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Dell EMC HPC NFS-Speicherlösung – Hochverfügbarkeitskonfiguration (NSS7.4-HA)

Zusammenfassung: In diesem Blog wird die Dell EMC HPC-NFS-Speicherlösung Version 7.4 (NSS7.4-HA) beschrieben, die die zweiten Generation der skalierbaren Prozessoren von Intel Xeon mit dem Codenamen "Cascade Lake" nutzt. ...

Dieser Artikel gilt für Dieser Artikel gilt nicht für Dieser Artikel ist nicht an ein bestimmtes Produkt gebunden. In diesem Artikel werden nicht alle Produktversionen aufgeführt.

Symptome

Artikel geschrieben von Nirmala Sundararajan und Mario Gallegos vom Dell EMC HPC and AI Innovation Lab im Juni 2019

Ursache

Lösung


Lösungsübersicht

In diesem Blog wird die Dell EMC HPC-NFS-Speicherlösung Version 7.4 (NSS7.4-HA) beschrieben, die die zweiten Generation der skalierbaren Prozessoren von Intel Xeon mit dem Codenamen "Cascade Lake" nutzt.  Diese verbesserten Xeon-Prozessoren verfügen über bis zu 28 Kerne, bis zu 38,5 MB Last-Level-Cache und sechs 2933 MT/s-Arbeitsspeicherkanäle pro Sockel.  Die wichtigsten Funktionen von Cascade Lake-Prozessoren sind die integrierten Hardware-Abschwächungen vor Seitenkanal Angriffen, die Intel DL Boost (VNNI) und die Unterstützung für höhere Taktraten und Speichergeschwindigkeiten.

Cascade Lake und seine Vorgänger Skylake beinhalten eine Funktion namens ADDDC (adaptive dDoppel dRAM deräte Correction). ADDDC wird zur Laufzeit bereitgestellt, um fehlerhafte DRAM-Geräte dynamisch zu kartieren und gleichzeitig Single Device Data Correction (SDDC, Einzelgeräte-Datenkorrektur) und ECC-Arbeitsspeicher (Error-correcting Code) bereitzustellen und so die Lebensdauer von DIMMs zu erhöhen. Diese Funktion ist nur für x4-DRAM-Geräte aktiviert und hat keine Funktion, wenn im System x8-DRAM-Geräte vorhanden sind. Da die neueste NSS-HA-Version 7.4 nur den 16-GB-Arbeitsspeicher verwendet, der in x8 organisiert ist, ist ADDDC grau unterlegt und keine einstellbare Option im BIOS. Wenn Sie jedoch einen 32-GB-Speicher (X4) verwenden, wird ADDDC als einstellbare Option zur Verfügung stehen, und es wird empfohlen, auf Disabled (deaktiviert) festzulegen, um die Leistung über die RAS Funktionen zu verbessern.

Es wird empfohlen, die NFS-Server mit dem HPC Profil zu konfigurieren, wie im Blog "BIOS-Charakterisierung für Intel Cascade Lake-Prozessoren" beschrieben. dazu gehört auch das Tuning des BIOS zum Einstellen von Sub-NUMA-Clustern aktiviert, logischer Prozessor deaktiviert und Systemprofil auf "Leistung" eingestellt. Wenn Sie ein vorhandenes System aktualisieren, stellen Sie sicher, dass das BIOS zunächst auf eine Version aktualisiert wird, die Cascade Lake-CPUs unterstützt, bevor die CPUs auf Cascade Lake-Prozessoren aktualisiert werden. Das HPC-Techniker-Team im HPC and AI Innovation Lab hat eine Reihe von Benchmarktests mit NSS-Servern durchgeführt, die mit Cascade Lake-Prozessoren ausgestattet sind, und die Ergebnisse mit denen verglichen, die zuvor von der Lösung NSS7.3-HA gewonnen wurden, die die neueste Version von PowerEdge-Servern verwenden, die mit den Prozessoren der Xeon-Reihe der Vorgängergeneration "Skylake-SP" ausgestattet sind. Die Benchmark-Ergebnisse und der Vergleich werden in diesem Blog dargestellt.

