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Storage-Design: Storage-Subsysteme der
neuen Generation
Tushar Routh
Storage Hardware Product Manager

Wie es scheint, vollziehen wir im Abstand von jeweils einigen Jahren regelmäßig einen Paradigmenwandel, der unsere Herangehensweise an Storage-Medien und deren Implementierung grundlegend verändert – und sehr häufig agiert NetApp dabei als Wegbereiter.

Im Jahr 2002 leistete NetApp Pionierarbeit bezüglich der Nutzung von kapazitätsorientierten Laufwerken für sekundäre Storage-Systeme anstelle von Tapes. Einige Jahre später – insbesondere bedingt durch die zunehmende Zuverlässigkeit dank unserer RAID-DP Technologie – ermöglichte NetApp die Implementierung dieses Laufwerkstyps erstmalig auch für primäre Storage-Systeme.

In den letzten drei Jahren durchlief die Festplattenbranche einen signifikanten Wandel, nämlich von Fibre Channel hin zu SAS. NetApp war einer der ersten großen Storage-Anbieter, der SAS-Lösungen übernommen und wegweisende Storage-Lösungen mit SAS-Technologien entworfen hat. Inzwischen stellt sich durch die allgemeine Akzeptanz und Übernahme der Flash-Technologie eine neue Herausforderung.

Infolge all dieser Entwicklungen verfügen Kunden heutzutage über viel mehr Optionen. Dies ist zwar zweifelsohne positiv zu bewerten, erschwert aber gleichzeitig die Entscheidung für das optimale Storage-Medium und die Optimierung eines Storage-Subsystems für einen bestimmten Applikations-Workload.

In diesem Artikel widme ich mich einigen kurzfristigen Storage-Trends sowie den längerfristig zu erwartenden Entwicklungen. Außerdem erläutere ich die von NetApp identifizierten Best Practices für Storage-Subsysteme, mit denen Sie wettbewerbsfähig bleiben.

Kurzfristige Medientrends

Seit der Verfügbarkeit von Flash geht es bei der Storage-Implementierung nicht mehr nur um das Vorhandensein von genügend Spindeln zur Unterstützung Ihres Workloads, sondern zunehmend auch um die Paarung geeigneter Festplatten und Flash-Optionen. Die Kombination von Festplattenlaufwerken (HDDs) und Flash in einem hybriden Storage-System erfordert eine gänzlich neue Herangehensweise an die Storage-Implementierung. Dies ist einer der zentralen Gründe, warum NetApp ein erweitertes Spektrum an Laufwerksoptionen unterstützt. Sie können verschiedene Medientypen in einem einzigen FAS Storage-System oder in einem einzigen Cluster kombinieren und so eine Vielzahl an Storage-Anforderungen erfüllen.

Schauen wir uns zunächst einmal die aktuellen und kurzfristig zu erwartenden Entwicklungen bei vier Laufwerksklassen an:

  • HDDs mit hoher Kapazität
  • HDDs mit hoher Performance
  • HDDs mit automatischer Verschlüsselung
  • SSDs mit Ultra-Performance

HDDs mit hoher Kapazität

Um die maximale Dichte und die niedrigsten Kosten je Gigabyte an Kapazität zu erzielen, nutzen HDDs mit hoher Kapazität weiterhin das 3,5-Zoll-LFF-Format (Large Form Factor), normalerweise mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 7.200 U/min.

Nearline-SAS-Festplatten – welche die SAS-Schnittstelle mit den Medien und Umdrehungsgeschwindigkeiten von SATA-Enterprise-Laufwerken kombinieren – erhalten immer öfter den Vorzug für Nearline- und Produktions-Workloads. In den kommenden ein bis zwei Jahren werden die verfügbaren Kapazitäten sicherlich 5 TB und 6 TB erreichen. Die SATA-Schnittstelle bleibt bis dahin jedoch die erste Wahl für Backup- und Archivierungs-Workloads.

