Maximierung des vSAN 8 ESA-Potenzials mit Western Digital Ultrastar DC SN655 NVMe SSDs

Mit VMware vSAN 8 Update 2 GA sind vSAN-Kunden jetzt wahrscheinlich bereit, den Sprung auf die neue Speicherarchitektur zu wagen.

Dieser Bericht wird von Western Digital gesponsert. Alle in diesem Bericht geäußerten Ansichten und Meinungen basieren auf unserer unvoreingenommenen Sicht auf das/die betrachtete(n) Produkt(e).

 

VMware vSAN 8 kündigte ein umfangreiches Update für das Flaggschiff-HCI-Produkt des Unternehmens an, das die Effizienz, Skalierbarkeit und Leistung verbessert. Seit der ersten Veröffentlichung hat vSAN 8 zwei Updates erfahren, die die Geschichte verbessern. Von entscheidender Bedeutung in vSAN 8 ist die Express Storage Architecture (ESA), eine neue Alternative zur Original Storage Architecture (OSA), die das Speicherlayout vereinfacht und viele andere Verbesserungen bietet.

Da vSAN 8 Update 2 verfügbar ist, stehen viele Unternehmen kurz vor der Entscheidung, welche vSAN-Bereitstellung durchgeführt werden soll. Daher wollten wir das Leistungsprofil von vSAN 8 ESA in Kombination mit modernen Servern, Flash und Netzwerken besser verstehen.

Wir begannen mit 32x Ultrastar DC SN655 NVMe SSDs von Western Digital, vier Dell PowerEdge R6625 Servern und einer 100GbE Fabric. Bevor wir uns jedoch mit den verschiedenen Ergebnissen der RAID- und Laufwerkskonfiguration befassen, werfen wir eine kurze Einführung in vSAN 8 ESA und warum diese Architekturänderung so bedeutsam ist.

Was bringt vSAN 8 ESA?

VMware vSAN 8 mit ESA stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Speichertechnologie dar. Diese neue Architektur, die darauf zugeschnitten ist, das volle Potenzial moderner Hardware auszuschöpfen, bietet beispiellose Effizienz, Skalierbarkeit und Leistung. ESA spiegelt die Entwicklung der Unternehmensspeicherung von traditionellen rotierenden Medien zu fortschrittlichem NAND-Flash wider und nutzt NVMe-Schnittstellen für mehr Kapazität und Geschwindigkeit bei reduzierten Kosten. Der Wandel in der Hardwaretechnologie, die erhöhte Anzahl von Server-CPU-Kernen und erweiterte Netzwerkfunktionen waren eine treibende Kraft hinter der Einführung von ESA und stellten sicher, dass es den aktuellen Geschäftsanforderungen an leistungsstarke Speicherlösungen gerecht wird.

ESA in vSAN 8 zeichnet sich durch Leistungssteigerungen und Kapazitätsverbesserungen aus. Der adaptive Schreibpfad in ESA berücksichtigt verschiedene I/O-Größen und optimiert so Datenschreibprozesse, was besonders für Flash-Geräte von Vorteil ist. Dies führt zu einer geringeren Latenz und einer konsistenten Leistung für virtuelle Maschinen. Darüber hinaus reduzieren das neue protokollstrukturierte Dateisystem und die E/A-Pfadoptimierungen von ESA die Schreibverstärkung und Latenz erheblich. ESA maximiert die Gerätekapazitäten, indem es den Bedarf an dedizierten Cache-Geräten überflüssig macht und so die Gesamtkosten pro Gigabyte senkt. Diese Merkmale unterstreichen die Rolle von ESA bei der Bereitstellung effizienter Speicherlösungen mit hoher Kapazität zu einem erschwinglichen Preis.

