SSDs und HDDs richtig kombinieren

Hybrides hierarchisches Speichermanagement (Hybrid Tiered Storage)

Das beste Beispiel für die Kombination von Geschwindigkeit von SSDs mit der großen Kapazität von HDDs zeigt die Tier-Pyramide. Diese Anwendung kategorisiert Daten von Unternehmen, basierend auf bestimmten und verbunden Kriterien, wie beispielsweise den Performance-Anforderungen, dem Datennutzen, der Datengröße, deren Wichtigkeit, dem Grad für Datenschutz etc.
Die kategorisierten Daten werden dann verschiedenen Arten von Speichermedien zugeordnet, die sich entweder im SAN oder in bereitgestellten Anlagen (Storage-Arrays oder -Geräten), auch abhängig von den Kosten des Mediums. Dieser hybride Ansatz legt Wert auf Daten, priorisiert diese und reduziert damit die Gesamtkosten für das SAN/Speicher-Equipment.

Die wichtigsten Daten eines Unternehmens (Mission Critical), mit intensiven Transaktionen, brandaktuell und als "Hot" sowie vertraulich eingestuft, werden zum Beispiel Tier-0-Daten zugeordnet. Ihre Bedeutung qualifiziert diese Daten für hoch-qualitative Speichermedien wie SSDs, die eine höhere Leistung, Beständigkeit und Zuverlässigkeit.

Weniger häufig verwendete Daten werden typischerweise Tier-1-Speichern zugewiesen, beanspruchen nicht unbedingt SSD-Performance sondern nur ein wenig mehr Leistung und Zuverlässigkeit wie Konsum-Lösungen. Damit sind HDDs, die 10K-15K U/min liefern, gut für dieses Spektrum geeignet. Eine große Menge an selten genutzten Daten, wird normalerweise als Tier 2 eingestuft. Hier passen Kapazitäts-orientierte HDDs mit 7.500 U/min.

Da die Tier-Abstufungen wachsen, könnte eine Vielzahl von Kategorisierungs-Strategien implementiert werden, um weniger teure Medien wie Wechseldatenträger (z. B. CDs, Band, Low-End-HDDs) zu integrieren oder auch ein MAID (Massive Array of Idle Disks) einzubinden.

Die Kombination aus schnellen I/O-Zugriffen und beschleunigter Anwendungs-Performance von SSDs und der signifikanten Speicherkapazität von HDDs kann entsprechend den Anforderungen der Unternehmensstruktur implementiert werden. Um diesen Hybrid-Ansatz zu perfektionieren, wäre die Überlegung, eine SSD im Server selbst zu installieren und diese als Beschleuniger durch Caching der am häufigsten verwendeten Tier-0 und Tier-1 Daten zu nutzen.

Innerhalb eines jeden Anwendungsdatenzugriff-Profils gibt es häufiger eine Datenteilmenge, die regelmäßig angefordert wird. Diese "Hot Data" können auf der SSD im Server zwischengespeichert werden. Auf diese Weise müssen diese angeforderten "Hot Data" nicht vom SAN kommen, da sie bereits auf der SSD innerhalb des Servers kopiert worden sind. Dies eliminiert nicht nur Server-Engpässe sondern auch den Flaschenhals bei SAN-Zugriffen. Angesichts der von SSDs gegenüber HDDs gelieferten Leistung als auch I/O-Resonanz-Vorteile, wird der Zugang zu den "Hot Data" stark verbessert.

Integriert man dieses Flash-Caching in die Infrastruktur, werden nicht nur die allgemeinen Investitionen gesenkt, da nur ein paar SSD-Flash-Medien benötigt werden, sondern auch die Leistung durch die Flash-Technologie erhöht. Dies ermöglicht IT-Managern weiterhin die Kapazitätsvorteile von Festplatten für weniger frequentierte oder häufig verwendete Daten zu nutzen und bietet eine der kostengünstigsten und effizientesten Hybrid-Speicherlösungs-Ansätze heutzutage.

Fügt man Flash-Caching der Infrastruktur hinzu, werden nicht nur die allgemeinen Investitionen gesenkt, da nur einige SSD-Flash-Speicher benötigt werden, sondern es wird auch die Leistung durch die Flash-Technologie erhöht.

Hybrid-Virtualisierung

Virtualisierung ist eine Unternehmensanwendung, welche Server-Ressourcen verteilt und den physischen Host in mehrere isolierte virtuelle Umgebungen, sogenannte virtuelle Maschinen (VMs),unterteilt, um durch die bessere Auslastung der Host-Ressourcen kosteneffektiver zu werden. VMs helfen Systemlasten auszugleichen und erweitern die Verarbeitungskapazitäten, wodurch weniger physikalische Hosts pro Anwendungsbearbeitung benötigt werden und somit auch eine deutliche Reduktion der System- und Wartungskosten.