Die NFS Speicherlösung, die von Dell EMC bereitgestellt wird, ist optimiert und optimiert für eine optimale Performance.  Bei der Einrichtung der Lösung NSS7.4-HA sind folgende Punkte zu beachten:
  1. Das niedrigste unterstützte Betriebssystem für die Verwendung von Cascade Lake-Prozessoren ist Red Hat Enterprise Linux 7.6. Mit der Kernel-Version 3.10.0-957.el7 hängt die NFS-Freigabe jedoch von einer Aufgabe ab, z. B. kworker, die 100 % der CPU beansprucht. Die Ursache des Problems liegt darin begründet, dass die TCP-Schicht mit dem Transportstatus der sunrpc-Schicht nicht mehr synchron ist. Dieses Problem wurde mit dem Paket kernel-3.10.0-957.5.1.el7 oder höher behoben. Das grundlegende Betriebssystem, das für diese Lösung verwendet wird, ist RHEL 7.6, und die verwendete Kernel-Version ist kernel-3.10.0-957.5.1.el7. Weitere Informationen finden Sie unter https://access.redhat.com/solutions/3742871.
  2. Für die NSS7.4-HA-Lösung kann die Ressource "nfsserver" nicht gestartet werden, es sei denn, die folgenden Pakete sind installiert, da "nfs-idmapd.service" nicht gestartet werden kann. Weitere Informationen finden Sie unter https://access.redhat.com/solutions/3746891.
    • resource-agents-4.1.1-12.el7_6.4
    • resource-agents-aliyun-4.1.1-12.el7_6.4
    • resource-agents-gcp-4.1.1-12.el7_6.4 oder höher.
  3. In den Versionshinweisen von RHEL 7.6 wird darauf hingewiesen, dass ein Fehler in der E/A-Schicht von LVM zu Datenbeschädigungen in den ersten 128 KB des Speicherplatzes eines physischen Volumes führt.  Das Problem wurde mit lvm2-2.02.180-10.el7_6.2 oder höher behoben.  Stellen Sie daher sicher, dass das lvm2-Paket auf die neueste Version aktualisiert wird. Wenn die Aktualisierung von lvm2 nicht möglich ist, kann das Problem umgangen werden, indem Sie keine LVM-Befehle verwenden, die VG-Metadaten (Volume-Gruppe) wie lvcreate oder lvextend ändern, während die logischen Volumes in der VG verwendet werden.



NSS7.4-HA-Architektur

Abbildung 1 zeigt das Design von NSS7.4-HA. Mit Ausnahme der erforderlichen Software- und Firmware-Updates verwenden NSS7.4-HA und NSS7.3-HA die gleiche HA-Cluster-Konfiguration und Speicherkonfiguration. Das Paar der NFS-Server in der Aktiv-Passiv-Konfiguration mit hoher Verfügbarkeit ist mit dem PowerVault ME4084 verbunden. Jeder NFS-Server verfügt über zwei SAS-Karten. Jede Karte verfügt über ein SAS-Kabel für jeden Controller im gemeinsam genutzten Speicher, sodass der Ausfall einer einzelnen SAS-Karte oder eines SAS-Kabels die Datenverfügbarkeit nicht beeinträchtigt. (Weitere Informationen zur Konfiguration finden Sie in dem Whitepaper zu NSS7.3-HA.) NSS7.4-HA-Architektur
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Vergleich der Komponenten von NSS7.4-HA und NSS7.3-HA

Obwohl die Dell NSS-HA-Lösungen viele Hardware- und Software-Upgrades seit der ersten NSS-HA-Version erhalten haben, um eine höhere Verfügbarkeit, höhere Leistung und eine größere Speicherkapazität zu bieten, sind die architektonischen Entwurfs- und Bereitstellungsrichtlinien der NSS-HA-Lösungsfamilie unverändert geblieben. Die neueste Version und die frühere Version NSS7.3-HA nutzen das gleiche Speicher-Back-End wie Power Vault ME4084. In der folgenden Tabelle finden Sie einen Vergleich der Komponenten der neuesten Lösung NSS7.4-HA und der vorherigen Lösung NSS7.3-HA.

