Speicher: Unterschied SATA - SAS - Einsatz von SSDs

Hinweis zum Bildmaterial: Die in diesem Artikel verwendeten Screenshots stammen von HPETM. (www.hpe.com)

Dieser Artikel geht auf die Unterschiede der Schnittstellen SATA – SAS ein und behandelt in weiterer Folge das Thema SSD. Außerdem beantwortet er die Frage, warum gerade der Einsatz von SSDs einen Performanceschub für die NTCS bedeutet.

Für die NTCS ist vor allem die IOPS-Leistung (Input/Output Operations per Second) wichtig. Wie viele Zugriffe/Operationen kann ein Medium (z. B. eine Festplatte oder SSD) pro Sekunde abarbeiten. Ein wichtiger Aspekt sollte hier nicht vernachlässigt werden. Nicht nur der Datendurchsatz (Bandbreite) ist zwangsweise entscheidend für eine gute Performance.

1. Bandbreite ist nicht Performance

MB/s und GB/s sind wichtig für:

• Backbone Netzwerke
• Data-Streaming
• Disk-to-Disk Backup

IO/s sind wichtig für:

• Transaktionsorientierte Applikationen
• Datenbanken (z. B. SQL und Oracle) → NTCS!
• Daten-Analyse

In weiterer Folge gibt es mittlerweile mehrere Schnittstellen, über die Festplatten und SSDs angeschlossen werden können. Wir konzentrieren uns hier bei den HDDs auf SATA und SAS, wobei für SSDs auch bereits die Schnittstellen NVMe (vor allem im Serverbereich) und M.2 (Consumer Bereich) zum Einsatz kommen können.

Bevor wir auf die Unterschiede eingehen, möchten wir einen Geschwindigkeitsvergleich zwischen einer HDD und SSD zeigen. Ausschlaggebend sind für den Einsatz von datenbankorientierten Anwendungen, wie die NTCS, die IOPS und Latenzzeiten der jeweiligen Medien. Hier lässt sich bereits sehr gut der Vorteil einer SSD gegenüber HDD erkennen.

2.1. Optimierungsstrategien für das Disk Subsystem:

• SAS anstatt SATA
• RAID Controller anstatt Onboard Controller
• Effiziente RAID Varianten und „richtige“ Anzahl an Festplatten
• Richtige Strip Size verwenden (z. B.: bei RAID5 64kB anstatt 16 kB)
• Write Back Cache (BBWC/FBWC)
  • Sehr gut für Random-I/O Daten
  • Neutral für sequentielle Daten (gut für kurze Bursts)

• mehr Festplatten
• Festplatten mit 15k rpm
• 2,5" Platten verwenden - kleinere Platten haben kürzere Zugriffszeiten
• Solid State Drives (SSDs)
  • auch als Cache-Ersatz für BBWC/FBWC
  • somit viel größerer Cache-Speicher
  • und viel höhere Random-Read Leistung

• Trennen von sequentiellen und Random-I/O Daten auf unterschiedliche RAID Controller und RAID Varianten
  • z. B. Betriebssystem, Log-Dateien und Datenbanken auf jeweils eigene Controller und eigene RAIDs aufteilen.

3. Überblick der gängigsten RAID-Varianten

3.1. RAID 0 – Striping

3.2. RAID 1 – Mirroring

3.3. RAID 10 – Striped Mirror

3.4. RAID 5 – Distributed Data Guarding

​​​​​​3.5. RAID 50 – Striped RAID 5

4. SSD (Solid State Disks)

Seit der Marktreife von SSDs (Solid State Disk) im Consumer und Enterprise Markt möchten wir einen kurzen Blick auf unterschiedliche Bereiche dieser Technologie werfen.

