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Speichertypen

RAID und BBU

RAID Controller mit BBU und ohne BBU gilt nur f√ľr HDD hier geht es zu den RAID Controller mit BBU und ohne BBU gilt nur f√ľr SSD die BBU schreibt die Daten zur√ľck vom Speicher auf die Festplatte, die Batterie muss alle 4 Jahre getauscht werden, bedingt durch die Alterung 5-8 Jahre k√∂nnen erreicht werden, aber wer f√§hrt seinen Tank schon bis zum Ende leer, ein wenig Reserve macht immer Sinn.Write Back und Write Through, beim Write Back schickt der Controller einen Best√§tigungsbefehl an OS zum Schreiben der Daten vom OS zu den Festplatten, in der Zwischenzeit werden die Daten so lange im Cache gehalten, bis die Daten vom Controller auf die Festplatten geschrieben wurden. Schreibleistung wird gesteigert.Ist keine Batterie (BBU) vorhanden, sind die Daten weg! Also mit BBU Einschalten und ohne BBU Ausschalten. Bei der Write-Through-Strategie sendet einen Best√§tigungsbefehl erst dann an das Betriebssystem, wenn die Daten sicher auf die Festplatte geschrieben wurden, das kostet Zeit, das Verfahren √úbertragungs- beziehungsweise System-Performance, da die Informationen ohne Zwischenpufferung direkt, ohne R√ľcksicht auf aktuelle Systemressourcen, auf die Festplatte geschrieben werden, die Schreibleistung mit aktiviertem Write-Through-Cache unterscheidet sich kaum von der Performance eines Controllers ohne Cache-Unterst√ľtzung. Read Ahead und adaptive Read Ahead. Bei der Read Ahead Strategie fordert der RAID-Controller neben den tats√§chlichen Daten auf der Festplatte auch die Daten, die daneben liegen, an. Diese ‚Äěvorweggenommenen‚Äú Daten werden in den Cache zwischengespeichert. Werden beim n√§chsten Request diese Daten verlangt, kann der Controller diese direkt aus dem Puffer lesen und an das Betriebssystem weiterleiten. Ein Zugriff auf die Festplatte ist dann nicht mehr erforderlich. Das spart Zeit und erh√∂ht die Performance bei Datenanforderungen. Besonders bei zusammenh√§ngenden Datenstrukturen, die sequenziell gelesen werden k√∂nnen, wie Video-Streams oder Audio-Files, kann dieses Verfahren seine besondere St√§rke ausspielen. Auch die Defragmentierung einer Festplatte wirkt sich positiv auf die Performance des Storage-Systems aus, wenn die Read-Ahead-Funktion des Cache-RAID-Controllers aktiviert ist.Die Adaptive-Read-Ahead-Option beinhaltet eine ‚Äěintelligente‚Äú Read-Ahead-Strategie. Diese aktiviert Read-Ahead-Lesezugriffe erst dann, wenn zwei aufeinander folgende Read-Anweisungen Daten aus zwei hintereinander liegenden Sektoren der Festplatte auslesen. Erh√§lt der RAID-Controller Daten aus zuf√§lligen Sektoren der Festplatte, schaltet er in den No-Read-Ahead-Modus um. Der Controller wertet aber weiter alle Leseanweisungen aus, ob sie aus zwei hintereinander liegenden Sektoren kommen. Ist dies der Fall, kann er sofort wieder Read-Ahead-Zugriffe einleiten.Im No-Read-Ahead-Modus liest der Storage-Controller nicht ‚Äěvorausschauend‚Äú die Daten ein. Das hei√üt, es wird nur jeweils ein Sektor eingelesen, auch wenn der folgende Nachbarsektor die n√§chsten Lesedaten enth√§lt. Welche Read-Strategie die bessere ist, h√§ngt letztlich von der Anwendung ab und von deren Datenstruktur auf der Festplatte.Cache I/O und Direct I/O der Cache und Direct-I/O-Strategie bezieht sich jeweils auf ein logisches Laufwerk des RAID-Controllers. Weiterhin haben die beiden Cache-Optionen keine Auswirkungen auf die Read-Ahead-Einstellungen des RAID-Systems.Die Cache I/O-Einstellung der Cache-Policy spezifiziert, dass alle Lesezugriffe vom RAID-Controller zwischengespeichert werden. Das bedeutet, dass das Betriebssystem die Daten nicht direkt von der Festplatte erh√§lt, sondern vom Cache des Controllers.Dagegen erfolgen die Lesezugriffe im Direct-I/O-Modus nicht ausschlie√ülich aus dem Cache-Speicher des Controllers. So werden w√§hrend einer Leseanweisung die Daten simultan zum Controller-Cache und zum Betriebssystem √ľbertragen. Falls ein nachfolgender Leseauftrag ‚Äď ein sogenannter Subsequent-Read ‚Äď Daten aus dem gleichen Datenblock ben√∂tigt, k√∂nnen diese aus dem Controller-Cache direkt angefordert werden. RAID Controller mit BBU und ohne BBU gilt nur f√ľr SSD Cache Schutz Mega RAID Controller bieten einen integrierten Cache zur Beschleunigung von Schreibzugriffen. Damit der Inhalt des Caches im Falle eines Stromausfalles erhalten bleibt, kann dieser mit LSI Cache Vault oder einer Batterie Backup Unit gesch√ľtzt werden. Weitergehende Informationen zu den Cache Einstellungen zeigt der Artikel Cache, Einstellungen von RAID Controllern und Festplatten. Cache Vault beim Cache Schutz mittels Cache Vault kommt kein Akku zum Einsatz. Stattdessen liefert ein Kondensator im Falle eines Stromausfalles kurzzeitig gen√ľgend Energie, um den Inhalt des fl√ľchtigen Caches in einen nichtfl√ľchtigen Flash Speicher zu schreiben. Der Inhalt des Caches bleibt damit im Flash Speicher erhalten, egal, wie lange der Stromausfall dauert. Au√üerdem ist diese L√∂sung wartungsfrei, da keine Akkus vorhanden sind, die in regelm√§√üigen Abst√§nden erneuert werden m√ľssten. Batterie Backup Unit Beim Cache Schutz mittels Batterie Backup Unit (BBU) h√§lt ein Akku den Inhalt des Caches. Abh√§ngig von der Kapazit√§t des Akkus und des aktuellen Ladestandes kann der Inhalt des Caches bis zu 72 Stunden erhalten werden. Dauert der Stromausfall l√§nger, geht der Inhalt des Caches verloren. Intel Solid-State Drives in Server Storage Applications (www.intel.com) Intel SSD DC S3500 Series Workload Characterization in RAID Configurations (www.intel.com)


