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Höhere VDI-Performance mit NetApp All-Flash Storage
Chris Gebhardt
Senior Technical Marketing Engineer, NetApp

Dies ist der zweite Artikel einer Themenreihe zur Implementierung von All-Flash Storage für gängige Anwendungsfälle, einschließlich Datenbank, Servervirtualisierung und VDI.

Viele Gründe sprechen für eine Virtual Desktop Infrastructure (VDI). Wer würde aus Sicht der IT nicht Hunderten oder gar Tausenden physischen Desktop-Computern, die über das gesamte Unternehmen verteilt sind, eine zentrale Infrastruktur vorziehen, die mehr Sicherheit, einfachere Unterstützung und eine höhere Effizienz bietet?

Welcher Endanwender wünscht sich nicht eine Desktop-Umgebung, auf die er von überall aus zugreifen kann, über beinahe jedes Gerät, damit er genau dort weitermachen kann, wo er aufgehört hat? Oder damit er eine wichtige Datei überprüfen kann? Oder damit er sich eine Präsentation vom letzten Monat noch einmal ansehen kann?

Die Einstellung des Supports für Windows XP im Jahr 2014 bot einen optimalen Anlass für den Wechsel zu einer VDI. Es gibt jedoch zwei wichtige Hindernisse im Hinblick auf vorhandene physische Desktop-Computer:

  • VDI muss die gleiche Performance bieten.
  • VDI darf keinesfalls teurer sein.

Diese beiden Hindernisse stehen in direkter Verbindung zur Storage-Performance. In diesem Artikel beschäftigen wir uns damit, wie All-Flash Storage die Performance- und Kostenprobleme bewältigen kann, die Sie möglicherweise an der Einführung einer VDI in Ihrem Unternehmen hindern.

Maximale Virtual Desktop-Performance

Einzigartige Aspekte von VDI-Workloads

Um die Auswirkungen von Storage auf die Virtual Desktop-Performance und die Kosten nachzuvollziehen, müssen Sie zunächst die einzigartigen I/O-Anforderungen einer Virtual Desktop Infrastructure verstehen. Im stabilen Zustand – wenn viele Benutzer auf ihre Desktop-Computer zugreifen und diese normal nutzen – kann der Virtual Desktop Workload zu bis zu 80 % aus Schreibvorgängen bestehen. Das ist ein höherer Anteil an Schreibvorgängen als bei allen anderen Storage Workloads.

Stellen Sie sich nun vor, was in einer VDI passiert, wenn Hunderte Virtual Machines (VMs) gestartet werden müssen. Das gleichzeitige Starten all dieser Desktop-VMs sorgt für einen enormen Boot-Ansturm, da jedes Gastbetriebssystem vom Storage gelesen und in eine VM geladen wird. Ein ähnliches Phänomen ist bei Login-Anstürmen zu beobachten, wenn sich viele Benutzer bei Arbeitsbeginn gleichzeitig anmelden. Aufgrund des Multiplikatoreffekts durch die hohe Anzahl an Virtual Desktops haben reguläre Aktivitäten wie Virus-Scan und Patch-Anwendungen eine ähnliche Auswirkung. Ihr Storage muss diese Aktivitätsspitzen unterstützen, ohne dass die Latenz auf ein untragbares Niveau steigt, was der Endbenutzer durch die abnehmende Geschwindigkeit von Desktop und Applikationen wahrnimmt.

Unterstützen von VDI-Workloads mit All-Flash

Die ideale Storage-Umgebung für VDI muss hohe Schreib-Workloads sowie Anstürme von Lese- und Schreibaktivitäten unterstützen, ohne dass die Performance auf ein Niveau sinkt, das für die Benutzer spürbar ist und das zu Beschwerden führt.

Bei der Unterstützung von VDI mit Festplatten- oder Hybrid Storage stehen Sie möglicherweise vor Problemen, wenn Sie mehr als ein paar hundert Benutzer festlegen möchten. Die Standardlösung – Hinzufügen von Storage-Systemen und Überprovisionierung – erhöht die Kosten von VDI-Lösungen, insbesondere für große Implementierungen. Aus diesem Grund können sich die Kosten für festplattenbasierte Storage-Lösungen für VDI auf Hunderte Dollar pro Benutzer belaufen.

