Flash Miss: So vermeiden Sie Probleme mit Hybrid-Arrays

Hybride Flash-Arrays bieten hohe Performance zu guten Preisen. Aufgrund der begrenzten Flash-Kapazität droht allerdings die Gefahr eines Flash Miss.

Hybride Flash-Systeme sind eine beliebte Wahl, wenn man Arrays mit hoher Performance einsetzen und dabei die Kosten im Rahmen halten möchte. Diese Storage-Systeme, ob nun Block- oder Datei-basiert, sind sowohl mit herkömmlichen Festplatten als auch mit NAND-Flash ausgestattet. Eine Caching- oder Tiering-Software-Schicht ist dafür zuständig, die entsprechenden Daten auf den Flash-Geräten zu halten.

Das hat allerdings auch Konsequenzen, die man im Allgemeinen als Flash Miss bezeichnet: Es kann manchmal vorkommen, dass sich benötigte Daten nicht im Flash befinden. In diesem Fall wirkt sich das hinsichtlich der Performance sogar noch schlechter aus, als wenn Sie auf komplette Festplatten-Arrays setzen würden. Der Grund dafür liegt darin, dass die Applikationen, die das hybride Flash Array nutzen, im Grunde genommen Flash-Performance erwarten. Was der Anwender an Geschwindigkeit zu spüren bekommt ist die schnelle Interaktion zwischen der Applikations-Software und der CPU. Dieser Prozess setzt eine gleichbleibende Storage-Latenz voraus.

In diesem Zusammenhang ist der Hinweis wichtig, dass Flash-Cache und Flash-Tier unterschiedliche Mechanismen einsetzen, um die richtigen Daten vor einer Applikations-Anfrage in den Flash-Speicher zu bekommen. Die Auswirkungen eines Flash Miss sind aber in beiden Fällen die gleichen. Befinden sich Daten nicht im Flash und werden aber gebraucht, ist die Performance des Storage nicht vorhersehbar. Durch ein Flash Miss wird die von Flash ausgehende Latenz plötzlich durch die von herkömmlichen Festplatten ersetzt. Da sind Welten dazwischen, was die Storage-Performance unberechenbar macht. Diese Inkonsistenz kann eine wesentlich größere Auswirkung auf die allgemeine Applikations-Performance haben, als wenn das gesamte Storage-System mit einem einfacheren und langsameren Storage betrieben würde.

Der Unterschied zwischen hybriden Flash Arrays und kompletten Festplatten-Arrays liegt darin, dass die ersteren in der Regel weniger Festplatten mit einer höheren Kapazität einsetzen. Herkömmliche Arrays, die als hoch-performant ausgezeichnet sind, setzen hingegen meist auf mehr und schnellere Datenträger. Kommt es nun zu einem Flash Miss, ist die Applikation der größeren Latenz der Festplatten-Ebene in hybriden Systemen ausgeliefert.

Welche Ursache hat ein Flash Miss?

Einfach ausgedrückt ist bei einem Flash Miss der Flash-Bereich einfach nicht groß genug, um alle von Anwendern und Anwendungen angeforderten Daten vorhalten zu können. Dabei handelt es sich meist um ein wirtschaftliches Problem, da Flash das Array sehr teuer macht. Im ungünstigsten Fall läge der Preis für das hybride Gerät über dem eines All-Flash Arrays. Bei letzterem ist ein Flash Miss natürlich ausgeschlossen.

Bei einem genaueren Blick sieht man allerdings, dass einige Caching- und Tiering-Systeme weniger effizient sind als andere. Im Klartext heißt das, dass diese Flash-Kapazität verschwenden. Außerdem kann es vorkommen, dass falsche Entscheidungen getroffen werden, welche Daten „Flash-würdig“ sind. Natürlich kann es auch vorkommen, dass die gespeicherten Daten einfach zu schwer einzuschätzen sind und die Software nicht mehr bewerten kann, was unbedingt ins Flash gehört.

Hersteller hybrider Arrays könnten allerdings Maßnahmen ergreifen, um die Chancen eines Flash Miss zu minimieren. Aber auch als Kunde sollten Sie sich bei der Evaluierung eines hybriden Flash Arrays mit dieser Problematik befassen.

Lösung 1: Vergößern Sie den Flash-Bereich

Storage-Hersteller könnten dem Array zum Beispiel mehr Flash spendieren. Besser wäre noch die Möglichkeit, Flash-Kapazität nachrüsten zu können. Somit könnten Anwender selbst bestimmen, in welchem Verhältnis auf Flash und herkömmliche Festplatten gesetzt werden soll. Im Prinzip würde dies von den jeweiligen Workloads abhängen. Damit hätten Anwender die Möglichkeit, weniger SLC-Flash mit hohen Geschwindigkeiten und hoher Lebensdauer für die anfängliche Storage-Erstellung zu verwenden, um das System anschließend mit einem größeren Bereich mit kostengünstigerem MLC-Flash zu komplettieren.