Kapazitätsstarke Optionen von NetApp: Gegen Ende des letzten Jahres stellte NetApp ein High-Capacity-4-TB-Laufwerk zur Verwendung in unserem kapazitätsstarken DS4486 4-HE-Platten-Shelf für 48 Laufwerke vor – damit war NetApp der erste Anbieter, der HDDs mit dieser Kapazität auslieferte. Die Kombination aus 4-TB-Laufwerken und dem DS4486 Platten-Shelf bietet die optimale Kapazität und Dichte für Nearline-, Archivierungs- und Backup-Applikationen. Im April 2013 stellte NetApp außerdem ein separates 4-TB-Laufwerk zur Verwendung in unserem DS4246 4-HE-Platten-Shelf für 24 Laufwerke vor, das vor allem auf kapazitätsintensive Storage-Anforderungen für Produktions-Workloads abzielt. Unser vollständiges Portfolio aus Laufwerken mit hoher Kapazität umfasst gegenwärtig 1-TB-, 2-TB-, 3-TB- und 4-TB-Optionen.

HDDs mit hoher Performance

Der Markt für HDDs mit hoher Performance hat den Übergang von 3,5-Zoll-LFF-HDDs zu 2,5-Zoll-SFF-Optionen (Small Form Factor) vollzogen. Führende HDD-Anbieter haben bereits signalisiert, dass 3,5-Zoll-LFF-Laufwerke mit 15.000 U/min in naher Zukunft nicht mehr hergestellt werden. Zur Vorbereitung auf diesen Übergang stellte NetApp schon vor einer Weile sein DS2246 2-HE-Platten-Shelf für 24 Laufwerke vor.

In der Vergangenheit konzentrierte sich NetApp primär auf die Bereitstellung niedriger Kapazitäten für diese Laufwerksklasse, damit Kunden die zur Erfüllung aller Performance-Anforderungen erforderliche Zahl an Spindeln implementieren und dabei die Überprovisionierung von Kapazitäten möglichst minimieren konnten. Da es mittlerweile jedoch üblich ist, eine Kombination aus Festplatten mit hoher Performance und Flash – entweder NetApp Flash Cache oder intelligentes Caching mit Flash Pool – zu nutzen, um Performance-Anforderungen zu erfüllen, stellen wir nun auch höhere Kapazitäten zur Verfügung.

Mit mehr Kapazitätsoptionen können Sie so Flash Cache, Flash Pool und/oder Flash Accel Server-Cache mit der optimalen Anzahl an Spindeln kombinieren und die spezifischen Kapazitäts- und Performance-Anforderungen Ihrer Workloads erfüllen. Nehmen Sie beispielsweise an, eine bestimmte Applikation benötigt 20 TB Kapazität und 10.000 IOPS und hat eine Cache-Trefferquote von 80 % mit Flash Cache. Die 1,2-TB-Laufwerke bieten in diesem Fall mehr als genug Spindeln zur Bewältigung von Cache-Nichtübereinstimmungen mit guter Performance.

Für bestehende Workloads, die auf NetApp Systemen ausgeführt werden, können Sie mithilfe prädiktiver Cache-Statistiken Ihre zu erwartende Cache-Trefferquote für eine festgelegte Menge an Flash-Ressourcen bestimmen. Dadurch können Sie das optimale Verhältnis von Flash und HDDs ermitteln, bevor Sie in neue Medien investieren.

Performance-Laufwerke von NetApp: Wir haben vor Kurzem eine neue 1,2-TB-HDD mit 10.000 U/min vorgestellt, die unser Spektrum an SFF-Festplatten erweitert. Unser Portfolio umfasst nun 450-GB-, 600-GB-, 900-GB- und 1,2-TB-Optionen. Zukünftig sind sogar noch höhere Kapazitäten zu erwarten – Laufwerkshersteller werden voraussichtlich im kommenden Jahr 1,8-TB-SFF-Kapazitäten präsentieren. Im Laufe der Zeit werden einige der niedrigeren Kapazitätsoptionen nach und nach aus dem Angebot genommen. Es gibt auch 15.000-SFF-Laufwerke auf dem Markt. NetApp bietet diese jedoch nicht an, weil sie zwei- bis dreimal mehr kosten als 10.000-SFF-Laufwerke. Da SSDs eine bessere I/O-Dichte bieten, gehen wir davon aus, dass sie sich durchsetzen und demnächst die 15.000-SFF-HDDs verdrängen werden.

