ZFS-basierte Speicherlösung Kommen Storage-Lösungen künftig ohne Wartung aus?

Autor / Redakteur: Rainer W. Kaese* / Dr. Jürgen Ehneß

Selbst die zuverlässigsten Speichersysteme erfordern ein gewisses Maß an Wartung, schließlich lassen sich Updates und der Austausch von Speicherkomponenten kaum vermeiden. Doch diese Annahmen stimmen nicht immer. Das folgende Beispiel zeigt eine Storage-Lösung, die seit vier Jahren ohne jegliche Wartung oder Unterbrechungen funktioniert.

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Im Technology Experience Lab bei NTT Global Data Centers testen Rechenzentrumsmanager und ihre Teams innovative Ansätze, um die Architektur ihrer Server und Speicher voranzutreiben.
Im Technology Experience Lab bei NTT Global Data Centers testen Rechenzentrumsmanager und ihre Teams innovative Ansätze, um die Architektur ihrer Server und Speicher voranzutreiben.
(Bild: NTT – Global Data Centers)

Im Technology Experience Lab bei NTT Global Data Centers in Frankfurt testen Rechenzentrumsmanager und ihre Teams innovative Ansätze. Der Vorteil: Im Lab können sie Ideen schnell umsetzen, private oder hybride Cloud-Lösungen testen oder verteilte Architekturen evaluieren. Immer im Fokus: die Verbesserung der Cloud-IT-Infrastruktur und der Wunsch herauszufinden, wie sich bestimmte Architekturen auf die Schnelligkeit der Datenverarbeitung und damit auch auf die Qualität der IT-Dienste auswirken.

2017 hat Toshiba gemeinsam mit Partnern eine ZFS-basierte Speicherlösung installiert, die seitdem neben der Bereitstellung einer schnellen Storage-Infrastruktur für das Lab auch ihre herausragende Zuverlässigkeit unter Beweis stellt: Abgesehen von einer geplanten zehnminütigen Ausfallzeit für die Installation einiger zusätzlicher ZFS-Funktionen läuft das System seit vier Jahren kontinuierlich, ohne dass es zu Ausfällen bei den 60 HDDs, SSDs, Controllern, Netzteilen, Lüftern, Kabeln oder anderen Komponenten kam.

Auswahl zuverlässiger Komponenten

Die Vorgabe für das Testszenario: Es sollte sich um eine Software-definierte skalierbaren Speicherlösung für Block- und File-Storage handeln; dafür wurden 102 TB Nettospeicher benötigt, was 240 TB Bruttokapazität erforderte. Als Software nutzt das Team die ZFS-basierte JovianDSS-Lösung von Toshibas Partner Open-E. Mit JovianDSS lassen sich hochverfügbare Lösungen ohne Single Point of Failure realisieren. JovianDSS ist außerdem hochflexibel: Die Lösung erstellt konsistente Snapshots, die bei Bedarf sofort wiederhergestellt werden können. Um die Vorteile der Software voll ausschöpfen zu können, musste die entsprechende Hardware zuverlässig und leistungsstark sein. Außerdem sollte sie mehrere blockbasierte iSCSI-Umgebungen mit Kapazitäten von 10 TB bis 40 TB sowie einige gemeinsam genutzte Dateiordner unterstützen.

Die Planungsphase war der entscheidende Faktor für den langfristigen Erfolg der endgültigen Speicherimplementierung. Toshiba führt in seinen Labors häufig Untersuchungen zur Serverimplementierung mit diversen Festplattenkonfigurationen durch. Daraus resultierten enge Beziehungen zu verschiedensten Komponenten- und Software-Anbietern und ein tiefgreifendes Verständnis dafür, was gut funktioniert. Auf der Grundlage dieser Erfahrungen konnte das Team eine Hardware-Architektur empfehlen, die mit Open-E JovianDSS tadellos zusammenarbeitet und sich in anderen Projekten bereits bewährt hat.

Gemeinsam mit Partnern testet Toshiba seit 2017 im Technology Experience Lab bei NTT Global Data Centers eine ZFS-basierte Speicherlösung.
Gemeinsam mit Partnern testet Toshiba seit 2017 im Technology Experience Lab bei NTT Global Data Centers eine ZFS-basierte Speicherlösung.
(Bild: NTT – Global Data Centers)

Für die 102 TB Nettospeicher hat das Team 60 Stück der 4 TB großen 3,5-Zoll-SAS-Enterprise-Capacity-Festplatte (MG04SCA40EA) von Toshiba ausgewählt. Ihre MTTF (Mean Time to Failure) von 1.400.000 Stunden und die Fehlerrate für nicht korrigierbare Lesefehler von nur zehn Fehlern pro 1016 gelesenen Bits ist eine Grundvoraussetzung für die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Auch die Leistung spielt eine wichtige Rolle: Das einzelne Laufwerk mit 7.200 U/min erreicht schon 215 MB/s Datendurchsatz. Die JovianDSS-Software kombiniert die Leistung der einzelnen Laufwerke zu einer Zpool-Leseleistung von 12,9x Single Disk und 8,5x Single Disk für Schreibvorgänge. Für die ZFS-Schreib- und -Lese-Caches hat das Team 10 DWPD-SAS-Enterprise-SSDs mit 1,6 TB Speicherplatz von Kioxia (ehemals Toshiba Memory) ausgewählt.

