{"id":13741,"date":"2016-09-21T08:49:56","date_gmt":"2016-09-21T06:49:56","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thomas-krenn.com\/de\/tkmag\/?p=13741"},"modified":"2022-03-24T09:20:45","modified_gmt":"2022-03-24T08:20:45","slug":"enterprise-sshd-ssd-und-festplatte-einem","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thomas-krenn.com\/de\/tkmag\/expertentipps\/enterprise-sshd-ssd-und-festplatte-einem\/","title":{"rendered":"Enterprise SSHD: SSD und Festplatte in einem"},"content":{"rendered":"

Seagates Enterprise Performance 10K HDD mit TurboBoost vereint beide Welten und deren Vorteile \u2013 die hohen Kapazit\u00e4ten von Festplatten mit einigen wichtigen Performancevorteilen von SSDs.<\/strong><\/p>\nD<\/span>ie Performance Ihres Storage reicht nicht aus? Stellen Sie einfach vollst\u00e4ndig auf SSDs um!\u201c Diese einfache Antwort kann bei kleineren Datenmengen durchaus schon die L\u00f6sung des Problems sein. Bei RAID-Konfigurationen mit mehreren Terabyte f\u00fchrt diese vermeintlich einfache L\u00f6sung aber h\u00e4ufig zur n\u00e4chsten Frage \u2013 zur Preisfrage.<\/p>\n

SSHD integriert Lese-Cache<\/strong><\/h2>\n

Seagate kombiniert als Antwort auf diese Preisfrage SSD und\u00a0Festplatte in deren Solid State Hybrid Drives (SSHDs) der Enterprise Performance 10K TurboBoost Serie. Der normalen Festplatten-Kapazit\u00e4t stehen 32 GB SSD-Kapazit\u00e4t zur Seite, die als Lese-Cache fungieren. Der SSHD Controller kopiert h\u00e4ufig gelesene Daten in den SSD-Bereich \u2013 somit k\u00f6nnen diese Daten bei weiteren Lesevorg\u00e4ngen sp\u00fcrbar schneller gelesen werden. Den Messungen von Tom’s IT Pro Magazin zufolge, steigt die Anzahl an m\u00f6glichen Lese-IOPS (Input\/Output Operations Per Second) dadurch auf bis zu 11.000 IOPS an.<\/a><\/p>\n

Dynamische Anpassung des Lese-Cache<\/strong><\/h2>\n

Der Lese-Cache arbeitet dabei auf Block-Ebene (4 KB). Kommt es zu \u00c4nderungen im Nutzungsverhalten und werden neue Datenbl\u00f6cke h\u00e4ufiger gelesen, reagiert die Firmware der SSHD unmittelbar und legt diese Bl\u00f6cke im Cache ab. Dies ist vor allem in virtualisierten Umgebungen vorteilhaft, wenn einzelne virtuelle Maschinen mehr Lesezugriffe verursachen als andere. F\u00fcr all dies ist keine spezielle Konfiguration oder ein Eingriff des Administrators erforderlich \u2013 es passiert alles automatisch im Hintergrund.<\/p>\n

Schreib-Cache mit Power-Loss-Protection<\/strong><\/h2>\n

F\u00fcr das Caching von Schreib-Operationen verwenden Seagates SSHDs so wie auch normale SSDs oder Festplatten einen Teil des integrierten DRAM (konkret ca. 60 MB der 128 MB des DRAM). Dieser Cache muss – wie auch bei herk\u00f6mmlichen Festplatten – im Servereinsatz deaktiviert werden. Im Falle eines Stromausfalles ginge dessen Inhalt n\u00e4mlich verloren, ein vollst\u00e4ndiger Datenverlust k\u00f6nnte die Folge sein (Details dazu zeigen wir im Wiki-Artikel Cache Einstellungen von RAID Controllern und Festplatten<\/a>). Enterprise SSDs sch\u00fctzen den Inhalt des DRAM-Cache durch zus\u00e4tzliche Kondensatoren. Diese liefern bei einem Stromausfall noch ausreichend Energie, um die Daten auf die Flash-Chips der SSD zu schreiben. Sie f\u00fchren aber naturgem\u00e4\u00df auch zu etwas h\u00f6heren Anschaffungskosten.<\/p>\n

Seagate geht bei den Enterprise Performance 10K Festplatten mit TurboBoost jedoch einen durchaus raffinierten Weg, um wichtige Teile des Cache bei einem Stromausfall zu sch\u00fctzen. Wie auch herk\u00f6mmliche Festplatten werden diese SSHDs mit deaktiviertem Schreib-Cache (SAS Write Cache Enabled = 0) f\u00fcr einen sicheren Serverbetrieb eingesetzt. Im Gegensatz zu den normalen Festplatten bieten diese SSHDs jedoch bei dieser Einstellung ein NVC (nonvolatile cache) gesch\u00fctztes Schreib-Caching. Wie funktioniert das? Bei einem Stromausfall dreht sich der Festplatten-Motor bis zum Stillstand der Festplatte weiter. Durch die Drehung induziert der Motor \u00e4hnlich wie ein Dynamo eines Fahrrads eine Spannung \u2013 und diese Spannung verwendet Seagate um die Daten aus dem NVC Bereich des DRAM hin auf einen reservierten Teil des SSD-Bereichs zu schreiben. Was bedeutet das f\u00fcr die Praxis? Der Controller-Chip der SSHD kann dank des NVC mehrere zu schreibende Datenbl\u00f6cke sinnvoll zusammenfassen und optimiert sortieren. Anschlie\u00dfend schreibt der Controller die Daten in einem Rutsch auf Platte.<\/p>\n