Pro und Contra

Speichern muss jeder, nur auf welchem Medium?¬†HDD Harddisk Drive, SSD Solid State Drive oder NVMe¬†Abk√ľrzung von¬†nonvolatile Memory.

Die Auswahl ist gro√ü, die Technik schon alt und neuste Innovationen sind mit Helium gef√ľllte Festplatten, um W√§rmeentwicklung entgegenzuwirken ūüĎć

Was machen gute rotierende Festplatten aus?

HDD Harddisk Drive

Die Datentransfers sind abh√§ngig von Umdrehungen pro Minute, U/min und ihrem Cache. Der sogenannte Zwischenspeicher, das f√§ngt bei der Gold-Serie von Westen digital Festplatten bei 256 MB an und ab dem 14-TB-Modell mit 512 MB f√ľr¬†anspruchsvolle Speicherumgebungen, mit Speicherkapazit√§ten zwischen 1¬†TB und 18¬†TB Modellreihen.

Bis 2,5 Mio. Stunden MTBF, Vibrationsschutz und niedrigem Energiebedarf dank HelioSeal‚ĄĘ-Technologie [ab 12-TB-Version]. WD Gold SATA HDDs der Enterprise-Klasse sind speziell f√ľr Speichersysteme und Rechenzentren von Unternehmen entwickelt und bieten die herausragende Performance.

