Оптимізація продуктивності віртуальних робочих станцій за допомогою СГД all-flash від NetApp

Це друга стаття з серії матеріалів, присвячених питанням розгортання систем зберігання даних all-flash в неспеціалізованих середовищах, включаючи бази даних, віртуалізацію серверів і VDI

Віртуальна інфраструктура робочих станцій (virtual desktop infrastructure, VDI) пропонує безліч переваг. Для ІТ-відділу це можливість замінити сотні і навіть тисячі фізичних комп'ютерів, встановлених в різних приміщеннях і підрозділах організації, єдиної, централізованої інфраструктурою - більш безпечної, зручної в обслуговуванні і ефективною.

Для кінцевого користувача це робоче середовище з можливістю постійного доступу незалежно від часу і місця - а також з будь-якого пристрою - і відновлення роботи без втрати результатів. Користувач може в будь-який момент перевірити важливий файл або відкрити презентацію, створену в минулому місяці.

Закінчення підтримки Windows XP в 2014 році робить перехід до інфраструктури VDI актуальним як ніколи, проте в цьому випадку вона повинна відповідати двом вимогам у порівнянні з фізичними комп'ютерами:

• VDI повинна забезпечити аналогічну продуктивність;
• VDI повинна коштувати стільки ж або дешевше.

Вирішення цих двох завдань безпосередньо пов'язане з продуктивністю СГД. У цій статті ми поговори про те, як СГД all-flash дозволяє вирішити проблеми продуктивності та вартості, які не дозволяють вам зробити вибір на користь інфраструктури віртуальних робочих станцій.

Максимальна продуктивність віртуальних робочих станцій

Особливості робочих навантажень віртуальних робочих станцій

Щоб розібратися в тому, як система зберігання даних впливає на продуктивність і вартість віртуальних робочих станцій, спочатку необхідно дізнатися кількість операцій введення-виведення в секунду, необхідну для функціонування інфраструктури віртуальних робочих станцій. У стабільному режимі - з безліччю користувачів, що використовують робочі станції в звичайній роботі - операції запису можуть становити до 80% навантаження - а це більше, ніж при всіх інших видах навантаження для СГД.

А тепер уявімо, що відбувається з інфраструктурою VDI, коли необхідно завантажити сотні віртуальних машин. Одночасне завантаження всіх цих машин призводить до різкої піковому навантаженні (званої boot storm), так як дані кожної користувальницької операційної системи зчитуються з СГД та завантажуються в віртуальну машину. Аналогічне явище відбувається в момент, коли безліч користувачів одночасно авторизуються в своїх системах (login storm). За рахунок ефекту мультиплікації, створюваного великим числом віртуальних робочих станцій, аналогічні явища відбуваються і при виконанні стандартних дій, наприклад при антивірусної перевірки і оновлення. Система зберігання даних повинна витримувати подібні пікові навантаження без підвищення латентності до неприпустимого рівня, який для кінцевого користувача виражається у вигляді «загальмованості» робочої станції і додатків.

Задоволення вимог робочих навантажень віртуальних робочих станцій за допомогою СГД all-flash

Оптимальне середовище зберігання даних для віртуальних робочих станцій повинна бути розрахована на велику кількість операцій запису, а також витримувати пікові навантаження одночасних операцій читання і запису без помітного для користувачів зниження продуктивності.

Якщо доповнити інфраструктуру VDI дискової або гібридної СГД, то при збільшенні кількості користувачів до декількох сотень в системі можуть виникнути проблеми. Розширення СГД і надмірне виділення ресурсів як «стандартного» способу вирішення проблеми призводить до підвищення вартості рішень VDI, особливо у випадку з великомасштабними проектами. Ось чому дискові рішення для зберігання даних VDI можуть коштувати сотні доларів в розрахунку на одного користувача.

Вирішити цю проблему можна за допомогою СГД all-flash. Правильно підібраний all-flash масив здатний витримувати навантаження віртуальних робочих станцій, пов'язані з великою кількістю операцій введення-виведення, забезпечуючи при цьому низьку латентність, що задовольняє вимоги кінцевих користувачів.

Додаткові фактори вибору СГД

При виборі масиву all-flash крім продуктивності слід враховувати й інші фактори. Вони також будуть визначати загальну вартість рішення VDI і його переваги для організації.

