如何彻底解决VDI存储性能瓶颈

2015.10.28|北京,中国如何彻底解决VDI存储性能瓶颈?薛友逢NimbleStorage存储架构师Agenda1NimbleStorage公司简介2虚拟桌面存储性能分析3虚拟桌面高性能解决方案CONFIDENTIAL2公司简介客户6,000+NimbleStorage:存储转型的先驱者合作伙伴1000SanJose,US总部30+国家分⽀支机构联盟合作伙伴2013-2014远⻅见者象限第⼀一名2015进⼊入领导者象限！全新设计的最新一代存储架构51980s1990s2000sTodayDAS直连存储整体式存储模块化存储自适应闪存智能存储目前业界运行效率最高的存储产品虚拟桌面中的存储虚拟桌面的基本类型7• 办公型用户• 知识型用户• 资源型用户• 公用型用户• 局域网(LAN)• 广域网(WAN)• 虚拟桌面• 远程桌面(N:1)• 应用虚拟化8虚拟桌面系统规划现状虚拟机+Hypervisors桌面虚拟化软件(VMwareView&more)客户端(笔记本,桌面,瘦客户端,移动设备等)物理服务器+网络桌面虚拟化存储XX磁盘，XX端口，XX容量粗略计算LCPU，内存分配，网络带宽等资源需进行精细计算J完备的最佳实践和方案设计J为何VDI难以预测真实的存储需求？服务器虚拟化桌面虚拟化“用于VDI的存储需求更加难以预测，所以往往需要按照最为苛刻的条件来计划，并预留更多的存储资源，以应付多变的工作负载.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　-TechTarget研究所VDI典型的存储容量分类：按照存储用途分类：• 黄金副本：高性能+较少容量• 数据变化较少• 定期备份• 用户数据：中高性能+大容量• 数据更新频繁，增量较大• 频繁备份• 基础架构：高性能+较少容量• 数据变更较少• 频繁备份10链接克隆基础架构(VMware&Microsoft)用户个性数据黄金副本VDI典型存储性能需求分布注意：存储性能不足会严重影响用户体验甚至导致服务中断！IOPSWritesReads启动风暴日常工作病毒扫描+补丁9:00AM6:00PM10:00PMWindows  7  典型的“启动boot”操作需要大致25,000个随机磁盘操作，  这部分操作可以分批预启动，降低整体IOPS要求。  Windows  7  典型的“登录login”操作需要大致2,400个随机磁盘操作。  越高的SLA要求，带来越高的IOPS要求。  VDI存储性能估算12以1000个50GB桌面作为性能估算基准：  • 单一用户耗时120秒登录，IOPS=  (25000/120)  =    208IOPS  每用户。分五批每批200个用户同时登录，需要40,800  IOPS，该性能压力持续十分钟;  • 单一用户耗时30秒登录，IOPS=  (2,400/30)  =  80  IOPS  每用户。1000个用户同时登录，需要80  ,000  IOPS，该性能压力持续30秒;  • 正常工作状态IOPS为20~30  IOPS，则1000用户系统正常IOPS需求至少为20,000~30,000  IOPS，该性能必须同时保证;• 按照容量需满足至少50TB可用容量。    按照每块10K  SAS数据盘能够提供200  IOPS计算，1000VDI环境需要多少磁盘?    • 正常:      150块  (30000/200)?或60块+10%  SSD    • 启动:      204块  (40800/200)?  或82块+10%  SSD  • 登录:      400块  (80000/200)?  或160块+10%  SSD  • 容量：80块（50000/900/0.7)    竞品  1-­‐2个42U满配机柜  Nimble  3U  机柜空间  Nimble方案：12块HDD+4块SSD！CASL算法-为随机IO而生！CASL算法第一式：闪存和机械磁盘有效融合闪存可以提供数十倍于物理磁盘的性能，已经越来越多被应用于企业级的应用之中．机械磁盘可提供低廉的容量成本，十分适合扩展容量随机I/O性价比(单盘30xto100x性能提升)容量性价比(纯闪存储产品扩展容量十分昂贵)写入稳定性有带检验闪存擦写次数，温度敏感程序，写入放大效应都会对数据安全产生不利影响✔✗写入稳定性✔✔✗✗✔容量性价比顺序I/O性价比单盘性能受限，通过增加磁盘数量可提升性能，但此方案采购成本高，同时需要占用更多机架空间，空调和电力成本，性价比低Nimblestorage存储的核心是将闪存和磁盘的优势有效融合！！CASL算法第二式：SequentialLayout随机写入优化　加速写入性能» 通过对随机IO进行在线压缩并顺序化整理的操作，最多可以实现磁盘的１次IO相对于主机端的2000次IO操作，普通7.2Ｋ磁盘的实际写入性能高达SSD的２倍！RAID-3PNoRAID2K18K6K8K7K1K2K1K8K21K18K3K11K4K3K2K4K21K11K4.5MB=512K=9x512K512K512K512K512K512K512K512KCASL算法第三式：CacheAccelerated随机读取优化闪存加速读取性能• 活跃数据动态缓存至闪存空间– 可提供亚毫秒级的读延迟和高并发吞吐量• 自适应闪存– 将闪存做为只读缓存，无需担心闪存数据安全– 可灵活匹配多变的业务环境，尤其是完全无法预测的VDI环境– 可进一步提升闪存单盘的性能潜力• 智能缓存算法– CASL会自动缓存最近写入的热点数据和与之关联的源数据信息– 写入闪存时也使用经过压缩的完整条带数据，消除闪存的写入放大效应，提高闪存空间的使用效率并同时提升闪存的使用寿命– 由于所有数据均保存到物理磁盘，闪存中的数据只是一致性副本，所以无需对闪存盘进行RAID保护，节省闪存空间．