 
Tabelle 1: Tabelle 1: Vergleich der Komponenten von NSS7.4-HA und NSS7.3-HA 
Lösung Version NSS7.4-HA (June 2019) Version NSS7.3-HA (Oktober 2018)
NFS-Servermodell Zweimal Dell EMC PowerEdge R740
Interne Konnektivität Gigabit-Ethernet mit Dell Networking S3048-ON
Speichersubsystem Dell EMC PowerVault ME4084
84-3,5 "nl SAS Festplatten, bis zu 12 TB.
Unterstützt bis zu 1008TB (RAW-Speicherplatz)
8 LUNs, Linear 8 + 2 RAID 6, Blockgröße 128KiB.
4 globale Ersatz-HDDs
Speicherverbindung SAS-Verbindungen mit 12 Gbit/s
Prozessor Zweimal Intel Xeon Gold 6240 bei 2,6 GHz, 18 Kerne pro Prozessor Zweimal Intel Xeon Gold 6136 bei 3,0 GHz, 12 Kerne pro Prozessor
Speicher Zwölfmal 16GiB 2933 MT/s RDIMMs Zwölfmal 16GiB 2666 MT/s RDIMMs
Betriebssystem Red Hat Enterprise Linux 7.6 Red Hat Enterprise Linux 7.5
Kernel-Version 3.10.0-957.5.1.el7.x86_64 3.10.0-862.el7.x86_64
Red Hat Scalable File System (XFS) v4.5.0-18 v4.5.0-15
Externe Netzwerkkonnektivität Mellanox ConnectX-5 InfiniBand EDR/100 GbE und 10 GbE Mellanox ConnectX-5 InfiniBand EDR und 10 GbE
Für NSS 7.3-ha-Lösungs Blogwurde Mellanox ConnectX-4 IB EDR/100 GbE verwendet.
OFED-Version Mellanox OFED 4.5-1.0.1.0 Mellanox OFED 4.4-1.0.0


Im restlichen Blog werden die Testumgebung und die E/A-Leistungsinformationen von NSS7.4-HA vorgestellt. Um den Leistungsunterschied zwischen NSS7.4-HA und der vorherigen Version zu zeigen, werden auch die entsprechenden Leistungszahlen von NSS7.3-HA vorgestellt.

 



Testumgebungskonfiguration

Die Testumgebung, die zur Bewertung der Leistung und Funktionalität der Lösung NSS7.4-HA verwendet wird, wird hier beschrieben. Beachten Sie, dass die CPUs, die für Leistungstests verwendet werden, sich von den für die Lösung ausgewählten Prozessoren unterscheiden, da die Xeon Gold 6240-CPUs nicht rechtzeitig für diesen Beitrag eingetroffen sind. Der Plan besteht darin, einige der Tests zu wiederholen, sobald die 6240-Prozessoren verfügbar sind, und diesen Bericht bei Bedarf zu ändern.
 
Tabelle 2: NSS 7.4-ha-Hardware Konfiguration 
Serverkonfiguration
NFS-Servermodell Dell PowerEdge R740
Prozessor Zweimal Intel Xeon Gold 6244 CPU bei 3,6 GHz mit jeweils acht Kernen
Speicher Zwölfmal 16GiB 2933 MT/s RDIMMs
Lokale Festplatten und RAID-Controller PERC H730P mit fünf 300-GB-SAS-Festplatten mit 15.000 U/min. Zwei Laufwerke werden als RAID1 für das Betriebssystem konfiguriert, zwei Laufwerke sind als RAID0 für Auslagerungsspeicher konfiguriert und das fünfte Laufwerk ist ein Hot-Spare für die RAID1-Datenträgergruppe.
Mellanox EDR-Karte (Steckplatz 8) Mellanox ConnectX-5 EDR-Karte
1GbE-Ethernet-Karte (Tochterkartensteckplatz) Broadcom 5720 QP 1-Gigabit-Ethernet-Netzwerk-Tochterkarte oder Intel(R) Gigabit 4P I350-t rNDC
Externer Storage-Controller (Steckplatz 1 und Steckplatz 2) Zwei Dell 12Gbit/s-SAS-HBAs
Systemverwaltung iDRAC9 Enterprise
Speicherkonfiguration
Speichergehäuse Ein Dell PowerVault ME4084-Gehäuse
RAID-Controller Duplex-RAID-Controller im Dell ME4084
Festplatten 84 – 10 TB 7,2k NL SAS-Laufwerke pro Array, 84-mal 10-TB-Festplatten insgesamt
Sonstige Komponenten
Privater Gigabit-Ethernet-Switch Dell Netzwerke S3048-ON
Netzverteiler Zwei APC Switched Rack-Netzverteiler, Modell AP7921B


