Back to Basics: NetApp Thin Provisioning

Diesen Monat stellt Tech OnTap eine neue Rubrik vor: Back to Basics. In diesem Artikel und in kommenden Newsletter-Ausgaben behandeln wir die Grundlagen verschiedener beliebter NetApp Technologien, wie Deduplizierung, Snapshot, FlexClone, FlexCache und Flash Cache, damit Sie diese besser kennenlernen und schnell damit arbeiten können.

Oft kommt es vor, dass Sie viel Storage-Kapazität zuweisen, die dann sehr lange ungenutzt bleibt. Ein Design College schätzte z. B., dass 27,5 TB nur für die Zuweisung von Storage an Studierende und Lehrende benötigt werden, von denen viele jedoch nur sehr wenig oder gar keinen Storage nutzen.

Durch den Einsatz von Thin Provisioning im NetApp Storage konnte dieses College die Storage-Zuweisungen auf 3,5 TB physischen Storage mit einer Auslastung von 80 % reduzieren (eine übermäßige Zuweisung im Verhältnis von über 8:1). Der Kauf von zusätzlichem Storage hätte die Kosten um mehr als 90.000 US-Dollar erhöht. Diese Zusatzkosten wurden durch Thin Provisioning vermieden.

Mit NetApp Thin Provisioning bieten Sie Hosts oder Benutzern mehr logischen Storage, als tatsächlich in Ihrem physischen Storage Pool vorhanden ist. Storage muss nicht im Voraus verteilt werden, sondern wird den einzelnen Volumes oder LUNs dynamisch beim Schreiben der Daten zugewiesen. In den meisten Konfigurationen wird freier Speicherplatz wieder in den gemeinsamen Storage Pool freigegeben, wenn die Daten vom Volume oder LUN gelöscht und auch nicht in Snapshot Kopien gespeichert werden.

Diese Art der Storage-Bereitstellung hat viele Vorteile:

• Wie im obigen Beispiel dargestellt, vermeiden Sie große Mengen an Speicherkapazität, die zugewiesen aber nicht belegt sind.
• Die höhere Auslastung führt zu weniger Storage-Bedarf und senkt damit Ihre direkten Investitionskosten.
• Der Betriebsaufwand reduziert sich ebenfalls, da Ihr Storage weniger Platz im Datacenter belegt und somit weniger Strom und Kühlung verbraucht.
• Da die Preise für Storage weiterhin sinken, ist es in aller Regel kostengünstiger, bei Bedarf und nicht bereits im Voraus zusätzliche Speicherkapazität zu erwerben.
• Die Kapazitätsplanung wird vereinfacht, da Sie nur einen einzigen Pool an freiem Storage managen müssen. Aus einem freien Pool kann zahlreichen Applikationen oder Benutzern Storage zugewiesen werden. Damit vermeiden Sie, dass einige Volumes über knappe Kapazität verfügen, während andere freie Kapazität haben.
• Ihre Storage-Umgebung wird flexibler und kann leichter auf Veränderungen reagieren.

Abbildung 1) Traditionelle Bereitstellung und NetApp Thin Provisioning im Vergleich

Dieser Back to Basics Beitrag erläutert, wie Sie NetApp Thin Provisioning implementieren. Es stellt die gängigsten Anwendungsfälle vor und liefert Beispiele für die Implementierung von Thin Provisioning in SAN- und NAS-Umgebungen.

Implementierung von Thin Provisioning in Data ONTAP

Das Betriebssystem NetApp Data ONTAP fasst physische Festplatten in RAID-Gruppen zusammen, die aus Datendisks und Parity-Disks bestehen. RAID-Gruppen werden in einem Storage Pool, dem so genannten "Aggregat", zusammengefasst. Ein Aggregat ist eine Sammlung von RAID-Gruppen.

In den Aggregaten werden FlexVol Volumes erstellt. FlexVol Volumes sind logische Container, in denen Daten gespeichert werden. Hosts, die NAS-Protokolle verwenden, können Daten direkt in FlexVol Volumes abrufen und speichern. In SAN-Umgebungen werden LUNs in den FlexVol Volumes erstellt, und Hosts greifen auf die LUNs zu. FlexVol Volumes sind nicht direkt mit einer bestimmten zugrunde liegenden Festplatte im Aggregat verbunden. Dies trennt die logischen Storage Container von den zugrunde liegenden physischen Storage Containern und liefert die Flexibilität, die für Thin Provisioning und andere NetApp Funktionen erforderlich ist.

Abbildung 2) Mit FlexVol Volumes können Sie über Thin Provisioning mehr Speicherplatz bereitstellen, als im physischen Aggregat verfügbar ist.