Ein weiterer wichtiger Aspekt von ESA ist seine Ressourceneffizienz, die eine robuste Leistung und Platzeffizienz bietet und gleichzeitig weniger CPU-Ressourcen verbraucht. Diese Effizienz ist entscheidend für die kosteneffiziente Verwaltung großer Datenmengen. Trotz der hohen Leistung entstehen bei ESA Speicherkapazitäts-Overheads für Metadaten, Dateisysteme und Ausfallsicherheit. Diese Gemeinkosten werden jedoch effizient verarbeitet, um die nutzbare Kapazität zu maximieren. Darüber hinaus bietet VMware seinen Kunden Flexibilität, indem es ihnen ermöglicht, zwischen der ursprünglichen Speicherarchitektur und ESA zu wählen und so auf aktuelle und zukünftige Speicheranforderungen einzugehen. Diese Flexibilität, kombiniert mit den erweiterten Funktionen von ESA, positioniert VMware vSAN 8 als zukunftsweisende Lösung in der Speichertechnologielandschaft.

Trotz dieser bedeutenden Änderung ändern sich die grundlegenden Mandanten von vSAN und die primären Anwendungsfälle nicht wesentlich. VMware vSAN dient weiterhin als vielseitige Speicherlösung, die eng in VMware vSphere integriert ist und weit verbreitete Anwendung bei verschiedenen Arbeitslasten findet. Es eignet sich hervorragend für VDI-Umgebungen (Virtual Desktop Infrastructure) und bietet skalierbaren und leistungsstarken Speicher für zahlreiche virtuelle Desktops. In Szenarien wie Edge- und Remote-Office/Branch-Office-Bereitstellungen (ROBO) rationalisiert vSAN Infrastruktur und Betrieb. vSAN lässt sich auch erheblich skalieren und bietet die Grundlage für softwaredefinierte Rechenzentren.

vSAN 8 Update 2 Testplattform

Die Ultrastar DC SN655 Enterprise PCIe Gen 4.0 Dual-Port-NVMe-SSDs stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Solid-State-Drive-Technologie dar und bieten hohe Leistung, erhöhte Kapazität und robuste Zuverlässigkeit, die auf anspruchsvolle Unternehmensumgebungen zugeschnitten sind. Diese Laufwerke eignen sich besonders gut für Anwendungen, die einen Hochgeschwindigkeits-Datenzugriff und -übertragung erfordern, was sie zu einer idealen Wahl für die Integration mit VMware vSAN-Lösungen macht.

Kennzahlen

Die Western Digital Ultrastar DC SN655 SSDs nutzen die PCIe Gen 4.0-Schnittstelle und bieten im Vergleich zu ihren Gen 3.0-Vorgängern erhebliche Bandbreitenverbesserungen. Dies führt zu schnelleren Datenübertragungsraten, was für Anwendungen, die auf einen schnellen Datenzugriff und eine schnelle Datenverarbeitung angewiesen sind, von entscheidender Bedeutung ist. Die Dual-Port-NVMe-Funktion erhöht die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit und gewährleistet einen unterbrechungsfreien Datenzugriff auch bei einem Portausfall. Dieses Dual-Port-Design ist besonders vorteilhaft für geschäftskritische Anwendungen, bei denen Ausfallzeiten erhebliche Auswirkungen haben können.

Kapazität und Effizienz

Mit ihrer fortschrittlichen NAND-Technologie bieten diese SSDs Speicherlösungen mit hoher Dichte. Die erhöhte Speicherkapazität ist für Unternehmen, die mit großen Datenmengen arbeiten, beispielsweise in der Datenanalyse, im Cloud Computing und in virtualisierten Umgebungen, von entscheidender Bedeutung. Die Ultrastar DC SN655-Serie bietet außerdem eine bessere Energieeffizienz als frühere Modelle und trägt so zu niedrigeren Betriebskosten und einem geringeren COXNUMX-Fußabdruck bei – ein wesentlicher Gesichtspunkt für umweltbewusste Unternehmen.

Integration mit VMware vSAN

VMware vSAN profitiert erheblich von der Integration von Ultrastar DC SN655 SSDs. Die hohe Leistung und Zuverlässigkeit dieser SSDs passen gut zu den vSAN-Anforderungen an effizienten, belastbaren und skalierbaren Speicher. VMware vSAN-Umgebungen, die für ihre anspruchsvollen, unvorhersehbaren Leistungsanforderungen bekannt sind, können die Geschwindigkeit und Konsistenz des Ultrastar DC SN655 nutzen, um einen reibungslosen Betrieb und hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten.

