vielzahl kritischer Überlegungen befassen – Storage ist dabei eine der entscheidenden. Der Erfolg einer VDI-Umgebung steht und fällt mit der Benutzerfreundlichkeit oder Handling, und Storage ist der Faktor, der den größten Einfluss darauf hat. Wenn Sie bei Design, Implementierung und Verwaltung Ihres VDI-Storages Fehler machen, können Probleme auftreten.

Wie VDI Umgebungen Storage beeinflussen

Das größte Problem beim Storage-Management in VDI-Umgebungen sind die Lastspitzen bei der Nutzung, besonders während der größten Storage-I/O-Belastung. Die sogenannten „Boot-Storms“ sind die häufigste Ursache dieser Lastspitzen; sie treten immer dann auf, wenn eine große Nutzergruppe Anwendungen lädt und startet. Der Start von Rechnern benötigt besonders viele Ressourcen – das Betriebssystem und die Anwendungen starten jeweils eine große Anzahl von Lesezugriffen auf die Festplatte. Multipliziert man dies nun auf mehrere hundert gleichzeitig startende Rechner, so kann die Menge von Storage-Zugriffen ein Array schnell an seine Grenzen bringen. Boot Storms dürfen nicht auf die leichte Schulter genommen werden und haben einen großen Einfluss auf die Performance – sie können zwischen 30 Minuten und 2 Stunden dauern.

Das größte Problem beim Storage-Management in VDI-Umgebungen sind die Lastspitzen bei der Nutzung.

Die Storage-Zugriffe reduzieren sich nach dem ersten Login und den Anwendungsstarts, aber andere Dinge können über den Tag gesehen ebenfalls Lastspitzen erzeugen: hierzu gehören automatisch geladene Patches für das Betriebssystem, Updates und Scans des Virenscanners und die Anwender, die sich am Ende des Arbeitstages abmelden. Es ist für die Umgebung entscheidend, dass die Storage Infrastruktur solche intensiven Lastspitzen ohne Leistungseinbrüche handhaben kann.

Die Kosten sind ebenfalls ein kritischer Punkt. VDI hat einen anderen ROI (Return On Invest) als Server-Virtualisierung und kann der Unternehmensleitung bei VDI-Umgebungen nicht so einfach verkauft werden. Darüber hinaus kann eine vernünftiges Storage-Infrastruktur für VDI-Umgebungen eine Menge Geld kosten. Viele Storage-Administratoren müssen eine höhere Speicherkapazität einplanen und kaufen, um auch die hohe Anzahl von Zugriffen in Spitzenzeiten abfangen zu können. Diese Art von Zugriffen wird in IOPS gemessen (I/O operations per second).

Seien Sie darauf vorbereitet, dass Sie entweder ein größeres Administrationsteam benötigen werden oder mehr Geld für die Administration einplanen müssen. Hunderte oder sogar tausende virtueller Platten müssen für die virtuellen Desktops erstellt und gewartet werden; dies kann eine anstrengende und schwierige Aufgabe sein.

Storage-Bedarf ermitteln

Um eine VDI-Umgebung richtig zu planen, müssen Sie den Ressourcen-Bedarf von Virtual-Desktop-Benutzern verstehen. Belassen Sie es nicht bei Vermutungen. Um den Ressourcen-Bedarf vernünftig abschätzen zu können, brauchen Sie konkrete statistische Daten der Nutzer, deren Desktops virtualisiert werden sollen. Ein Profil dieser Benutzer und eine Messung ihres Ressourcen-Verbrauchs sind der Schlüssel, um den Storage-Bedarf richtig einschätzen zu können. 

Produkte von Firmen wie Lakeside Software oder Liquidware Labs können die relevanten Daten der einzelnen Desktops ermitteln, sodass Sie eine Einschätzung Ihrer Umgebung durchführen und den Bedarf ermitteln können. Je länger Sie entsprechende Daten sammeln, umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese durch ungewöhnliche oder periodische Aktivitäten beeinflusst sind.