An dieser Stelle kommt All-Flash Storage ins Spiel. Mit dem passenden All-Flash-Array können VDI-I/O-Muster unterstützt werden, aber es wird trotzdem eine äußerst niedrige Latenz erzielt, um die Endbenutzer zufriedenzustellen.

Zusätzliche Storage-Faktoren

Selbstverständlich gibt es neben der reinen Performance noch weitere Faktoren, die bei der Auswahl von All-Flash-Arrays in Erwägung gezogen werden müssen. Diese Faktoren wirken sich auch auf die Gesamtkosten einer VDI-Lösung und die Zufriedenheit Ihres Unternehmens mit VDI insgesamt aus.

  • Datenreduzierung. Datenreduzierungstechnologien wie Inline-Komprimierung, Deduplizierung und Klonen können dazu beitragen, dass Sie erheblich weniger Storage für einen vorhandenen Bestand an Virtual Desktops benötigen. Dadurch können Sie die Kosten senken. Aufgrund der enormen Duplizierung durch Hunderte oder Tausende Kopien desselben Gastbetriebssystems gibt es hier ein enormes Einsparpotenzial.
  • Hohe Verfügbarkeit, unterbrechungsfreier Betrieb und DR. Da sich Hunderte oder Tausende Virtual Desktops denselben Storage teilen, müssen Sie ein besonderes Augenmerk auf die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit legen. Wie oft müssen Ausfallzeiten für Wartung oder Upgrades eingeplant werden? Welche Optionen gibt es für die Disaster Recovery (DR)?
  • Datenmanagement. VDI-Umgebungen profitieren erheblich von Datenmanagement-Funktionen wie Snapshots, Klonen und Replizierung. Die enge Integration in Managementtools wie VMware vCenter ist inzwischen sehr wichtig.
  • Skalierbarkeit. Ist die Storage-Lösung skalierbar oder müssen Sie zusätzliche Storage-Systeme hinzufügen, wenn Ihre Infrastruktur erweitert werden muss?

NetApp All-Flash FAS für VDI-Workloads

Beim Einsatz von All-Flash Storage hat NetApp festgestellt, dass sich Performance-Funktionen zu unserer vorhandenen Enterprise-Architektur schneller hinzufügen lassen als Enterprise Storage-Funktionen zu einer neuen All-Flash-Architektur. Andere Anbieter von All-Flash Storage geben an, dass eine All-Flash-Architektur von Grund auf zusammengestellt werden muss. Allerdings verfügt keiner dieser Anbieter über einen Funktionssatz oder ein Ecosystem aus Partnern und Applikationen, die mit Clustered Data ONTAP und All-Flash FAS vergleichbar sind. Wir sind davon überzeugt, dass Sie mehr von Storage profitieren, der Ihre Geschäftsprobleme löst, als von einem Marketing-Hype.

NetApp hat zwei Jahrzehnte lang an dem Funktionsportfolio von Data ONTAP gearbeitet, einschließlich Datenmanagement, Datensicherung, Datenreduzierung und einer umfassenden Unterstützung von Applikationen und Partnern. Unserer Ansicht nach ist All-Flash FAS mit Clustered Data ONTAP die beste Wahl für VDI-Umgebungen, die diese Funktionen voll ausschöpfen.

Wie in Abbildung 1 gezeigt, bietet All-Flash FAS Unterstützung für mehrere Protokolle, Mandantenfähigkeit, horizontale Skalierbarkeit mit homogenem oder heterogenem Storage sowie Datenreduzierung und Datenmanagement-Funktionen – einschließlich Komprimierung, Deduplizierung, Klonen und Replizierung.

Abbildung 1) All-Flash FAS unterstützt VDI in einer funktionsreichen und flexiblen Enterprise-Plattform.

Quelle: NetApp, 2015

Clustered Data ONTAP und Flash: eine perfekte Kombination

NetApp Clustered Data ONTAP mit seinem Write Anywhere File Layout (WAFL) ist von vornherein Flash-freundlich und verfügt über eine optimierte Schreibarchitektur, die sich bestens für VDI eignet.