Self-Encrypting Drives

Angesichts der aktuellen Nachrichten zu Spionageaktivitäten von Unternehmen und Regierungen ist das Interesse an Sicherheits- und Verschlüsselungslösungen erheblich gestiegen. NetApp Storage Encryption (NSE) ist die NetApp Implementierung der vollständigen Festplattenverschlüsselung (Full Disk Encryption, FDE), bei der Self-Encrypting Drives führender Anbieter zum Einsatz kommen.

Da die Verschlüsselung und die Entschlüsselung nach dem Schreiben von Daten durch Data ONTAP beziehungsweise im Rahmen von Lesezugriffen auf der Festplatte selbst stattfinden, lässt sich NSE nahtlos mit Funktionen wie der Deduplizierung oder Komprimierung kombinieren. Alle Daten auf einem Laufwerk werden automatisch verschlüsselt, sodass Sie dank NSE Daten im Ruhezustand auf einfache Weise sichern und gleichzeitig den ROI Ihres NetApp Storage maximieren können.

Wie Sie sich sicher vorstellen können, ist diese Technologie für Behörden, Einrichtungen im Gesundheitswesen und Unternehmen im Finanzsektor besonders attraktiv. Die physischen Laufwerke sind vor Manipulationen geschützt und NSE verhindert unautorisierte Zugriffe auf verschlüsselte Daten im Ruhezustand. Somit kann auch niemand ein Laufwerk oder ein Shelf mit Laufwerken entfernen und in anderen Systemen einbinden, um darauf zuzugreifen. Außerdem werden auf diese Weise unautorisierte Zugriffe bei der Rückgabe von Laufwerken nach Ausfällen verhindert, wodurch sich die ordnungsgemäße Entsorgung von Laufwerken vereinfacht.

Alle von NetApp verkauften FDE-Laufwerke entsprechen dem Verschlüsselungsstandard „Trusted Computing Group AES-256". Zudem ist die FIPS-140-2-Zertifizierung erforderlich – sie gilt als Standardanforderung im öffentlichen Sektor.

NSE verursacht zusätzliche Kosten bei der Storage-Implementierung. Laufwerke mit und ohne Verschlüsselung können nicht auf derselben Plattform gemeinsam genutzt werden und durch die zusätzlichen Laufwerkskomponenten und die nötigen Schutzmaßnahmen gegen Manipulationen an den physischen Laufwerken entstehen weitere Kosten. Außerdem ist das Verschlüsselungsmanagement – das von einem externen Gerät übernommen wird – mit Kosten verbunden.

Das Verschlüsselungsmanagement bei NSE wird von einer externen Lösung gehandhabt. NetApp bietet gemeinsam mit SafeNet den SafeNet KeySecure Key Manager an, der direkt bei NetApp und unseren Partnern erhältlich ist.

NSE Optionen: Unser Laufwerksportfolio mit NSE umfasst ein 600-GB- und ein 900-GB-Laufwerk mit hoher Performance sowie 3-TB- und 4-TB-LFF-Optionen mit hoher Kapazität. In den kommenden Monaten werden wir zudem eine SSD-Lösung mit automatischer Verschlüsselung vorstellen, sodass wir schlussendlich – auch wenn das Veröffentlichungsdatum noch nicht feststeht – auch vollständig verschlüsselte Flash Pools mit unserem Portfolio unterstützen können.