Also der ideale Einsatz f√ľr eine zuverl√§ssige Datensicherung.

PMR, SMR, CMR

PMR, also Perpendicular Magnetic Recording, ist eine Methode, bei der horizontal und senkrecht auf Platter magnetisiert wird. PMR ist der Nachfolger von Longitudinal Magnetic Recording (LMR) und erreicht eine dreifach h√∂here Datendichte als der Vorg√§nger LMR ‚Äď der Lese-/Schreibkopf wurde daf√ľr optimiert und die senkrechte Positionierung tr√§gt hier ebenfalls einen Teil dazu bei. Dieses Verfahren ist entwickelt worden, um bei den g√§ngigen 3,5-Zoll-Festplatten mehr als 750 GB bereitstellen zu k√∂nnen. Mit PMR ist es m√∂glich, dass auf der Festplatte direkt auf den finalen Speicherplatz der Daten geschrieben wird, ohne dass die Daten erst noch einmal auf der Festplatte umgeschrieben werden m√ľssen.

SMR

SMR, das Single Magnetic Recording, schreibt Daten √ľberlappend, denn es basiert auf dem Konzept, dass der Schreibkopf gr√∂√üer und weniger filigran ist als der Lesekopf. Deshalb schreibt der Schreibkopf sehr nah an der vorherigen Bahn, sodass diese aber noch lesbar bleibt. √úberschrieben werden aber die Daten der folgenden Bahn, was bedeutet, dass eventuell die n√§chste Bahn nach einem erfolgreichen Rekordding-Vorgang auch erneut geschrieben werden muss. L√§uft es nicht optimal, dann muss sich dieses ‚ÄěNeu-Schreiben‚Äú immer weiter fortsetzen. Dadurch verlangsamt sich der Schreibe Vorgang unter Umst√§nden drastisch. Der Vorteil dieser Technologie ist jedoch, dass die Speicherdichte im Vergleich zum PMR erh√∂ht wird.

SMR Festplatten verf√ľgen in den √§u√üeren Spuren auch √ľber einen On-Disk-Cache, zus√§tzlich zum Standard Controller-Cache. Hier kommt die PMR-Technologie zum Einsatz. Nach der Aufzeichnung werden die Daten so bald wie m√∂glich vom Controller in den SMR-Bereich √ľbertragen. Dieser Vorgang ist zum einen letztlich platzsparender, zeigt aber auch den gro√üen Unterschied zur CMR-Technologie auf: Wenn der schnellere On-Disk-Cache gef√ľllt ist, bevor der Controller die Daten in den SMR-Bereich √ľbertragen kann, dann muss der Cache erst geleert, genauer gesagt neu geschrieben werden, bevor wieder neue Daten gespeichert werden k√∂nnen. Deshalb kann es bei gro√üen Dateien vorkommen, dass nach einer bestimmten Datenmenge die √úbertragungsrate einbricht, weil der Cache voll ist und erst wieder freiger√§umt werden muss.


Einsatzbereich der WD Blue 

SMR Festplatte idealer Einsatz als File Archiv, einmal beschrieben und prim√§r zum Speichern f√ľr Filme, Fotos, ISO Image, Software und als Ablage geeignet.

Benutze dies in meinem vServer als erweiterten Datenträger, das OS auf einer SSD (50 GB) und dann folgt schon die erste HDD (2 TB).


WD10JFCX

Auch im Einsatz, die WD RED 1 TB 2,5 Zoll (6,35 cm) 16 MB Cache 7200 U/min sind bei mir im Server als RAID 10 mit 8 HDD konfiguriert. Die schaffen rund ihre 350/700 MByte pro Sekunde, ein Teil davon hängt auch vom RAID Controller ab, mit seinen 4 GB RAM macht es als Zwischenpuffer viel aus.

Meine im Einsatz befindliche Hardware:

HDD Baujahr August 2015

WD10 JPLC

Der andere Server ist mit WD Black WD 1 TB JPLX 32 MB Cache 7200 U/min auch mit 8 HDD im RAID 10, da laufen die 600/900 MByte/s konstant durch.