  • Eingehende Schreibvorgänge werden im Speicher verarbeitet, in NVRAM gesichert und sofort bestätigt. Dies führt zu extrem schnellen Schreibantwortzeiten und schließt SSDs aus dem kritischen Schreiblatenzpfad aus.
  • Schreibvorgänge werden in den Speicher ausgelagert und in großen Blöcken auf SSDs gespeichert. Auf diese Weise wird die Performance maximiert, der RAID-Overhead minimiert und eine ungleichmäßige SSD-Nutzung verhindert.
  • Block-Überschreibungen werden automatisch in einen neuen Speicherort geschrieben. WAFL überschreibt niemals einen vorhandenen Block, wodurch Nutzungsprobleme vermieden werden.

In Data ONTAP 8.3 hat NetApp den Lesepfad neu konzipiert, um die Flash-Performance zu optimieren. Diese Veränderungen führten bei vorhandenen Systemen zu einer Verbesserung von nahezu 70 % bei der Lese-Performance.

Zusätzlich zu unseren nativen Funktionen von Data ONTAP haben wir auch Innovationen unserer FlashRay Plattform der nächsten Generation integriert. Auf diese Weise erzielen wir inkrementelle Effizienz, Performance und Benutzerfreundlichkeit.

  • Effektive Inline-Komprimierung. Unser Komprimierungsprotokoll übertrifft Komprimierungsalgorithmen – beispielsweise den häufig verwendeten LZ4. Dabei verringert es die Verarbeitungskosten für die Dekomprimierung um mehr als 40 % und beschleunigt den Lesepfad. Die Funktion zur Erkennung nicht komprimierbarer Daten spart weitere CPU-Zyklen ein, da Daten, bei denen die Komprimierung keine Vorteile bietet, schnell erfasst werden.
  • Inline-Deduplizierung von Blöcken mit dem Wert 0. Durch die Deduplizierung von Blöcken mit dem Wert 0 wird die Bereitstellung von Virtual Machines um 20 bis 30 % beschleunigt. Alle Daten, die in das System gelangen, werden gehasht und verglichen. Blöcke mit dem Wert 0 werden sofort entfernt. Ähnliche Daten werden für eine umfassendere bitweise Untersuchung markiert und die Deduplizierung wird minütlich geplant. Da die Client-Arbeit Vorrang hat, bietet dieser Ansatz konsistente, niedrige Latenz.

Data ONTAP bietet Implementierungsvorteile und softwaredefinierte Steuerung, die andere All-Flash-Lösungen nicht erreichen.

  • Speichern von sekundären Kopien auf Festplatte oder in der Cloud. Sie benötigen eine sekundäre Kopie Ihrer VDI-Daten für die Disaster Recovery. Dank Data ONTAP können sekundäre Kopien der Daten auf Festplatten-Storage oder in der Cloud aufbewahrt werden, wodurch die Kosten optimiert werden. (Abb. 2)
  • Kapazitätseinsparungen mit platzsparenden Klonen. Mit der Klontechnologie von NetApp können Sie beschreibbare Kopien von VDI Virtual Machines erstellen. Die Klone benötigen nur dann zusätzlichen Storage, wenn Änderungen vorgenommen werden. Dies ermöglicht Platzeinsparungen von bis zu 584:1. Im Vergleich mit anderen All-Flash-Arrays lassen sich so erhebliche Vorteile erzielen. Durch einen Hypervisor Snapshot beispielsweise steigt der Storage-Bedarf für Metadaten um 20 %. Mit NetApp können Sie dieses Problem umgehen und dank der nativen Klonfunktionen eine bessere Dichte erzielen. (Bei VMware View empfehlen wir die Verwendung von VAAI Klonen für persistente Backups sowie VCAI und NFS für nicht persistente Desktops.)
  • Frei wählbarer Speicherort für Ihre Daten. Mit Clustered Data ONTAP können Sie Daten bei Bedarf auf All-Flash Storage verschieben – ohne Unterbrechung der ausgeführten Applikationen. Sie können Ihre VDI-Umgebung heute auf Hybrid Storage einführen und später bei Bedarf auf All-Flash Storage migrieren.

