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Warum und wann hyperkonvergente Systeme von SSDs profitieren

Für hyperkonvergente Systeme bieten sich meist schnelle SSDs an. Es gibt aber auch Fälle, in denen magnetische Festplatten oder eine Kombination aus beiden Welten überlegen ist.

SSDs (Solid-State Drives) haben sich aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit bei Datenzugriffen in vielen Fällen als nahezu unersetzlich beim Einsatz von hyperkonvergenten Systemen erwiesen. Die Workloads, denen hyperkonvergente Infrastrukturen ausgesetzt sind, variieren in der Regel aber erheblich.

Die Entscheidung für einen bestimmten Speichertyp, also ob eher SSDs oder magnetische Festplatten genutzt werden sollen, ist deswegen abhängig von dem Zweck, den ein hyperkonvergentes System erfüllen soll. SSDs haben spezifische Charakteristiken, die auch Auswirkungen auf HCI-Systeme (Hyper-converged Infrastructure) haben und die sie nicht immer zur perfekten Lösung machen.

Einer der ersten Punkte, den Sie bei der Wahl der passenden Speicherlösung beachten sollten, sind die benötigten Kapazitäten für ihr HCI-System. Zwar gibt es bereits SSDs mit Kapazitäten von mehreren Terabyte (TByte), oberhalb der 100-TByte-Grenze sind sie jedoch noch sehr teuer. Das hat zur Folge, dass SSDs nicht immer die beste Wahl für große Datenmengen sind.

Aber selbst wenn Ihr Budget und Ihre Speicheransprüche für SSDs im Multi-TByte-Bereich sprechen, gibt es doch auch noch einige Probleme bei der Lebensdauer dieser Speicher. Anders als magnetische Festplatten erlauben SSDs nur eine begrenze Zahl an Schreibvorgängen, bis Fehler unvermeidbar werden. Aus diesem Grund sind reine Flash-Systeme nicht die beste Wahl, wenn es um Storage geht, der vielen Schreibvorgängen ausgesetzt sein wird. Ein Beispiel dafür sind etwa die Daten von IoT-Sensoren (Internet of Things). Diese Sensoren liefern kontinuierlich Informationen, die gespeichert werden müssen und die SSDs stark belasten würden.

Wenn Sie sich trotzdem für Ihre hyperkonvergenten Systeme für große SSDs entscheiden, dann kaufen Sie nur für Unternehmen ausgewiesene Produkte. Consumer-SSDs sind für die hohen Anforderungen nicht ausgelegt. Einer der Vorteile von HCI ist, dass sich die unterstützte Hardware strikt an die vom Hersteller vorgegebene Referenzarchitektur hält. Manche Anbieter erlauben zwar auch TLC- (Triple Level Cell) oder QLC-SSDs (Quad Level Cell), die eine höhere Speicherdichte vorweisen können – allerdings geht das auf Kosten der Lebensdauer der Produkte. Mit ihnen lassen sich aber natürlich größere Storage-Kapazitäten erreichen.

Für SSDs spricht ihre hohe Performance

Der wichtigste Grund für die Verwendung von SSD-Speicher in hyperkonvergenten Systemen ist aber ihre hohe Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Festplatten. SSDs bieten weit mehr Input/Output Operations Per Second (IOPS) als Hard Disks (HDDs), insbesondere wenn es um nicht-lineare Lese- und Schreiboperationen geht. Wenn besonders hohe I/O-Performance in HCI-Umgebungen benötigt wird, muss genau geprüft werden, welches die beste Option ist.

Ein weiterer Vorteil von SSDs ist, dass sie mit SATA (Serial AT Attachment) und SAS (Serial-Attached SCSI) in der Regel dieselben Controller wie Festplatten nutzen. Das macht es erheblich leichter, eine HDD durch eine SSD zu ersetzen, wenn ein Upgrade durchgeführt werden soll.

Die Rückwärtskompatibilität ist aber auch ein zweischneidiges Schwert. So sind manche SSDs in der Lage, weit mehr IOPS zu liefern, als sie von SATA- und SAS-Controllern verarbeitet werden können. Der Controller wird dann zu einem Flaschenhals, der die Datenverarbeitung ausbremst.

Eine Möglichkeit, um die allgemeine Performance von HCI-Systemen zu verbessern, ist der Einsatz von NVMe-Storage (Non-Volatile Memory Express). Diese Speichersysteme werden nicht durch einen traditionellen Controller, sondern über den PCIe-Bus angesteuert. Dadurch kann NVMe schneller als anderer Speicher sein, der mit einem herkömmlichen Storage-Controller angebunden ist.

Es gibt aber zwei Punkte zu beachten, bevor Sie sich für NVMe als Speicher für Ihre HCI-Systeme entscheiden. Zunächst müssen Sie herausfinden, ob die Referenzarchitektur Ihres Herstellers NVMe überhaupt unterstützt. Außerdem sollten Sie überprüfen, wie viele verfügbare PCIe-Slots in Ihren Nodes vorhanden sind und ob sie für ausreichend viel NVMe-Speicher genutzt werden können, um Ihre aktuellen und auch künftigen Speicherbedürfnisse zu erfüllen.

Das Tiering der Daten
Abbildung 1: Das Tiering der Daten

Vorteile von abgestuften Storage-Systemen

Viele aktuelle HCI-Systeme nutzen abgestuften beziehungsweise Tiered Storage. Diese Systeme bestehen meist aus einem superschnellen Element auf Basis von SSDs oder anderem Flash-Storage und einem langsameren Element, das aus Festplatten aufgebaut ist.

Jeder Anbieter verfolgt einen eigenen Ansatz, wenn es um Storage Tiering geht. In den meisten Fällen funktioniert jedoch die schnellste Stufe als ein Lese- und Schreib-Cache. Vor kurzem gelesene Daten werden dabei auf die Highspeed-Ebene kopiert, so dass sie künftig deutlich schneller gelesen werden können. Darüber hinaus fungiert der schnelle Speicher als vorübergehendes Repository für gerade geschriebene Daten. So können Daten ohne Verzögerung abgespeichert werden. Erst später, zu einem geeigneten Zeitpunkt, werden sie dann auf die langsameren Festplatten übertragen.

Auch wenn es nicht jeder Hersteller vorgesehen hat, sollten Sie sich trotzdem für einen Highspeed-Tier entscheiden, der aus mehreren SSDs besteht. Um einen weiteren Geschwindigkeitszuwachs zu erhalten, können die Daten dann jeweils auf mehrere SSDs verteilt werden. Das hat nicht nur einen positiven Einfluss auf die Performance, sondern verlängert auch die Lebensdauer der verwendeten SSDs.

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Artikel wurde zuletzt im Juli 2018 aktualisiert

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