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Hybrid Storage-Arrays vs. All-Flash Arrays: Ein bisschen Flash oder richtig viel?

Hybride Arrays oder All-Flash Arrays für die Unterstützung von Workloads? Das ist die Frage, nachdem Solid-state Storage günstiger geworden ist.

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Disk-Arrays

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Die Preise für Solid-state Storage sind gefallen. Aus diesem Grund bieten immer mehr Hersteller All-Flash Arrays...

an. Die Frage ist allerdings, ob All-Flash Arrays wirklich so viel besser als hybride Arrays sind? Hybrid Storage-Arrays bieten einen Mix aus Flash und herkömmlichen Festplatten.

Der Vergleich von Technologie-Systemen basiert in der Regel auf eine „Preis zu Performance“-Analyse. Hier versucht man die Systemunterschiede auf Basis eines Äpfel-mit-Äpfel-Vergleichs zu normalisieren. Im Hinblick auf Storage mussten sich IT-Einkäufer mit der Einführung von Flash (Solid-state Drive, SSD) zwischen Preis und Performance entscheiden. Flash-Storage konnte mit hohen Geschwindigkeiten überzeugen. Allerdings waren die Kosten auf das GByte gerechnet sehr hoch. Auf der anderen Seite gibt es die kostengünstigen Festplatten mit TBytes an Kapazität. Allerdings bieten diese ungefähr nur 75 reine IOPS pro Laufwerk. Haben Sie es mit intensiven Workloads zu tun, wollen Sie Ihre Daten auf den herkömmlichen Festplatten eher nicht liegen haben.

Festplatten haben Vorteile in Bezug auf den Preis pro GByte und bei Flash liegen die Vorzüge in Preis pro IOPS.

Hybrid Storage-Arrays wurden entwickelt, um das Beste aus beiden Welten zu bieten. Spendiert man einem Array eine kleine Schicht Flash, verdoppeln sich unter Umständen die verfügbaren IOPS und die Latenz wird von zehn oder mehr Millisekunden auf drei oder fünf reduziert. Die Flash-Schicht beträgt in der Regel zwischen zwei und fünf Prozent der gesamten Speicherkapazität. Flash an sich ist sehr teuer. Verdoppeln Sie damit allerdings die Performance und das Array kostet nur zehn oder 20 Prozent mehr, bekommen Sie doch recht viel für Ihr Geld.

Eine Latenz zwischen drei und fünf Millisekunden klingt sehr gut. Für eine steigende Anzahl an Applikationen ist diese Schwankung allerdings inakzeptabel. All-Flash Arrays können Lese-Latenzen von unter einer Millisekunde mit einem garantierten QoS (Quality of Service) liefern. Probleme mit Pre-Fetch (im Voraus auf Objekte zugreifen) gibt es bei Flash nicht. Das gilt auch für Schwankungen zwischen einem gecachten Lesen und einer Suche, weil bei Flash alle diese I/Os im Endeffekte Cache-Lesezugriffe sind. Um das ins rechte Licht zu rücken, ist eine Verbesserung von zehn auf fünf Millisekunden und dann auf 0,5 ms ein 20-facher Performance-Gewinn gegenüber herkömmlichen Festplatten. Außerdem ist der Preisunterschied zwischen Festplatten und Flash deutlich geschrumpft. Dennoch haben viele Unternehmen immer noch nicht das notwendige Budget, hunderte von TByte an Flash-Storage einzusetzen. Ergibt der Einsatz von Flash für ein Unternehmen Sinn und lässt sich auch rechtfertigen, sollten Sie die Knackpunkte zwischen hybriden und All-Flash Arrays kennen. Damit ist es für Manager einfacher, die richtige Entscheidung zu treffen.