Die entscheidende Messgröße beim Storage sind IOPS. Eine Vielzahl von Faktoren kann die IOPS beeinflussen (Caching, Block-Größe), aber die grundsätzliche Berechnung basiert auf der mechanischen Festplattenleistung: Umdrehungsgeschwindigkeit (rpm), Latenz und Suchzeit.

Eine typische Festplatte mit 7.200 rpm kann bis zu 75 IOPS erreichen, eine 10k Platte 125 IOPS, eine 15k Platte 175 IOPS und eine SSD 5000 IOPS.  Verteilt auf einen RAID-Verbund kann man die Anzahl der Laufwerke innerhalb des Verbunds mit der IOPS-Leistung der Laufwerke multiplizieren, um den IOPS Wert zu ermitteln, den der Verbund erreichen kann (ein Verbund aus sechs 15k Laufwerken mit jeweils 175 erreicht so eine Gesamtleistung von 1050 IOPS). Es gibt andere Faktoren, wie zum Beispiel Caching, welche die IOPS steigern können, während der Overhead eines RAIDs oder die Latenz in den Netzwerk-Storage-Protokollen die IOPS-Leistung reduzieren.

Sie sollten immer den tatsächlichen Verbrauch der Benutzer messen, es gibt jedoch akzeptierte Richtwerte, die Sie als Basis verwenden können. Diese Richtwerte basieren auf den Charakteristiken bestimmter Typen von Anwendern.

Planen Sie ihren VDI-Storage nicht so, dass er lediglich mit den durchschnittlichen I/O-Lasten umgehen kann; der Storage sollte so geplant sein, dass er auch I/O-Lastspitzen abfangen kann, um eine gute Benutzerfreundlichkeit bieten zu können. Über ausreichend Speicherplatz zu verfügen, ist selbstverständlich wichtig, wichtiger ist aber, dass dieser auch performant ist. Da die Anzahl von Spindeln eine große Rolle bei der Performance eines Storage-Arrays spielt, haben Sie am Ende unter Umständen deutlich mehr Speicherkapazität als Sie benötigen, nur um die angestrebten IOPS zu erreichen.

Fibre Channel vs. iSCSI vs. NAS

Der Storage-Typus wird oftmals von den Budgetvorgaben und der verfügbaren, existierenden Storage-Infrastruktur bestimmt. Ein Fibre-Channel (FC)-SAN würde zwar ausreichende Performance liefern, die Anschaffung würde aber die Implementierung der VDI-Umgebung insgesamt zu teuer machen. iSCSI und NAS (NFS) sind attraktive Alternativen, Sie müssen jedoch sicherstellen, dass diese auch den I/O-Anforderungen gerecht werden. Die Verwendung eines 10-Gb-Ethernets (10 GbE) kann den Datendurchsatz zwischen iSCSI und dem NAS zwar dramatisch beschleunigen, sollten Sie jedoch bisher kein 10-GbE-einsetzen, könnte dies letztlich genauso teuer werden wie die Implementierung eines FC.

Lastspitzen bei den IOPS können die Zahl der IOPS, die ein iSCSI oder NAS (NFS) handhaben kann, überschreiten. Jedoch kann ein Cache oder ein Accelerator, der vor dem Storage-Array eingesetzt wird, die Performance unter Umständen ausreichend steigern. Sowohl iSCSI als auch NFS erzeugen durch ihren Overhead-Last auf der CPU des Host-Servers; bei iSCSI kann dies durch den Einsatz eines Hardware-Initiators ausgeglichen werden. Accelerator-Lösungen funktionieren typischerweise nicht mit NAS-Devices, jedoch gibt es andere Caching-Lösungen, die für NAS (NFS) verfügbar sind.