Der Cache im RAID Controller ist auch f√ľr die kontinuierliche Bef√ľllung der Festplatten zust√§ndig, drum merke, um so mehr GB der Controller hat, umso besser.

Baujahr Juli 2018 und läuft bis jetzt ohne einen Ausfall, bei 8 HDD im RAID 10 komme ich auf knappe 3,7 TB.

15.01.2023 Festplatten laufen immer noch ohne Ausfall.

WD10SPSX

Die neuen kleinen Black jetzt mit noch mehr Cache, 64 MB sind schon eine ganze, Menge. Hier sei auch erwähnt das Baracuda 5 TB HDD im Angebot hat es sind allerdings SMR die mit 128 MB doppelt so viel Cache haben allerdings nur mit 5400 U/min drehen statt wie bei Western Digital mit 7200 U/min. Baracuda 2,5“ mit 5 TB 128 MB Cache 5400U/min und 15 mm Bauhöhe Seagate hat die Speicherkapazität bei Festplatten im 2,5-Zoll-Format auf 5 TByte in einem 2,5-Zoll-Gehäuse angehoben, allerdings passt das mit 15 mm Höhe nicht mehr in schlanke Notebooks. 
Idealerweise aber in das¬†Synology Disk Station DS-411 Slim mit 4¬†√ó¬†5¬†TB bei 20 TB Brutto hast du dann eine lange Sicherung Historie. Geringen Stromverbrauch, diese w√ľrde ich auch nicht als RAID 10 konfigurieren, es empfiehlt sich ein RAID 0, da es sich hier nur um das 2te Sicherheitsbackup geht, also die Kopie der Kopie

SSD Solid Drive State

Standard SSD in Notebooks und Arbeitsplatzrechner nicht mehr zu verzichten, die Zeitersparnis beim Booten und Aufrufen von Programmen ist enorm.

NVMe

im Server Einsatz, wenn viele User auf Daten zugreifen oder Datenbanken schnell reagieren m√ľssen, ist die NVMe die richtige Wahl.

Randnotiz: Backupserver sollte allerdings immer getrennt vom produktiven Server liegen, am besten noch in einem separaten VLAN.

Wer dieses noch steigern m√∂chte, kann NVMe¬†Festplatten f√ľr die vServer einsetzen und das Sicherungskopie wiederum auf g√ľnstigere HDD speichern.

TRIM

TRIM testen und einschalten.

Die Unterst√ľtzung des ATA-Kommandos TRIM ist f√ľr die Nutzung einer SSD essenziell, da ohne TRIM-Unterst√ľtzung die Performance des Flash-Speichers mit der Zeit erheblich abnimmt.

Die physikalischen Eigenschaften von Flash-Zellen, lässt sich nur dann ohne Wartezyklen beschreiben, wenn die entsprechenden Zellen leer sind. Da das Betriebssystem Dateien jedoch nur aus dem Inhaltsverzeichnis des Dateisystems löscht und der Controller der SSD von diesem Löschvorgang nichts mitbekommt, muss dieser beim erneuten Zugriff auf die Zelle diese erst löschen, bevor er sie beschreiben kann.

Mit dem TRIM-Feature teilt das Betriebssystem dem SSD-Controller mit, welche Daten nicht mehr benötigt werden, sodass dieser in Ruhephasen die nicht benötigten Zellen löschen kann, um sie später ohne Performanceverlust wieder beschreiben zu können. Tools wie Samsung Magician und Crystal DiskInfo zeigen an, ob das TRIM-Feature aktiv ist.

Im Normalfall unterst√ľtzen Windows10 und auch Linux das TRIM-Kommando mit modernen SSDs. Eine Ausnahme bildet macOS, das TRIM standardm√§√üig nur unterst√ľtzt, wenn SSDs von Apple genutzt werden. Wer einen √§lteren Mac mit einer SSD eines anderen Herstellers aufr√ľsten will, sollte daher nach der Inbetriebnahme im Terminal folgendes Kommando absetzen:¬†sudo trimforce enable.