Problemfall Hitzeentwicklung

Ein wesentlicher Faktor bei Festplattenausfällen ist die Hitze, daher hat das Team das JBoD-Festplattengehäuse vor der Auswahl genau überprüft. Die Wahl fiel auf das J4060-01 Dual Expander, 12 GB/s, 60 bay toploader JBoD von AIC, dessen redundantes 1+1-Hot-Swap-Netzteil mit 1.400 W (80+ Platinum) eine hohe elektrische Effizienz sicherstellt und zugleich die Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllt. Das mit vier 80 mal 38 Millimeter großen Hot-Swap-Lüftern ausgestattete JBoD zeigt im Test zwischen dem kältesten und dem wärmsten Laufwerk eine Temperaturdifferenz von nur 4 Grad Celsius und bestätigt damit die Erwartungen. Für die Verbindung zum JBoD kommt der Adaptec-RAID-Adapter ASR-8885 mit 8 internen und 8 externen Anschlüssen zum Einsatz. Das im HBA-Modus betriebene Modell war 2017 als eine der besten Lösungen bekannt.

Der Storage-Server- und JBoD-Standort im Technology Experience Lab auf dem Campus Frankfurt 1 von NTT Global Data Centers war ein weiterer wichtiger Baustein in einer Strategie, die auf Zuverlässigkeit setzt. Die 60.000 Quadratmeter große Fläche bietet eine hervorragende Netzwerkkonnektivität. Die Stromversorgung erfolgt über zwei separate europäische Stromversorgungsnetze, die direkt zu den Servern und Laufwerksgehäusen führen. Außerdem ist die physische Sicherheit sichergestellt, und die Zuverlässigkeit der Speicher wird durch das hocheffiziente Kühlsystem gesichert.

Vier Jahre zuverlässig in Betrieb

Bislang funktioniert das System seit vier Jahren störungsfrei. Für die Zukunft ist geplant, die Zuverlässigkeit der Speicherlösung weiter zu erforschen – auch wenn die Herstellergarantie für die meisten der Enterprise-Hardware-Komponenten in einem Jahr endet. Aufgrund der bisherigen Erfahrungswerte mit Toshiba-Enterprise-HDDs geht das Team davon aus, dass der Speicher noch viele Jahre lang problemlos arbeiten wird.

Die Speicherlösung hat im Verlauf ihres Betriebs eine Vielzahl von Proof-of-Concept-Aktivitäten im Technology Experience Lab bewältigt – sehr zur Zufriedenheit aller Beteiligten. „Das Technology Experience Lab profitiert in hohem Maße von dieser Speicherlösung, und wir sind von ihrer anhaltenden Standfestigkeit wirklich beeindruckt. In Kombination mit unseren hochverfügbaren Rechenzentren kann ich mir keinen zuverlässigeren Betrieb von Unternehmensspeichern vorstellen. Wir freuen uns auf viele weitere Jahre des störungsfreien Betriebs“, erklärt Dominik Friedel, Business Development Manager von NTT Global Data Centers.

Im Praxistest der Speicherlösung mit zahllosen Snapshots und Scrubbing sowie dem ständigen An- und Abkoppeln von iSCSI-Targets über mehrere Wochen hat sich die Software ebenfalls als optimale Wahl erwiesen. „Ich bin stolz darauf, wie gut diese Installation nach all den Jahren funktioniert. Außerdem bin ich mir sicher, dass dies noch nicht alles ist, was dieses Set-up leisten kann. Die hervorragende Leistung und Zuverlässigkeit werden durch das ZFS- und Linux-basierte System in Kombination mit erstklassiger Hardware sichergestellt, sodass dieses System Jahrzehnte lang bestehen kann. Und das ist nicht nur eine Vermutung; Open-E entwickelt seit über 20 Jahren ZFS-Datenspeichersysteme, und wir haben ähnliche, langlebige Installationen wie diese bei Kunden auf der ganzen Welt im Einsatz“, erklärt Krzysztof Franek, Geschäftsführer der Open-E GmbH.

Der wichtigste Faktor für den Erfolg dieses Projekts liegt in der Zusammenarbeit der beteiligten Partner. Dabei ist fundiertes Fachwissen in jedem Bereich zwar unerlässlich, reicht aber für sich genommen nicht aus. Nur wenn die besten Technologien zusammengebracht und ihre Möglichkeiten und Optionen ausgelotet werden, ist es möglich, solch anspruchsvolle Anforderungen erfolgreich zu meistern. „Wir sind besonders stolz auf unser Partnernetzwerk mit Open-E, Kioxia, AIC, NTT und Microchip. Auch wenn die Toshiba-Festplatten bemerkenswert zuverlässig sind, steigern sie den Wert für den Endbenutzer, wenn sie in ein aus vielen Komponenten bestehendes, zuverlässiges und leistungsstarkes System integriert werden“, ergänzt Larry Martinez-Palomo, General Manager der Storage Products Division von Toshiba Electronics Europe.

Rainer W. Kaese, Senior Manager Business Development, Storage Products Division, Toshiba Electronics Europe GmbH.
Rainer W. Kaese, Senior Manager Business Development, Storage Products Division, Toshiba Electronics Europe GmbH.
(Bild: Toshiba)

*Der Autor: Rainer W. Kaese, Senior Manager Business Development, Storage Products Division, Toshiba Electronics Europe GmbH

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