HPs Adaptive Flash Cache detailliert erklärt

SSD-Lesebrille gegen schwache Datenbank-Performance

| Autor / Redakteur: Michael Ettengruber, Business Development Manager Storage bei HP Enterprise / Rainer Graefen

Mit ein wenig algorithmischer Intelligenz lassen sich umfangreiche Investitionen ersparen, ohne Abstriche an der Performance machen zu müssen.
Mit ein wenig algorithmischer Intelligenz lassen sich umfangreiche Investitionen ersparen, ohne Abstriche an der Performance machen zu müssen. (HP Enterprise (HPE))

Der Abgesang auf magnetische Medien ist bereits seit einigen Jahren in vollem Gange. Vor allem das Geschwindigkeitsgefälle, das immer dann entsteht, wenn Mechanik auf Elektronik trifft, lässt magnetische Medien im Vergleich zu anderen Speichertechnologien alt aussehen. Doch eigentlich geht es darum, hohe Kapazität mit hohen I/O-Raten und geringen Kosten zu kombinieren.

Oft sind es finanzielle Gründe, die Unternehmen an bestehenden magnetischen Medien festhalten lassen. In solchen Fällen bietet es sich an, den DRAM-Cache durch SSD-Medien (Solid State Disk) zu erweitern. Der Lesevorgang von magnetischen Datenbeständen lässt sich so beispielsweise um ein Fünffaches beschleunigen – bei einer Latenz von unter 1 ms.

Dem Lesen auf die Sprünge helfen

Grundsätzlich lassen sich die Zugriffsarten auf Speichersysteme in vier Kategorien einteilen:

  • Sequentielles Schreiben (sequential write)
  • Wahlfreies Schreiben (random write)
  • Sequentielles Lesen (sequential read)
  • Wahlfreies Lesen (random read)

Dabei stellt das wahlfreie Lesen die größte Herausforderung dar: Hier erhält das Speichersystem Anfragen nach Datensätzen, die sich durch herkömmliche Algorithmen nicht vorhersagen lassen.

In Relation zur geringen Größe und Kapazität des in den Controllern eingebauten Lese-Cache (zum Beispiel 16 Gigabyte) sind die verbauten magnetischen Festplatten (100 x 900 GByte = 90 TByte = 90.000 Gigabyte) riesig. Dieses enorme Missverhältnis macht es sehr unwahrscheinlich, dass ein zu lesender Datensatz „zufällig“ gefunden wird.

Um einen wahlfreien Lesezugriff letztlich doch zu ermöglichen, verwenden Speichersysteme mehr oder weniger ausgefeilte Algorithmen. In den vergangenen Jahren haben sich die aufgerufenen Datenmengen jedoch massiv erhöht, sodass selbst fortschrittlichste Algorithmen die erforderlichen Lesevorgänge nur noch sehr ineffizient abarbeiten können.

Eine Lösung könnte eine Cache-Vergrößerung auf DRAM-Basis sein. Das Problem: Größere L1-Caches sind sowohl preislich als auch thermisch und energetisch deutlich im Nachteil. Darüber hinaus führen sie zu einer höheren Geschwindigkeitsdifferenz: Während sich die Latenzen bei magnetischen Medien im Bereich von Millisekunden (10 ms bis 3 ms) bewegen, erreicht die Geschwindigkeit, und somit die Latenz, bei DRAM-Modulen den Nanosekunden-Bereich (10 ns bis 9 ns).

Somit ist der Cache auf DRAM-Basis im Vergleich zu magnetischen Medien etwa eine Million Mal schneller. In der Praxis können die Vorteile dieses erheblichen Geschwindigkeitszuwachses aufgrund der verbleibenden Latenzen innerhalb der Speicher-Infrastruktur jedoch faktisch nicht genutzt werden.

Damit ist DRAM nicht nur zu teuer, zu hitzeanfällig und zu klein, sondern vor allem zu schnell, um die Cache-Kapazitäten beliebig und im laufenden Betrieb zu erweitern.

Der Adaptive Flash Cache in einem HP 3PAR StoreServ-Speichersystem

Mit HP 3PAR OS Version 3.2.1+ lassen sich bei 3PAR StoreServ-Speichersystemen der Linien 7.000 (8.000) und 10.000 (20.000) Teile des SSD-basierten Speicherplatzes als Lese-Cache für logische Laufwerke auf magnetischer Basis einsetzen, um den Lesevorgang zu beschleunigen. Für jedes HP 3PAR StoreServ-Controllerpaar müssen als technische Mindestanforderung vier oder mehr SSD-Speichermedien zur Verfügung gestellt werden. Die maximale Cache-Größe liegt, je nach Modell, zwischen 768 Gigabyte und 32 Terabyte pro HP 3PAR-Speichersystem.

Damit steht der Adaptive Flash Cache grundsätzlich für jeden Datenbestand und jedes logische Laufwerk auf magnetischen Medien zur Verfügung. Allerdings profitiert nicht jeder Datenbestand und jede Applikation davon gleichermaßen: Generell müssen Applikationen eine gewisse Lokalität im Zugriffsmuster aufweisen. Auch wenn der Zugriff grundsätzlich als wahlfrei erscheint, bezieht sich ein Großteil des Zugriffs auf einen eingrenzbaren Teil des Datenbestands der Applikation.

Insbesondere Datenbanken mit einem verhältnismäßig kleineren Teil an Bewegungsdaten und einem großen Archivbereich eignen sich daher besonders für den Einsatz von Adaptive Flash Cache – und ebenso Datenbestände, die häufiger gelesen als geschrieben werden und auf der Applikationsseite von einer signifikant schnelleren Datenverfügbarkeit profitieren. In solchen Fällen erreicht die Leistung im Optimalfall „fast All-Flash Performance“. Der Austausch aller magnetischen Medien mit SSDs ist somit nicht erforderlich.

HP 3PAR StoreServ Adaptive Flash Cache ist ohne Aufpreis in der HP 3PAR Host OS Suite ab 3PAR OS Version 3.2.1 enthalten. Eine separate Lizenzierung ist nicht notwendig. In Zusammenarbeit mit dem bekannten 3PAR Wide Striping, den Thin Technologies und dem extrem einfachen Management der StoreServ-Systeme stellt Adaptive Flash Cache eine kostengünstige Möglichkeit zur Erweiterung bestehender 3PAR-Speichersysteme dar und bietet den Benutzern erhebliche Leistungsvorteile ohne zusätzliche Investitionen.

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