Virtuelle Speichersysteme: Stand der Technik am Beispiel EMC

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Im Artikel „Neue Lösungen verändern den Storage-Markt“ fasst Dr. Suppan grundsätzliche Einflussfaktoren auf die Entwicklung von Speichersystemen zusammen. Spannend für den Netzwerker ist dabei natürlich, welche Anforderungen solche Storage-Systeme denn eigentlich an das Netz stellen werden. Dazu betrachten wir in diesem Artikel konkret die Eckdaten des virtuellen Speichersystems VMAX 40K des Herstellers EMC.

Hinsichtlich der Speicher haben sich flexible Strukturen durchgesetzt, die es ermöglichen, Speichersysteme unterschiedlicher Technologien und Kosten pro Byte in einer mehrstufigen Hierarchie einzusetzen, die vermöge eines logischen Überbaus gemeinschaftlich und einheitlich angesprochen werden kann. Die tatsächliche Zuordnung von Datenblöcken zu Speichermedien erfolgt automatisch entlang von QoS-Definitionen für die beabsichtigte Nutzung der Blöcke. Die Technologien reichen von (momentan relativ teuren) SSDs über schnelle und langsame (SATA)-Platten bis hin zu Bändern. Der einzige Haken ist, dass man sich für einen Hersteller entscheiden muss, denn die Konzepte zur logischen Steuerung sind noch nicht wirklich Hersteller-übergreifend. Das wird sich auch noch ändern, aber das dauert noch ein paar Jahre.

Alle Hersteller solcher virtuellen Speichersysteme arbeiten natürlich permanent daran, den Strombedarf ihrer Lösungen deutlich zu senken und die Zusatzfunktionen noch komfortabler zu machen.

Nach Marktanteilen sind EMC, IBM, NetApp, HP und Hitach die wichtigsten Anbieter von Virtuellen Speichersystemen. In den letzten Monaten konnte EMC seinen Vorsprung vor IBM noch etwas weiter ausbauen und hat einen Gesamtanteil von rund 35 %. Wegen der herausragenden Stellung von EMC ist es angebracht, die neuesten Entwicklungen dieses Herstellers als Beispiel heranzuziehen, ohne damit irgendein Qualitätsurteil zu verbinden, es geht ausschließlich um die Leistungseckdaten.

EMC hat Mitte 2012 die neue VMAX-Familie von Storage-Arrays für Anwendungen in Unternehmen vorgestellt. Die neue Familie umfasst die neue VMAX 40K, die nach Ansicht des Herstellers eine ganz neue Klasse von Enterprise Storage definiert. Die VMAX 40K ermöglicht ganz neue Konfigurationen mit 2,5″-SAS-Laufwerken und MLC-Flash-Drives.

Das neue Unisphere® für VMAX vereinfacht nach Herstellerangaben das operationelle Management der VMAX-Familie. Über die gesamte VMAX-Familie hinweg gibt es eine neue EMC RecoveryPoint Integration. Neue Erweiterungen des Enginuity-Betriebssystems für VMAX ist über alle Elemente der VMAX-Familie hinweg skalierbar und umfasst auch alle EMC VMAX und EMC VMAXe Arrays, die seit 2009 ausgeliefert wurden.

Die EMC VMAX-Familie besteht nunmehr aus VMAX 10K, VMAX 20K und der neuen VMAX 40K.

Kunden befinden sich zurzeit in zunehmendem Maße in einem Übergang hin zu einem hybriden Cloud Modell. Dies bietet Flexibilität und Wahlfreiheit hinsichtlich Speicherung und Bearbeitung von Daten innerhalb einer Cloud, während das Unternehmen die vollständige Kontrolle über seine Missions-kritischen Anwendungen behält. Die hybride Cloud liefert den Kunden die Möglichkeit, ihre Geschäfte intelligenter und effektiver zu betreiben. Die neue EMC VMAX-Familie und die Erweiterungen bei Enginuity sind hauptsächlich für den Zweck gebaut worden, Unternehmen aller Größenordnungen bei der Neustrukturierung ihrer IT-Umgebungen die Vorzüge der hybriden Cloud nutzbar zu machen.

Kommen wir jetzt zu technischen Details. Ein System kann bis zu 32 Intel Xeon 8-GHz-Prozessoren mit jeweils 6 Cores, 2 TB gespiegelten (1 TB nutzbar) und ECC-geschützten DDR3-DRAM enthalten und erzielt damit mit 42 Gbit/s eine doppelt so hohe interne Fabric-Bandbreite wie die bisherigen Modelle. VMAX 40K unterstützt bis zu 4 Petabyte nutzbarer Kapazität. Die High Density Option für die VMAX 40K nutzt bis zu 32000 2,5″-SAS-Laufwerke, um bis zu 3,2 Petabyte nutzbarem Speicher in einem Footprint bereitzustellen, der um ein Drittel schmaler ist und ein Drittel weniger Strom verbraucht als eine vergleichbare Konfiguration mit 3,5″-Laufwerken. Neue 2,5″-eMLC (Multi-Level Cell) Enterprise-Flash-Drives (EFD) liefern die Leistung, Zuverlässigkeit und Lebenserwartung von SLC-basierten EFDs zu einem geringeren Preis als für vergleichbare 3,5″-SLC-EFDs.

