„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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