Mehr als SSD: Server-basierendes Caching 2.0

Mit der bereits im Herbst 2012 vorgestellten Technik ‘Mount Rainier’ versucht QLogic, die in den vergangenen Jahren entstandene Leistungslücke zwischen Server und Speicher zu schließen. “Moderne Server-CPUs, unterteilt in viele virtuelle Maschinen, ermöglichen das Abarbeiten von I/O-hungrigen Applikationen. Die mechanischen Storage-Systeme halten da nicht Schritt und schaffen die I/O-Performance-Lücke”, beschreibt Henrik Hansen, Director of EMEA Marketing, was sein Unternehmen mit der neuen Technik unter anderem beseitigen will.

FabricCache 10000 besteht aus zwei Karten: dem Fiber-Channel-Adapter ‘QLE10000’ (8 Gbit/s, dual-port) und der PCIe-Flash-Karte. Die Speicherkarten, die mit Single-Level-Cell-Bausteinen mit hoher Schreibfestigkeit bestückt sind, gibt es mit einer Kapazität von 200 oder 400 GB. Adapter- und Speicherkarte sitzen im Server, tauschen ihre Daten aber nicht über den PCI-Bus des Rechners aus, sondern sind mit einem Kabel direkt untereinander verbunden.

Damit beschreitet zunächst auch Qlogic den Weg zurück zum direkt angeschlossenen Speicher (DAS), so wie das derzeit alle Lieferanten von Flashkarten zur Beschleunigung des I/O-Verkehrs im Server tun. Das hat viele Vorteile, etwa die Nähe zu CPU, Applikation und Arbeitslast und entlastet damit das angeschlossene externe Speichersystem. Andererseits erhöhen sich Komplexität und Abhängigkeiten und die Lösung ist auf einen Server beschränkt, unterstützt auch keine Cluster-Umgebungen.

Für Hansen stellen solche Lösungen die primitive Form der Beschleunigung dar: “Das nennen wir Server-basierendes Caching 1.0.” Auch der Einsatz einer SSD-Appliance, die im Netz oder Speicher-Array platziert wird, löst das Problem nicht. Im Netz agiert die Appliance als zentraler Cache, der von allen Servern genutzt werden kann. Solche Geräte sind aber meist teuer und stellen auch noch einen single point of failure dar. Liegen die SSD-Ressourcen im Storage sind sie einfach zu implementieren und zu verwalten und lassen sich auch gemeinsam nutzen. Der Nachteil dabei ist die große räumlich Entfernung zu den Servern, was die Latency erhöht. Zudem ver- oder behindern die internen Controller im Storage Array oftmals so eine Lösung.

Qlogic vermeidet mit der Mt.-Rainier-Technik die Schwachstellen der anderen Konzepte. Marketingchef Hansen gibt sich selbstbewusst: “Was wir jetzt mit FabricCache 10000 vorstellen ist Server-based Caching 2.0.”

Anders als die herkömmlichen PCI-SSD-Lösungen etwa von Fusion-io, vereinfacht QLogic mit seinem Angebot die Datenwege und reduziert zugleich die Anzahl der benötigten Treiber, was besonders in virtualisierten Umgebungen die Komplexität verringert. Unabhängig vom Hypervisor und ohne Eingriff in das Betriebssystem des Servers wird die Fabric-Cache-Karte wie ein herkömmlicher HBA mit nur einem Treiber installiert. Der Adapter ist mit ‘Cache-Intelligenz’ und SSD-Managementfunktionen ausgestattet, verwaltet den Cache- und den Flash-Speicher also ohne Hilfe des Servers.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Cache-Speicher über mehrere Server in einem Cluster zu einem Pool zusammenzufassen. “Der Shared Cache ist der Kern unserer Eigenentwicklung. Damit kann von jedem Server im Cluster auf die LUN-Daten im Cache der anderen zugegriffen werden”, beschreibt Hansen diese Funktion. Jeder Fabric-Cache-Adapter agiert als Target und Initiator und kommuniziert über Fibre Channel mit den anderen.

Das Ergebnis sind rasant schnelle Zugriffszeiten. In TPC-Benchmarks ergaben sich bei einem Vier-Server-Cluster um 22-mal bessere Werte als mit herkömmlichen SSD-Lösungen, wo die Cache-Speicher separat pro Server genutzt werden.

In geclusterten Umgebungen ist mit der Qlogic-Lösung das “Hypervisor-unabhängige Caching” von SAN-Daten möglich, behauptet der Hersteller und liefert dazu zertifizierte Plug-ins für die Hypervisoren von VMware, Microsoft und Citrix. Während der Live-Migration von virtuellen Maschinen zwischen den Servern stellt der Fabric-Cache-Adapter sicher, dass der Cache-Speicher immer mit den angeforderten Daten bestückt bleibt.

Da nur eine einzige aktive Cache-Kopie für jede SAN LUN vorhanden ist, wird Cache-Kohärenz erreicht. Zugleich werden die Daten im Cache mit dem SAN-Speicher synchronisiert. Die stärkere Verlagerung des Datenverkehrs auf die Server entlastet zudem die dahinter liegenden Storage-Systeme im SAN: weniger benötigte Bandbreiten und Speicherkapazitäten sind die Folge.

Mit der FabricCache-10000-Familie bringt Qlogic jetzt die ersten Produkte auf den Markt, die auf der Mt.Rainier-Technik basieren, demnächst sollen weitere Angebote dazu kommen, so eine Lösung für die VDI-Umgebung von Citrix und vermutlich Mitte 2014 Modelle mit 16 Gbit/s-FC-Ports. In Deutschland sind die Produkte über die Distributoren Avnet und Tim zu beziehen.