Kriterien für die Wahl des optimalen Flash-Storages

Wer auf der Suche nach dem besten Flash-Storage ist, sollte einige Performance-Kriterien beachten, um korrekt dimensionierte Flash-Arrays zu kaufen.

Ob hybride oder All-Flash-Arrays: Anwender sollten einige wichtige Performance-Kriterien in Erwägung ziehen, damit sie ihre Umgebung mit dem korrekt dimensionierten Flash-Storage ausrüsten können. Die Performance ist der treibende Faktor, wenn Unternehmen Solid-State-Storage für ihre IT in Betracht ziehen. Obwohl es auch andere Vorteile gibt, brauchen die meisten Firmen hier nur das schnellere Storage.

Einige Einsatzszenarien für Flash-Storage sind Umgebungen, die hohe Speicherdichte benötigen, ebenso Virtual Server Infrastrukturen, VDI, hochtransaktionale Datenbanken oder Web-Anwendungen. Wird verteilter Storage benötigt, da man den Flash nicht direkt im Anwendungsserver einsetzt, gibt es zwei Optionen: All-Flash-Arrays (AFA) oder hybride Flash-Arrays.

Dieser Artikel beschäftigt sich mit beiden Systemarten und erläutert, wie man für seine Umgebung das optimale Flash-Storage-Array auswählt.

All-Flash-Arrays

Wie der Name schon andeutet, sind AFAs Arrays, die zu 100 Prozent mit Solid-State-Flash ausgestattet sind. Einige nutzen SSDs im Drive-Formfaktor, während andere spezielle Flash-Module im Chassis einsetzen. 

Anwender sollten einige wichtige Performance-Kriterien in Erwägung ziehen, damit sie ihre Umgebung mit dem korrekt dimensionierten Flash-Storage ausrüsten können.

Es gibt die Systeme mit Scale-up- oder Scale-Out-Architekturen sowie entweder mit proprietären oder Standard-Hardware-Nodes. AFAs unterstützen File-, Block- und Objekt-Storage-Protokolle, manche sogar verschiedene Protokolle.

Die Mehrheit der AFAs offeriert umfassende Services für Data Protection, Effizienz oder auch Data Handling. Den ersten Generationen fehlten diese Funktionalitäten. Ebenso haben sich die Storage-Management-Funktionen weiterentwickelt und die meisten All-Flash-Systeme bieten nun eine Administration, die ähnlich der von traditionellen Storage-Arrays ist. Die Speicherkapazität von AFAs rangiert von einigen Terabytes im zweistelligen Bereich bis hin zu mehreren Petabytes. Datenreduktionstechnologien wie Deduplizierung können gerade für AFAs besonders nützlich und effizient sein.

Flash als Storage-Medium erzeugt weniger operative Kosten als festplattenbasierte Systeme. Die Flash-Medien verbrauchen weniger Strom, erzeugen weniger Hitze, was weniger Kühlung erfordert und nehmen weniger Raum im Rechenzentrum in Anspruch. Da die Medien homogen sind, benötigen AFAs keine komplexen Entscheidungen oder Datenverschiebungen. Dadurch erhält der Anwender eine konsistente Performance und verbesserte Skalierbarkeit – Faktoren, die gerade für große Umgebungen mit vielen Mandanten geeignet sind.

Hybride Solid-State-Arrays

Ein hybrides Flash-Array kombiniert Flash – normalerweise 2,5-Zoll-Drives – mit Festplatten (HDDs), um die effektiven Kosten zu senken und die Kapazität zu erhöhen. Auch diese Arrays gibt es mit Scale-up- oder Scale-Out-Architektur und mit dedizierter oder Standard-Hardware um eine kombinierte Bruttospeicherkapazität zu bieten, die über der von AFAs liegt.

Derzeitige Hybrid-Angebote unterstützen Block-, File- und Objekt-basierte Protokolle und auch hier gibt es Systeme, die mehrere Protokolle unterstützen. Storage-Services und Managementfunktionen ähneln denen der traditionellen Storage-Systeme, was einen Wechsel zu hybriden Arrays aus operativer Sicht einfacher macht.

Da die meisten Performance-Anforderungen nur für einen bestimmten Zeitraum gelten, können diese Systeme bestimmte Daten auf Flash speichern, wenn die Rechnerleistung dafür benötigt wird, und dann wieder auf der Festplatte ablegen, wenn die Performance nicht mehr erforderlich ist. Das hat den Effekt, dass eine kleine Anzahl Flash ein viel größeren Datenbestand bedienen kann. Hybride Arrays nutzen Caching oder Tiering, um diese Datenverschiebung zu erreichen.

Flash-Caching und Tiering

Read-Caching bedeutet, eine Kopie der meistgenutzten Datenobjekte im Flash-Speicher vorzuhalten, so dass Leseanfragen ohne Festplattenlatenz bedient werden können. Da die Cache-Kapazität limitiert ist, verbessert sich die Gesamt-Performance nur, je besser das hybride System die richtigen Daten im Cache vorhält. Das beschleunigt dann ebenso die Anwendungsdaten. Die Optimierung der Lesetransaktionen ist der häufigste Einsatz für Flash in Hybrid-Arrays, aber einige nutzen ihn auch für die Beschleunigung der Schreiboperationen.

Die Flash-Medien verbrauchen weniger Strom, erzeugen weniger Hitze und nehmen weniger Raum im Rechenzentrum in Anspruch.

