„Noisy Neighbor“-Effekt: Stör­ge­räu­sche beim Shared- und Cloud-Hosting

Laute Fern­seh­ge­räu­sche, brüllende Musik, tobende Kinder, aus­ufern­de Partys, bellende Hunde oder Wasch­ma­schi­nen­lärm bis tief in die Nacht hinein: Lärm­be­läs­ti­gung durch Nachbarn hat wohl jeder schon einmal am eigenen Leib erfahren dürfen. Treten diese Ru­he­stö­run­gen in besonders heftiger Art und Weise oder gar re­gel­mä­ßig auf, ver­rin­gern sie die Qualität des ge­mie­te­ten Wohnraums enorm. Das Problem lärmender Nachbarn, die negativen Einfluss auf die ge­mie­te­ten Res­sour­cen nehmen, tritt jedoch nicht nur in den eigenen vier Wänden auf. Auch im vir­tu­el­len Ser­ver­um­feld ist das Phänomen ver­brei­tet. Es wird dort als „Noisy Neighbor“-Problem (dt. „laute Nachbarn“) be­zeich­net.

Bei der Wahl des eigenen Domizils haben Sie generell zwei Optionen: Entweder Sie kaufen bzw. mieten ein eigenes Haus oder Sie ent­schei­den sich für eine Wohnung in einer Mehr­par­tei­en­an­la­ge. Während Sie Ihre Nachbarn in ersterem Fall für ge­wöhn­lich nur bei der privaten Un­ter­hal­tung am Gar­ten­zaun wahr­neh­men, bekommen Sie deren An­we­sen­heit in einem Mehr­fa­mi­li­en­haus er­fah­rungs­ge­mäß we­sent­lich häufiger und deut­li­cher zu spüren. Im Gegenzug ist ein Eigenheim mit we­sent­lich höheren Kosten und einem gewissen Ver­wal­tungs­auf­wand verbunden, während beide Punkte bei einer Wohnung stan­dard­mä­ßig deutlich geringer ausfallen.

Bei der Suche nach dem ge­eig­ne­ten Zuhause für Ihr Web­pro­jekt oder für die IT-In­fra­struk­tur Ihres Un­ter­neh­mens sieht die Situation ähnlich aus: Ein eigener phy­si­scher Server (selbst oder bei einem Anbieter gehostet), der die not­wen­di­gen Software- und Hardware-An­for­de­run­gen erfüllt, ist zwar die an­spruchs­vol­le­re Lösung, dafür liegen die Res­sour­cen und deren Ver­wal­tung zu 100 Prozent in Ihrer Hand. Wenn Sie auf vir­tua­li­sier­te Res­sour­cen zu­rück­grei­fen und sich die Basis für Ihr Projekt mit anderen teilen, kann es hingegen passieren, dass Ihre Leis­tungs­fä­hig­keit kurz­zei­tig ein­ge­schränkt wird.

Die Ursache hierfür ist in der Regel eine Über­be­an­spru­chung der Res­sour­cen durch einen Mitmieter, weshalb das Problem den Namen „Noisy Neighbor“-Effekt erhalten hat. Heute kann man das Phänomen der leis­tungs­be­ein­träch­ti­gen­den „Nachbar“-Instanzen unter anderem beim flexiblen Cloud-Computing be­ob­ach­ten, das auf der so­ge­nann­ten Multi-Tenancy- bzw. Multi-Instanz-Ar­chi­tek­tur aufbaut (ins­be­son­de­re Public Clouds).

Den „Noisy Neighbor“-Effekt gibt es al­ler­dings nicht erst seit der Erfindung der Cloud, sondern ebenso lange wie die Mög­lich­keit der Res­sour­cen­tei­lung. Bereits beim tra­di­tio­nel­len Shared Hosting hatten Hosting-Anbieter und ihre Kunden nämlich mit dem Problem zu kämpfen. Be­an­spruch­te ein Teil­neh­mer bewusst oder unbewusst mehr Res­sour­cen für sich als ihm ei­gent­lich zustanden, bedeutete dies für min­des­tens einen der anderen Mieter eine Ein­schrän­kung – ins­be­son­de­re Ar­beits­spei­cher erwies sich dabei immer wieder als allzu knappes Gut.

Heut­zu­ta­ge ver­mit­teln moderne Hy­per­vi­so­ren die zu­grund­lie­gen­den phy­si­schen Hard­ware­res­sour­cen jedoch so effizient an die von ihnen ver­wal­te­ten vir­tu­el­len Maschinen, sodass es nur noch in Aus­nah­me­fäl­len für den einzelnen Mieter zu Leis­tungs­ein­bu­ßen durch den „Noisy-Neighbor“-Effekt kommt.

