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Kundenreferenz: Gesteigerte Storage-Effizienz mit Deduplizierung, Thin Provisioning und FlexClone

Unsere Aufgabe bei der San Diego Data Processing Corporation (SDDPC) besteht darin, die IT-Anforderungen von verschiedenen städtischen und regionalen Organisationen so effizient wie möglich zu erfüllen. Seit 1999 decken wir unseren Speicherbedarf hauptsächlich mit Produkten von NetApp. Heute sind wir bei über 300 TB NetApp® Storage angelangt.

In den Jahren nach dem Kauf unseres ersten NetApp Systems haben wird zügig die neuesten NetApp Technologien eingeführt, um die Effizienz zu steigern und Kosten zu senken. Als Tech OnTap mich dann gebeten hat, einen Artikel über Speichereffizienz für diese Ausgabe zu schreiben, sind mir sofort einige Schlüsseltechnologien eingefallen, die wir Tag für Tag nutzen:

  • Die Deduplizierung für unsere VMware® Umgebung und Home Directories bringt uns eine Speicherplatzeinsparung von bis zu 65 %.
  • Das Thin Provisioning für alle Volumes reduziert unseren Storage-Bedarf um 27 % oder mehr.
  • Der Einsatz von FlexClone® in unserer Umgebung für Applikationsentwicklung und -tests ermöglicht uns ein sekundenschnelles Recovery bei Programmierfehlern, ohne zusätzlichen Storage zu belegen.

Zusammen oder allein genommen senken diese Technologien den Gesamtbedarf an Storage, was wiederum die Platz-, Strom- und Kühlungsanforderungen reduziert.

Deduplizierung für VMware und Home Directories

Vermutlich haben Sie auf Tech OnTap schon viel über NetApp Deduplizierung gelesen, sodass ich nicht viel Zeit auf die Erklärung dieser Technologie verwenden werde. Wir bei SDDPC schätzen diese Funktionalität, da man sie auf Primärspeicher und mit jedem Storage-Protokoll (NFS, CIFS, iSCSI, FC) einsetzen kann. Außerdem ist sie für Applikationen transparent und in Data ONTAP® integriert, sodass keine Zusatzkosten anfallen.

Typische Speicherplatzeinsparung durch Deduplizierung bei verschiedenen Applikationen

Abbildung 1: Typische Speicherplatzeinsparung durch Deduplizierung bei verschiedenen Applikationen

Derzeit verwenden wir Deduplizierung für unsere VMware Umgebung (mehr zu unseren Virtualisierungsanstrengungen können Sie in einer aktuellen Kundenreferenz nachlesen) und auch für Home Directories. In unserer VMware Umgebung greifen 19 von 25 VMware ESX 3.5 Server über NFS auf NetApp Storage zu. Von den restlichen Servern sind manche über FC an NetApp Storage angebunden. Durch die Deduplizierung unserer VMware Umgebung ergibt sich eine Speicherplatzersparnis von 65 %. In anderen Worten beanspruchen wir nur etwas mehr als ein Drittel des Speicherplatzes für VMware, den wir ohne Deduplizierung benötigen würden.

Außerdem ist die Deduplizierung derzeit für fünf Home Directory Volumes aktiviert. Die Speicherplatzeinsparungen auf diesen Volumes reichen von 12 bis 30 %.

Für unsere Home Directory Volumes haben wir die NetApp Deduplizierung so konfiguriert, dass sie bei einem Zuwachs von 20 % automatisch für das entsprechende Volume ausgeführt wird. Da sich die Daten in unserer VMware Umgebung nicht sehr häufig ändern, führen wir hier den Deduplizierungsprozess wöchentlich in der Nacht von Sonntag auf Montag aus.

Mit ein paar einfachen Befehlen können Sie schnell ermitteln, wie viel Daten verarbeitet wurden, wann die Deduplizierung zuletzt lief und wie viel Speicherplatz eingespart wurde.

Im Rahmen von Data ONTAP Upgrades auf Storage-Systemen, die bereits einige Zeit installiert sind, werden wir die Deduplizierung nach und nach für weitere Applikationen aktivieren, beispielsweise für unsere Exchange Archive. Schlussendlich beabsichtigen wir, Deduplizierung praktisch überall einzusetzen, mit einer möglichen Ausnahme: Applikationen mit höchsten I/O-Anforderungen und niedrigster Latenztoleranz, obwohl wir, ehrlich gesagt, kaum eine Performance-Beeinträchtigung beobachten konnten (einige Prozent bei Lesezugriffen, keine Auswirkung bei Schreibzugriffen).

Wenn Sie sich fragen, ob Ihre Datenbestände von Deduplizierung profitieren würden, können Sie auf das Tool zur Berechnung der geschätzten Platzeinsparung (Space Savings Estimation Tool, SSET) zurückgreifen. Dieses Tool arbeitet sich durch NFS oder CIFS Volumes und schätzt, wie viel Speicherplatz sich einsparen lässt. Auf Basis der Ergebnisse können Sie dann entscheiden, ob sich die Deduplizierung eines bestimmten Volumes lohnt.