Da fast alle Daten, die innerhalb der NTCS verarbeitet werden, in einer Datenbank liegen und wie weiter oben bereits erwähnt wurde, für eine Datenbank vor allem die I/O-Leistung entscheidend ist, profitiert unsere Applikation vor allem durch den Einsatz von SSDs. Was ist nun beim Einsatz von SSDs zu beachten?

4.1. Aufbau einer SSD

Eine SSD unterscheidet sich im Aufbau zu einer normalen Festplatte wie folgt:

• SSDs enthalten im Unterschied zu herkömmlichen Festplatten keine beweglichen Teile mehr. Es werden lediglich Flashspeicher eingesetzt.
• Ein Controller, der sich ebenfalls auf der SSD befindet, ist für die „Dateiverwaltung“, also die Organisation und Verwaltung der Daten, verantwortlich.
• Ein weiterer Bestandteil einer SSD ist die Schnittstelle über die die Kommunikation mit RAM, CPU usw. erfolgt. Wie bei normalen Festplatten unterscheidet man hier zwischen SATA (gängig für PC oder Laptops) und SAS (Serverbereich). Mittlerweile gibt es bereits auch die Möglichkeit PCI-E Schnittstellen (NVMe) oder M.2 (Consumer Bereich) für den Einsatz von SSDs zu nutzen.

4.2. Vorteile/Nachteile einer SSD gegenüber einer Festplatte

Vorteile

• Bessere Performance
• Sehr geringe Latenzzeiten (Zugriffszeiten)
• Energieeffizient
• Geräuschlos

Nachteile

• Höherer Preis bei großen Kapazitäten und Enterprise SSDs
• Geringere Lebensdauer

5. Consumer SSDs vs. Enterprise SSDs

Wie bei Festplatten gibt es nun auch bei SSDs Unterschiede die sich vor allem auf die Performance, Lebensdauer, den Preis und das Einsatzgebiet auswirken.

​​​5.1. Verwendeter Speicher

Vor allem der verwendete Speicher auf den SSDs hat Einfluss auf Preis und Lebensdauer der SSD. Im Gegensatz zu Festplatten kann der Speicher von SSDs nur begrenzt oft beschrieben werden, bis die SSD nicht mehr verwendet werden kann. Im Normalbetrieb (Consumerbereich) wird zwar bereits eine Lebensdauer von Jahren erreicht, diese wird aber hauptsächlich davon beeinflusst wie stark die SSD beansprucht wird. Angegeben wird die Lebensdauer oft mit DWPD (Disk Writes per Day), oder TBW (Terrabytes Written). Oft wird beim Speicher selbst auch von Schreibzyklen gesprochen.

Grob betrachtet gibt es hier vor allem folgende Speichervarianten die auf SSDs zum Einsatz kommen und je nach Einsatzgebiet (PC, Server etc.) verwendet werden.

TLC

MLC

eMLC

SLC

​​​​5.2. Performance

Ausschlaggebend ist natürlich die Performance der SSD gegenüber einer normalen Festplatte. Untenstehend ein kurzer Performancevergleich zwischen SSD und HDD. In diesem Fall werden zwei Consumerprodukte miteinander verglichen. Ein Blick auf die Werte gibt uns eine Vorstellung, welche Performancevorteile eine SSD bringen kann. (Da wir keine Empfehlung für Hard Disks oder SSDs abgeben möchten, geben wir keinen Hersteller an. Die Testergebnisse wurden von einer externen Seite bereitgestellt)

Ein weiterer Test (anderes Setting) vergleicht die Performance von Hard Disks (SAS) und den Einsatz von SSDs. Im Testvergleich 14 x 10krpm SAS HDD (RAID5) vs. 6x SSD (SAS) RAID5.

6. Fazit

Aus den oben genannten Gründen und Ergebnissen möchten wir abschließend darauf hinweisen, dass der Einsatz von bzw. der Umstieg auf SSDs in Verbindung mit BMD NTCS, sei es nun als Einzelplatz- oder Serverinstallation, einen Performanceschub bringen kann.