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Sieben Tipps, die die Effizienz und Leistung von Storage verbessern

Die Storage-Performance und Dateneffizienz können durch den Einsatz von All-Flash- und hybriden Flash-Systemen deutlich verbessert werden.

IT-Profis ringen ständig mit der Speicherleistung, um Anwendungen die benötigten Ressourcen für einen optimalen Betrieb zur Verfügung zu stellen. Als früher noch die Festplattentechnologie das Maß der Dinge war, bedeutete dies den Einsatz von teuren und ineffizienten Techniken – wie zum Beispiel Striping von Daten über Dutzende, wenn nicht Hunderte von Festplatten, um dann diese Platten so zu konfigurieren, dass den Anwendungen nur die Hälfte ihrer Kapazität zur Verfügung stand.

Das Aufkommen von günstigerem Flash-Speicher verspricht ein Ende des Speicherengpasses. Um die volle Leistung aus Flash herauszuziehen, muss man diese Speicher jedoch in der richtigen Art und Weise und mit den geeigneten komplementären Technologien einrichten. Wenn man so vorgeht, kann man aus den Solid-State-Speicherinstallationen und dem dazugehörigen Speichernetzwerk das Maximum an Performance und größerer Effizienz herausholen.

Für aktive Daten liefert Flash zum Beispiel mit weniger sich bewegenden Teilen eine bessere Performance als Festplattenlaufwerke. Das führt zu dem Resultat, dass es oft günstiger ist, Flash statt Festplatten für primäre Anwendungsfälle von Daten zu implementieren – besonders auf lange Sicht. Die Problematik bei Solid-State-Storage besteht darin, dass nur etwa fünf bis zehn Prozent der Daten in einem Rechenzentrum die ganze Zeit über „hot“ oder aktiv sind. Man könnte also genauso gut etwas Geld einsparen und die verbleibenden 90 Prozent oder mehr auf günstigeren Festplatten mit wesentlich größeren Kapazitäten speichern oder gleich in der Cloud, wie es bereits eine ständig wachsende Anzahl von Unternehmen macht.

Wie dieses Beispiel zeigt, reicht Flash allein nicht dazu aus, die Speichereffizienz und -Performance zu verbessern. Man muss mit einer soliden Grundlage beginnen, was uns zu dem ersten unserer sieben Tipps führt, wie man zu schnelleren und leistungsfähigeren Speichersystemen kommt.

1. Das Speichernetzwerk verbessern

Während die Latenz eines plattenbasierten Systems sicher nicht zu den Schwächen eines Netzwerks gehört, kann das bei einem Flash-basierten System durchaus zutreffen. Bevor man auf Flash-Storage umrüstet oder zusätzliche SSDs in ein bestehendes System hinzufügt, sollte man deshalb zuerst das Speichernetzwerk verstärken. Dabei sollte man drei Komponenten des Netzwerks genauer betrachten: die Host Bus Adapter (HBAs) oder Network Interface Cards (NICs) in den Servern und im Speichersystem, den Netzwerk-Switch und die Kabelinfrastruktur.

Es ist verlockend, nur auf die Bandbreiten der ersten beiden Komponenten (NICs/HBAs und Switches) zu schauen, die 10 GbE oder 16 Gbps Fibre Channel (FC) schnell oder schneller sein sollten. Während Bandbreite wichtig ist, kommt es mehr auf Latenzen und Quality of Delivery an. Die meisten Rechenzentren erzeugen nicht genügend kontinuierliche Transaktionen, um ein Highend-Netzwerk voll auszulasten. Stattdessen erzeugen sie nur Millionen von sehr kleinen Transaktionen. Die Effizienz des Netzwerks, diese Transaktionen von den Servern zum Speicher und wieder zurück zu bewegen, ist ein wichtiger Faktor, um das Maximum an Performance aus einer Flash-Investition herauszuholen.

2. Speicher-Performance versus Dateneffizienz

Effizienz und Performance sind diametral entgegengesetzte Kräfte in der Speicherwelt, da Effizienz in der Regel auf Kosten von Performance zunimmt. So viele der Techniken, die wir zur Steigerung der Speichereffizienz benutzen – wie zum Beispiel Thin Provisioning, Deduplizierung und Komprimierung –, schaden tatsächlich der Performance des Speichersystems. Flash-Speicher sorgt jedoch für einen Mittelweg zwischen Effizienz und Performance. Zwar geht der Einsatz der genannten Techniken ebenfalls zu Lasten der Performance, so wie es mit Festplatten geschieht, aber wegen der deutlich höheren Performance von Flash kommt es in der Regel zu überzähligen Performance-Zyklen. Das bedeutet, dass der Einsatz der üblichen Bordmittel zur Effizienzsteigerung nicht notwendigerweise die Performance von einem Anwenderstandpunkt aus beeinträchtigt.