In den Systeminformationen wird unter SATA/SATA Express der TRIM-Status f√ľr die installierten Speichermedien angezeigt.

Der Standardtreiber von Microsoft arbeitet mit den NVMe-basierten SSDs von Samsung nicht optimal zusammen. Dadurch sinkt die Leistung der SSDs bei bestimmten Schreiboperationen erheblich. Der Grund f√ľr die niedrige Performance beim zuf√§lligen Beschreiben von Flashzellen liegt laut Samsung daran, dass der Microsoft-Treiber den Cache der SSD nicht nutzt. Stattdessen werden Daten √ľber den FUA-Befehl (Force Unit Access) direkt in die Flashzellen geschrieben.

Der¬†Samsung-Treiber¬†behebt dieses Problem. F√ľr die Datensicherheit nutzt der Treiber das in NTFS integrierte Flush-Kommando. Dadurch ist gew√§hrleistet, dass bei einem pl√∂tzlichen Stromausfall ein Datenverlust unwahrscheinlich ist. Der Microsoft-Standardtreiber nutzt hingegen zus√§tzlich das √§ltere Verfahren Forced Unit Access (FUA) und bremst damit bei Schreibzugriffen die Performance der SSD aus. Anwender, die statt des Samsung-Treibers lieber die Microsoft-Variante zur Ansteuerung der NVMe-SSD nutzen m√∂chten, k√∂nnen FUA √ľber den Ger√§temanager f√ľr das jeweilige Laufwerk ausschalten (Von Windows veranlasstes Leeren des Ger√§teschreibcaches deaktivieren). Dann liefern die SSDs auch mit dem Microsoft-Treiber ihre volle Leistung.

Over-Provisioning

√úberprovisionierung ist ein √ľbliches Verfahren zur Steigerung der Lebensdauer und der Leistungsf√§higkeit eines SSD-Speichers. Ein bestimmter Anteil des vorhandenen Speicherplatzes wird f√ľr den Controller und das Dateisystem reserviert.

Bevor eine Speicherzelle wieder beschrieben werden kann, muss sie gelöscht werden. 

Hierf√ľr lagert der Controller die vorhandenen Daten auf einen ungenutzten Datenbereich aus und l√∂scht dort, die nicht mehr ben√∂tigten Daten, genauer gesagt beh√§lt die noch g√ľltigen Daten. Je mehr Daten auf einer SSD gespeichert sind, desto kleiner sind die freien Bereiche zum Verschieben der Daten und desto mehr Zeit wird f√ľr den Vorgang ben√∂tigt. Die Performance der SSD sinkt.¬†¬†

√úberprovisionierung h√§lt einen konstanten Bereich der SSD f√ľr den Controller und die tempor√§ren Verschiebevorg√§nge frei. Sollten Bl√∂cke des regul√§r genutzten Speichers aufgrund von Alterungsprozessen oder anderen Problemen nicht mehr nutzbar sein, k√∂nnen Bl√∂cke aus dem reservierten Bereich die Aufgabe der defekten Speicherbl√∂cke √ľbernehmen. Der √ľberdimensionierte Speicher¬†wird zwar kleiner, aber die Lebensdauer der SSD steigt.

Bei Windows einfach nicht die gesamte Festplatte formatieren, lasst 10 % frei/uneingeordnet und der Rest macht der Controller.

Aber Vorsicht: SSD muss sich im werkseitig originalen Standardzustand befinden! Denn sobald etwas auf SSD geschrieben ist, bleibt es dort, und der Controller wei√ü nicht, dass er diese Zellen als "leeren" Raum f√ľr zus√§tzliches OP und Wear-Leveling behandeln sollte. Wenn Du es vergessen hast, es einzurichten, bevor zum ersten Mal darauf geschrieben wird und OP neu zu definieren, setzen Sie SSD zuerst mit einer Software mit dem Befehl "ATA secure erase" (gpartet oder¬†Samsung Magician 7 usw.) in den werkseitigen Standardzustand zur√ľck.