Lösung 2: Lassen Sie den Flash-Bereich größer wirken

Eine weitere Lösung für das Flash-Miss-Problem wäre die Vergrößerung der wirksamen Kapazität des Flash-Bereichs. Dafür lassen sich Daten-Reduzierungs-Techniken wie zum Beispiel Deduplizierung, Komprimierung und Thin Provisioning nutzen. Diese Technologien sind im Storage-Sektor seit Jahren im Einsatz. Zusammen mit Flash können sie aufgrund der hohen Performance noch effizienter sein. Einige All-Flash Arrays setzen auf Daten-Reduzierung, um preislich attraktiver zu wirken. Deswegen wäre das für hybride Geräte genauso legitim. Allerdings ist es wichtig, dass die Storage-Systeme genug CPU-Leistungsfähigkeit anbieten, um die erwähnten Prozesse durchführen zu können. Sie müssen immer noch in der Lage sein, die notwendige Storage-Performance zu liefern, für die Sie die Geräte schließlich erworben haben.

Lösung 3: Gestalten Sie den Flash-Bereich intelligenter

Caching und Tiering benutzen einige der hochentwickeltsten Software-Algorithmen der heutigen Zeit. Zwischen diesen Algorithmen und der in hybriden Flash Arrays eingesetzten Software gibt es gravierende Unterschiede. Dabei sollte man durchaus verstehen, wie die Tiering- oder Caching-Software funktioniert, vor allem in Bezug auf die Daten-Typen, die am wahrscheinlichsten gespeichert werden. Die Effizienz dieser Software kann enorm von den verwendeten Daten abhängen.

Einige Arrays besitzen Applikations-spezifische Prozesse oder Software-Module die wissen, welche Daten-Objekte am wichtigsten für entsprechende Applikationen sind. Bei Datenbanken wären das zum Beispiel Indices oder Log-Dateien. Durch eine Priorisierung dieser Daten können Sie sicherstellen, dass Sie bei Bedarf auch wirklich im Flash sind. Weiterhin sollten diese Systeme den Anwendern erlauben, gewisse Daten dauerhaft im Flash-Speicher zu speichern. Geschäftskritische Applikationen würde man damit eine beständige Performance garantieren.

Controller in hybriden Arrays verrichten dauerhaft Schwerstarbeit, indem Sie ständig Daten bewerten und verschieben. Zusätzlich stellen Sie noch die gesamte I/O-Performance für das System zur Verfügung. Aus diesem Grund sollte der komplette Prozess der Daten-Analyse und Daten-Bewegung so effizient wie möglich sein. Erreicht wird dies zum Beispiel durch Optimierung des Controller-Codes für Flash und spezielle Routinen für die Behandlung der Meta-Daten.

Zudem lässt sich die Effizienz verbessern, wenn die Daten-Objekte kleiner sind, weil sich dann der Caching- oder Tiering-Prozess mit weniger unnützen Daten herumplagen muss. Zum Beispiel kann bestimmte Caching-Software im Gegensatz zur kompletten virtuellen Festplattenschicht individuelle VMDK-Dateien zwischenspeichern, während andere Software wiederum in der Lage ist, nur bestimmte Daten innerhalb der VMDK-Datei zu cachen.

Lösung 4: Priorisieren Sie den Flash-Speicher

Manche Tiering-Systeme schreiben neue Daten zuerst auf den Festplatten-Bereich. Sollte die häufige Nutzung es verlangen, verschiebt die Software die Daten dann auf das Flash-Storage. Möglicherweise liegen in diesem Fall wichtige Daten, die kürzlich erst auf das System geschrieben wurden, für eine gewisse Zeit nicht im Flash-Bereich. Schreibt man neue Daten sofort in den Flash-Bereich und degradiert diese bei Bedarf erst später auf Festplatte, würde sich diese „Aufwärmzeit des Flash-Speichers“ verhindern lassen. Damit verringert sich auch die Wahrscheinlichkeit eines Flash Miss.

Hybride Flash-Arrays nutzen alle irgendeine Form von Caching- oder Tiering-Software. Damit wird sichergestellt, dass sich die Daten beim Zugriff auch im Flash befinden. Auf diese Weise maximiert das System die Performance abhängig von der Flash-Kapazität. Sollten sich die notwendigen Daten allerdings nicht im Flash befinden, hat der daraus resultierende Flash Miss womöglich signifikante Auswirkungen auf die Applikationen, die eine schnellere Storage-Performance erwarten. Wie wir gesehen haben stehen hybriden Flash-Arrays mindestens vier Lösungen für dieses Problem zur Verfügung, die Sie beim Kauf eines neuen hybriden Flash-Arrays bedenken sollten.

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Artikel wurde zuletzt im Juli 2014 aktualisiert

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