• Скорочення обсягів даних Технології скорочення обсягів даних, такі як компресія, дедуплікація і клонування даних в реальному часі, дозволяють значно зменшити загальний обсяг СГД, необхідний для конкретної групи віртуальних робочих станцій, а значить, і вартість. Сотні або тисячі копій одних і тих же гостьових ОС призводять до високого ступеня дуплікації даних, а значить на цьому можна заощадити.
• Висока готовність, безперебійність операцій і відновлення після збою. При наявності сотень або навіть тисяч віртуальних робочих станцій, що використовують одну і ту ж систему зберігання даних, варто задуматися про надійність і готовність цієї СГД. Як часто доведеться виконувати її обслуговування або оновлення? Які існують варіанти аварійного відновлення?
• Управління даними. Ефективність середовищ VDI можна значно підвищити за допомогою таких функцій управління даними в СГД, як створення снапшотов, клонування і реплікація. Найважливіше значення набуває можливість тісної інтеграції з інструментами управління, наприклад, VMware® vCenter.
• Масштабування. Масштабується чи рішення для зберігання даних або ж у міру розширення інфраструктури буде потрібно установка додаткових СГД?

NetApp All-Flash FAS для робочих навантажень віртуальних робочих станцій

Якщо говорити про продуктивність СГД all-flash, існують різні думки. Фахівці NetApp® з'ясували, що простіше оптимізувати продуктивність існуючої корпоративної архітектури, ніж додавати додаткові функції СГД корпоративного класу в нову архітектуру all-flash. Інші постачальники рішень all-flash говорять про необхідність створення архітектури all-flash з нуля, але жоден з них не може запропонувати ні набір функцій, ні екосистему партнерів і додатків, які могли б зрівнятися з рішеннями Сlustered Data ONTAP® і All-Flash FAS . Як показує практика, замовникам потрібна не розрекламована марка, а система зберігання даних, яка дозволяє вирішувати їх бізнес-завдання.

Протягом двох десятиліть компанія NetApp займалася розробкою функціональних можливостей Data ONTAP, в тому числі пов'язаних з управлінням і захистом даних, зменшенням їх обсягу, а також сумісністю з додатками і партнерською підтримкою. На наш погляд, система All-Flash FAS під керуванням Clustered Data ONTAP - це оптимальне рішення для середовищ VDI, що дозволяє в повній мірі оцінити всі зазначені переваги.

Як показано на рис. 1, All-Flash FAS є многопротокольную, розраховану на багато користувачів середу з можливістю масштабування за допомогою гетерогенних або гомогенних СГД, а також функціями управління даними і зменшення їх обсягу, включаючи компресію, Дедуплікація, клонування і реплікацію.

Мал. 1. Сумісність All-Flash FAS і VDI в повнофункціональної і гнучкою платформі корпоративного класу

Джерело: NetApp, 2015 р

Clustered Data ONTAP і флеш-технології: ідеальний тандем

Операційна система Clustered Data ONTAP від ​​компанії NetApp з файлової структурою WAFL (Write Anywhere File Layout) за визначенням сумісна з флеш-технологією і завдяки оптимізованої архітектурі записи ідеально підходить для віртуальних робочих станцій.

• Система обробляє вхідні записи в пам'яті, зберігає їх в NVRAM і миттєво підтверджує їх. Такий механізм забезпечує мінімальний час відгуку для операцій запису і знімає пікове навантаження з твердотільних накопичувачів.
• Записи об'єднуються в пам'яті і переносяться звідти довгими ланцюжками послідовних блоків на SSD-накопичувачі, що максимально підвищує продуктивність і скорочує витрати на пам'ять RAID, а також запобігає нерівномірний знос твердотільних накопичувачів.
• Перезаписувані блоки автоматично записуються в інше місце; файлова структура WAFL ніколи не перезаписує існуючі блоки даних і таким чином зменшує знос носія.

В Data ONTAP 8.3 компанія NetApp удосконалила тракт читання для оптимізації продуктивності флеш-технології. Ці зміни дозволили домогтися підвищення продуктивності читання до 70% для існуючих систем.

Крім стандартних можливостей Data ONTAP, компанія впровадила новітні рішення з платформи наступного покоління FlashRay, забезпечивши додаткову ефективність, продуктивність і зручність у використанні.

• Ефективна компресія даних в реальному часі. Наш протокол компресії даних перевершує за показниками алгоритми компресії (такі наприклад, як широко використовуваний LZ4), забезпечуючи скорочення витрат на декомпресію більш ніж на 40% і прискорюючи операції читання. Функція виявлення нестискуваних даних (Incompressible data detection, IDD) зменшує число циклів роботи процесора, миттєво визначаючи не піддаються компресії дані.
• Дедуплікація нульових блоків в реальному часі. Дедуплікація нульових блоків прискорює виділення ресурсів віртуальних машин на 20-30%. При введенні в систему всі дані хешіруются і зіставляються один з одним, і нульові блоки миттєво видаляються. Схожі дані відзначаються для більш ретельної побітової перевірки, при цьому дедуплікація виконується кожну хвилину. Робота клієнта має першорядне значення, і такий підхід забезпечує стабільно низьку латентність.

Data ONTAP пропонує неперевершені можливості розгортання та програмно-обумовленого управління, якими не можуть похвалитися інші рішення all-flash.