Overprovisioning f√ľr Intel SSDs

Die Oper-Provisioning-Einstellung einer SSD kann von einem Benutzer ge√§ndert werden.¬†Es muss auf einer SSD durchgef√ľhrt werden, die sich in einem vollst√§ndig sauberen Zustand befindet.¬†Dies kann eine SSD sein, die frisch aus der Box ist, die noch nie verwendet wurde, oder durch sicheres L√∂schen der SSD.

Sie k√∂nnen die Intel Solid-State Drive Toolbox verwenden, um einen sicheren L√∂schvorgang durchzuf√ľhren, wenn sich die¬ģ SSD nicht in einem sauberen Zustand befand.¬†Um eine Intel SSD sicher zu l√∂schen, laden Sie Intel¬ģ Solid-State Drive Toolbox 2.0 von¬†http://www.intel.com/go/ssdtoolbox¬†herunter und befolgen Sie die Schritte zum Durchf√ľhren eines sicheren L√∂schens auf der SSD.¬†(Industrie-Tools sind auch verf√ľgbar, um eine SSD mithilfe von ATA-Befehlen sicher zu l√∂schen). Sobald sich die SSD in einem sauberen Zustand befindet, reduzieren Sie die nutzbare Kapazit√§t (wodurch der Ersatzbereich vergr√∂√üert wird) mit einer von zwei Methoden:

Geben Sie den Befehl SET MAX ADDRESS (Teil der ATA-Spezifikation) ein, um die maximale Adresse festzulegen, die das Betriebssystem sehen kann. HDPARM* und HDAT2* sind Branchentools von Drittanbietern, mit denen dieser Befehl ausgegeben werden kann.

Definieren Sie eine Partition, die kleiner als die maximal verf√ľgbare Kapazit√§t der SSD ist.¬†Diese Option finden Sie in den Konfigurationstools f√ľr das Betriebssystemlaufwerk.

Sowohl SET MAX ADDRESS als auch die Partitionierung reduzieren den vom Benutzer adressierbaren Speicherplatz und erm√∂glichen es der SSD, den verbleibenden Speicherplatz als Teil des ‚Äěbereit zum Schreiben‚Äú -Ressourcenpools zu verwenden.

In den folgenden Schritten wird beschrieben, wie Sie das HDAT2-Programm f√ľr die √úberbereitstellung auf einem Windows-basierten PC konfigurieren.

1. Bereiten Sie einen bootfähigen DOS-USB-Speicherstick vor, indem Sie ein freeDOS-Image mit Rufus erstellen.

A. Laden Sie die neueste Version von Rufus von diesem Link herunter. https://rufus.akeo.ie/

B. F√ľhren Sie das Programm aus.¬†Es wird nicht installiert, da es sich um ein eigenst√§ndiges Programm handelt.

2. Laden Sie das HDAT2-Programm von dieser Website herunter und kopieren Sie HDAT2.exe auf den USB-Stick.

3. Stellen Sie Ihr BIOS ein und stellen Sie sicher, dass der USB das erste bootfähige Gerät ist.

4. Schließen Sie die SSD an einen SATA-Festplattensteckplatz an und starten Sie den Computer neu.

5. Der Computer sollte √ľber USB gestartet werden, und eine Befehlszeilenschnittstelle wird auf dem Bildschirm angezeigt.

6. Geben Sie ‚ÄěHDAT2‚Äú ein und dr√ľcken Sie dann die Eingabetaste.¬†Der Name und die Kapazit√§t des SSD-Modells werden auf dem Bildschirm angezeigt.

7. Dr√ľcken Sie die Eingabetaste und bewegen Sie den Cursor zum Men√ľ ‚Äěmax (HPA) einstellen‚Äú.¬†Dr√ľcken Sie die 9 Enhancing the Write Performance of Intel SSDs through Over-Provisioning Enter Taste und das Men√ľ ‚ÄěSet Max address‚Äú erscheint.