Abbildung 2) Dank All-Flash FAS können Sie Ihre VDI-Umgebung auf eine Hybrid- oder eine rein festplattenbasierte Umgebung replizieren, um die Kosten zu optimieren.

Quelle: NetApp, 2015

All-Flash FAS VDI-Performance

NetApp hat umfassende VDI-Tests für die gesamte All-Flash FAS8000 Produktlinie durchgeführt und sowohl den stabilen Zustand als auch die Burst-Performance bei einem Workload gemessen, der zu 80 % aus Schreibvorgängen und zu 20 % aus Lesevorgängen bestand. In Abbildung 3 ist die Verteilung zwischen den vier Modulen dargestellt. Die Grafik zeigt auch einige andere Anbieter. Die Performance der FAS8060 deckt sich mit der von XtremIO, während die Performance der FAS8080 EX die des Mitbewerbers um 30 % übersteigt. Die Tatsache, dass wir Mitbewerber bei diesem schreibintensiven Workload übertreffen konnten, ist ein Beleg für die optimierte Schreibarchitektur von All-Flash FAS.

Abbildung 3) VDI-Performance von All-Flash FAS im Vergleich mit einem anderen Anbieter

Quelle: NetApp, 2015

Bei unseren Tests verwendeten wir Schreibvorgänge mit einer durchschnittlichen Größe von 12 KB und Lesevorgänge mit einer durchschnittlichen Größe von 16 KB. Die Block-Größe anderer Anbieter hingegen betrug 8 KB. Die unterschiedlichen Block-Größen sind auf unser Testverfahren zurückzuführen. Wir verwendeten Login Virtual Session Indexer (Login VSI), das branchenübliche Tool für Lastentests, um die Performance und Skalierbarkeit der virtuellen Desktop-Infrastruktur zu ermitteln. Weitere Informationen zu unseren VDI-Tests für die FAS8060 finden Sie im Artikel TR-4307: NetApp All-Flash FAS Solution for VMware Horizon View.

Basierend auf diesen Tests verfügt die FAS8060 über ausreichende Performance-Reserven, um 4.000 Desktops zu unterstützen (mit HA-Failover). Die Storage-Kosten belaufen sich dabei auf 55 US-Dollar pro Desktop für Storage. Das ist äußerst kostengünstig für VDI. Es gilt außerdem zu beachten, dass die NetApp VDI-Performance-Daten in Abbildung 3 für Konfigurationen mit zwei Nodes gelten. Wenn Sie Ihr Cluster auf vier Nodes erweitern, verdoppeln sich die Performance und die Anzahl der unterstützten Desktops. Für VDI empfehlen wir einen Bausteinansatz mit einer POD-basierten Architektur. So können Sie VDI in separaten Einheiten implementieren, beispielsweise 4.000 VMs gleichzeitig. All-Flash FAS lässt sich horizontal skalieren, wenn Nodes zu einem Cluster hinzugefügt werden.

Finanzdienstleistungsunternehmen implementiert All-Flash FAS für VDI.

Ein großes Versicherungs- und Finanzunternehmen entschied sich für seine Citrix VDI-Umgebung für ein All-Flash FAS System, nachdem es zuvor alle bedeutenden Anbieter von All-Flash-Systemen miteinander verglichen hatte. Das IT-Team entschied sich aufgrund der bewährten Performance in Kombination mit den integrierten Datenmanagement-Funktionen von Clustered Data ONTAP – einschließlich NetApp SnapMirror für Replizierung und FlexClone für Klone mit niedrigem Overhead – für All-Flash FAS. Durch die Kombination dieser Technologien kann das Unternehmen unterbrechungsfreie DR-Tests durchführen.

Flexible Optionen für die VDI-Implementierung

Es ist uns bewusst, dass eine VDI-Implementierung komplex sein kann und Storage nur eine der Komponenten ist. Wir haben umfassende Tests durchgeführt, um sicherzustellen, dass unsere Storage-Lösungen mit möglichst vielen VDI-Softwareangeboten funktionieren, einschließlich VMware Horizon View, Citrix XenDesktop und Microsoft VDI. Wir haben All-Flash FAS in vielen dieser Umgebungen umfassend getestet und dies dokumentiert. Alle VDI-Konfigurationen werden mit einer Auslastung von 50 % bewertet, damit sie selbst bei einem Controller-Ausfall volle Performance liefern können.

