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Wie kann man in VMware Flash-Storage nutzen und tracken?

In VMware vSphere müssen Admins die Lebensdauer von Flash-Laufwerken kontrollieren. Dafür vergleicht man die tatsächliche Nutzung mit dem Versprechen der Anbieter.

VMware unterstützt Flash-Storage-Geräte in verschiedenen Bereichen. Für IT-Administratoren ist es wichtig, die Lebensdauer von Solid-State Drives (SSDs) richtig einzuschätzen und die Program/Erase-Zyklen im Auge zu behalten. Beim Program/Erase-Zyklus werden Daten auf den NAND Flash-Speicher der SSD erst geschrieben, danach gelöscht und dann erneut geschrieben. Diese Zyklen können die Stabilität beziehungsweise die Lebensdauer von Flash-Speicher bestimmen.

Die häufigste Anwendung für Flash-Speicher in VMware ist die Erstellung von regulären Virtual Machine File System Data Stores (VMware VMFS). Im Gegensatz dazu steht die Erstellung von Datenspeichern auf regulären Festplatten (HDDs). Flash-basierte VMFS-Datenspeicher können virtuelle Maschinen (VMs) speichern und Storage für den Host-Swap-Cache von ESXi bereitstellen.

Flash-Speicher ist auch erforderlich, um Virtual SAN (vSAN) -Instanzen zu erstellen und bereitzustellen. IT-Administratoren können Flash-Speicher zudem in einer virtuellen Flash-Ressource verwenden. Diese kann mehrere lokale Flash-Geräte auf einem ESXi-Host mit dem VMware Virtual Flash File System im Cache aggregieren. Dadurch lässt sich die virtuelle Flash-Ressource als virtueller Flash Read Cache für VMs oder als ESXi-Host-Swap-Cache verwenden anstatt VMFS-Datenspeicher zu nutzen. Und sie kann mit kompatiblen Speicher-Subsystemen zusammenarbeiten, um einen I/O-Caching-Filter bereitzustellen.

Wichtige Überlegungen für VMware-Flash-Speicher

Eines der größten Probleme bei der Verwendung von VMware Flash-Speicher ist die korrekte Identifizierung der Flash-Geräte. Die Flash-Technologie ist bis dato nur mäßig ausgereift und nicht alle Flash-Speicherhersteller verwenden die gleichen Identifizierungsmechanismen oder Protokolle. Der gebräuchlichste Identifikationsmechanismus nutzt T10-Storage-Industriestandards. T10 ist ein Standardisierungsgremium für SCSI- und damit auch SAS-Standards. ESXi und einige Gastbetriebssysteme setzen das gleiche Protokoll ein, um Flash-Geräte vor der Verwendung zu finden und zu charakterisieren.

Wenn ESXi oder das Betriebssystem nicht in der Lage sind, die Flash-Geräte zu identifizieren, können sie auch nicht für Flash-abhängige Aufgaben auf dem ESXi-Host-System verwendet werden. Die Geräte werden aber immer noch als konventionelle Festplatten erkannt. System-Administratoren können dieses Speichermedium dann manuell über Verwaltungs-Tools wie vSphere Client als Flash markieren.

Die Kennzeichnung eines nicht identifizierten Geräts als lokales Flash macht es beispielsweise für Flash-abhängige Aufgaben wie in vSAN und als virtuelle Flash-Ressource verfügbar. Storage-Anbieter stellen oft weitere Informationen zur Geräteerkennung und Kompatibilität für VMware-Flash-Speicher bereit.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Festplatten besitzen Flash-Geräte eine begrenzte Lebensdauer. Die nichtflüchtigen Halbleiterschaltungen, die Daten speichern, können nur eingeschränkt häufig gelöscht und neu beschrieben werden, bevor sie sich abnutzen und ausfallen. Dies führt zu einer wachsenden Anzahl von Bit-Fehlern auf Flash-Geräten. Einmal beschrieben, können Flash-Geräte jedoch beliebig oft gelesen werden.