Die Verwendung der Ultrastar DC SN655s mit VMware vSAN vereinfacht außerdem die Bereitstellung und Verwaltung, da diese Laufwerke für die nahtlose Integration in eine Vielzahl von Ökosystemen konzipiert sind. Diese einfache Integration spart Zeit, reduziert potenzielle Probleme und optimiert die Verwaltung virtualisierter Speicherressourcen.

Die Dell PowerEdge R6625s haben viel zu bieten und sind daher ideal für unseren VMware vSAN HCI-Anwendungsfall. Was die Rechenleistung betrifft, handelt es sich um Dual-Socket-Server, die genügend Rechenleistung unterstützen, um jede Arbeitslast zu bewältigen. In unserer Konfiguration verfügen wir über zwei AMD EPYC 9554 64-Core-CPUs mit 128 GB RAM pro Knoten. Der R6625 unterstützt außerdem bis zu zehn 2.5-Zoll-NVMe-SSDs, was ihnen eine gute Dichte verleiht, auch wenn sich unser Build auf vier und acht SSDs pro Knoten konzentrierte.

Der PowerEdge R6625 unterstützt viele Optionen aus Netzwerksicht, mit einem OCP 3.0-Steckplatz und drei PCIe Gen5-Steckplätzen. Diese Konfiguration ermöglicht uns die Nutzung von 100 GbE und mehr, wobei zusätzliche Steckplätze für andere Geräte verfügbar bleiben. Apropos Switching: Der Dell PowerSwitch S5232F-ON verbindet diesen Cluster. Es handelt sich um einen 1U-Multilayer-Switch mit 32x 100 GbE QSFP28-Ports und 2x 10GbE SFP+-Ports.

Erwähnenswert ist hier die Arbeit, die wir in diesem Bericht an einigen Komponenten durchgeführt haben, die sich entweder noch nicht auf dem VMware vSAN HCI befinden oder zum heutigen Zeitpunkt nicht offiziell von Dell unterstützt werden. Allerdings haben wir uns während dieser Tests an den Best Practices von VMware für vSAN orientiert und die Daten von VMware vSAN-Ingenieuren überprüfen lassen.

Leistung von vSAN 8 Update 2

Bei unserem Ansatz zum Testen von VMware vSAN 8 mit ESA haben wir uns auf eine Konfiguration mit vier und acht SSDs pro Knoten konzentriert. Bei vier Hosts ergab das insgesamt 16 bzw. 32 SSDs.

Wir nutzten 100-Gbit-Ethernet im Cluster, wodurch wir uns theoretisch auf den NVMe-Speicher konzentrieren konnten, um zu sehen, wo er anfängt, die Systemressourcen zu überlasten.

Eine weitere Variable, die wir in diesem Bericht gemessen haben, war die Auswirkung von RAID1 und RAID5 auf die Gesamtspeicherleistung in unserem vSAN-Cluster. Historisch gesehen war RAID1 eine beliebte Speicherrichtlinie für vSAN-Bereitstellungen. Die empfohlene Bereitstellungseinstellung für ESA ist „„vSAN ESA Default Policy – ​​RAID5“, das nahezu die gleiche Leistung bei viel größerer Kapazität bietet. RAID1 hat einen sofortigen Treffer von 50 Prozent, aber RAID5 begrenzt Ihren Paritätsaufwand, sodass Sie viel mehr nutzbare Kapazität erhalten.