Solid-State-Laufwerke

In den vergangenen Jahren sind die Kapazitäten von SSDs rasant gewachsen. Wenngleich dieses Wachstum sich weiter fortsetzen wird, nähert sich der in SSDs genutzte Flash-Arbeitsspeicher denselben lithografischen Grenzen wie andere Arten von Halbleitern. Der gewählte Ansatz zur Erhöhung der Kapazität mit Flash bestand bisher darin, die Kenngröße auf jedem Chip zu verringern, um so mehr Kapazität je Chip bereitstellen zu können. Aktuelle NAND-Flash-Geräte basieren auf einem 2X-nm-Prozess (Kenngröße von 20 - 29 nm) und gehen zunehmend zu einem 1X-nm-Prozess über (Kenngröße von 10 - 19 nm). Gleichzeitig haben SSDs der Enterprise-Klasse den Übergang von Flash-Komponenten mit einstufigen Zellen zu Geräten mit mehrstufigen Zellen vollzogen.

Heute können Sie SSDs entweder – so wie andere Laufwerksarten – als persistente Storage-Lösung verwenden oder als Bestandteil in einem Flash Pool einsetzen, in dem HDDs mit SSDs kombiniert werden, um Random-Lese- und -Schreibzugriffe zu beschleunigen. Die folgenden Aspekte sollten Sie bei der jeweiligen Implementierungsart beachten.

  • Bei persistentem Storage mit RAID-DP: Werden SSD-Aggregate für persistenten Storage erstellt, sollte am besten RAID-DP für SSD-RAID-Gruppen zum Einsatz kommen.
  • Bei Flash Pools empfiehlt sich RAID 4. Ab Data ONTAP 8.2 können Sie verschiedene RAID-Typen in einem Flash Pool kombinieren. Somit kann RAID-DP für die HDDs innerhalb von einem Flash Pool und RAID 4 für die SSDs genutzt werden, wodurch die Kosten für die gegebene Menge an nutzbaren Flash-Ressourcen sinken.

NetApp verweist gern darauf, dass Flash Pool die Kapazität einer HDD mit der Performance von Flash kombiniert – in Wahrheit steckt jedoch viel mehr dahinter. SSDs eignen sich am besten für transaktionsorientierte Random Workloads. HDDs hingegen arbeiten erstaunlich gut bei sequenziellen Workloads, insbesondere im Hinblick auf die Kosten. Wenn Sie nun diese beiden Medientypen in einem einzigen Aggregat kombinieren, profitieren Sie von der SSD-Performance bei transaktionsorientierten Aufgaben und von der HDD-Performance bei sequenziellen Abläufen, ohne dass Sie beim Entwurf des Storage das exakte I/O-Verhalten aller Workloads kennen müssen.

Weitere Informationen zu Flash Pool und allen anderen Flash-Optionen von NetApp, einschließlich des EF540 Flash-Arrays, finden Sie im kürzlich herausgegebenen Leitfaden Flash Storage for Dummies.

SSD-Optionen von NetApp: Ebenso wie HDDs stellt NetApp auch neue SSDs nach einem straffen Zeitplan vor. Gegenwärtig umfasst unser Portfolio 200-GB- und 800-GB-Kapazitätsoptionen. In den kommenden Monaten erweitern wir das Spektrum an Wahlmöglichkeiten, um die Storage-Optimierung noch stärker zu vereinfachen.

Maintenance Center

Damit Sie die Zuverlässigkeit jeder HDD maximieren können, ist Maintenance Center in Data ONTAP inbegriffen. Dieses Tool überwacht proaktiv den Status von Laufwerken, unterscheidet anhand von Laufwerksdiagnosen zwischen vorübergehenden Fehlern und echten Störungen und führt bei Bedarf präventive Wartungsmaßnahmen durch.

Maintenance Center handhabt Plattenausfälle automatisch mithilfe eines systematischen Fehlerverifizierungsverfahrens, bei dem die ausgefallene Platte überprüft wird, ohne dass sie aus Ihrem Storage-System entfernt werden muss. Wird eine Platte als potenzielle Fehlerquelle identifiziert, schreitet Maintenance Center ein. Daten werden von der Platte mittels zügiger RAID-Wiederherstellung (hierbei werden Daten noch vor einem Ausfall direkt von der Platte kopiert) oder Rekonstruktion auf eine Ersatzplatte migriert. Dieser Vorgang läuft gänzlich ohne Eingreifen des Anwenders ab. Können die vorübergehenden Fehler behoben werden, wird die Festplatte wieder dem Pool an verfügbaren Ressourcen übergeben.