Die VMAX 40K kann mittels (einer Menge von) FC-, FICON-, 1- oder 10-GbE-, iSCSI- oder 10-GbFCoE-Ports in ein Netz integriert werden. Für die Zwecke dieser Darstellung ist es interessant zu sehen, was eigentlich genau hinsichtlich der auftretenden Leistung zu erwarten ist.

Dazu sehen wir uns beispielhaft die Testimplementierung eines ORACLE 11g R2-RAC-Datenbanksystems mit vier Knoten an (Bild 1).

Jeder Oracle RAC-Knoten enthält 4 CPUs mit je 8 Kernen, einem 1-GbE-NIC, einem Dual-Port 10-GbE-CNA und ein Paar von Dual-Port 8-GbFC-HBAs. Die VMAX 40K ist mit vier Engines, 368 600-GB-10K-3,5″-FC-Drives und 39 2-TB-7,5K-3,5″-SAS-Drives bestückt. Für das SAN werden zwei 8-Gb-FC-Switches benutzt.

Das VMAX 40-K-Array hat vier Engines mit jeweils vier (gesamt 16) 8-GbFC-Ports, die via geeigneter Verkabelung auf zwei FC-Switches aufgeteilt werden. Jeder Server enthält zwei duale HBA-Ports, die jeweils auf die einzelnen VMAX 40-K-Engines zoniert sind. Gesteuert wird das Ganze von EMC PowerPath ®. Das ist eine hostbasierte Software, die ein automatisches Management für die Datenwege und Load Balancing für heterogene Server, Netze und Speicher in physischen und virtuellen Umgebungen realisiert und I/O-Multipath-Funktionalität implementiert. In Verbindung mit PowerPath ist der Testaufbau vollständig redundant und kann durch zusätzliche Komponenten jederzeit skaliert werden.

Ohne jetzt weiter auf die Einzelheiten des Datenbank-Testes einzugehen, wollen wir uns ansehen, welche Nutzdatenraten denn letztlich durch diese Konfiguration erreicht wurden.

Bei 4 aktiven RAC-Knoten kommen wir in den Bereich von knapp 11 GByte/s aggregate Gesamtleistung. Auch wenn beide Systemgruppen, also der Virtuelle Speicher und die Server noch erheblich ausgebaut werden können, liegt das Ergebnis in einem relativ beruhigenden Bereich, der mit verfügbarer Technologie durchaus abgedeckt werden kann.

Im Laufe der Zeit werden sich die Anforderungen erhöhen, durch die Marktreife von 16 und 32 GbFC sowie 40 und 100 GbE und die damit verbundene Konzentration auf den Leitungen werden durch die Virtuellen Speichersysteme für „normale“ Unternehmen aber keine Aufgaben auftreten, die wirklich beunruhigend wären.

Konsequenzen für RZ-Netze

Das Beispiel gezeigt, welcher Leistungsbedarf im Netz entstehen kann. Selbst wenn sich diese Anforderungen in den nächsten Jahren um den Faktor 2, 4 oder 5 erhöhen, ergibt sich die tröstliche Konsequenz, dass sie mit dem aktuellen „Baukasten“ von Basis- und Strukturtechnologien durchaus bewältigt werden können. Die Anforderung besteht darin, die Elemente des Baukastens zu einem flexiblen, skalierbaren und leistungsfähigen Ganzen zusammenzufügen.

Für die neuen Anforderungen wie Web-Applikationen, BYOD, privaten Teil einer Hybrid Cloud und wachsenden Leistungshunger „normaler“ Anwendungen benötigen Unternehmen keine völlig überdimensionierte Lösung auf einen Schlag, sondern eine Lösung, die mit den Anforderungen schnell und problemlos wachsen kann. Technisch geht das mit skalierbarem Ethernet angereichert um DCB-Funktionen. In einigen Fällen wird man sicher auch den Wunsch haben, eine gewachsene Fibre Channel Infrastruktur, in die bisher viele Investitionen geflossen sind, entsprechend auszubauen. Auch das ist möglich.

Strukturell ist kein allesfressendes Monster in Form von ScaleUp Core-Switches sondern vielmehr eine Lösung aus verschlankten, flexiblen Standard-basierten kooperierenden Komponenten gefragt. Gibt es allerdings wie in praktisch allen Unternehmen schon solche Switches, ist es ein Gebot der Wirtschaftlichkeit, über ihren geeigneten Ausbau nachzudenken und eine sanfte Migration durchzuführen. Sollte man dann in einem Zeitraum von z.B. zwei Jahren damit an Grenzen stoßen, wird man erheblich davon profitieren, dass die jetzt aktuell vorgestellten Chips wie universelle Switch-ASICs verbaut werden und damit eine völlig neue, erheblich leistungsfähigere, platzsparende und Energie-effiziente Generation von Netzwerk-Einrichtungen zur Verfügung steht oder bereits im Rahmen von ScaleOut-Konzepten in die dann neue Server-Generation verbaut wurde. Bis dahin werden auch SDN-Konzepte zur Steuerung derartiger Strukturen eine Marktreife mit hinreichender Breite erreicht haben.

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