Abbildung 4) NetApp Clustered Data ONTAP Integration mit gängigen Hypervisoren

Quelle: NetApp, 2015

Im Abschnitt „Referenzen“ am Ende dieses Dokuments erfahren Sie mehr über die Implementierung von NetApp Storage in verschiedenen VDI-Umgebungen.

Implementierung von VDI auf FlexPod

Durch die enorme Anzahl an Lösungskomponenten werden das richtige Erstellen, das Implementieren und das Managen einer Virtual Desktop Infrastructure (VDI) zur Herausforderung. Deshalb haben NetApp und Cisco gemeinsam FlexPod Referenzarchitekturen für VDI-Implementierungen erstellt. Integrierte FlexPod Infrastrukturlösungen von NetApp und Cisco ermöglichen eine VDI-Infrastruktur mit allen erforderlichen Hardware- und Softwarekomponenten, die sorgfältig ausgewählt wurden, um die Implementierung zu beschleunigen und das Management zu vereinfachen. (Weitere Informationen zu verfügbaren FlexPod Referenzarchitekturen erhalten Sie im Abschnitt „Referenzen“.)

Anbieter aus dem Gesundheitswesen wählt All-Flash FAS für VDI.

Im Gesundheitswesen ermöglichen schneller Datenzugriff und höhere Verfügbarkeit eine bessere Patientenversorgung. Ein Service-Provider im klinischen Bereich wählte für alle seine Applikationen, einschließlich seiner VDI-Umgebung und elektronischen medizinischen Unterlagen, ein All-Flash FAS System. Diese beiden Applikationen sind in Gesundheitseinrichtungen von großer Bedeutung, denn so können die Mitarbeiter von überall aus auf Patientendaten zugreifen. Außerdem werden die Daten sicher im Datacenter aufbewahrt, um die Compliance-Anforderungen zu erfüllen.

Die richtige Storage-Wahl für VDI-Implementierung

Wenn Sie mithilfe eines All-Flash-Arrays die Anforderungen von VDI erfüllen möchten, müssen Sie besonders auf die Architektur achten. Die richtige Lösung muss über hervorragende Schreib-Performance verfügen und gleichzeitig Aktivitätsspitzen durch Boot- und Login-Anstürme unterstützen. Die Funktionen zur Datenreduzierung ebenso wie die flexiblen Datenmanagement-Optionen können zu erheblichen Einsparungen bei den Storage-Gesamtkosten beitragen. Und schließlich sind Funktionen für Datenverfügbarkeit, horizontale Skalierbarkeit und unterbrechungsfreien Betrieb wichtig für eine optimale Ausführung Ihrer Desktop-Umgebung.

All-Flash FAS vereint eine optimierte Schreibarchitektur mit bewährten Funktionen für Datenreduzierung und Datenmanagement und schafft so eine Storage-Umgebung, die sich bestens für VDI eignet. FlexPod unterstützt gängige Hypervisoren und ist in FlexPod Konfigurationen verfügbar, um die VDI-Implementierung zu beschleunigen. Daher ist All-Flash FAS eine hervorragende Wahl für Ihre VDI-Anforderungen.

Quellen

Informationen zu Chris Gebhardt

Chris Gebhardt blickt auf 17 Jahre Erfahrung im Bereich IT zurück. Seit 11 Jahren arbeitet er bei NetApp. Er ist Senior Technical Marketing Engineer bei NetApp und leitet die VMware End User Computing-Lösungen in der Partners, Solutions & Enablement Group. Er hat zahlreiche technische Berichte zum Thema Virtual Desktop Infrastructure verfasst, darunter auch NetApp All-Flash FAS Solution for Nonpersistent Desktops with VMware Horizon (TR-4307), NetApp All-Flash FAS Solution for Persistent Desktops with VMware Horizon (TR-4335) und NetApp & VMware View Solutions Guide (TR-4181). Gebhardt ist VMware Certified Professional und VMware vExpert.

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Mai 2015

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