LUN Größen und RAID

Wenn es um die Größe von LUN bzw. Volumes geht, sollten Sie sich weniger auf die Performance konzentrieren. Vielmehr sollten Sie sicherstellen, dass ihre LUNs die benötigten IOPS leisten können. Es gibt wirklich keine Zauberformel für die Größe von LUNs, da hier viele Faktoren eine Rolle spielen. Generell gilt, je mehr Spindeln Sie im RAID-Verbund für die LUN verwenden, desto besser. Sie sollten auch Ihre LUNs nicht zu klein für die Zahl der dort gespeicherten virtuellen Desktops machen. Auch die Entscheidung, ob Sie vollständige virtuelle Disks oder Linked Clones verwenden, spielt eine Rolle, da letztere wesentlich weniger Plattenplatz benötigen.

Sie haben eine Vielzahl von RAID-Varianten zur Auswahl, mit denen Sie entweder höhere Datensicherheit oder Performance erreichen. Ein wichtiger Faktor, der ihre Wahl des RAIDs beeinflussen wird, ist das Schreib/Lese-Verhältnis ihrer virtuellen Desktops. Wenn Sie Daten von einem RAID-Verbund lesen, hat dies keinen I/O-Nachteil, wohl aber wenn Sie Daten schreiben. Je mehr Datensicherheit Sie wollen, umso mehr I/O-Nachteile müssen Sie einkalkulieren. Nutzen sie beispielsweise ein RAID 1, haben Sie doppelt so viele I/O-Zugriffe, da auf zwei Laufwerke geschrieben werden muss, mit RAID 5 verfünffachen sich die Schreibvorgänge. Wenn Ihre I/O-Last mehr Schreib- als Lesezugriffe umfasst, sollten Sie sich für ein RAID entscheiden, dass bei Schreibzugriffen weniger Nachteile hat. Ein größerer Schreib-Cache im Array-Controller oder der Einsatz eines speziellen RAID-Levels wie zum Beispiel NetApp's RAID-DP können ebenfalls helfen.

Laufwerks-Typen

SAS-Laufwerke bieten oftmals eine bessere Performance als SATA-Laufwerke, aber SATA-Laufwerke können die Storage-Kosten senken. Schnelle 15k-Laufwerke können für eine höhere Geschwindigkeit sorgen, sind aber auch entsprechend teurer als 10k-Laufwerke. Solid State Drives (SSDs) bieten eine ausgesprochen hohe Geschwindigkeit, aber zu extrem hohen Kosten. Die Wahl der Laufwerke für eine Virtual Desktop Infrastructure läuft meist darauf hinaus, die besten Laufwerke zu kaufen, die Sie sich leisten können. Langsame SATA-Laufwerke sind nicht die erste Wahl für die meisten VDI-Umgebungen, daher sind SAS-Laufwerke die bessere Wahl.

Die Scheiben eines 15k-Laufwerks lesen und schreiben die Daten schneller und auch die Gesamtlatenz ist niedriger, jedoch gilt dies nicht für den Schreib-Lese-Kopf der Platte. Daher führt die 50 Prozent höhere Umdrehungsgeschwindigkeit lediglich zu einer ungefähr 30-prozentigen höheren Performance, die sich in höheren IOPS-Werten niederschlägt.

Sie können verschiedene Typen von Laufwerken mischen und schnelle Laufwerke dort einsetzen, wo Sie maximale Leistung benötigen und günstigere dort, wo es nicht auf höchste Performance ankommt. So können Sie die Vorlagen für ihre Linked Clones auf schnellen SSD-Laufwerken ablegen und für die Delta-Daten SAS-Laufwerke nutzen. Sie können dies auch noch einen Schritt weiter treiben und diesen Prozess einer Automated-Tiering-Software überlassen, die die Lastverteilung automatisch je nach Bedarf steuert.