Preis und Performance: Hybrid Storage-Arrays gegen All-Flash Arrays

Die Relation von Preis zu Performance ist einer der hauptsächlichen Entscheidungs-Gründe beim Storage-Kauf. Deswegen widmen wir uns zunächst diesen beiden Bereichen. Sieht man auf die Kosten, ist es eine Binsenweisheit in der Branche, dass bei konventionellen HDD-Arrays der Preis ungefähr 20 Prozent der gesamten Betriebskosten innerhalb von drei Jahren ausmacht. Auf All-Flash Storage-Arrays trifft dies nicht zu. Der Anschaffungs-Preis ist höher, dafür sind die Betriebskosten geringer. Der Hersteller von All-Flash Arrays Nimbus Data gibt an, dass seine Geräte lediglich acht Watt pro TByte brauchen. Festplatten-Arrays benötigen hingegen bis zu 80 Watt pro TByte. Weiterhin rät Nimbus seinen Kunden, dass Sie in einem Rack 90 Prozent des verfügbaren Platzes verwenden können, ohne dass die Performance darunter leidet. Somit brauchen Sie potenziell weniger Platz im Data Center, haben geringeren Kühlaufwand und benötigen weniger Strom pro TByte. High-Density SATA-Festplatten stellen hoher GByte-Dichten zur Verfügung. Allerdings können diese nicht mal annähernd die benötigten IOPS liefern. Somit folgt Flash der absteigende Kurve von Cache-Speicher und ein Vergleich der Gesamtbetriebskosten (TCO / Total Cost of Ownership) zwischen All-Flash Arrays und der hybriden Storage-Verwandtschaft ist mehr als angebracht.

Hewlett-Packard (HP) bietet in Sachen Kosten-Metriken eine andere Perspektive an: Euro pro Transaktion. Diese Metrik spiegelt die tatsächlichen Business-Kosten wider. Euro pro GByte oder Euro pro IOPS reflektieren lediglich den Anschaffungs-Preis. Euro pro Transaktion ist unabhängig vom Medien-Typ, wodurch ein neutraler Vergleich zwischen den Technologien möglich ist. Workloads mit hohen Transaktionen sind auf All-Flash Arrays womöglich mit weniger Euro pro Transaktion bemessen. In Umgebungen mit weniger Transaktionen sind wahrscheinlich hybride Storage-Arrays mit weniger Euro pro Transaktion festgesetzt. In beiden Fällen lässt sich das Resultat allerdings definitiv berechnen.

Möglicherweise wird das als „weiche“ Kosten angesehen, aber IT-Manager sollten den Faktor der Nutzererfahrung einkalkulieren. Dabei ist es weniger relevant, ob es nun gerechtfertigt ist oder nicht. Finden Anwender eine Applikation zu langsam, haben sie mit hoher Wahrscheinlichkeit einen schlechteren Eindruck von der IT-Abteilung oder dem jeweiligen Provider. Es ist ein bisschen als würden Flugpassagiere ein Haar im Essen an Bord finden und deswegen die Qualität der Turbinen-Wartung hinterfragen. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich sinnvoll, ein paar Euro mehr auszugeben, um damit die Sichtweise der Anwender in Bezug auf die Qualität positiv zu beeinflussen. Das gilt im Speziellen im Zeitalter des IT-Outsourcings.

Deduplizierung und Komprimierung gehört zur Grundausstattung von fast allen Storage-Systemen. Diese Komponenten benutzen die Anbieter gerne, um einen Euro-pro-GByte-Vergleich anzustellen, der natürlich wesentlich freundlicher aussieht, als würde man nur die reine Kapazität ausweisen. An dieser Stelle ist eine Warnung angebracht. Deduplizierung und SIS (Single-instance Storage) werden immer häufiger im Betriebssystem und auf Applikations-Ebenen eingesetzt. Zum Beispiel ist das bei VMware und SIS-Produkten für Exchange so. Deduplizierung und Komprimierung lassen sich allerdings nicht doppelt auf dieselben Daten anwenden. Somit müssen Storage-Manager möglicherweise mit weniger Reduzierung rechnen als Sie sich versprochen haben, da Deduplizierung immer gegenwärtiger wird.

In Bezug auf kommerzielle Computing-Applikationen hat sich bis vor kurzer Zeit bei der Storage-Performance alles um IOPS gedreht. Das war möglicherweise der Fall, weil Storage-Arrays anlagebedingt keinen spezifischen QoS garantieren konnten. All-Flash Arrays bringen hier Veränderung ins Spiel. SolidFire preist seine Flash Arrays voll und ganz als Storage-QoS-Lieferanten an. Bei SolidFire können Sie ein Provisioning von IOPS Volumen-basiert realisieren und dabei Parameter für Minimum, Maximum und Burst (für kurzfristige Spitzen) setzen. Mithilfe dieser Drosselungs-Option und den dynamischen Einstell-Möglichkeiten können Storage-Manager auf einen zusätzlichen Mechanismus zugreifen, um Performance genau an die Stellen auszuliefern, an denen sie gebraucht wird. SolidFire behauptet außerdem, dass garantiertes QoS das Problem mit dem „lästigen Nachbarn“ beseitigt. In einem hybriden Array streiten sich möglicherweise Applikationen für Datenzugriffe um den Flash-Bereich im Storage. Das führt zu einem überlasteten Flash und die Performance für alle Applikationen ist suboptimal. Weisen Sie jeder speziellen Applikation gewisse IOPS zu, erledigt sich dieses Problem.