So berechnen Sie die Lebensdauer von Flash Storage

Flash-Geräte erfordern daher eine sorgfältige Abschätzung ihres Lebenszyklus und eine übergreifende Überwachung. Um VMware Flash-Speicher zu überwachen und Details wie Verschleiß, Temperatur und neu zugeordnete Sektoren zu melden, stellt ESXi den Befehl esxcli zur Verfügung.

Der Trick besteht darin, dass System-Administratoren die tatsächliche Lebensdauer eines Flash-Geräts anhand der Anzahl der realen Schreibvorgänge über die Zeit abschätzen können. Zwar kann der Hersteller eines Flash-Geräts seine Lebensdauer unter idealen Bedingungen schätzen. Aber die tatsächliche Nutzung kann die Lebensdauer des Flash-Geräts gravierend verändern.

Administratoren können zum Beispiel den Befehl esxcli auf einem VMware Flash-Speichergerät verwenden und die Anzahl der Blöcke notieren, die seit dem letzten Neustart des ESXi-Hosts beschrieben wurden. Multiplizieren Sie die Anzahl der beschriebenen Blöcke mit 512 – weil es 512 Bytes pro Block gibt – und teilen Sie das Zwischenergebnis dann durch eine Milliarde, um die Anzahl der Gigabytes zu berechnen. Anschließend teilen Sie diese Zahl durch die Anzahl der Tage seit dem letzten Neustart des ESXi-Hosts. Dies ergibt als Ergebnis den tatsächlichen Durchschnitt der Daten, die pro Tag auf das Flash Device geschrieben werden.

Angenommen, esxcli meldet 635.902.400 Blöcke, die seit dem letzten Neustart des Systems vor zwölf Tagen beschrieben wurden. Die tatsächliche Nutzung des Flash Device wäre dann:

([635.902.400 Blöcke * 512 Bytes pro Block] / 1.000.000.000.000 Bytes pro GB) / 12 Tage ≈ 27 GB pro Tag

Es sind also etwa 325,6 GB für 12 Tage, was rund 27 GB pro Tag echter Schreibnutzung entspricht.

Überlegen Sie sich nun die Relation zwischen diesem tatsächlichen Nutzungsverhalten und den Schätzungen des Herstellers. Wenn der Hersteller beispielsweise für das Flash-Gerät 15 GB Schreibzugriffe pro Tag auf fünf Jahre garantiert, ergibt eine einfache Rechnung die tatsächliche geschätzte Lebensdauer des Geräts: Die vom Hersteller angegebenen Schreibvorgänge pro Tag multipliziert mit den Lebensdauerjahren des Herstellers dividiert durch die tatsächlichen Schreibzugriffe pro Tag entspricht der geschätzten Lebensdauer des Geräts in Jahren:

(15 GB pro Tag * 5 Jahre) / 27 GB pro Tag ≈ 2,8 Jahre

In diesem Beispiel wird das Flash-Gerät stark beansprucht, so dass es eine viel kürzere Lebensdauer hat, als der Hersteller angibt. Dies ist natürlich nur ein Beispiel, das über einen relativ kurzen Zeitraum betrachtet wird. Administratoren können diese Übung periodisch wiederholen. Zahlen über einen viel längeren Zeitraum – vielleicht drei bis sechs Monate statt zwölf Tage – ergeben einen zuverlässigeren Durchschnitt. IT-Verantwortliche können diese Ergebnisse nutzen, um einen Ersatz für VMware Flash-Speicher zu planen und zu budgetieren.

Dieses Beispiel berücksichtigt auch keine anderen Techniken der Zuverlässigkeit von Flash-Storage. Beispielsweise verteilt Wear Leveling (Verschleißausgleich) Schreibvorgänge über das gesamte Device, so dass alle Bits des Geräts beschrieben werden, bevor irgendein Bit gelöscht und neu beschrieben wird. Dies entzerrt die Anzahl der Schreibvorgänge auf dem gesamten Flash-Gerät und verhindert Hot Spots, an denen die gleichen Bits häufig gelöscht und neu beschrieben werden.

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Artikel wurde zuletzt im Juni 2018 aktualisiert

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