• Зберігання додаткових копій на жорстких дисках або в хмарі. Для аварійного відновлення потрібно копія даних VDI. Система Data ONTAP дозволяє зберігати додаткові копії даних на дисковому накопичувачі або в хмарі, забезпечуючи економію коштів (див. Рис. 2).
• Економія дискового простору за допомогою компактних клонів. Технологія клонування NetApp дозволяє створювати перезапису «копії» віртуальних машин VDI. Ці клони вимагають додаткової ємності тільки при внесенні змін, забезпечуючи економію дискового простору в співвідношенні 584: 1 і значні переваги в порівнянні з іншими масивами all-flash. Наприклад, при створенні снапшотов гипервизора потрібно додатково 20% дискового простору під метадані. Стандартна функція клонування NetApp дозволяє обійтися в цьому випадку без додаткових ресурсів і забезпечує підвищену щільність даних (при роботі з VMware View ми рекомендуємо використовувати клони VAAI для постійних віртуальних робочих станцій і клони VCAI і NFS - для тимчасових).
• Розміщення даних на ресурсах, які вибираються користувачем. Clustered Data ONTAP дозволяє в будь-який момент перенести дані в СГД all-flash без переривання роботи використовуваних додатків. Середу віртуальних робочих станцій можна спочатку розгорнути на гібридній системі зберігання даних, а в майбутньому при необхідності розширення перенести її на СГД all-flash.

Мал. 2. All-Flash FAS дозволяє реплицировать інфраструктуру VDI в гібридну або дискову середу для економії коштів

Джерело: NetApp, 2015 р

Продуктивність All-Flash FAS з VDI

Компанія NetApp провела докладне тестування всієї лінійки продуктів All-Flash FAS8000 з навантаженням VDI. В ході тестування вимірювалася звичайна і пікова продуктивність при робочих навантаженнях з 80% операцій запису і 20% операцій читання. На рис. 3 представлено оптимальний розподіл навантаження між чотирма моделями. На графіку також показані конкурентні системи. Можна побачити, що продуктивність FAS8060 порівнянна з продуктивністю рішення XtremIO, а FAS8080 EX обганяє конкурента на 30%. Можливість перевершити конкурентів в умовах інтенсивних операцій записи демонструє перевагу оптимізованої архітектури All-Flash FAS.

Мал. 3. Продуктивність All-Flash FAS на віртуальних робочих станціях в порівнянні з конкурентною системою

Джерело: NetApp, 2015 р

У нашому тестуванні середній розмір записуваних блоків даних становив 12 КБ, а середній розмір зчитувальних - 16 КБ, в той час як у конкурентів розміри блоків складали 8 КБ. Відрізняється розмір блоків - результат нашої методології тестування. Для тестування продуктивності і масштабованості інфраструктури віртуальних робочих станцій ми використовували Login Virtual Session Indexer (Login VSI) - стандартний галузевої інструмент для тестування навантаженням. Повну інформацію про нашому тесті FAS8060 з віртуальними робочими станціями можна отримати в статті TR-4307: Рішення NetApp All-Flash FAS для тимчасових віртуальних робочих станцій з VMware Horizon View .

За результатами тестування з'ясувалося, що FAS8060 має достатній запас продуктивності для підтримки 4000 робітників станцій (в режимі аварійного перемикання контроллерной пари) і обходиться в 55 доларів США за одну робочу станцію для зберігання даних . Це дуже приваблива ціна системи зберігання даних для віртуальних робочих станцій. Важливо також відзначити, що дані про продуктивність інфраструктури віртуальних робочих станцій NetApp, представлені на рис. 3, відносяться до двовузлового конфігурацій. Установка 4 вузлів в кластері дозволить вдвічі підвищити продуктивність і число використовуваних робочих станцій. При роботі з віртуальними робочими станціями ми рекомендуємо застосовувати модульну архітектуру, будуючи систему зі стандартних блоків. Такий підхід дозволить розгортати віртуальні робочі станції у вигляді окремих груп: наприклад, 4000 віртуальних машин за один раз. All-Flash FAS підтримує послідовне горизонтальне масштабування в міру додавання вузлів в кластери.

Фірма, що надає фінансові послуги, розгортає All-Flash FAS для віртуальних робочих станцій

Велика страхова та інвестиційна фірма провела оцінку основних гравців на ринку all-flash і вибрала All-Flash FAS для свого середовища віртуальних робочих станцій Citrix. ІТ-відділ компанії віддав перевагу системі All-Flash FAS завдяки доведеною продуктивності і наявності вбудованих можливостей управління даними Clustered Data ONTAP, включаючи NetApp SnapMirror для реплікації даних і FlexClone® для створення клонів з низькими витратами. Поєднання цих технологій також дозволяє компанії виконувати безперебійне тестування аварійного відновлення.