Thin Provisioning – immer und überall

Thin Provisioning ist eine weitere NetApp Technologie, die wir zur Steigerung der Storage-Effizienz einsetzen. Wie in den meisten IT-Abteilungen, setzen unsere Applikationsadministratoren den Storage-Bedarf für neue Applikationen zunächst fast immer zu hoch an. Ein Administrator fordert vielleicht 1 TB und kommt dann mit 100 GB aus. Mit Thin Provisioning können wir ihm dieses 1-TB-Volumen bieten, ohne dass wir den Speicherplatz vorab zuordnen und dauerhaft abtreten müssen. Aus diesem Grund verwenden wir Thin Provisioning schon seit Tag eins für alle unsere Storage Volumes.

Der Einsatz von Thin Provisioning in Kombination mit der Möglichkeit, NetApp FlexVol® Volumes schnell vergrößern oder verkleinern zu können, verleiht uns viel mehr Flexibilität als bei herkömmlichem Storage. So können wir einem Administrator das angeforderte 1-TB-Volume mit der Gewissheit bereitstellen, dass nur so viel Storage beansprucht wird, wie tatsächlich erforderlich ist. Wenn Sie Thin Provisioning für mehrere Volumes auf einem Storage-System verwenden, ziehen die einzelnen Volumes nur so viel Storage aus einem einzelnen Pool an verfügbarem Storage ab, wie sie gerade benötigen.

Thin Provisioning

Abbildung 2: Grafische Darstellung der Auswirkung von NetApp Thin Provisioning

Auch bei einem Volume mit Thin Provisioning warten wir in der Regel, bis sich die Storage-Nutzung einer neuen Applikation eingependelt hat und verkleinern dann das Volume so, dass die Applikation noch einen Puffer von 20 bis 30 % über ihrer aktuellen Nutzung hat. Auf diese Weise binden wir nie zu viel Storage und gewährleisten, dass eine einzelne Applikation nicht den gesamten freien Speicherplatz in einem Aggregat in Anspruch nehmen kann.

Trotz dieses konservativen Ansatzes können wir durch Thin Provisioning einige beeindruckende Speicherplatzeinsparungen vorweisen. Für unsere Datenbank-Volumes (Oracle® und Microsoft® SQL Server™) stellen wir insgesamt 4,7 TB bereit, der tatsächlich zugewiesene Speicherplatz liegt jedoch bei 3,4 TB. Unser Storage-Bedarf ist also um 27 % im Vergleich zum herkömmlichen Provisioning gesunken.

Bei unseren Home Directory Volumes fällt die Einsparung durch Thin Provisioning mit 13 % derzeit etwas geringer aus. Dies liegt teilweise daran, dass wir die Größe dieser Volumes radikal reduziert haben, um den tatsächlichen Anforderungen gerecht zu werden. Was die Situation außerdem etwas verkompliziert, ist die Tatsache, dass diese Volumes aus firmentechnischen Gründen als LUNs konfiguriert sind, die von unseren Windows® File- und Print-Servern über iSCSI gemountet werden. Thin Provisioning kann mit LUNs ähnlich wie mit NAS Volumes eingesetzt werden. Allerdings muss auf jeder LUN in regelmäßigen Abständen eine Speicherplatzrückgewinnung durchgeführt werden, um den optimalen Nutzen zu erzielen. Darauf wurde in einem früheren Tech OnTap Artikel ausführlich eingegangen.

Wir haben auch festgestellt, dass sich durch die Kombination von Thin Provisioning und Deduplizierung hervorragende Synergieeffekte ergeben.

Hier ein Beispiel: Eine unserer VMware Umgebungen unterstützt 100 Virtual Machines auf vier ESX 3.5 Servern, die vier Thin Provisioning Volumes nutzen und damit eine Gesamtkapazität von 1,8 TB bieten. Die tatsächlich beanspruchte Kapazität liegt jedoch nur bei 841 GB. Dies bedeutet, dass 41 % der bereitgestellten Kapazität tatsächlich in Verwendung ist.

Wir haben in diesem Fall einen größeren Puffer als üblich veranschlagt, da unsere VMware Umgebung rapide wächst. Außerdem greift die NetApp SnapManager® for Virtual Infrastructure (SMVI) Software auf die VMware Snapshot Technologie zurück, um eine konsistente NetApp Snapshot™ Kopie zu erfassen. Obwohl SMVI die VMware Snapshots nicht lange beibehält, reservieren wir den zusätzlichen Speicherplatz für alle VMware Delta-Dateien, die aus der Nutzung von SMVI resultieren, oder für andere Situationen, in denen wir ein VMware Snapshot unter Umständen benötigen.

Beachten Sie, dass wir mit der Deduplizierung unseren VMware Storage Footprint bereits um 65 % gesenkt haben, und diesen nun dank Thin Provisioning um weitere 59 % gegenüber herkömmlichem Provisioning reduzieren konnten. Wir gehen davon aus, dass wir mit dem weiteren Einsatz der Deduplizierung auch das Thin Provisioning und die Größenanpassung von Volumes wirksam einsetzen können, um noch mehr Speicherplatz zurückzugewinnen.