Write-Caching heißt, die geschriebenen Daten zunächst im Flash vorzuhalten, während der Schreibprozess vom Host verifiziert wird. Danach wird dieser Datensatz auf Festplatte kopiert. Alle Daten werden letztlich auf Festplatte kopiert, sodass das Array über genügend Schreib-Cache verfügen oder über genügend Zeit, in der nicht geschrieben wird, damit der Cache geleert werden kann. Passiert dies nicht, so leidet die Performance darunter.

Anstatt eine zweite Datenkopie auf Flash zu speichern, bewegt ein Tiering die „heißen“ Daten aus dem HDD-Bereich hin zu Flash, um hochaktive Perioden zu unterstützen. Idealerweise werden alle Schreib- und Lese-Operationen im Flash abgearbeitet. Letztendlich werden die Daten auf die Festplatte geschrieben, entweder manuell oder Regel-basiert und automatisch.

Geschwindigkeit ist ein kritischer Faktor für die Anwendungen, die Flash nutzen. Diese Applikationen und ihre Anwender gewöhnen sich oft schnell an die Flash-Performance. Wenn ungewöhnliche Lastspitzen einen Cache- oder Tier-Miss hervorrufen, dann muss die Anwendung die Daten von der Festplatte auslesen. 

Allerdings sind die eingesetzten HDDs in hybriden Arrays meist hoch-kapazitive, langsame Platten. Das wiederum kann zu extrem langen und unakzeptablen Wartezeiten für Anwender führen. Langsame Online-Transaktionen oder Engpässe können unter anderem die Folge sein. Deswegen sind Workload-Voraussagen wichtig für den effizienten Einsatz von hybriden Arrays.

Andere Faktoren, die zu beachten sind

Für manche Anwendungsszenarien eignen sich weder AFAs noch hybride Systeme. Der erste Schritt ist deswegen, den Umgebungszustand oder die Workloads darauf zu prüfen, ob sie sich für eines der Systeme eignen. Ein augenscheinlicher Faktor für AFAs ist der Kapazitätsbedarf und seine effektiven Kosten. Sollte der bestehende oder zu erwartende Datensatz der Anwendung zu groß für verfügbaren Flash oder das Budget zu klein sein, so sind AFAs keine Option. Schauen Sie sich die effektive Kapazität des Flash-Systems nach der Datenreduktion ebenso an wie die Bruttokapazität, wenn Sie eine Entscheidung treffen.

Für Umgebungen, die hundertprozentige Konsistenz benötigen und keinen Cache- oder Tier-Miss tolerieren, für die ist ein AFA wahrscheinlich die bessere Solid-State-Storage-Option. Dazu gehören Einsatzgebiete für die AFAs im ersten Schritt konzipiert wurden, wie zum Beispiel den Finanzsektor oder Internet-basiertes HPC. Die Vorteile der AFA-Effizienz macht diese Systeme auch geeignet für Cloud-Umgebungen mit mehreren Mandanten, die geringen Overhead und vorhersagbare Performance brauchen, wenn sie skaliert werden.

Der erste Schritt ist, den Umgebungs-zustand oder die Workloads darauf zu prüfen, ob sie sich für eines der Systeme eignen.

AFAs sind dann sinnvoller, wenn die IT keine Aussagen über die Datenbewegung machen kann, die von einem Hybridsystem unterstützt werden. Aber auch wenn das nicht der Fall ist, überzeugt ein AFA die meisten Unternehmen aufgrund ihrer Einfachheit. Wenn das Budget für die ausreichende Flash-Kapazität vorhanden ist, um die Anwendung mit der richtigen Performance zu bedienen, so entscheiden sich die Firmen für ein AFA. Ist das Budget nicht vorhanden, wird zum hybriden Arrays zurückgegriffen.

Wenn Workloads ein hin und wieder auftretenden Cache- oder Tier-Miss tolerieren können, ist ein hybrides Flash-Array die richtige Wahl, mehrere Workloads zu beschleunigen. Ebenso ist es wahrscheinlich, dass die Performance sich noch verbessert, wenn die Anwender mit den Storage-Anforderungen ihrer Anwendungen vertrauter geworden sind und die Caching-Parameter etwas optimieren. Da hybride Systeme hoch-kapazitive Festplatten intergieren, offerieren sie eine bessere und kosteneffizientere Skalierbarkeit, wenn auch nur auf dem Performance-Niveau der HDD.

Die meisten IT-Verantwortlichen kaufen zu wenig Flash für ihr Hybridsystem, da sie schlichtweg oft nicht wissen, wie viel sie benötigen oder weil sie mehr auf ihr Budget achten als auf Performance-Verbesserungen. Hybrid-Hersteller sind nicht ganz unschuldig daran, denn wenn sie weniger Flash einsetzen, erscheint der Kostenvorteil gegenüber All-Flash-Lösungen umso dramatischer. 

In der Regel kommen fünf Prozent der Gesamtkapazität als Flash in einer neuen Hybridkonfiguration zum Einsatz. Die Cache-Hit-Rate liegt hier bei zwei Drittel; das heißt, eine von drei Transaktionen wird nicht vom Cache bedient. In den meisten Umgebungen ist es sinnvoller, zehn Prozent an Flash zu verwenden, da dies praktisch den Cache-Miss eliminiert.

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Artikel wurde zuletzt im Juni 2015 aktualisiert

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