Die Funktionen von Maintenance Center gelten nicht für SSDs, da SSDs nicht dieselben vorübergehenden Fehler aufweisen wie HDDs. Data ONTAP protokolliert allerdings die Nutzung von SSDs und markiert Laufwerke, die sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähern.

Platten-Shelfs

NetApp bietet gegenwärtig eine Produktreihe aus vier Platten-Shelfs für FAS Systeme. Alle diese Shelfs sind wartungsfreundlich: Es kann von vorne auf sie zugegriffen werden, unabhängig davon, wo im Rack sie sich befinden. Zudem sind sie hochzuverlässig und weisen keine Single Points of Failure auf. Firmware-Upgrades werden auf allen Shelfs unterbrechungsfrei durchgeführt und Alternate Control Path ermöglicht das Out-of-Band-Management.

Platten-Shelf-Optionen

DS2246: Das DS2246 ist unser für hohe Performance optimiertes Shelf und fasst dank SFF-Laufwerken 24 Laufwerke in nur zwei Höheneinheiten. Im Vergleich mit dem DS4243 Platten-Shelf bietet das DS2246 die doppelte Storage-Dichte, eine um bis zu 60 % höhere Performance-Dichte (IOPS pro Höheneinheit) und einen um 30 % bis 50 % niedrigeren Stromverbrauch.

DS4246: Das DS4246 bietet die perfekte Balance zwischen Performance und Kapazität. Es ist 4 HE hoch und unterstützt SAS-Verbindungen mit 6 Gbit/s. Es kann entweder für 24 LFF-Festplatten mit hoher Kapazität oder für eine Kombination aus SSDs und kapazitätsstarken Festplatten zur Unterstützung von Flash Pool konfiguriert werden.

DS4243: Das NetApp DS4243 ist 4 HE hoch und unterstützt bis zu 24 Festplatten (mit hoher Kapazität oder hoher Performance) über eine SAS-Verbindung mit 3 Gbit/s.

DS4486: Das kapazitätsoptimierte DS4486 fasst 48 Festplatten mit hoher Kapazität. Dieses Platten-Shelf sieht von vorne aus wie das DS4246, ist jedoch etwas länger und verwendet Dual-Laufwerke (Tandem). So umfasst es doppelt so viele LFF-Festplatten in 4 HE. Im Gegensatz zu vielen kapazitätsoptimierten Platten-Shelfs ist das DS4486 von vorne zugänglich. Zehn DS4486 Shelfs in einem 42 HE hohen Rack wiegen weniger als 910 kg. Das Rack kann mit einem im Boden montierten Kühlungssystem in einem herkömmlichen Datacenter verwendet werden.

Das DS4243 wird in naher Zukunft durch das DS4246 ersetzt, da die von ihm unterstützten LFF-Performance-HDDs ausgemustert werden. Abgesehen davon ist NetApp mit diesem Portfolio aus Platten-Shelfs recht zufrieden und es sind in den kommenden Jahren keine größeren Änderungen zu erwarten.

Tabelle 1) Vergleich der NetApp Platten-Shelfs für FAS/V-Series Storage-Systeme

Spezifikationen
DS2246

DS4246

DS4243

DS4486
Höheneinheiten2 HE4 HE4 HE4 HE
Laufwerke pro Shelf-Gehäuse24242448
HDDs mit hoher Kapazität 
HDDs mit hoher
Performance
  
HDDs mit automatischer Verschlüsselung1 
SSDs mit Ultra-Performance
(rein und gemischt) 2

(nur gemischt) 2
  
I/O-ModuleDual 6 Gbit/Sek.Dual 6 Gbit/Sek.Dual 3 Gbit/Sek.Dual 6 Gbit/Sek.
Laufwerksträger-Formfaktor2,5 Zoll,
Small Form Factor
3,5 Zoll,
Large Form Factor
3,5 Zoll,
Large Form Factor
3,5 Zoll,
Large Form Factor
LaufwerksträgerEinzellaufwerkEinzellaufwerkEinzellaufwerkDual-Laufwerke (Tandem)

1HDDs mit automatischer Verschlüsselung befolgen Standards wie AES-128, AES-256 und FIPS 140-2.