Універсальні можливості для розгортання віртуальних робочих станцій

У компанії NetApp розуміють, що розгортання віртуальних робочих станцій може бути складним і що система зберігання даних - це лише одна ланка в ланцюзі. Ми провели велике дослідження, щоб підтвердити сумісність наших рішень для зберігання даних з найширшим спектром програмного забезпечення для інфраструктури VDI, включаючи VMware Horizon View, Citrix XenDesktop і Microsoft VDI. Ми повністю протестували і визначили характеристики All-Flash FAS для багатьох з досліджених середовищ. Усі зміни VDI оцінювалися при навантаженні 50%, а значить, вони здатні забезпечити повну продуктивність навіть в разі збою контролера.

Мал. 4. Інтеграція NetApp Clustered Data ONTAP з популярними гіпервізорами

Джерело: NetApp, 2015 р

Докладні відомості про розгортання СГД NetApp в різних VDI-середовищах містяться в розділі «Довідкові матеріали» в кінці цього документа.

Розгортання віртуальних робочих станцій на платформі FlexPod

Процес розробки та розгортання інфраструктури віртуальних робочих станцій (VDI), а також управління ними, ускладнюється через велику кількість задіяних компонентів рішень. Ця проблема спонукала компанії NetApp і Cisco до співпраці для створення еталонних архітектур FlexPod® для середовищ VDI. Рішення для інтегрованої інфраструктури FlexPod від NetApp і Cisco дозволяють створити інфраструктуру віртуальних робочих станцій, що містить всі необхідні апаратні і програмні компоненти для оперативного розгортання та зручного адміністрування (перелік існуючих еталонних архітектур FlexPod наведено в розділі «Довідкові матеріали»).

Медичний заклад вибирає All-Flash FAS для своїх віртуальних робочих станцій

У сфері охорони здоров'я швидкий доступ до даних і висока готовність систем визначають якість догляду за пацієнтами. Медична організація зробила вибір на користь All-Flash FAS для всіх своїх додатків, включаючи середу віртуальних робочих станцій і систему електронних медичних карт. Обидві системи мають надзвичайно важливе значення для клінічної практики, так як вони дозволяють медичному персоналу працювати як усередині системи установи, так і в загальній мережі, забезпечуючи повний доступ до інформації про пацієнтів і захист даних відповідно до нормативних вимог.

Вибір оптимальної СГД для розгортання віртуальних робочих станцій

При віборі масиву all-flash, відповідного вимоги віртуальніх робочих станцій, особливо Рамус слід пріділіті архітектурі. Оптимальне решение повинною поєднуваті в Собі скроню продуктивність за операціямі записи зі здатністю вітрімуваті пікові НАВАНТАЖЕННЯ в момент масового завантаження систем и авторізації Користувачів. Можливості зменшення обсягу даних і гнучкі можливості управління даними дозволяють значно знизити загальні витрати на СГД. І нарешті, такі функції, як готовність даних, горизонтальне масштабування і безперебійність операцій, значно впливають на ефективність робочого середовища.

Рішення All-Flash FAS поєднує в собі оптимізовану архітектуру записи з перевіреними функціями зменшення обсягів даних і управління даними, що дозволяє створити ідеальне середовище для віртуальних робочих станцій. Завдяки повній підтримці популярних гіпервізора і доступних конфігурацій FlexPod, розроблених для підвищення ефективності інфраструктури VDI, рішення All-Flash FAS прекрасно підходить для вирішення завдань середовища робочих станцій.

Довідкові матеріали

Про Кріса Гебхардт

Кріс Гебхардт (Chris Gebhardt) працює в сфері ІТ на протязі 17 років, 11 з яких - в компанії NetApp. Як провідний інженер з технічного маркетингу компанії NetApp, Кріс керує напрямком обчислювальних рішень VMware для кінцевих користувачів в групі Partners, Solutions & Enablement Group. Він є автором цілого ряду технічних звітів про інфраструктуру віртуальних робочих станцій, серед яких «Рішення NetApp All-Flash FAS для тимчасових віртуальних робочих станцій з VMware Horizon» (TR-4307), «Рішення NetApp All-Flash FAS для постійних робочих станцій з VMware Horizon »(TR-4335) і« Керівництво за рішеннями NetApp і VMware View »(TR-4181). Кріс має сертифікати VMware-Certified Professional і VMware vExpert.

Tech OnTap
підписатися
Tech OnTap - це щомісячні огляди новітніх інформаційних технологій, поради та практичні рекомендації, знайомство з інструментарієм, неформальні інтерв'ю з розробниками, демонстраційні ролики, рецензії та багато іншого.

відвідайте Tech OnTap в співтоваристві NetApp Щоб підписатись на розсилку.