Um die Leistung unseres VMware vSAN-Clusters mit ESXi 8 Update 2 zu messen, haben wir HCIbench genutzt. HCIbench wurde entwickelt, um das Testen von HCI-Clustern zu vereinfachen, bei denen Sie Worker-VMs bereitstellen, Vdisks erzeugen und Tests über einen gesamten Cluster hinweg orchestrieren und gleichzeitig alle diese Ergebnisse aggregieren müssen. In unseren Tests haben wir die folgenden Einstellungen für unsere vier ESA-Konfigurationen verwendet:

HCIBench VM-Bereitstellung:

• 16 VMs
• 8 x 50-GiB-Datenfestplatten pro VM
• 16 vCPUs pro VM
• 8 GB RAM pro VM
• 3600 Sekunden Testdauer pro Workload
• 8 Threads pro Festplatte für sequentielle Arbeitslasten und 16 Threads für zufällige Arbeitslasten

Wir haben die Leistungsdaten in zwei überlappende Abschnitte aufgeteilt: vier vs. acht SSDs pro Knoten und RAID1 vs. RAID5. In unserem ersten Vergleich haben wir uns auf den Punkt konzentriert, an dem die Leistung zu sättigen beginnt, wenn dem Cluster mehr Festplatten hinzugefügt werden. Bei vier Hosts betrachteten wir 16 SSDs im Cluster im Vergleich zu 32, als wir jeden Knoten auf acht SSDs erhöhten. Der zweite Aspekt ist, wie groß der Unterschied zwischen der RAID1-ESA-Richtlinie und der empfohlenen RAID5-ESA-Richtlinie ist. Die Vorteile der Verwendung von RAID5 liegen ziemlich auf der Hand: Dank der Datenschutzrichtlinie, gepaart mit den dichten Western Digital SSDs, gewinnen Benutzer eine enorme Menge an verfügbarer Kapazität.

Als wir uns die bei unseren Tests gesammelten Daten ansahen, stellten wir fest, dass sich einige Trends abzeichneten. Wenn Sie sich auf die Gesamtbandbreite konzentrieren, verzeichnete der VMware vSAN ESA-Cluster durch die Umstellung von vier auf acht SSDs pro Knoten eine deutliche Leistungssteigerung. Wir haben etwa 10.9 GB/s beim sequentiellen Schreiben von RAID1- und RAID5-Konfigurationen mit einem 4-SSD-Setup gemessen. Beim sequenziellen Lesen haben wir 17.6–17.7 GB/s in den Modi RAID1 und RAID5 gemessen. Beim Übergang zu zufälligen Arbeitslasten stellten wir fest, dass RAID5 in der 4-SSD-Konfiguration einen Vorteil hatte und 476 IOPS bei 4K-Zufallsschreibvorgängen im Vergleich zu 379 IOPS bei RAID1 misst. Beim 4K-Zufallslesen näherten sich beide Konfigurationen einander an, wobei RAID1 563 IOPS bis 524 IOPS in RAID5 erreichte. Bei 8K 70/30 war der Unterschied viel geringer, wobei RAID1 einen Vorsprung von 319 IOPS gegenüber 302 IOPS bei RAID5 aufwies.

Bei der Umstellung auf acht SSDs pro Knoten konnten wir eine Leistungssteigerung feststellen, die Leistung im Vergleich zu vier SSDs wurde jedoch nicht verdoppelt. Hier zeigten sich die oberen Leistungsgrenzen von vSAN und die Bandbreitenbeschränkung von 100 GbE auf unseren Knoten. Ja, es sind schnellere Netzwerkverbindungen verfügbar, aber das entfernt sich weiter von HCI und typischen KMU-/KMU-Bereitstellungen.

Bezüglich der Schreibbandbreite hatte RAID5 die Oberhand und erreichte 14.3 GB/s gegenüber 12.7 GB/s bei RAID1. RAID1 lag bei der Lesebandbreite mit 24.1 GB/s vor RAID5 mit 22 GB/s. Bei zufälligen 4K-Schreibübertragungen lagen RAID1 und RAID5 nahe beieinander, obwohl wir 521 IOPS in R1 gegenüber 505 IOPS in R5 gemessen haben. Als wir uns die 4K-Zufallsleseleistung ansahen, stießen wir auf eine Leistungsgrenze des vSAN-Clusters, bei der vier und acht SSD-Setups sehr nahe beieinander lagen. Hier haben wir mit unserem Setup aus acht SSDs 527 IOPS in RAID1 und 524 IOPS in RAID5 gemessen. Bei 8K 70/30 hatte RAID1 letztendlich die Nase vorn, mit 324 IOPS gegenüber 293 IOPS bei RAID5.