Caching und SAN-Acceleratoren

Die Nutzung eines Caching-Devices oder eines SAN-Accelerators kann die Leistung schwächerer Storage-Einheiten ausgleichen und mehr IOPS ermöglichen, um mit Boot Storms und anderen regelmäßigen Lastspitzen fertig zu werden. Dies kann auch Kosten senken, da unter Umständen günstigere Storage-Varianten genutzt werden können und trotzdem VDI-I/O-Lastspitzen abgefangen werden können. Caching-Devices wie NetApp's Flash Cache können einen großen Unterschied machen und die Zahl der IOPS, die eine Storage-Einheit leisten kann, deutlich steigern. Das Caching sollte je nach Einsatzgebiet konfiguriert werden; Ereignisse wie Boot Storms führen üblicherweise zu einer sehr hohen Zahl an Lesezugriffen, sodass ein großer Lese-Cache einen merklichen Unterschied machen kann.

Andere hilfreiche Storage Features

Storage-Arrays verfügen über viele Funktionalitäten, die eine Auslagerung von Vorgängen und Prozessen erlaubt, die üblicherweise woanders ausgeführt werden. Wenn Sie dem Storage-Array erlauben, sich auf die Dinge zu konzentrieren, die es am besten kann, steigert dies die Effizienz und Performance für VDI-Umgebungen.

Data Protection: Funktionen wie Microsofts Volume Shadow Copy Service (VSS), die vorherige Versionen von geänderten Dateien speichern, machen es für uns Anwender einfacher, eigene Dateien wiederherzustellen. Die Implementierung dieser Funktion auf allen Anwender-Desktops kann jedoch zu einem unerwünschten Overhead und einem Zuwachs der Storage-Zugriffe führen. 

Seien Sie darauf vorbereitet, dass Sie entweder ein größeres Administrationsteam benötigen werden oder mehr Geld für die Administration einplanen müssen.

Mit FalconStor's NSS SAN Accelerator können Sie einen Agent in das Goldmaster Ihrer VDI-Vorlage integrieren, der es dem virtuellen Desktop erlaubt, mit dem NSS SAN-Accelerator zu kommunizieren, sodass jede Änderung an einer Datei innerhalb des Gast-Betriebssystems auf der Appliance gesichert wird. Die Dateien können vom Anwender wiederhergestellt werden, er kann die vorherigen Versionen durchsehen und die gewünschten Dateien wieder auf seinem Desktop speichern, ohne dass die nachgelagerte Storage-Einheit in Anspruch genommen wird.

Data Deduplication: Die Deduplizierung von Daten kann die für virtuelle Desktops benötigte Menge an Storage-Kapazität deutlich reduzieren, besonders wenn vollständige virtuelle Maschinen (VMs) anstelle von Linked Clones zum Einsatz kommen. Wenn Sie 100 Desktops mit jeweils einer 20-Gigabyte-Platte haben, werden Sie voraussichtlich zwei Terabyte an Speicherplatz benötigen. 

Aber da VDI-Anwender typischerweise dasselbe Betriebssystem und oftmals auch die gleichen Anwendungen benutzen, gibt es eine Menge doppelter Daten. Daten-Deduplizierung kann die für vollständige virtuelle Desktops benötigte Menge an Speicherplatz um bis zu 90 Prozent reduzieren, sodass statt zwei Terabyte nur noch 200 Gigabyte verwendet werden. Setzen Sie dagegen Linked Clones ein, wird ein geteiltes Master Image eingesetzt und alle Änderungen werden in entsprechenden Delta-Dateien gespeichert, die nur zwischen zwei und fünf Gigabyte groß sind. Planen Sie jedoch den Einsatz vollständiger virtueller Images, ist Daten-Deduplizierung dringend erforderlich.

Thin Provisioning: Linked Clones sind an sich bereits äußerst platzsparend, sodass Thin Provisioning keinen allzu großen Mehrwert mehr bietet. Wenn Sie aber stattdessen vollständige virtuelle Desktops benutzen, kann Thin Provisioning eine große Menge an Speicherplatz einsparen. Besonders wenn Sie Thin Provisioning zusammen mit Daten-Deduplizierung einsetzen, sind die Einsparungen bei vollständigen virtuellen Desktops enorm. 