Data ONTAP implementiert Thin Provisioning auf der Ebene des FlexVol Volumes und LUN. In SAN-Umgebungen können Sie LUNs über Thin Provisioning in FlexVol Volumes erstellen, die wiederum ebenfalls über Thin Provisioning bereitgestellt wurden. Eine einfache Storage-Option legt fest, ob einem bestimmten Volume oder LUN physischer Speicher vom Festplatten-Aggregat garantiert wird. Wenn Sie also gerade kein Thin Provisioning verwenden, können Sie es auf Ihren vorhandenen Volumes und LUNs einfach aktivieren, indem Sie eine einzige Option ändern. Sie müssen dazu keine laufenden Operationen unterbrechen.

Gängige Anwendungsfälle für Thin Provisioning

Thin Provisioning liefert enorme Vorteile für Einstellungen mit einer großen Menge an Servern und Applikationen. Besonders gut geeignet sind dabei z. B. virtualisierte Serverumgebungen und Service Provider-Umgebungen, in denen vielen Benutzern Storage zugewiesen werden muss. Die Technologie eignet sich ebenfalls bestens für die Bereitstellung von Storage für File Shares und Home Directorys, Disk-to-Disk Backup, Webhosting und Internetservice-Umgebungen (z. B. Foto-Storage und E-Mail-Konten) sowie Informationsdienste.

Das folgende Beispiel zeigt, wie Thin Provisioning in bestimmten Applikations-Umgebungen große Vorteile liefert. Die hier aufgeführte Liste stellt lediglich eine Auswahl dar.

Home Directorys: Viele Unternehmen erkennen, dass der Bedarf an Storage für Home Directorys unter den Benutzern stark variiert. Dies ist ein typischer Fall, in dem Thin Provisioning sinnvoll ist. Durch das Thin Provisioning der FlexVol Volumes, in denen die Home Directorys gespeichert werden, können Sie den großen Storage-Bedarf einiger Kunden erfüllen, ohne wertvollen Festplatten-Speicherplatz an Benutzer mit niedrigem Storage-Bedarf zu verschwenden.

Ein Unternehmen, das Thin Provisioning für Home Directorys nutzt, kann jedem einzelnen seiner 4.500 Benutzer bis zu 1 GB File Storage im Netzwerk zuweisen. Bei traditioneller Provisionierung wären dafür 4,5 TB physischer Storage erforderlich. Mit Thin Provisioning werden die Anforderungen schon mit 600 GB erfüllt.

Disk-to-Disk Backup: Die Provisionierung für Disk-to-Disk Backup kann komplizierter sein als die Zuweisung von Speicherplatz für Primärspeicher. Sie müssen nicht nur die Zunahme des Primärspeichers, sondern auch die Änderungsrate für jedes Volume abschätzen. Ein Unternehmen, das Backup Services an interne Kunden verkauft, konnte Thin Provisioning erfolgreich auf dem Sekundärspeicher für das Disk-to-Disk Backup einsetzen. Im Laufe eines Jahres gelang es dem Kunden, die Kapazität des Primärspeichers von 500 TB auf 900 TB zu steigern, ohne zusätzlichen Sekundärspeicher zu benötigen.

Das Rechenzentrum des Unternehmens hatte ständig zu wenig Platz, Strom und Kühlung. Diese Einsparungen bedeuteten somit einen großen Vorteil, zusätzlich zu den Investitionseinsparungen. Mit Thin Provisioning konnte das Unternehmen den Kauf von neuem Sekundärspeicher um ein Jahr verzögern. Die Storage-Auslastung stieg von weniger als 40 % (aufgrund zumeist schlecht ausgelasteter Volumes) auf etwa 70 %.

Virtuelle Server- und Desktop-Umgebungen: Ein weiterer guter Kandidat für Thin Provisioning ist die Virtualisierungsumgebung. Im Allgemeinen werden für jede Virtual Machine 10 bis 20 GB Festplattenspeicher bereitgestellt. Die meisten Virtualisierungsumgebungen nutzen davon jedoch nur einen kleinen Teil. Durch Thin Provisioning kann für diese Volumes eine Menge Speicherplatz eingespart werden.

Verwendung von NetApp Thin Provisioning

Thin Provisioning wird für NetApp Storage aktiviert, indem die entsprechende Option auf einem Volume oder LUN eingestellt wird. Stellen Sie ein Volume über Thin Provisioning bereit, indem Sie die Option "guarantee" (garantieren) auf "none" (nicht) setzen. Ein LUN können Sie mit Thin Provisioning bereitstellen, indem Sie die Reservierung auf dem LUN ändern. Diese Einstellungen werden mit den NetApp Management Tools, wie NetApp Operations Manager und NetApp Provisioning Manager, oder durch Eingabe der folgenden Befehle vorgenommen:

Volume: vol options "targetvol" guarantee none

LUN: lun set reservation "/vol/targetvol/targetlun" disable

Die Änderung erfolgt unmittelbar und unterbrechungsfrei.