 Die modernen Cloud-Lösungen wiederum, deren größter Vorzug ihre sehr flexible Ska­lier­bar­keit ist,  haben ihr  ganz eigenes „Noisy Neighbor“-Problem: Obwohl sich die Spei­cher­tech­no­lo­gien in der Ver­gan­gen­heit hin­sicht­lich  Kapazität und Zu­griffs­zei­ten stark ver­bes­sert haben, sind die An­for­de­run­gen an Speicher im Cloud-Umfeld ex­po­nen­ti­ell stärker gewachsen. Sind mehrere Nutzer-Instanzen in einer Cloud-Lösung verbunden und belasten eine oder mehrere virtuelle Maschinen den phy­si­schen Ser­ver­spei­cher mit zu hohen Input-/Output-Werten, kann dies für einige Teil­neh­mer zu Be­ein­träch­ti­gun­gen der Spei­cher­leis­tung führen. Zwar gehören SSDs heut­zu­ta­ge noch nicht bei jedem Cloud-Anbieter zum Stan­dard­re­per­toire, diese können dem Effekt jedoch positiv ent­ge­gen­wir­ken. Außerdem kann der „Noisy Neighbor“-Effekt beim Cloud-Computing aus dem Zu­sam­men­spiel des Hy­per­vi­sors und den Pro­zes­so­ren re­sul­tie­ren.  . Während der Hy­per­vi­sor nämlich keinen Zugriff auf den lokalen Speicher sowie den Cache der Pro­zes­so­ren hat, haben diese wiederum nicht viele In­for­ma­tio­nen darüber, was jenseits der Ver­mitt­lungs­schicht passiert. Welche Daten dabei zwi­schen­ge­spei­chert werden, bestimmen die im Prozessor fest­ge­leg­ten Caching-Al­go­rith­men. Darüber hinaus weisen moderne Multi-Core-Pro­zes­so­ren gerne auch einzelnen vir­tu­el­len Maschinen den L3-Cache zu, der den Da­ten­aus­tausch zwischen den Kernen be­schleu­nigt. Das hat zur Folge, dass die Aus­füh­rung von Ope­ra­tio­nen für alle übrigen Maschinen, die ebenfalls auf den ent­spre­chen­den Prozessor zu­rück­grei­fen, mehr Zeit in Anspruch nimmt.

Um das „Noisy Neighbor“-Problem ein­zu­däm­men und die Per­for­mance aller ge­hos­te­ten Projekte dauerhaft zu op­ti­mie­ren, sind einige Cloud-Anbieter auf eine All-Flash-Storage-In­fra­struk­tur um­ge­stie­gen. Dieses Spei­cher­kon­zept zeichnet sich dadurch aus, dass die tra­di­tio­nel­len HDDs (Hard Disk Drives) voll­stän­dig durch die leis­tungs­stär­ke­ren, aber auch teureren SSDs (Solid State Drives) aus­ge­tauscht werden. Doch auch die modernen Flash-Spei­cher­me­di­en können den „Noisy Neighbor“-Effekt trotz ihrer höheren Input-/Output-Rate nicht voll­kom­men ver­hin­dern. Daher haben sich so­ge­nann­te All-Flash-Arrays – Da­ten­bank­spei­cher­sys­te­me, die mehrere Flash-Spei­cher­lauf­wer­ke enthalten – bei der Umsetzung der Storage-Struktur ohne HDDs bewährt. Diese Arrays haben ein ein­ge­bau­tes Spei­cher­kon­tin­gent für den In- und Output von Daten, das sich über eine in­di­vi­du­ell an­pass­ba­re An­wen­dungs­schicht verwalten lässt. So kann der Cloud-Anbieter oder der Betreiber einer eigenen Cloud den Da­ten­trans­fer der ver­schie­de­nen vir­tu­el­len Maschinen über­wa­chen und ko­or­di­nie­ren.

Wenn die Ent­wick­lung Ihres Projekts nur schwer ein­schätz­bar ist, sollten Sie sich unbedingt im Vorhinein über die Upgrade- und Downgrade-Mög­lich­kei­ten der ge­mie­te­ten Res­sour­cen in­for­mie­ren. An­dern­falls bezahlen Sie schnell Speicher- und CPU-Leistung, die Sie ei­gent­lich gar nicht benötigen – oder werden gar selbst zum „Noisy Neighbor“, der anderen Cloud-Bewohnern mit seinem Daten-„Lärm“ auf die Nerven geht.

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