Tabelle 3: NSS 7.4-ha-Server-Software Versionen 
Komponente Beschreibung
Betriebssystem Red Hat Enterprise Linux (RHEL) 7.6 x86_64 errata
Kernel-Version 3.10.0-957.5.1.el7.x86_64
Cluster Suite Red Hat Cluster Suite von RHEL 7.6
Dateisystem Red Hat Scalable File System (XFS) 4.5.0-18
Systemverwaltungstool Dell OpenManage Server Administrator 9.3.0-3407_A00
  

Tabelle 4: NSS 7.4-ha-Client Konfiguration 
Komponente Beschreibung
Server 32 Dell EMC PowerEdge C6420 Serverknoten
CPU 2 Intel Xeon Gold 6148 CPU bei 2,40 GHz mit 20 Kernen pro Prozessor
Speicher Zwölfmal 16GiB 2666 MT/s RDIMMs
Betriebssystem Red Hat Enterprise Linux Server Version 7.6
Kernel-Version 3.10.0-957.el7.x86_64
 Interconnect Mellanox InfiniBand EDR
OFED-Version 4.3-1.0.1.0
ConnectX-4 Firmware 12.17.2052
 


Zusammenfassung der E/A-Leistung des NSS7.4-HA

In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse der E/A-Leistungstests für die aktuelle NSS7.4-Lösung vorgestellt. Alle Leistungstests wurden in einem Szenario ohne Ausfälle durchgeführt, um die maximale Leistungsfähigkeit der Lösung zu messen. Die Tests konzentrierten sich auf drei Arten von E/A-Mustern: große sequenzielle Lese- und Schreibvorgänge, kleine zufällige Lese- und Schreibvorgänge und drei Metadaten-Operationen (file create, stat und remove). Wie die vorherige Version NSS 7.3-ha verwendet die Lösung den Deadline-I/O-Scheduler und 256-NFS-Daemons.

Eine 840TB-Konfiguration (RAW-Speichergröße) wurde mit der IPoIB-Netzwerkverbindung über EDR benchmarkiert. Ein 32-Knoten-Datenverarbeitungscluster wurde verwendet, um die Rechenlast für die Benchmarktests zu generieren. Jeder Test wurde über eine Reihe von Clients durchgeführt, um die Skalierbarkeit der Lösung zu testen.

Die IOzone-und mdtest-Benchmarks wurden in dieser Studie verwendet. IOzone wurde für sequenzielle und zufällige Tests verwendet. Für sequenzielle Tests wurde eine Anfragegröße von 1024 KiB verwendet. Die Gesamtmenge der übertragenen Daten betrug 2 TB, um sicherzustellen, dass der NFS-Server-Cache ausgelastet war. Bei Zufallstests wurde eine Anfragegröße von 4 KiB verwendet und jeder Client hat eine 4 GiB-Datei gelesen und geschrieben. Metadaten-Tests wurden unter Verwendung des Benchmarktests mdtest mit openmpi und den integrierten Operationen file create, stat und remove durchgeführt. Weitere Informationen finden Sie in Anhang A des Whitepapers zu NSS7.3-HA zu den gesamten in den Tests verwendeten Befehlen.

 

IPoIB – sequenzielle Schreib- und Lesevorgänge N-N

Zur Auswertung sequenzieller Lese- und Schreibvorgänge wurde der Benchmarktest IOzone, Version 3.487, im sequenziellen Lese- und Schreibmodus verwendet. Diese Tests wurden mit verschiedenen Threadanzahlen durchgeführt, beginnend mit einem Thread und Erhöhungen um die Potenzen von 2, bis zu 64 Threads. Bei jeder Threadanzahl wurde eine entsprechende Anzahl von Dateien generiert, da dieser Test auf eine Datei pro Thread oder den N-N-Fall ausgelegt ist. Eine aggregierte Dateigröße von 2 TB wurde ausgewählt, die gleichmäßig auf die Anzahl der Threads innerhalb eines bestimmten Tests aufgeteilt ist.