FlexClone für Test-/Entwicklungsumgebungen

Um alle Möglichkeiten auszuschöpfen, die unser NetApp Storage zur Steigerung der Effizienz bietet, setzen wir schließlich noch FlexClone® in unserer SAP® Test- und Entwicklungsumgebung ein. Wenn die Entwicklungsarbeiten in vollem Gang sind, werde ich durchschnittlich fünf mal pro Woche gebeten, eine Entwicklungsumgebung wiederherzustellen, in der eine nicht mehr nachvollziehbare Codeänderung eine Applikation funktionsuntüchtig gemacht hat.

Mit einem herkömmlichen Tape Backup hätte ich das Backup der Umgebung von der vorherigen Nacht ausfindig machen und ein Restore von Tape durchführen müssen. Dies hätte den Entwickler nicht nur um einen Tag zurückgeworfen, sondern auch weitere Entwicklungszeit verschwendet, ganz zu schweigen von meiner Arbeitszeit. Mit NetApp erstellen wir alle vier Stunden Snapshot-Kopien von sämtlichen Virtual Machines, die für die Entwicklung zum Einsatz kommen. Wenn ein Restore bei mir angefordert wird, muss ich nur die richtige Entwicklungsumgebung auf der letzten Snapshot-Kopie lokalisieren, ein FlexClone Volume von diesem Volume erstellen, die geklonte VM als neue Virtual Machine registrieren und diese neu starten. Der Vorgang dauert nur wenige Minuten und der Entwickler kann mit minimalem Zeitverlust weiterarbeiten.

Storage-Effizienz wird zu einem entscheidenden Faktor, wenn man bedenkt, dass eine typische Entwicklungsumgebung etwa 450 GB belegt. Wenn ich fünf solcher Umgebungen pro Woche mit herkömmlichen Methoden wiederherstellen müsste, würde ich 2 TB an zusätzlichem Speicherplatz benötigen. Mit FlexClone kann ich dieselbe Aufgabe bewerkstelligen, ohne zusätzlichen Speicherplatz zu belegen.

Schlussfolgerung

Jede dieser Technologien bietet für sich große Verbesserungen in Sachen Storage-Effizienz. Wie bereits erläutert, konnte SDDPC mithilfe von Deduplizierung 65 % Speicherplatz zurückgewinnen. Selbst unser konservativer Ansatz beim Thin Provisioning hat uns eine Ersparnis von 30 % und mehr gebracht. Und FlexClone gibt uns die Möglichkeit, schnell und ohne zusätzlichen Speicherbedarf Recoverys auszuführen. Nach unserer Schätzung haben wir dank Storage-Effizienz von NetApp unseren Gesamtbedarf an Storage-Anschaffungen um mindestens 5 TB reduziert und damit die Kosten für Investitionen, tagtägliches Management, Strom und Kühlung erheblich gesenkt.

Noch wichtiger ist vielleicht die nahtlose Interaktion der NetApp Technologien. Wenn Sie Deduplizierung, Thin Provisioning und die Größenanpassung von Volumes gemeinsam einsetzen, können Sie Ihren Storage-Bedarf drastisch reduzieren. Und bei der Deduplizierung eines Volumes setzt sich die Platzersparnis automatisch fort, wenn Sie das Volume mit NetApp SnapMirror® replizieren — damit sparen Sie nicht nur Speicherplatz, sondern auch Netzwerkbandbreite.

In einem aktuellen Pilotprojekt haben wir beispielsweise unsere (bereits deduplizierten) Virtual Machines mit SnapMirror auf einen zweiten Standort repliziert. Anschließend habe ich alle replizierten Virtual Machines mit NetApp FlexClone geklont, um die Möglichkeit des Disaster Recoverys zu testen — ohne zusätzlichen Speicherplatz zu beanspruchen oder den Replizierungsplan zu unterbrechen. Obwohl wir dieses DR-Modell noch nicht in die Tat umgesetzt haben, ist eines klar: Mit der Effizienz von NetApp ist das Vorhaben kostengünstiger (und damit realisierbarer), als dies sonst wäre.

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Rick Scherer

Rick Scherer
UNIX Systemadministrator
San Diego Data Processing Corporation

Seit seinem Eintritt bei SDDPC im Jahre 2001 hat Rick auf vielen Gebieten, die über seine eigentliche Tätigkeit hinausgehen, sein fundiertes Fachwissen unter Beweis gestellt, beispielsweise in Zusammenhang mit Windows, Netzwerkdesign, Sicherheit, SAP und VMware. Nachdem er 2006 zum VCP zertifiziert wurde, war Rick mit der Implementierung einer robusten virtuellen Umgebung bei SDDPC beschäftigt, mit 25 VMware Servern und über 300 Virtual Machines, die geschäftskritische Applikationen wie SAP NetWeaver®, Microsoft SQL Server, Symantec™ Altiris und Citrix Presentation Server ausführen. Rick arbeitet seit 1999 mit NetApp Storage.

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