Von Kimberly Robinson, Performance Engineer, LSI Corporation
Mit dem Aufkommen der Solid-State-Disk-Technologie, sinkenden Kosten für flüchtigen Hochgeschwindigkeitsspeicher, den niedrigen Kosten von SATA und der Zuverlässigkeit von SAS ist die optimale Organisation und Integration neuer Speichertechnologien schwieriger geworden. Es besteht die Möglichkeit, häufig abgerufene „heiße“ Daten auf schnelleren Medien mit geringerer Latenz zu platzieren, während selten abgerufene Daten auf kostengünstigeren Medien mit höherer Latenz verbleiben.
Angesichts all dieser Möglichkeiten, die IT-Speicherexperten zur Verfügung stehen, besteht eine enorme Chance, Kosten-, Leistungs- und Kapazitätskennzahlen auf innovative Weise zu nutzen, um den idealen Speicherort für Benutzerdaten zu bestimmen. In diesem Artikel wird erläutert, wie Speicher-Tiering die Leistung und Zuverlässigkeit in gemischten Speicherumgebungen erheblich verbessern, den Cache des Host-Betriebssystems ergänzen und verbessern und gleichzeitig die Kosten optimieren kann.
Heutige Server bieten viele verschiedene Funktionen, und obwohl wir Verallgemeinerungen vornehmen können, erzeugt jede Anwendung ihre eigene, einzigartige Arbeitslastcharakteristik. Darüber hinaus hängen die Leistungsanforderungen von der aktuellen Auslastung und etwaigen QOS-Anforderungen ab. Während Speicherumgebungen über mehr Optionen als je zuvor verfügen und eine bessere Anpassung ermöglichen, erhöhen sie gleichzeitig die Komplexität und erschweren die Planung der Speicherleistungskapazität. Die Planung der Leistungskapazität erfordert Kenntnisse über die E/A-Merkmale der Anwendung, die Anforderungen an das Kapazitäts- und Leistungswachstum, die Leistungsmerkmale von Festplatten und Speicher, die Datenschutzanforderungen und das Unternehmensbudget.
Mehr Optionen = mehr Kontrolle
Moderne Speichercontroller verfügen über eine Vielzahl von Optionen: neue und zusammengesetzte RAID-Typen, Premium-Funktionen, erweiterte Cache-Optionen und Varianten des Hardware-Offloadings für jedes Budget. Die heutigen fortschrittlichen eingebetteten Prozessoren haben intelligente Speichercontroller noch leistungsfähiger gemacht und ermöglichen es ihnen, ihre Fähigkeiten zu erweitern und sich zu verändern, wenn neue Technologien aufkommen.
Festplattentechnologien sind keine Ausnahme vom Boom neuer Optionen. Serial Attached SCSI (SAS) wurde für die Integration von SATA und SAS entwickelt, sodass beide Schnittstellen kombiniert werden können, um ein individuelles Speicher-Backend basierend auf individuellen Kosten- und Leistungsanforderungen zu erstellen. Die Beliebtheit von SATA liegt vor allem an den hervorragenden Kosten-pro-Kapazitäts-Metriken, aus Leistungssicht bietet es jedoch die niedrigste Gesamtleistung. SAS bietet deutlich höhere Leistung und verbesserte Zuverlässigkeit, jedoch zu höheren Kosten. Eine weitere Option sind Solid State Disk (SSD)-Technologien, die sowohl als SATA- als auch als SAS-Schnittstelle verfügbar sind. SSDs bieten eine erstaunlich höhere Zufallsleistung als rotierende Medien, allerdings zu einem höheren Preis.
Zur Komplexität kommen noch die Leistungsergebnisse für verschiedene RAID-Typen hinzu. Um Ihre Arbeitslast zu optimieren, müssen Sie Ihre spezifischen I/O-Merkmale verstehen und wissen, wie Sie diese basierend auf Ihren Verfügbarkeitsanforderungen dem idealen RAID-Typ zuordnen können.
Wenn wir uns auf RAID 10 konzentrieren, können Sie deutlich erkennen, dass einige Festplattentypen für verschiedene Anwendungen besser geeignet sind, wobei SSDs im Durchschnitt etwa 6.5-mal mehr kosten als 15-Gbit-SAS-Laufwerke mit 6 U/min. Dennoch bieten nicht alle Anwendungen eine 6.5-fache Steigerung der tatsächlichen Leistung.
Wahrscheinlich hat sich jeder IT-Experte schon einmal die Frage gestellt: „Wie viele rotierende Festplatten sind nötig, um die gleiche Leistung wie eine Hochleistungs-SSD zu liefern?“ Es ist ein großartiger Denkprozess, doch in der realen Welt ist es wahrscheinlich, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur auf einen Teil der tatsächlichen Speicherkapazität zugegriffen wird. Basierend auf dieser Annahme werden Cache-Architekturen seit Jahrzehnten erfolgreich entworfen. Was wäre, wenn Sie Ihren Speicher aus verschiedenen Speichermedien mit unterschiedlichen Kosten- und Leistungsmerkmalen aufbauen könnten?