In diesen virtualisierten Umgebungen wurden Speichermedien traditionell in externen SANs oder Storage-Arrays mit HDDs ausgelagert, die in den meisten Fällen jedoch keine große Anzahl von VMs gleichzeitig bedienen können, geschweige denn mit ihrer IOPS-Leistung mit der benötigten Server-Arbeitslast Schritt halten können. Da viele Anwendungen gleichzeitig laufen, werden ihre gemeinsamen Speicherzugriffe durch die Virtualisierung-Layer vermischt. Dadurch entstehen I/O-intensive Random-Zugriffe, was wiederum für HDDs das größte Problem darstellt und ihre physikalischen Köpfe sich so kontinuierlich von einem Ort zum anderen bewegen. Dies ist allgemein als I/O-Blender-Effekt bekannt.

Da alle VMs einer virtualisierten Umgebung gleichzeitigen Zugriff auf externe Speichermedien im Host haben müssen, ermöglicht das Caching der am häufigsten verwendeten Daten auf SSD-Flash

Speicher allen verbundenen VMs den Datenzugriff mit einer viel höheren Geschwindigkeit und geringerer Latenz. Daten auf welche nicht häufig zugegriffen wird oder die weniger wichtig sind, sind Anwärter für HDDs wie im zuvor im Hybrid-Tiered-Storage-Abschnitt besprochen.

Im Gegensatz zu HDD-Speichern haben Flash-basierte SSDs keine beweglichen Teile und können daher Random- Datenzugriffe mühelos bewältigen, so dass sie Virtualisierung effektiv unterstützen und gleichzeitig die Anzahl der Tausenden Festplatten reduzieren, welche für die erforderliche I/O-Leistung benötigt wurden. In einer virtualisierten Umgebung liegt der Schlüssel darin, Random Loads effektiv zwischen allen verfügbaren Flash-Ressourcen der SSD zu verteilen, um somit schnellen und zuverlässigen Datenzugriff ohne Belastung der Host-CPU oder Speicher-Ressourcen zu liefern.

Um dies zu erreichen ist zusätzlich eine intelligente Software erforderlich, welche Flash-Caching und Storage-Virtualisierung in einer virtualisierten Server-Plattform liefert, während dem Flash-Cache ermöglicht wird die Größe des Clusters oder der gesamten verfügbaren HDD-Speicherkapazität aus dem externen SAN zu skalieren und damit eine Hybrid-Virtualisierung zu schaffen.

Die von OCZ Technology entwickelte Lösung, behandelt PCIe-basierte SDDs nur als weitere virtuelle Ressource, und durch die VXL-Software wird ein zentrales virtuelles Instrument erstellt, das direkt mit dem Virtualisierungs-Hypervisor vom OS arbeitet, um dynamisch die benötigten Flash-Ressourcen nach VM-Bedürfnissen verteilt. Die Fähigkeit den Flash-Speicher je nach Bedarf unter den VMs zu verteilen stellt sicher, dass keine VM ineffizient den Flash-Speicher belegt, während er besser anderweitig in der virtualisierten Umgebung verwendet werden kann und somit der Flash-Cache jederzeit optimal genutzt wird, unabhängig davon wie viele VMs gleichzeitig laufen. Obwohl sich der Flash-Cache in einem Server befindet, kann diese Ressource von mehreren Servern gemeinsam genutzt werden. Dieser innovative Ansatz liefert den höchsten Return on Investment (ROI) einer virtualisierten Umgebung, in der sich viele VMs den Flash-Speicher teilen und oftmals nicht gleichzeitig Spitzenauslastungszeiten mit deren Anforderungen erreichen.

Fazit

In Unternehmen bietet die Koexistenz von HDDs und SSDs ein ausgewogenes Verhältnis aus Leistung, Kapazität und Kosteneffizienz für Anwendungen wie Tiered-Storage und Virtualisierung. Dieser Hybrid-Ansatz ermöglicht den HDD-Einsatz, um günstige Speicherkapazität aber auch die erforderliche Leistung von SSDs zu liefern. Die I/O-Performance muss daher nicht länger von einem großen Array rotierender und fehleranfälligen Festplatten erbracht werden.

Die Zusammenführung der Performance-Vorteile von SSDs mit den Kapazitäts-Vorteilen von HDDs schafft eine bessere Nutzung von Server-Ressourcen und reduziert die Anzahl erforderlicher Festplatten im Rechenzentrum. Dies wiederum senkt die Investitions- und Betriebskosten erheblich, wie auch den mit High-End-SAN-Arrays verbundenen Strom-, Kühlungs- und Wartungsaufwand. Am Ende steht nicht nur eine leistungsfähigere und schlankere Lösung, sondern auch eine, die das Ende

Ergebnis ist nicht nur eine höhere Durchführung schlankere Lösung, aber eine, die überragende TCO für das Rechenzentrum liefert.