Thin Provisioning kann sowohl auf der Ebene des Storage-Arrays als auch auf der Virtualisierungsebene eingesetzt werden. Auch wenn Sie es theoretisch sogar auf beiden Ebenen einsetzen können, ergibt es mehr Sinn, wenn Sie es auf das Storage-Array auslagern, sodass es weniger Overhead auf der Virtualisierungsebene gibt. Dies vereinfacht auch das Management, da die Thin Disks nur auf einer Ebene überwacht und verwaltet werden müssen.

VMware vStorage APIs for Array Integration: VMware vStorage APIs for Array Integration (VAAI) ermöglicht es, dass Storage-bezogene Aufgaben, die üblicherweise auf der Virtualisierungsebene erfolgen, vom Storage-System übernommen werden – dazu gehören Datenkopiervorgänge (Cloning, Storage vMotion), Disk Block Zeroing und vmdk File Locking. 

Der Einsatz von VAAI in einer VDI-Umgebung bietet verschiedene Vorteile, so können Festplattenaktionen deutlich schneller und effizienter abgeschlossen werden als dies normalerweise durch den Hypervisor geschehen kann. VAAI ist noch relativ neu und die Akzeptanz und Integration durch Storage-Anbieter noch längst nicht abgeschlossen, aber Storage-Arrays, die VAAI unterstützen, können bereits heute einiges an Mehrwert bieten und dies wird umso mehr gelten, je ausgereifter die Technologie wird.

Prüfen Sie Ihren Bedarf

Bei der Planung des Storage für eine Virtual-Desktop-Infrastructure-Umgebung müssen viele Dinge berücksichtigt werden. Auch wenn Ihre Budget Vorgaben Ihre Optionen oftmals einschränken, gibt es eine Vielzahl kreativer Optionen, mit denen Sie die Performance erreichen, die Ihre virtuellen Desktops benötigen. 

Der erste Schritt ist jedoch die Anforderungen zu definieren; eine gründliche Prüfung wird Ihnen helfen, Ihre Storage-Anforderungen genau einschätzen zu können und Ihnen im Gegenzug ermöglichen, eine ausreichend dimensionierte Storage-Lösung zu implementieren. Mit einem vernünftig geplanten Storage-System können Sie die Vorzüge, die Ihnen VDI bietet, genießen, ohne sich sorgen zu müssen, dass Ihr Storage-System der Flaschenhals für Ihre Anwender wird.

Tricks für mehr Effizienz

1. Nutzen Sie Linked Clones, um Speicherplatz zu sparen

Linked Clones können ein unschätzbar wertvolles Feature in einer Virtual Desktop Infrastructure (VDI) sein. Linked Clones basieren auf einer einzelnen Master Virtual Machine (VM), die das Image des zugrunde liegenden Betriebssystems enthält, das von allen Desktops genutzt wird. Alle virtuellen Desktops greifen lesend auf dieses Image zu, alle Schreibzugriffe landen dagegen in einem separaten Delta-File, welches für jede einzelne VM getrennt angelegt wird. 

Diese Delta Files sind typischerweise relativ klein, auch wenn sie größer werden können, falls auf jeden Disk-Block geschrieben wurde, was allerdings unwahrscheinlich ist. Linked Clones können regelmäßig aufgefrischt werden, um Patches und Updates für das Betriebssystem und die Anwendungen zu integrieren. Linked Clones bieten viele offensichtliche Vorteile, sind aber im Gegenzug komplexer zu pflegen als vollständige virtuelle Maschinen.

2. RAM und Speicher-Auslagerung bei virtuellen Maschinen

Die Größe des RAMs, das Sie einer virtuellen Maschine zuweisen, kann einen großen Einfluss auf die Performance haben. 

Indem Sie die Last über einen längeren Zeitraum verteilen, können Sie konzentrierte I/O-Zugriffe auf Ihr Storage System vermeiden.