2Ein „reines" SSD-Shelf enthält nur SSDs. Ein „gemischtes" Shelf enthält eine Kombination aus SSDs und HDDs zur Nutzung durch Flash Pool. Flash Pool funktioniert auch in Verbindung mit Shelf-übergreifenden Konfigurationen, in denen SSDs aus einem reinen SSD-Shelf mit HDDs aus anderen Shelfs zu einem Aggregat kombiniert werden.

3Weitere Informationen zu MetroCluster finden Sie unter http://www.netapp.com/de/media/ds-2893-metrocluster-solnbrief.pdf.

Interconnects

NetApp hat als einer der ersten Storage-Anbieter den Übergang von Fibre Channel zu SAS als Disk Interconnect vollzogen und wir sind überzeugt, dass SAS in dieser Funktion in absehbarer Zukunft entscheidende Vorteile erzielt. Die von uns gegenwärtig genutzten SAS-2-Verbindungen mit 6 Gbit/Sek. bieten noch immer eine absolut ausreichende Bandbreite und SAS-3 (12 Gbit/Sek.) ist bereits angekündigt.

Die einzige Einschränkung von SAS besteht in der relativ kurzen Länge der standardmäßigen Kupferkabel. NetApp hat vor Kurzem – als erstes Unternehmen in der Storage-Branche – eine Reihe an optischen SAS-Produkten vorgestellt, die dieses Problem lösen sollen. Optische Kabel bewältigen zwei wichtige Herausforderungen:

  • Einschränkungen bei der Verkabelung: In einem überfüllten Datacenter genügt die 20-m-SAS-Kabellänge unter Umständen nicht. Optische SAS-Kabel sind deutlich länger und vermeiden dieses Problem – so können Sie neue Platten-Shelfs an beliebigen freien Stellen im Rack ergänzen.
  • MetroCluster: Mit MetroCluster können Sie Daten synchron am Unternehmensstandort sowie über größere Entfernungen hinweg spiegeln und die kontinuierliche Datenverfügbarkeit sicherstellen. Optische SAS-Kabel von NetApp ermöglichen eine Konfiguration mit MetroCluster ohne zusätzlichen Raumbedarf, die sich über bis zu 500 Meter erstrecken kann und bereits vorhandene optische Infrastrukturen nutzt, ohne dabei durch Überbrückungen von SAS zu Fibre Channel unnötige Komplexität und Kosten zu verursachen.

Weitere Informationen finden Sie in den Antworten auf häufig gestellte Fragen zur Storage-Verkabelung und -Infrastruktur.

Längerfristige Trends

NetApp behält auch einige langfristige Medientrends im Blick. Bestimmte Klassen von Festplatten erreichen in Kürze dieselben Kosten je GB wie Bandlaufwerke, sodass sich auch Backups und Archivierungen ausschließlich basierend auf Festplatten realisieren lassen.

