Gastbeitrag der Storage Networking Industry Association (SNIA)

Warum Flash die bessere Disk ist

| Autor / Redakteur: Alex McDonald, SNIA Europe UK Country Committee and NetApp Industry Forums & Standards, Office of the CTO; Bob Plumridge, SNIA Europe Chairman and CTO EMEA, HDS / Nico Litzel

Zahlenspiele: Welche Technik lohnt sich wann?

Zurück zur Fünf-Minuten-Regel: Jim Gray geht davon aus, dass die Kapazität des Cache dessen Kosten bestimmt. Die Kosten des zum Cache gehörenden regulären Storage – hier Harddisks – hängen von den Zugangskosten oder Kosten pro IOP ab. Das Break-Even-Intervall ist die Zeit, bis zu der es sich lohnt, Daten im Cache vorzuhalten. Nach Überschreiten des Break Even werden die Daten vom Cache in den Disk-Storage verschoben. Zur Berechnung entwarf Gray 1987 folgende Formel:

Break-Even-Intervall = Kosten regulärer Storage pro IOP / Cache-Kosten pro Seite

Da ist nur eine vereinfachte Darstellung. Für die komplette Analyse empfiehlt sich „The five-minute rule twenty years later, and how flash memory changes the rule“, Goetz Graefe, ACM 978-1-59593-772-8.

1987 lagen die IOP-Kosten von Festplatten bei etwa 2.000 Dollar, DRAM lag bei fünf Dollar pro Kilobyte. Der Break-even für 1 Kilobyte lag also bei rund 400 Sekunden beziehungsweise fünf Minuten. Bis heute fielen die Festplattenpreise um den Faktor 2.000 auf rund einen Dollar/IOP. Festplatten, die 150 IOPS schaffen, kosten also nur noch 150 Dollar. Die DRAM-Preise fielen sogar um den Faktor 100.000 auf 0,05 Dollar pro Megabyte. Damit liegt das Break-Even-Intervall bei fünf Stunden, wie Gray schon 1987 voraussagte. Nun lohnt es sich bereits, eine 50-KB-Seite für fünf Minuten zur cachen; das ist 50 Mal so viel wie 1987!

Während Disk heute etwa einen Dollar pro IOP kostet, liegt SSD Flash bei zehn Dollar pro Gigabyte. Die Fünf-Minuten-Regel setzt das Break-Even-Intervall für Flash also bei 250 Kilobyte für fünf Minuten oder pro Disk-IOP. Beim Vergleich von DRAM mit SSD Flash kosten die IOPS bei Letzterem rund 0,05 Dollar pro IOP. Die Fünf-Minuten-Regel ergibt hier eine Seitengröße von sechs Kilobyte.

Ergänzendes zum Thema
 
Hier eignet sich SSD

Die Praxis

Nun gibt es zwei Fünf-Minuten-Regeln: eine für große Seiten, die zwischen DRAM und Flash Memory verschoben werden, und eine für kleine Seiten, die zwischen Flash Memory und Festplatten verschoben werden.

  • Für Random-Zugriff auf kleine Datenmengen ist Flash rentabler als DRAM, was den Bedarf dafür reduziert.
  • Von Flash auf Festplatte sind höhere Übertragungsgrößen möglich als von DRAM auf Festplatte. Dadurch reduzieren sich Anzahl und Kosten für Disk-IOPS.
  • Flash erlaubt feinere Prüfpunktintervalle etwa für Snapshots, wobei die Belastung durch Metadaten vernachlässigbar ist.
  • Flash-Techniken sind vielseitig einsetzbar. Sie eignen sich perfekt für arbeitsintensive, wahlfreie Lesevorgänge, etwa die Online-Verarbeitung von Transaktionsdaten (OLTP) oder Metadatenverwaltung, und erlauben vollständig im Memory vorgehaltene Datenbanken.
  • Die niedrige Leselatenz von Flash – 100 Mal besser als Disk – erleichtert Paging, also den Datentransfer zwischen Memory und Massenspeicher. Sie bietet auch Vorteile beim Virtualisieren vieler Applikationen auf Servern mit schwacher CPU, aber hohem Speicherbedarf.

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