Die Top 5 Gründe, warum Sie ein hybrides oder eine All-Flash Array wählen sollten

Hybrid Array

  • Schwer einschätzbare Workload-Charakteristiken
  • Kosten-optimiertes Storage ist die Priorität
  • Variable Latenzen sind kein Problem
  • Die Umgebung entwickelt sich aus etablierten Arrays
  • Das Budget erlaubt keine Implementierung von All-Flash Arrays, Sie benötigen aber dennoch mehr Performance

All-Flash Array

  • Sie brauchen Latenzen von unter einer Millisekunde
  • Sie benötigen einen garantierten Quality of Service
  • Performance-optimiertes Storage ist die Priorität
  • Die Anforderungen an die Flash-Kapazität übersteigt die Flash-Tier-Maxima
  • Konsolidierung von hoch-performanten und vereinzelt eingesetzten Festplatten, um die Gesamtbetriebskosten (TCO) zu senken

Entweder oder beide?

Etablierte Anbieter haben ihre herkömmlichen HDD-Produkte mit Flash-Technologie erweitert. Oftmals finden hier hybride Geräte oder All-Flash-Einheiten Einsatz. IBM, EMC, NetApp und HP bieten jeweils alle Optionen in ihrem Portfolio an. Allerdings gibt es hinsichtlich der Implementierungen wichtige Unterschiede.

IBM hat seine SVC-Virtualisierungs-Möglichkeit (SAN Volume Controller) erweitert, um die All-Flash-Geräte wie zum Beispiel die FlashSystem-Familie oder hybride Arrays im XIV Storage System, Storewize und der DS-Produktlinie je nach Einsatzzweck managen zu können. Weil sich alle Geräte mithilfe von SVC verwalten lassen, hat IBM das hybride Konzept nicht nur im Hinblick auf Arrays erweitert, sondern im gesamten Enterprise-Storage-Ökosystem. Das Ziel ist optimale Flexibilität in Bezug auf den Einsatz beider Kombinationen an Medien. Das gilt auch für Kombinationen von Arrays im Hinblick auf Skalierbarkeit und Performance, wo man das entsprechend benötigt.

EMCs VMAX kann hybride und All-Flash-Systeme in einem einzigen Ökosystem virtualisieren. Die Produkte VMAX, VNX, VNXe und Isilon lassen sich auch entweder als hybride oder All-Flash Arrays konfigurieren. Deswegen können Administratoren an jedem Punkt einsteigen und die Lösungen im Laufe der Zeit den Anforderungen entsprechend anpassen. Zusätzlich hat die Firma XtremIO Arrays im Portfolio. Hierbei handelt es sich um eine reine All-Flash-Lösung. Weil EMC die hybriden und All-Flash-Angebote nicht unbedingt separieren muss, ist der Blick auf den Markt mehr horizontal gerichtet. Man bietet herkömmliche HDD-Arrays für den kleineren Geldbeutel an, hybride Konfigurationen für verbesserte Performance und All-Flash für Situationen, bei denen garantierter QoS angefordert ist. Welche Produkt-Reihe empfohlen ist, hängt wiederum von den RAS-Anforderungen (Reliability, Availability and Serviceability oder Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Verwaltbarkeit) ab. Kunden, die eine Verfügbarkeit von nahezu 100 Prozent brauchen, wählen VMAX. Das ist in diesem Fall unabhängig von hybridem oder All-Flash Provisioning.

Ähnlich sieht es bei HPs 3PAR aus. Auch hier bietet man die gesamte Bandbreite von HDD- über hybride bis All-Flash-Konfigurationen an. Allerdings gibt es an dieser Stelle einen interessanten Fakt. HP stellt sowohl Single-Level Cell als auch Multi-Level Cell Flash in den gleichen Arrays zur Verfügung. Das Unternehmen empfiehlt, die Caching-Ebene für das Schreiben und die Flash-Schicht für das Lesen zu verwenden. Das Ganze baut auf die Software Adaptive Optimization auf, mit der sich so genanntes Sub-LUN-Tiering aktivieren lässt. Das Betriebssystem von 3PAR verfügt über einen eingebauten geclusterten Datenträger-Manager und eine virtuellen Arbeitsspeicher-Implementierung, die nahtlos alle Medien-Typen virtualisiert. Dazu gehören auch neue Speicher-Medien.