8. Dr√ľcken Sie die Eingabetaste.¬†Die drei unten beschriebenen Bereiche werden angezeigt:

Nativer Bereich = die maximale Kapazität des Laufwerks im Standard-Werkszustand

Benutzerbereich = die maximale Kapazität nach Aktivierung des Overprovisionings (auch manuell festgelegter max LBA)

Versteckter Bereich = Heimatbereich ‚Äď Benutzerbereich.¬†Die Gr√∂√üe des ausgeblendeten Bereichs sollte auf dem Bildschirm angezeigt werden.

9. Multiplizieren Sie die Sektornummer mit der √úberbereitstellungsebene (Prozentsatz).¬†Wenn unter anderem die √úberbereitstellungsstufe auf einem 160-GB-SSD-Ger√§t 20 % betr√§gt, betr√§gt der Benutzerbereich nach der √úberbereitstellung 312602976 x (1‚Äď0,2) = 250082380.

10. Dr√ľcken Sie Einf√ľgen und geben Sie den neuen Wert ein.¬†Dr√ľcken Sie ‚ÄěS‚Äú und w√§hlen Sie dann ‚ÄěY (Ja)‚Äú.¬†Dr√ľcken Sie dann eine beliebige Taste, um den Vorgang abzuschlie√üen.

11. Starten Sie den Computer neu (verwenden Sie diesmal den lokalen Betriebssystemdatenträger zum Booten).

12. √úberpr√ľfen Sie die neue Kapazit√§t √ľber den Festplatten-Manager im Windows-Betriebssystem.

Hinweis: Wenn Sie eine andere Laufwerkskonfiguration verwenden möchten, können Sie dies tun, indem Sie in Schritt 9 andere Werte eingeben (z. B. ein 96G-Laufwerk anstelle eines 160G-Laufwerks).


RAID fr√ľher und heute?

RAID bei HDD immer noch sinnvoll und wie schaut es bei SSD und NVMe aus ?

1. Was ist ein SSD-Raid

Die Abk√ľrzung RAID steht f√ľr ‚ÄěRedundant Array of Independent Disks‚Äú (zu Deutsch ‚ÄěRedundante Anordnung unabh√§ngiger Festplatten‚Äú)¬†und beschreibt ein System, bei dem separate Festplatten zu einer logischen Einheit zusammengeschlossen werden. Wie oben schon beschrieben, d√ľrft ihr das Overprovisioning auch bei einem RAID nicht vergessen.

Verschiedene Konfigurationen von RAID, die als Level bezeichnet werden und jeweils spezifische Vorteile hinsichtlich Datenverf√ľgbarkeit, Speicherkapazit√§t, Geschwindigkeit und Kosten haben.¬†Um die Steuerung der Daten-Verteilung k√ľmmert sich dabei ein sogenannter RAID-Controller, der einen eigenen Prozessor und RAM besitzt und die Berechnungen s√§mtlicher RAID-Operationen √ľbernimmt (Hardware RAID).

Alternativ l√§sst sich ein RAID aber auch mittels Software umsetzen, wir sparen die Kosten f√ľr den RAID-Controller und es kommen gew√∂hnliche Festplatten-Controller (SATA oder SAS) zum Einsatz und die Berechnungen f√ľr die RAID-Operationen gehen zulasten der CPU des Servers.

Welcher RAID-Level ist die Frage, gerne wird einer der gebr√§uchlichsten, die Level 0 bis 5¬†sind, unter anderem in Hinblick auf die zur Verf√ľgung gestellte Speicherkapazit√§t und der Ausfallsicherheit genommen.