Wenn Sie nicht ausreichend RAM zur Verfügung stellen, wird das Betriebssystem anfangen, Speicher auf die Festplatte auszulagern, was zu einem deutlichen Anstieg des Platten-I/Os führt – eine Situation, die Sie sicherlich vermeiden wollen, da unnötige Lese- und Schreibzugriffe zu einer verminderten Performance führen. 

Weisen Sie ihren virtuellen Desktops dagegen zu viel RAM zu, wird dies zu einem Swapping auf der Virtualisierungsebene führen, wenn Sie insgesamt mehr RAM zuweisen als tatsächlich vorhanden ist, auch dies wird zu einer verminderten Storage-Performance führen. Es ist vollkommen normal und bei VDI-Umgebungen auch sehr verbreitet, mehr Speicher zu verteilen als tatsächlich vorhanden ist; Sie sollten jedoch sicherstellen, dass Sie nicht den gesamten Speicher des Hosts ausreizen.

SAN-Acceleratoren sind ein großartiger Weg, um ein bestehendes Storage-Array um eine hoch performante Caching-Schicht zu ergänzen. FalconStor's Network Storage Server (NSS) SAN Accelerator for VMware View ist eine einfach einsetzbare Appliance, die die Leistung eines Storage-Systems verbessern kann. Mit dieser Lösung können Sie sogar günstige SATA-Laufwerke in Ihrer VDI Umgebung einsetzen und dennoch eine gute Performance erreichen.

3. I/O-Spitzen vermeiden

Lastspitzen, die von Ereignissen wie Boot Storms verursacht werden, lassen sich nicht vermeiden – andere Vorkommnisse, die solche I/O-Spitzen nach sich ziehen, dagegen schon. Benutzen Sie gestaffelte Zeitpläne, um Suchläufe oder Updates des Virenscanners durchzuführen oder auch das Betriebssystem bzw. Applikation zu patchen. Indem Sie die Last über einen längeren Zeitraum verteilen, können Sie konzentrierte I/O-Zugriffe auf Ihr Storage System vermeiden. 

Zusätzlich können Sie den Virenscanner vom Gast Betriebssystem in die Virtualisierungsebene auslagern, wo er wesentlich effizienter arbeitet.  VMware vShield Endpoint kann die Scans der Antivirus-Software auf eine dedizierte virtuelle Appliance auslagern, sodass es nicht nötig ist, innerhalb des Gast-Betriebssystems eine Antiviren-Lösung zu installieren. Dies reduziert die Anzahl der Antivirus-Instanzen, die Sie auf Ihrem Host ausführen müssen und ist durch die Zentralisierung einfacher zu verwalten, darüber hinaus wird der Ressourcen Verbrauch deutlich senkt.

Folgen Sie SearchStorage.de auch auf Facebook, Twitter und Google+!

Artikel wurde zuletzt im Oktober 2014 aktualisiert

Pro+

Premium-Inhalte

Weitere Pro+ Premium-Inhalte und andere Mitglieder-Angebote, finden Sie hier.

Erfahren Sie mehr über Datenspeicherlösungen für virtuelle Server

Diskussion starten

Schicken Sie mir eine Nachricht bei Kommentaren anderer Mitglieder.

Mit dem Absenden dieser Daten erklären Sie sich bereit, E-Mails von TechTarget und seinen Partnern zu erhalten. Wenn Ihr Wohnsitz außerhalb der Vereinigten Staaten ist, geben Sie uns hiermit Ihre Erlaubnis, Ihre persönlichen Daten zu übertragen und in den Vereinigten Staaten zu verarbeiten. Datenschutz

Bitte erstellen Sie einen Usernamen, um einen Kommentar abzugeben.

- GOOGLE-ANZEIGEN

SearchSecurity.de

SearchNetworking.de

SearchEnterpriseSoftware.de

SearchDataCenter.de

Close