CASL与传统混合存储方案对比（写入过程）传统存储 Nimble性能优异成本节省§ 在线压缩进一步提升闪存可用空间§ 顺序化写入算法可加速随机IO的持续写入并保证优异性能，无需使用SSD成本昂贵:§ SLC/eMLCSSDs§ RAID损耗长时间的随机写入会导致磁盘性能瓶颈àDiskSSDCASL与传统混合存储方案对比（读取过程）Nimble§ 闪存读命中，性能提升§ 闪存空间效率优势：无需RAID,在线压缩§ 如闪存“未命中”,将数据复制到闪存，无需数据反向迁移§ 迁移颗粒度细，时效性强，更适合VDI传统存储 DiskSSD如闪存读“命中”性能提升如闪存“未命中”§ 需要进行高成本的数据迁移，同时对系统整体性能造成影响§ SSD需要过量分配§ 迁移颗粒度过大，会影响数据迁移的实时性和有效性快照预留损耗闪存数据存放层闪存磨损空间预留RAID损耗　CASL保证闪存最佳使用效率19纯闪产品Nimble自适应闪存传统存储（含混合形态）CASL算法第四式：与业务一起成长扩展计算能力和缓存区空间• Scale  Up  • 扩展闪存盘缓存、计算能力(CPU)  • 缓存区扩展过程完全无中断  • 扩展IOPS，同时减少延迟  扩展容量  • Scale  Deep  • 通过添加磁盘架单独扩展容量  • 随容量同步保持性能(更多的闪存缓存)  存储集群  • Scale  Out  • 通过增加存储节点，线性扩展性能和容量  • 自动化负载均衡及冗余链路管理  • 集群中的不同阵列面对同一管理接口  性能  空间扩展  CS200  CS500  CS500/CS700  存储集群  实时分析  VDI  Oracle  SQL  Server  Exchange  SharePoint  Backup,  DR  备份、归档，长期存储  CASL算法第五式：免费集成数据保护功能21✔ 无需备份窗口✔ 即时快速恢复✔ 高效业务连续性数据保护✔ 不影响性能的前提下，降低RTO/RTO到分钟级主站点黄金副本用户数据次站点广域网精简复制技术VMwareHA黄金副本用户数据秘密武器:VM颗粒度的主动式存储监控有问题的VM实时找到出现异常的虚拟机§ 可最快找到对资源使用异常的虚拟机，并将之与其它正常的生产环境隔离，避免对其它应用造成影响可提供VM级的数据统计§ 物理或虚拟存储§ 无需在虚拟机上安排代理§ 将主机，网络和存储的性能数据分离统计虚拟桌面的总体存储成本0%50%100%150%200%250%300%NimbleStorageCompetitionProductionArrayDRArrayStorageDRfeatures2xCostCISCO、  VMware、Nimble  Storage—1000  VDI用户参考架构CISCO、VMware与Nimble  Storage共同发布的《虚拟桌面架构VDI——SmartStack参考架构文档》，支持1000个Microsoft  Windows  7桌面，仅需采用Nimble  Storage  CS200存储系统一台• ­‐nimblestorage-­‐vdi-­‐reference-­‐architecture.html• 该参考环境下，每个桌面按照典型的7到10  IOPS性能设计，而CS200产品仅需要配置12块1TB  7200转NL-­‐SAS磁盘，640GB闪存盘缓存区，仅占用3U机架空间，耗电量仅为500W。• Nimble  Storage  可提供：  ü 每机柜RU空间非常高的虚拟桌面密度  ü 快速资源分配  ü 即使在高峰IO时段，仍能提供极高的系统响应速  ü 降低大规模系统部署风险  ü 线性性能及存储空间扩展能力  Nimble  Storage  CS200  (3RU)  VMware    View  Cisco  UCS    B-­‐Class    Blade  Servers  CISCOUCS6248UP1234567891011121314151617181920212223242526272829303132STATIDCISCOUCS6248UP1234567891011121314151617181920212223242526272829303132STATIDCS220G-­‐X2SLOT1SLOT5SLOT3SLOT7SLOT2SLOT6SLOT4SLOT8!UCS  5108OKFAILOKFAILOKFAILOKFAIL!ResetConsoleUCSB230M1/M2!2!1A03-D0100SSD-LH100GBSSDSATAA03-D0100SSD-LH100GBSSDSATA!ResetConsoleUCSB230M1/M2!2!1A03-D0100SSD-LH100GBSSDSATAA03-D0100SSD-LH100GBSSDSATA!ResetConsoleUCSB230M1/M2!2!1A03-D0100SSD-LH100GBSSDSATAA03-D0100SSD-LH100GBSSDSATA!ResetConsoleUCSB230M1/M2!2!1A03-D0100SSD-LH100GBSSDSATAA03-D0100SSD-LH100GBSSDSATA!ResetConsoleUCSB230M1/M2!2!1A03-D0100SSD-LH100GBSSDSATAA03-D0100SSD-LH100GBSSDSATAVDI  Cluster  (B230  M2)!ResetConsoleUCSB230M1/M2!2!1A03-D0100SSD-LH100GBSSDSATAA03-D0100SSD-LH100GBSSDSATA!ResetConsoleUCSB230M1/M2!2!1A03-D0100SSD-LH100G