  • Die ersten Hybridlaufwerke, die HDD- und Flash-Technologien in einem einzigen Gerät vereinen, sind ebenfalls bereits auf dem Markt aufgetaucht. Diese Laufwerke eignen sich jedoch bisher nur für bestimmte Serverumgebungen.
  • Eine neue Klasse von HDDs zur Archivierung wird momentan entwickelt und bietet künftig preisgünstigere Lösungen mit sehr kurzen Arbeitszyklen. Auf diesen HDDs können Daten zwecks langfristiger Aufbewahrung und Compliance archiviert werden, um so die klassischen WORM-Anforderungen zu erfüllen – wobei die Daten häufig nur einmal geschrieben und dann nie wieder abgerufen werden. Wenn keine Zugriffe erfolgen, sollten diese Laufwerke heruntergefahren werden, um Strom zu sparen und die Nutzungsdauer des jeweiligen Geräts zu verlängern. Mit dem Aufkommen von Archivierungslaufwerken müssen die Platten-Shelfs, in denen sie untergebracht sind, möglicherweise nicht mehr über duale Netzteile, redundante Pfade usw. verfügen, sodass wir ein neues, kostengünstigeres Shelf-Design erwägen können.
  • Eine weitere neue Klasse von Laufwerken zielt speziell auf die Cloud oder Big Data ab. Diese Laufwerke haben ebenfalls einen kürzeren Arbeitszyklus und sind im Grunde genommen ein Ableger aktueller Nearline-Technologien. Die Laufwerke kommen primär in Umgebungen zum Einsatz, in denen drei Kopien von Daten zwecks Redundanz aufbewahrt werden. Für die meisten Applikationen, die eine derartige Redundanz nicht erfordern, halten wir die Nutzung einer geringeren Zahl an Spindeln plus RAID für eine günstigere Alternative. NetApp erwägt diese Klasse von Laufwerken für Backup-Storage in Kombination mit unserem dichten DS4486 Shelf.
  • Für Verbraucher konzipierte Festplatten sind gegenwärtig als kostengünstigerer Ersatz für Platten der Enterprise-Klasse im Gespräch. Wir gehen jedoch nicht davon aus, dass es dazu kommen wird, da die Ausfallraten einfach zu hoch sind.

Im Hinblick auf Solid-State-Lösungen besteht zwar kein Zweifel, dass SSDs das Design von Storage-Subsystemen wegweisend beeinflussen, jedoch unterliegt Flash-Arbeitsspeicher gewissen Einschränkungen. Flash-Zellen überstehen nur eine begrenzte Zahl an Schreibzyklen vor ihrem unweigerlichen Verschleiß. Neuere Technologien, zum Beispiel Phase-Change RAM und Resistive RAM, werden als Möglichkeit zur Überwindung dieser Einschränkungen diskutiert, allerdings lässt sich bisher noch nicht sicher vorhersagen, welche dieser Technologien sich durchsetzen wird. Klar ist, dass Solid-State Storage – in welcher Form auch immer – eine zunehmend wichtigere Rolle auf dem Storage-Markt spielen wird, insbesondere mit steigender Wirtschaftlichkeit.

Richtlinien zur Implementierung von Storage-Subsystemen

In Anbetracht des zunehmenden Interesses an Flash-Storage in jüngster Zeit könnte man leicht vermuten, dass das Ende von HDDs naht. In der Tat gibt es bestimmte Anwendungsfälle für dedizierte Flash-Arrays. Dies ist schließlich auch der Grund, weswegen NetApp im letzten Jahr das EF540 Flash-Array vorgestellt hat und eifrig am FlashRay Storage-Array arbeitet, unserer horizontal skalierbaren reinen Flash-Lösung der nächsten Generation.

HDDs werden uns jedoch – vor allem in Kombination mit Flash – noch lange Zeit begleiten. Die Wirtschaftlichkeit von HDD- und HDD/Flash-Lösungen gegenüber reinen Flash-Lösungen ist und bleibt ein schlagkräftiges Argument für zahlreiche Storage-Workloads.

NetApp empfiehlt folgende Best Practices:

  • Wählen Sie das EF540 Flash-Array oder ein FAS System mit SSDs für Applikationen, die eine möglichst konsistente Performance und eine möglichst niedrige Latenz erfordern.
  • Für andere High-End-Workloads sollten Sie ein FAS mit Performance-Platten in Kombination mit einer (oder mehreren) unserer auf Flash basierenden Caching-Technologien verwenden: Flash Cache (auf Ebene des Storage-Controller), Flash Pool (Festplatten-Subsystem) oder Flash Accel (Server Caching). NetApp hat viel Zeit und Mühe in die verfügbaren Optionen investiert, damit Sie Flash ganz nach Bedarf einsetzen können. (Weitere Hinweise zur Auswahl von Flash-Optionen finden Sie in unserem vor Kurzem herausgegebenen Leitfaden Flash Storage for Dummies, in einem Artikel von Tech OnTap und in einem aktuellen Whitepaper.)