Neue Installationen: Zum Erstellen eines neuen, über Thin Provisioning bereitgestellten Volumes setzen Sie "guarantee" (garantieren) auf "none" (nicht), wenn Sie das Volume über die Befehlszeile erstellen. Mit dem Provisioning Manager können Sie ein Bereitstellungs-Profil auswählen, das Thin Provisioning enthält. Dann kann das Tool das Storage-System provisionieren.

Abbildung 3 zeigt die Thin Provisioning Optionen für ein NAS-Volume in Provisioning Manager. Wie dargestellt, müssen Sie zuerst eine Richtlinie erstellen, die Thin Provisioning enthält. Dazu deaktivieren Sie das Kontrollkästchen "Guarantee space for data and Snapshot copies" (Speicherplatz für Daten und Snapshot Kopien garantieren). Alle Datensätze, die diesem Profil zugewiesen werden, werden dann über Thin Provisioning bereitgestellt.

Abbildung 3) Screenshot mit den Thin Provisioning Optionen in Provisioning Manager für ein NAS-Volume.

Abbildung 4 zeigt die SAN-Optionen für die Bereitstellung eines LUMs über Thin Provisioning. Zum Erstellen einer Thin Provisioning Richtlinie für SAN wählen Sie die Option "Do not guarantee space for LUN or Snapshot copies" (Keinen Platz für LUN oder Snapshot Kopien garantieren). Alle SAN-Datensätze, die dieser Richtlinie zugeordnet sind, werden über Thin Provisioning zugewiesen.

Abbildung 4) Screenshot mit den Thin Provisioning Optionen in Provisioning Manager für ein LUN.

Vorhandene Installationen: Zum Konvertieren eines vorhandenen Volumes in ein Thin Provisioning Volume müssen Sie die Option "guarantee" (garantieren) des Volumes in "none" (nicht) ändern. Damit wird Speicherplatz freigegeben, der im Aggregat für das Volume reserviert war. Sie können dazu auch ein beliebiges NetApp Management Tool verwenden.

Thin Provisioning managen: Ein wichtiger Aspekt von Thin Provisioning ist die richtige Überwachung der Speicherauslastung. Da Thin Provisioning Umgebungen mehr logischen Speicher zuweisen können, als sie zugrunde liegenden physischen Speicher haben, benötigen Sie Tools, mit denen Sie die Auslastung Ihres Storage-Systems überwachen und Meldungen und Warnungen generieren können, um zeitnah auf fehlenden Speicherplatz reagieren zu können.

Mit Operations Manager legen Sie z. B. Warnungen für unterschiedliche Aggregatvorgaben und Auslastungsstufen fest. Anhand dieser Warnungen können Sie entsprechend auf Änderungen im Storage-Bedarf reagieren. In Thin Provisioning Umgebungen erhalten Sie eine Warnung, wenn ein Aggregat zu einem bestimmten Prozentwert überlastet ist, oder wenn ein Aggregat eine bestimmte Auslastungsstufe erreicht hat.

Wann Sie Thin Provisioning nicht verwendet sollten: In einigen Fällen ist Thin Provisioning nicht sinnvoll (beachten Sie diese, wenn Sie sich für die Implementierung und die Festlegung der Volumes entscheiden, für die es verwendet werden soll):

• wenn der Storage-Verbrauch auf einem Volume unvorhersehbar oder sehr unregelmäßig ist,
• wenn die Applikation, die das Volume verwendet, unternehmenskritisch ist und selbst ein kurzer Storage-Ausfall nicht toleriert werden kann,
• wenn Ihre Storage Monitoring-Prozesse nicht erkennen können, wann ein kritischer Grenzwerte überschritten ist: sie benötigen klar definierte Richtlinien für Monitoring und Reaktion,
• wenn der für den Erwerb von neuem Storage erforderliche Zeitraum nicht vorhersehbar ist: ist Ihr Beschaffungsprozess zu lang, so können Sie neuen Storage möglicherweise nicht ausreichend schnell online bringen, um Speicherplatzmangel zu verhindern.

Thin Provisioning mit SAN oder NAS

Zwischen Thin Provisioning in SAN- und NAS-Umgebungen besteht ein großer Unterschied. Wenn Sie ein LUN einem Host zuweisen, erstellt der Host sein eigenes Filesystem auf dem LUN und organisiert es auch selbst. So kann es vorkommen, dass der Host von einer anderen Menge an im LUN verwendeten Speicherplatz ausgeht, als tatsächlich im Storage-System verfügbar ist. (Dies gilt für SAN-Storage aller Anbieter, nicht nur NetApp.) Dieses Problem wird in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5) Darstellung der unterschiedlichen Übersicht über die Speicherauslastung in Host und Storage Ein Host muss die frei gewordenen Blöcke nicht sofort wiederverwenden. Er kann stattdessen neuen Speicherplatz zuweisen.