Abbildung 2 zeigt einen Vergleich der sequenziellen e/a-Performance von NSS 7.4-ha-Version mit der NSS Version 7.3-ha. Anhand der Abbildung wird festgestellt, dass die neueste Version NSS7.4 und die vorherige Version NSS7.3 ähnliche Spitzenleistung aufweisen, bei Lesevorgängen von ca. 7 Gbit/s und einer Spitzenschreibleistung von ca. 5 Gbit/s. Bei einigen Threadanzahlen wurde jedoch eine Verringerung der Schreibleistung um 15 – 20 % im Vergleich zur Lösung NSS7.3-HA festgestellt. Die Untersuchung dieser Leistungsunterschiede erfolgt derzeit. Die Leseleistung verzeichnete eine Steigerung von fast 45 % bei einer Threadanzahl von 1 und 2 und eine Zunahme von 18 % bei einer Threadanzahl von 8. Bei einer Threadanzahl von mehr als 8 ist die Leseleistung ähnlich wie bei der Lösung NSS7.3-HA. Die Zunahme der Leseleistung bei einer geringeren Anzahl von Threads ist wahrscheinlich auf die Hardwaremaßnahmen zurückzuführen, der auf den Cascade Lake-Prozessoren gegen Seitenkanalangriffe vorhanden sind. IPoIB – große sequenzielle E/A-Leistung

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IPoIB – zufällige Schreib-und Lesevorgänge N-N

Um die zufällige E/A-Leistung zu evaluieren, wurde IOzone Version 3.487 im Random-Modus verwendet. Die Tests wurden für Threadanzahlen von 1 bis 64 in Potenzen von 2 durchgeführt. Die Datensatzgröße wurde auf 4 KB festgelegt. Jeder Client hat eine 4 GiB-Datei gelesen oder geschrieben, um kleine zufällige Datenzugriffe zu simulieren.  Da das Cluster nur 32-Nodes hat, wurde der 64-Thread-Datenpunkt mit 32-Clients abgerufen, die jeweils 2 Threads ausführen.

Abbildung 3 zeigt den Vergleich der zufälligen Schreib-und Lese-I/O-Performance von NSS 7.4-ha mit der NSS 7.3-ha. Aus der Abbildung lässt sich erkennen, dass NSS7.4 eine ähnliche zufällige Schreibspitzenleistung wie NSS7.3-HA von ca. 7300 IOPS hat.  Bei der Lösung NSS7.4-HA ist die Schreibleistung für die niedrigere Threadanzahl von 1 und 2 im Vergleich zur vorherigen Version der Lösung um etwa 14 % geringer. Die Ursachen werden derzeit untersucht.  Die zufällige Leseleistung steigt bei NSS7.4 kontinuierlich an und erreicht ihre Spitzenleistung von 16607 IOPS bei 64 Threads. In der vorherigen Version NSS7.3-HA wurde die Spitzenleistung von 28811 IOPS bei 32 Threads erreicht, das ist 42 % höher als die Spitzenleistung bei zufälligen Lesevorgängen in der Lösung NSS7.4-HA. IPoIB – zufällige E/A-Leistung

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IPoIB – Metadaten-Operationen

Um die Metadaten-Leistung des Systems zu evaluieren, wurde das MDTest Tool Version 1.9.3 verwendet. Die verwendete MPI-Distribution war OpenMPI Version 1.10.7.  Die Metadaten-Tests wurden durchgeführt, indem 960000-Dateien für eine Threadanzahl von bis zu 32 erstellt und anschließend die Anzahl der Dateien erhöht wurde, um die Skalierbarkeit der Lösung wie in Tab. 5 dargestellt zu testen. Metadatenprüfung: Verteilung von Dateien und Verzeichnissen über Threads hinweg 
Anzahl der Threads Anzahl der Dateien pro Verzeichnis Anzahl der Verzeichnisse pro Thread Gesamtzahl der Dateien
1 3000 320 960000
2 3000 160 960000
4 3000 80 960000
8 3000 40. 960000
16 3000 20 960000
32 3000 10 960000
64. 3000 8 1536000
128 3000 4 1436000
256 3000 4 3072000
512 3000 4 6144000