Tiering<\/strong><\/h2>\n

Neben der M\u00f6glichkeit Festplatten- und SSD-Speicher in einer SSHD zu integrieren, k\u00f6nnen auch normale Enterprise Festplatten und SSDs mittels einer Caching-Software kombiniert werden.\u00a0Man spricht in diesem Fall von \u201eTiering\u201c.<\/p>\n \"SSHDs
Tiering kombiniert SSDs mit HDDs\/SSHDs. Die SSDs dienen als Cache-Pool mit typischerweise 4 MB gro\u00dfen Caching-Elementen.<\/span><\/span>\n

SSDs werden als hochperformanter Speicher als Tier 0 verwendet,\u00a0Festplatten als Tier 1. Die Caching-Software (z.B. LVM Cache unter Linux) erlaubt bei entsprechender Konfiguration, SSDs als reinen Lese- oder kombinierten Lese-\/Schreib-Cache zu verwenden. Bei einem Einsatz als Schreib-Cache ist darauf zu achten, die SSDs selbst redundant (z. B. in einer RAID 1 Konfiguration) zu verwenden, da ansonsten bei einem Ausfall einer einzelnen SSD Datenverlust droht. Solche Setups sind durchaus sinnvoll und erlauben eine individuelle Auswahl des Verh\u00e4ltnisses der SSD- zur Festplatten-Kapazit\u00e4t. Durch die Software-seitige L\u00f6sung kommt es zu einem gewissen Overhead.<\/p>\n

Es muss jederzeit bekannt sein, welche Daten auf SSD und welche auf Festplatte liegen. Je mehr Datenbl\u00f6cke in Summe verwaltet werden, umso mehr Overhead entsteht. Damit dieser Mehraufwand nicht ausufert, werden gleich gr\u00f6\u00dfere Datenbereiche in einem verwaltet \u2013 z. B. die 4 MB gro\u00dfen \u201ePhysical Extends\u201c von LVM beim LVM Cache. Bedauerlicherweise haben dann aber kleine Dateien oder Datenbankeintr\u00e4ge wenig Chancen in den Cache zu gelangen, wenngleich sie auch h\u00e4ufig gelesen werden. Wird auf benachbarte Speicherbereiche zu wenig zugegriffen, ist der 4 MB Block aus Sicht der Caching-Software einfach zu wenig gefragt.<\/p>\n

Genau hier kommen wieder SSHDs ins Spiel. Werden sie anstelle von normalen Festplatten in einer Tiering-L\u00f6sung eingesetzt, liefern die SSHDs dank ihres Cachings auf Block-Ebene (4 KB) genau jene h\u00e4ufig gefragten kleineren Datenbl\u00f6cke schnell \u00fcber den integrierten Cache aus, die es anhand der Kritierien der Caching-Software nicht in den Tier 0 (SSDs) schaffen.<\/p>\n

Unterschied zu Consumer SSHDs<\/strong><\/h2>\n

Seagates Enterprise Performance 10K HDDs mit TurboBoost unterscheiden sich von den Consumer-Produkten nicht nur in der h\u00f6heren Drehzahl (10.000 rpm im Vergleich zu 5.400 rpm bzw. 7.200 rpm). Beim integrierten SSD-Speicherbereich kommen 32 GB eMLC (Enterprise MLC) im Vergleich zu 8 GB MLC bei den Consumer-Produkten zum Einsatz. Der SSD-Cache der Consumer-Produkte ist auf einen schnellen Start des Betriebssystems ausgelegt. Sie versuchen, Betriebssystem-Dateien, die beim Starten des Rechners gelesen werden, permanent im Cache zu behalten. Wird der Rechner herunter gefahren und sp\u00e4ter wieder neu eingeschaltet, beschleunigt dieses Verhalten die Ladezeit bis das Betriebssystem verf\u00fcgbar ist. Im Serverbetrieb spielt dieses Verhalten jedoch nur eine untergeordnete Rolle. Die Enterprise SSHDs behalten den Cache-Inhalt daher ausschlie\u00dflich \u00fcber Reboot-Grenzen hinweg, bei einem Kaltstart wird der Cache neu aufgebaut. Im laufenden Betrieb konzentriert sich die Firmware der Enterprise SSHD ausschlie\u00dflich darauf, die aktuell am h\u00e4ufigsten gelesenen Datenbl\u00f6cke im Cache zu halten \u2013 eben optimiert auf den Serverbetrieb.<\/p>\n

Ein weiterer Aspekt f\u00fcr die Nutzung der Enterprise SSHD ist deren Auslegung auf einen Dauerbetrieb und eine beliebige Schreiblast. Im Gegensatz zu SSDs gibt es keine Obergrenze f\u00fcr die Menge geschriebener Daten. Damit eignet sich die SSHD f\u00fcr alle nur erdenklichen Aufgaben im Server- und Workstation-Einsatz und kann universell verwendet werden, sowohl bei extrem hohen Schreibraten wie auch bei Anwendungen mit Daten-Hot-Spots.<\/p>\n

Fazit: SSHDs bringen im Serverbetrieb gleich mehrere Vorteile:<\/strong><\/p>\n