Das DS2246 Platten-Shelf ist die beste Wahl für diese Art von Implementierung, da es sowohl Performance-HDDs oder SSDs als auch eine Kombination (für Implementierungen mit Flash Pool) aufnehmen kann und eine überragende Performance-Dichte bietet.

  • Für Nearline- oder kapazitätsorientierte Workloads sollten kapazitätsstarke Platten in Kombination mit Flash implementiert werden. Das DS4246 Platten-Shelf ist hierbei eine gute Wahl, da es sowohl HDDs mit hoher Kapazität als auch Kombinationen aus HDDs und SSDs unterstützt.
  • Für Backup- oder Archivierungs-Workloads empfehlen sich Platten mit hoher Kapazität. Das DS4486 Platten-Shelf bietet die maximale Kapazität je Höheneinheit.
  • Bei rein sequenziellen Workloads erzielen Sie mit Kapazitäts- oder Performance-Platten ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis als mit SSDs.
  • Fall Sie die I/O-Merkmale Ihres Workloads nicht genau kennen oder eine Vielzahl an Workloads mit transaktionsorientierten und sequenziellen I/O-Mustern unterstützen müssen, sind Sie mit HDDs plus Flash wieder auf der sicheren Seite.

Berücksichtigen Sie folgende allgemeine Richtlinien:

  • Mit Ausnahme von Flash Pool sollten Sie es vermeiden, unterschiedliche Medientypen im selben SAS-Stack zu vermischen.
  • Ein einziges FAS System unterstützt bei Bedarf mehrere Aggregate mit unterschiedlichen Medientypen (Performance-HDDs, HDDs mit hoher Kapazität, SSDs), um die Anforderungen verschiedenartiger Workloads zu erfüllen. Alternativ können Sie Clustered Data ONTAP implementieren und spezifische Cluster Nodes spezifischen Medien- und Workload-Typen zuweisen.
  • Verwenden Sie RAID-DP (eventuell mit Ausnahme von SSDs, die für Flash Pool implementiert werden).
  • Achten Sie darauf, RAID-Scrubs für RAID-Gruppen zu aktivieren, die HDDs enthalten (dies ist die Standardeinstellung), um die fehlerfreie Arbeitsweise Ihrer Laufwerke zu erhalten.
  • Wählen Sie zwecks vereinfachter Verkabelung optische SAS-Lösungen, wenn Sie Storage mit möglichen Längeneinschränkungen oder „Stretch" MetroCluster implementieren.
  • Beachten Sie die Hinweise im kürzlich aktualisierten Storage Subsystem Resiliency Guide, um die Robustheit Ihrer Lösungen zu maximieren.

Durch einige Überlegungen im Voraus – sowie die Beachtung der Hinweise in diesem Artikel und in vorangegangenen Beiträgen – finden Sie die Storage-Lösung, die sich am besten für Ihre spezifischen Workloads und Anforderungen eignet. Wie Sie zweifelsohne bemerkt haben, stehen zahlreiche Optionen zur Wahl: HDDs oder SSDs, als Cache oder persistenter Storage implementierte SSDs, unterschiedliche Kapazitäten und so weiter. Natürlich unterstützen die Experten von NetApp und unsere weltweiten Partner Sie gern bei Ihrer Entscheidung.

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Von Tushar Routh, Storage Hardware Product Manager

Tushar Routh arbeitet bereits seit über drei Jahren bei NetApp. Er ist für FAS Storage und RAID verantwortlich und kümmert sich um HDDs, SSDs, Laufwerksgehäuse und die zugehörige Infrastruktur. Er hat mehr als 20 Jahre Branchenerfahrung und war über zehn Jahre lang in den HDD-Fertigungsabteilungen von IBM und Hitachi tätig.

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