Es wird zu schwer
Speicheranbieter haben erkannt, dass Tiering angesichts der Verbreitung uneinheitlicher Medienarchitekturen das Beste aus allen Welten bietet. Storage-Tiering ist ein einfaches Konzept; Platzieren Sie die am häufigsten verwendeten Daten auf den schnellsten verfügbaren Medien, während Sie kalte Daten auf langsameren Medien belassen. Tiering unterscheidet sich vom Caching dadurch, dass die Kapazität aller teilnehmenden logischen Datenträger für die Speicherung von Benutzerdaten genutzt werden kann. Obwohl dies kein neues Konzept ist, ist es traditionell kein Teil der Speicherintelligenz, aber die bahnbrechende SSD-Technologie hat neue Möglichkeiten eröffnet.
Schauen wir uns ein Beispiel an, wie Speicher-Tiering in einer Datenbankumgebung hilfreich sein könnte. Die ACME Corporation entwirft einen neuen SQL Server und kennt aufgrund ihrer bisherigen Erfahrungen die folgenden Informationen.
- 4 Terabyte Speicherplatz
- 3 % sind heiß (~ 125 GB) und es wird 65 % der Zeit darauf zugegriffen.
- Auf 6 % wird in 250 % der Fälle zeitweise zugegriffen (~25 GB).
- Der Rest besteht aus kalten Daten, auf die in 10 % der Fälle zugegriffen wird.
- Der Zugriff auf die Datenbank erfolgt in 8-KB-Größen mit einem Lese-Schreib-Verhältnis von etwa 2:1.
- Für Festplatten stehen acht Steckplätze zur Verfügung.
Eine ideale kostensensible Lösung, die uns auf 4 TB bringt, wäre die Schaffung eines logischen Geräts, das die erforderliche Leistungslösung für jede Datenebene bietet, sowohl im Hinblick auf E/As pro Sekunde als auch auf Antwortzeiten.
Betrachten wir die Alternativen zu homogenen Festplatten.
Nachfolgend finden Sie einen zusammenfassenden Vergleich der drei Speicherinfrastrukturoptionen. Offensichtlich bietet die abgestufte Option nicht nur niedrigere Kosten pro Datenbanktransaktion, sondern erzeugt auch mehr als sechsmal mehr IOPs als eine reine SATA-Lösung und mehr als dreimal so viel wie die reine SAS-Lösung, mit mehr Kapazität als die anderen Vorschläge.
Viele Lösungen können auf der Grundlage von Leistungs-, Kosten-, Kapazitäts- oder Platzbeschränkungen erstellt werden. Dies ist nur ein Beispiel, das die Kostenvorteile einer mehrstufigen Lösung deutlich verdeutlicht. Dies könnte natürlich auch manuell erfolgen, vorausgesetzt: Sie wissen bereits genau, welche Dateien stark genutzt werden; die Fähigkeit haben, sie physisch auf verschiedene Medien aufzuteilen; und die Hot-Daten sind weder transient noch dynamisch.
Vor- und Nachteile von Storage Tiering
Storage Tiering bietet das Beste aus allen Welten. Durch die Nutzung mehrerer Medientypen können Kosten und Leistung optimiert und bisheriger Serverplatz eingespart werden. Bedenken Sie Folgendes: Um die gleiche Anzahl an Datenbank-IOPs wie im Tiering-Beispiel zu erreichen, wären über fünfzig SATA-Laufwerke erforderlich, was den Strom- und Rackplatzbedarf erheblich erhöht. Intelligentes Tiering kann eine dynamische Umgebung ermöglichen, in der häufig abgerufene Daten kontinuierlich und automatisch auf den schnellsten Medien platziert werden. Möglicherweise bestehen sogar Möglichkeiten, bei denen die kritischsten Daten auf Datenträgern mit hoher Verfügbarkeit abgelegt werden können oder Daten, auf die von geografisch entfernten Standorten zugegriffen wird, auf lokale Speichereinrichtungen kopiert werden können.
Trotz der Vorteile der Staffelung sind einige Nachteile zu berücksichtigen. Obwohl die Identifizierung und ordnungsgemäße Speicherung der wichtigen Daten automatisch erledigt wird, sollte der Aufbau eines geeigneten Speichersubsystems, das Ihren aktuellen und wachsenden Anforderungen entspricht, dennoch von einem Speicherexperten individuell entworfen werden. Ein weiterer potenzieller Nachteil besteht darin, dass bei einem Speicher-Tiering-Modell das logische Volume zwar als einzelne Festplatte angezeigt wird, das Volume jedoch möglicherweise auf mehrere physische Festplattengruppen aufgeteilt ist. Durch den Einsatz von Hardware-RAID-Schutz kann die Möglichkeit eines Datenverlusts verringert werden.
Wir befinden uns im Zeitalter eines perfekten Technologiesturms: dramatisch steigender Speicherkapazitätsbedarf, mehr Festplattenoptionen als je zuvor, höhere Leistungsanforderungen aufgrund der zunehmenden Beliebtheit digitaler Geschäftstransaktionen, zunehmende Verarbeitungsdichte und der Bedarf an einem besseren Schutz unserer Mitmenschen wertvolles Gut, Daten. Mit Tiering können Sie die Vorteile der günstigen SATA-Speicherkosten, der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Unternehmens-SAS und der hohen Leistung von SSDs in einem Paket nutzen.
Kimberly Robinson arbeitet als Performance-Ingenieurin für die Engenio Storage Division der LSI Corporation . Sie optimiert seit über zehn Jahren Speicherlösungen für große OEMs.
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