Abbildung 4, Abbildung 5 und Abbildung 6 zeigen jeweils die Ergebnisse der Operationen file create, stat und remove. Da der HPC-Datenverarbeitungscluster über 32 Datenverarbeitungsknoten verfügt, hat jeder Client in den nachfolgenden Diagrammen maximal einen Thread pro Knoten für die Anzahl von bis zu 32 ausgeführt. Für Client-Anzahlen von 64, 128, 256 und 512 wurde für jeden Knoten 2, 4, 8 oder 16 Operationen gleichzeitig durchgeführt.
Bei der Dateierstellung mit file create gibt es eine Verbesserung der Leistung um 20 % bei bis zu 16 Threads. Ab 32 Threads ist die Leistung der beiden Versionen nahezu gleich. 
Stat-Vorgänge in NSS 7.4 registrierten eine Steigerung der Performance von 10% für die niedrigeren Thread-Anzahlen (1, 2, 8 und 16) und einen > die Performance bei höheren Thread-Zähl Werten von 30% (von 64-Threads zu 512-Threads).
Schließlich verzeichneten die Entfernungsvorgänge eine Reduzierung der Performance um 14% auf bis zu 64 Clients und eine > um 20% für höhere Thread-Anzahl von 128.256 und 512.

 
Abbildung 4: IPoIB-Datei Performance erstellen
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Abbildung 5: IPoIB fiel stat
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Performance
Abbildung 6: IPoIB Pfui Leistung entfernen
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Entscheidung

In der folgenden Tabelle sind die Leistungsunterschiede zwischen den neuesten Lösung NSS7.4 und der Lösung NSS7.3 zusammengefasst.  Tabelle 5: Leistungsvergleich der HA-Versionen NSS7.4 und NSS7.3
Dell EMC HPC NFS-Speicher NSS7.4-HA NSS7.4 – HA NSS7.3-HA
Seq. 1MB Schreibspitzen: 1,4% verringert 4.834 MBit/s 4.906 MBit/s
Seq. 1MB Lesevorgänge Peak: 0,7% verringert 7.024 MBit/s 7.073 MBit/s
Random 4 KB Schreibspitzen Wert: 0,7% verringert 7.290 IOps 7.341 IOps
Zufällige 4 KB Lesevorgänge Spitzenwert: 42% verringert 16.607 IOps 28.811 IOps
Erstellen von Vorgängen/zweiter Spitzenwert: 1,1% verringert 54.197 Op/s 54.795 Op/s
Stat Operations/Second Peak: 35% verringert 522.231 Op/s 808.317 Op/s
Entfernen Sie Vorgänge/zweiter Spitzenwert: 35% verringert 47.345 Op/s 73.320 Op/s


Aus den oben genannten Ergebnissen lässt sich schließen, dass die aktuelle Lösung NSS7.4-HA eine vergleichbare Leistung mit der Vorgängerversion der Lösung NSS7.3-HA bietet. Wir planen, die Benchmark-Tests mit Xeon Gold 6240 CPUs mit 18 Kernen pro Prozessor durchzuführen, um zu verstehen, ob die Leistungseinbußen bei zufälligen Lesevorgängen und die Leistungseinbußen bei höheren Threadanzahlen bei den befehlen "file stat" und "file remove" auf die geringere Anzahl von Kernen in den Xeon Gold 6244 CPUs (8 Kerne pro Prozessor) zurückzuführen ist, die für die Leistungsvergleiche der Lösung NSS7.4-HA verwendet wurden.



Referenzen

Detaillierte Informationen zu den NSS-HA-Lösungen finden Sie in unseren veröffentlichten Whitepapers.

 

Betroffene Produkte

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Artikeleigenschaften
Artikelnummer: 000145124
Artikeltyp: Solution
Zuletzt geändert: 28 Feb. 2021
Version:  4
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