Die richtige Verkabelung ist ebenfalls entscheidend und gehört zu den oft übersehenen Faktoren bei der Performance von Speichernetzwerken und der Effizienz der Datenspeicherung. Man sollte die Verkabelungsinfrastruktur auf der Basis von Fiber Optics ausbauen, um die hohe Bandbreite und die niedrigen Latenzen der gegenwärtigen und der Netzwerke der nächsten Generation zu unterstützen. Sie sollte außerdem so angelegt sein, dass man Port-Zuordnungen leicht vornehmen kann. Und man sollte Bedeutung und Behandlung von Leitungsverlusten verstehen, das heißt der Menge an ausgefallenen Signalen zwischen den Endpunkten einer Verbindung.

Hat man die Details des Speichernetzwerks bestimmt, sollten man sich der Flash-Implementierung zuwenden.

3. Flash auf der Serverseite einrichten

Bei einem Flash-Design auf der Serverseite bleiben das Netzwerk und die darüber angeschlossenen Speichersysteme unverändert: Festplattenbasierte Speicher-Arrays sind im Prinzip dort installiert, wo die Geschwindigkeit und die Qualität des Speichernetzwerks nicht so zu Buche schlagen wie im Falle der Installation eines geteilten Flash-Arrays. Es gibt verschiedene Methoden, wie man Flash auf der Serverseite wirksam einsetzt.

Das Design, das sich am wenigsten negativ auf das Netzwerk auswirkt, besteht in der Isolierung des Server-Flash. In diesem Fall installiert man eine SSD- oder Flash-PCIe-Card, die nur für die I/O-Prozesse dieses Servers zuständig ist. Der Server selbst bekommt den Status eines Single Point of Failure, so dass dieser Anwendungsfall nur für Read-Caching von Daten geeignet ist, die auf einem Shared-Speicher-Array gespeichert sind.

Im Gegensatz dazu gibt es Flash-Techniken auf der Serverseite, die den internen Speicher-Flash von mehreren Servern zusammenfassen, um einen virtuellen Flash-Pool zu erzeugen. Diese serverseitigen Flash-Pools verfügen über eingebaute Redundanz und sind geeignet für Read- und Write-Caching oder sogar als Storage-Tier. Bei ihnen kommt es jedoch in Sachen Performance auf den Netzwerkfaktor an, da die Zusammenfassung von Flash ein geeignetes Netzwerk erfordert, um den virtuellen Storage Pool zu erzeugen.

4. Einen Netzwerk-Cache bereitstellen

Anders als bei einem Upgrade eines Speichersystems, bei dem nur die Performance eines einzelnen Systems zunimmt, verbessert ein Netzwerk-Cache die Performance von jedem Speichersystem innerhalb des Netzwerks. Diese Geräte sitzen im Wesentlichen zwischen dem Speichersystem und den Servern und speichern die meisten aktiven Daten während einer bestimmten Zeit. Für Hochverfügbarkeitskonfigurationen sind viele Netzwerk-Caches verfügbar, die sowohl für Read- als auch für Write-I/O-Prozesse tauglich sind. Man kann auch die Größe von Netzwerk-Caches so festlegen, dass man Flash-Speicher erhält, die umfangreich genug sind, um die kompletten aktiven Datensätze eines Unternehmens aufzunehmen: Im wesentlichen verwandeln sie auf diese Weise bestehende Arrays in Archivierungs- und Datensicherungssysteme.

Ein wichtiger Vorteil eines Netzwerk-Caches besteht darin, die Speicher-Performance zu verbessern, ohne dass laufende Policies und Prozesse für Data Protection ersetzt werden müssen. Diese Prozesse bleiben unverändert, weil die Daten nicht doppelt auf dem Cache und dem ursprünglichen Speichersystem abgelegt sind.

Man sollte beachten, dass ein Netzwerk-Cache grundsätzlich den Cache entleert, bevor ein Snapshot- oder Backup-Prozess beginnt. Man sollte auch die Qualität der Netzwerk-Infrastruktur und ihrer Komponenten prüfen, bevor man einen solchen Cache einrichtet.

5. Einen Cloud-basierten Netzwerk-Cache prüfen

Diese Variante des Netzwerk-Caches stellt einen hybriden Cloud-Ansatz dar. Verschiedene Anbieter – darunter Avere, Microsoft Azure StorSimple, Nasuni und EMC Cloud Array (früher TwinStrata) – bieten All-Flash-Netzwerk-Caches an, die inaktive Daten zu einer Storage Cloud wie zum Beispiel von Amazon, Azure oder Google anstatt zu einem lokalen Speichersystem migrieren. Dies ist wohl einer der sinnvollsten Wege zu einem Rechenzentrum auf Basis von All-Flash, da das Rechenzentrum nun komplett mit All-Flash-Systemen ausgerüstet werden kann, während alte Daten in der Cloud gespeichert und gesichert werden.