NetApp bietet Flash in seinem gesamten Portfolio aus FAS, V-Series und E-Series Arrays an. Das EF540 ist ein All-Flash-System. NetApp empfiehlt in der Regel Flash Pools in seinen Arrays. Dabei ist Flash mit einem oder zwei Prozent der gesamten Kapazität bemessen. Das Unternehmen behauptet, dass typische Workloads wie zum Beispiel E-Mail, Web-Server, Applikations-Entwicklung und Coolaboration am besten in hybriden Konfigurationen aufgehoben sind. Bei diesen Anwendungs-Fällen brauchen die Workloads weniger als 150.000 IOPS und können mit einer Latenz von drei bis fünf Millisekunden leben. Benötigen Workloads mehr IOPS oder garantierten QoS mit unter einer Millisekunde Latenz, wird All-Flash empfohlen.

Oracles ZFS Storage-Systeme ZS3 sind hybride Arrays. Das Unternehmen behauptet aber, dass die Anwender bis zu 90 Prozent auf Daten zugreifen, die die Flash/DRAM-Architektur benutzen und somit unter einer Millisekunde Latenz bei diesen Lese-Zugriffen aufweisen. Die Firma bewirbt auch die signifikanten Kosten-Vorteile gegenüber All-Flash-Systemen. Somit bekommen Kunden laut Aussagen der Firma fast die All-Flash Performance zum Preis eines hybriden Systems. Oracles Hybrid Storage Pool verschiebt Daten dynamisch und automatisch ins DRAM, den Lese-Flash und Schreib-Flash, um damit die Performance des Arrays zu optimieren.

Überlegungen zu RAID

Flash-Geräte müssen genau wie alle anderen Storage-Medien mithilfe von RAID abgesichert sein. Die meisten Anbieter unterstützen konventionelle RAID-Technologien für Flash. Doch auch hier gilt wie bei HDD, dass diese Maßnahme den Preis in die Höhe treibt und Overhead verursacht. IBM adressiert dieses Problem mit „variablem Stripe RAID“ in seiner FlashSystem-Technologie. Dort ist RAID 5 im Flash-Controller implementiert. Das Resultat ist Paritäts-basiertes RAID, das anhand der Leitungsgeschwindigkeit für die Workload über die Controller verteilt wird. NetApp setzt Dynamic Disk Pools in seiner SANtricity-Software (E-Serie) ein. Damit werden Daten, Paritäten und Reserve-Kapazitäten über die Laufwerke verteilt. NetApp behauptet, dass sich damit ausgefallene Datenträger schneller wiederherstellen lassen und die Performance ebenfalls besser ist. Nimbus verwendet einen RAID-5-Algorithmus, der so entwickelt wurde, dass beim Schreiben auf Flash keine Performance-Einbußen vorhanden sind.

Etwas Einvernehmen bei den Empfehlungen

Auch wenn es Differenzen bezüglich der Architekturen gibt, sind sich die Anbieter bei diversen Empfehlungen in Sachen hybrides gegen All-Flash Array einig. Benötigt der Kunde Zugriffe unter einer Millisekunde oder garantierten QoS, führt wohl nichts an einem All-Flash Array vorbei. Im Falle von Oracle wäre das ein hybrides Storage, das nahezu die Performance eines All-Flash Arrays bietet. Zu den QoS-Kandidaten gehört E-Commerce, weil hier die Nutzererfahrung von höchstem Rang ist. Ebenso fällt Entscheidungsunterstützungs-Analyse (Decision Support Analysis) in diesen Bereich, weil hier die Zeit oberste Priorität hat. Haben Sie variable und schlecht einschätzbare Workloads im Einsatz, reichen oft hybride Arrays. Diese bieten mehr GByte pro Euro. Nimbus, SolidFire und andere Anbieter von All-Flash Arrays stimmen diesen Faustregeln möglicherweise nicht zu. In diesen Fällen sind die Preis-zu-Performance-Charakteristiken tatsächlich interessant und hier gibt es möglicherweise einen Vorteil in Sachen IOPS pro Euro. Applikations-Kandidaten in diesen Bereich sind Collaboration und E-Mail, sowie alles, bei dem kein direkter Zugriff auf diverse Daten notwendig ist.

Über den Autor: Phil Goodwin ist Storage-Consultant und freiberuflicher Autor, der häufig für TechTarget schreibt.

 

Artikel wurde zuletzt im Juli 2014 aktualisiert

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