Es ist wichtig zu beachten, dass bei VMware vSAN ESA die Entscheidung zwischen RAID1 und RAID5 keine in Stein gemeißelte Entscheidung ist. Es handelt sich um eine Speicherrichtlinie, die auf VM-vDisk-Ebene angewendet wird, was bedeutet, dass beide gleichzeitig nebeneinander existieren können. Nehmen wir also an, Sie haben eine Datenbank-VM, bei der es auf den letzten I/O-Vorgang ankommt. Geben Sie dem eine RAID1-Richtlinie, während alles andere auf RAID5 liegt. So optimieren Sie Ihre Raumausnutzung bestmöglich.

Abschließende Überlegungen

Die Western Digital Ultrastar DC SN655 Enterprise PCIe Gen 4.0 Dual-Port-NVMe-SSD stellt die nächste Stufe der dichten Enterprise-Speicherung dar und behält gleichzeitig die Mainstream-Erschwinglichkeit bei, für die Western Digital bekannt ist. Es kommt im U.3-Formfaktor, ist aber auch U.2-abwärtskompatibel. Dies bedeutet, dass Administratoren und Dateningenieure die Speicherdichte mit einem vertrauten Formfaktor in dichten 1U-Servern erhöhen können.

Die Erhöhung der Kapazitätsdichte bedeutet auch eine deutlichere Verbesserung der Speicherressourcennutzung für Anwendungsfälle, wie z. B. die Erhöhung der Anzahl virtualisierter Hosts pro SSD und die Konsolidierung größerer Anwendungsdatensätze auf weniger Laufwerken. Diese Big-Data-Analysen und KI/ML-Datensätze profitieren auch von der Umstellung auf höhere Kapazitäten, indem sie eine geringere Latenz und einen höheren Durchsatz der SN655 NVMe SSD ermöglichen – was sich in schnelleren Erkenntnissen und Echtzeitanalysen niederschlägt.

Unsere Leistungsergebnisse zeigen, dass die Western Digital Ultrastar DC SN655 NVMe SSDs gut für VMware vSAN 8 ESA-Bereitstellungen geeignet sind, insbesondere für SMB, Edge, Einzelhandel und Tausende anderer Anwendungsfälle. Für Unternehmen, die mit einer kleinen Bereitstellung beginnen und mit steigenden Anforderungen wachsen möchten, haben wir festgestellt, dass nur vier Western Digital SSDs pro Knoten einen Großteil der Leistung unserer Konfiguration mit acht SSDs pro Knoten bieten und viel Raum für Wachstum und vSAN-Anwendungen bieten und der Datenbedarf wächst. Dies trägt dazu bei, die IT-Budgets zu erweitern, da Unternehmen nicht zu viele Festplatten benötigen, um Leistungskennzahlen zu erreichen, und das Hinzufügen von SSDs zu vSAN könnte nicht einfacher sein.

Mit VMware vSAN 8 Update 2 GA sind vSAN-Kunden jetzt wahrscheinlich bereit, den Sprung auf die neue Speicherarchitektur zu wagen. ESA bietet eindeutig viele Vorteile, aber wir sind mit der Einfachheit, die vSAN jetzt bietet, am zufriedensten. Wählen Sie die Serverknoten und SSDs aus, und los geht’s mit der gleichen „Point-and-Click“-Benutzerfreundlichkeit, die vSAN schon immer geboten hat. Bei der Betrachtung von SSDs für vSAN 8 haben wir festgestellt, dass die Ultrastar DC SN655 NVMe SSD eine außerordentlich gute Leistung erbringt und eine hervorragende Leistung in RAID5 liefert, was Kunden dabei hilft, ihren Speicherbedarf in vSAN zu maximieren, ohne Einbußen bei der Leistung hinnehmen zu müssen. Noch besser ist, dass die Laufwerke kostengünstig sind und denjenigen, die ihre Investition in VMware vSAN 8 maximieren möchten, noch mehr Wert bieten.

Ultrastar DC SN655 NVMe SSD-Produktseite

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