NetApp bietet die Technologie zur Rückgewinnung von ungenutztem Speicherplatz, mit der Sie Festplattenplatz sparen und den Platz wiederverwenden können, den Sie bereits LUNs zugewiesen haben. Ohne die Rückgewinnung von ungenutztem Speicherplatz ist es nahezu unmöglich, ein LUN über einen längeren Zeitraum mit Thin Provisioning zu verwenden. Dies hängt natürlich davon ab, wie eine bestimmte Applikation Speicherplatz verwendet. Im Allgemeinen weist das Storage-System jedoch so lange immer größere Mengen an vorhandenem Platz zu, bis das LUN die Maximalgröße erreicht. Dann ist es so, als hätten Sie es normal provisioniert.

Die NetApp Technologie zur Rückgewinnung von ungenutztem Speicherplatz ist in NetApp SnapDrive integriert und ohne Aufpreis erhältlich. SnapDrive erleichtert Systemadministratoren das Managen von NetApp SAN-Storage. Sie können dazu entweder einen Assistenten oder eine Befehlszeilenschnittstelle verwenden. Außerdem hat NetApp die Rückgewinnung von ungenutztem Speicherplatz in die Symantec Thin Reclamation API integriert.

Sie können den Prozess zur Rückgewinnung von Speicherplatz regelmäßig für Ihre LUNs starten. Das GUI-Tool legt zuerst fest, wie viel Speicherplatz wiedergewonnen werden kann, und fragt Sie, ob Sie fortfahren möchten. Sie können Grenzwerte für die Dauer dieses Prozesses festlegen, damit dieser nicht zu Zeiten mit Spitzenauslastung ausgeführt wird.

Bitte beachten Sie folgende Hinweise bei der Rückgewinnung von ungenutztem Speicherplatz:

• Führen Sie die Rückgewinnung von ungenutztem Speicherplatz aus, bevor Sie eine Snapshot Kopie erstellen. Anderenfalls werden Blöcke, die für die Freigabe von Speicherplatz verfügbar sind, in der Snapshot Kopie gesperrt und können nicht mehr freigegeben werden.
• Da die Rückgewinnung von Speicherplatz anfangs Hostzyklen verwendet, sollte sie in Zeiten geringer Aktivität ausgeführt werden.
• Normaler Datenverkehr auf dem LUN muss nicht unterbrochen werden. Einige Operationen lassen sich jedoch während der Rückgewinnung von ungenutztem Speicherplatz nicht ausführen.

– Durch das Erstellen oder Wiederherstellen einer Snapshot Kopie wird die Wiedergewinnung von ungenutztem Speicherplatz angehalten.

– Das LUN darf nicht gelöscht, isoliert oder erweitert werden.

– Der Mount Point darf nicht geändert werden.

– Die Windows Defragmentierung wird nicht empfohlen.

Schlussfolgerung

Thin Provisioning ist ein wichtiges Storage-Effizienz-Tool, das einzeln oder gemeinsam mit anderen Storage-Effizienz-Lösungen wie NetApp Deduplizierung, FlexClone usw. verwendet werden kann. Hier finden Sie weitere Informationen zu Thin Provisioning:

  NetApp Thin Provisioning: Better for Business
  Silverton Consulting: NetApp Thin Provisioning: Doing More with Less
  Maximize Storage Efficiency with NetApp Thin Provisioning and Symantec Thin Reclamation

Paul Feresten Sr. Product Marketing Manager NetApp Paul ist seit 2005 bei NetApp. Sein Schwerpunkt liegt auf Core Software von NetApp, wie Data ONTAP, MultiStore, FlexClone und Thin Provisioning. Er verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in den Bereichen Produktmanagement, Vertrieb, Marketing und Executive Management. Bevor Paul zu NetApp kam, war er bei Data General, Digital Equipment Corporation, MSI Consulting und SEPATON tätig.

Uday Boppana Product Manager NetApp Uday ist verantwortlich für WAFL und Filesystemfunktionen von Data ONTAP, z. B. Storage-Effizienz, unterbrechungsfreie Datenmobilität und Snapshot Funktionen. Er ist seit 2004 bei NetApp und durchlief seitdem die Bereiche Engineering, Technical Marketing und Produktmanagement für Data ONTAP Funktionen wie SAN, FlexClone, WAFL und Storage-Effizienz. Uday erwarb seinen Master-Abschluss in Informatik an der North Carolina State University.