6. Software-defined Storage (SDS) mit einem kleinen Flash-Array

Eine andere Möglichkeit, die Speicher-Performance und -Effizienz zu verbessern, bietet der Einsatz von software-defined Storage (SDS). Entsprechende Produkte laufen entweder auf einer Appliance oder mit einem Hypervisor und bieten eine ganze Reihe von Features für Speichersoftware über eine Bandbreite von Hardware-Arrays hinweg. Einige SDS-Systeme können bestehende Speicher-Systeme wirksam unterstützen sowie automatische Datenmigration zwischen ihnen bereitstellen. Wenn man ein kleines Flash-Array in eine bestehende Infrastruktur einbaut, kann man SDS dafür benutzen, die aktivsten Daten in dieses Array zu verschieben, um die Performance zu verbessern und außerdem noch das Management vereinfachen, weil alle Speicherinstanzen nun gemeinsam verwaltet werden.

7. Anwendungen optimieren

Man sollte die dafür  geplanten Anwendungen genau prüfen, bevor man ein neues Speichersystem installiert oder ein bestehendes verbessert. Viele Speicherfachleute finden dies besonders abschreckend, weil sie weder für die Anwendung zuständig sind noch ihren Code verstehen. Aber es gibt Programme, die den Anwendungscode prüfen können, eine unvoreingenommene Qualitätsanalyse liefern und genaue Empfehlungen geben, was wo zu ändern ist.

Während es verführerisch ist, diesen Schritt zu überspringen und einfach mehr Hardware locker zu machen, sollte man doch nicht so verfahren. Ein mit dem Code zusammenhängendes Performance-Problem wird eventuell durch den Einsatz von hoch performantem Speicher versteckt, aber es wird dem Flash-Speicher nicht erlauben, sein volles Potential zu entfalten: Stattdessen werden die Administratoren gezwungen, sich auf die Jagd nach anderen möglichen Fehlerquellen wie zum Beispiel dem Speichernetzwerk zu begeben. Die Codeprobleme vor dem Einsatz von Flash zu lösen, wird eventuell sogar den Druck abmildern, Flash an vorderster Stelle einzusetzen, oder dazu führen, weniger Flash einzukaufen.

Ein neues All-Flash- oder ein hybrides Array kaufen

All-Flash- und hybride Arrays sind ideal für Rechenzentren, die über bestehende Systeme auf Festplattenbasis verfügen, die noch über eine längere Laufzeit und mit der ursprünglichen Garantie abgesichert sind: Man kann diese älteren Plattensysteme neu aufsetzen und ihnen mit einem neuen Flash-Array neue Funktionen verleihen. Irgendwann wird man jedoch ein neues Storage-System kaufen müssen. Und das stellt einen heute vor die Wahl: All-Flash- oder hybrides Array. Die Anfangsentscheidung ist relativ einfach: Wenn sich das Unternehmen ein All-Flash-Array leisten kann, das die Anforderungen an Kapazität abdeckt, dann sollte man es kaufen und nicht zurückblicken. In einem solchen Fall sollten auch die Performance-Anforderungen erfüllt sein.

Viele Unternehmen werden jedoch kein Flash-Array finden, das zu ihrem Budget passt. Sie können allerdings viele Vorteile eines All-Flash-Arrays ohne solch ein Investitionsvolumen bekommen, wenn sie ein hybrides Array auswählen, das Flash und Festplatten im gleichen System miteinander verbindet und dann durch den Einsatz von geeigneter Software automatisch zwischen ihnen bewegt.

Ein Cache-Fehler, das primäre Problem bei hybriden Arrays, gehört der Vergangenheit an. Dies sorgte für Ärger, als die Flash-Kapazität so teuer war, dass die Flash-Ebene eines hybriden Arrays weniger als fünf Prozent der gesamten Speicherkapazität betrug. Inzwischen umfasst die Flash-Ebene oft 25 Prozent der Kapazität (wenn nicht mehr), wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Cache-Fehlers signifikant gesenkt wird.

Fazit

Der Weg zu einer Verbesserung der Speicher-Performance beginnt nicht mit einer All-Flash-Investition. Er fängt mit einer genauen Überprüfung des gesamten Speichernetzwerks an. Ist dies erledigt, sind viele andere Möglichkeiten der Verbesserung der Speicher-Performance und der Daten-Effizienz zu betrachten – wobei viele von ihnen einige Varianten der Flash-Anwendung umfassen. Welche Produkte am besten funktionieren, unterscheidet sich von Rechenzentrum zu Rechenzentrum. Und auf Basis einiger Vorschläge in diesem Artikel müssen manche IT-Abteilungen nicht einmal ihr komplettes Speichersystem aufrüsten.

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Nächste Schritte

Ist die Zeit reif für das All-Flash-Rechenzentrum?

Worauf man beim Flash-Storage-Kauf achten sollte.

Muss NAND-Flash-Storage direkt an den Memory-Kanal angebunden sein?

Mit Server-seitigem Flash-Speicher Latenzen verringern.

Artikel wurde zuletzt im August 2016 aktualisiert

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