RAID 0 (Striping)¬†sorgt f√ľr mehr Tempo, da die Daten parallel auf mehrere Laufwerke geschrieben und auf diese Weise h√∂here Transferraten erreicht werden. RAID 0 stellt 3 TB zur Verf√ľgung, die Ausfallwahrscheinlichkeit betr√§gt 2,9701‚ÄĮ%RAID 1 (Mirroring)¬†erh√∂ht durch eine Spiegelung der Festplatten-Inhalte die Datensicherheit und gew√§hrleistet deren Verf√ľgbarkeit, falls ein einzelnes Laufwerk ausfallen sollte. RAID 1 stellt 1 TB zur Verf√ľgung, die Ausfallwahrscheinlichkeit betr√§gt 0,0001‚ÄĮ%RAID 5 (Performance)¬†stellt eine schlaue Kombination aus Schnelligkeit und¬†Datensicherheit¬†dar.¬†Der Controller schreibt gleichzeitig auf alle Platten des Verbundes und legt parallel eine Sicherung der Informationen √ľber alle anderen Laufwerke an.¬†Auf diese Weise lassen sich die Daten beim Ausfall einer Festplatte mithilfe der anderen Laufwerke wiederherstellen. RAID 5 stellt 2 TB zur Verf√ľgung, die Ausfallwahrscheinlichkeit betr√§gt 0,0298‚ÄĮ%. (Quelle:¬†Wikipedia). ¬†Ich selbst w√ľrde immer einem RAID 10 mit mindestens vier, lieber aber acht Festplatten den Vorzug geben!

SSD RAID

In der Regel werden RAID-Systeme mit herk√∂mmlichen Magnetfestplatten realisiert, grunds√§tzlich funktioniert das Prinzip aber auch mit schnellen SSDs.¬†Allerdings m√ľssen Sie dann einige zus√§tzliche Parameter und Kriterien beachten. Denn im Gegensatz zu herk√∂mmlichen HDDs verf√ľgen SSDs weder √ľber mechanisches Schreib- und Lesek√∂pfe, noch Magnetplatten, sondern basieren auf elektrischen Zellen. Die Technik ist in etwa vergleichbar mit der Funktionsweise eines¬†USB-Sticks¬†oder anderen Flash-Speichern.

SSDs verf√ľgen im Gegensatz zu herk√∂mmlichen HDDs verf√ľgen SSDs weder √ľber mechanisches Schreib- und Lesek√∂pfe noch Magnetplatten, sondern basieren auf elektrischen Zellen.

Dadurch ergeben sich zwar wesentlich geringere Zugriffszeiten, im RAID-Verbund verliert die SSD aber an Tempo.¬†Hinzu kommt noch der Umstand, dass SSDs eine spezielle Organisation mithilfe des sogenannten ‚ÄěTRIM-Befehls‚Äú erfordern.¬†Dieser steht allerdings innerhalb des RAID nicht mehr zur Verf√ľgung.

Die Daten in einem RAID können nur ausgelesen werden, indem die Zugriffe (lesend wie schreibend) auf allen Laufwerken gleichzeitig erfolgen. Genau darin liegt bei einem SSD-Verbund jedoch die Krux: Denn die Wartezeit beim Zugriff richtet sich immer nach dem langsamsten Laufwerk. Das bedeutet, dass ein wesentlicher Vorteil der SSD, nämlich die schnellen Zugriffszeiten, nicht in vollem Maße ausgereizt werden kann.

Wie oben bereits erw√§hnt, ist auch die Nutzung des TRIM-Befehls durch den Zusammenschluss im RAID nicht mehr m√∂glich.¬†Somit erh√§lt das Laufwerk vom Betriebssystem auch keine Informationen mehr dar√ľber, welche Bl√∂cke im Flash-Speicher ungenutzt sind und somit von der SSD nicht mehr bereitgehalten werden m√ľssen.¬†Im Zuge dessen verlangsamt sich nicht nur die Arbeitsgeschwindigkeit, sondern auch die Lebensdauer der eigentlich sehr flotten und robusten SSD.

Im Einzelfall, macht einer SSD so schnell keiner was vor: Schnelle Zugriffszeiten, unempfindlich gegen St√∂√üe und auch bei extremen Bedingungen stets zu Diensten, schlie√üt die NVMe nicht aus. Anders sieht es allerdings aus, wenn Sie die flotten Laufwerke zu einem RAID verbinden. Denn damit sinkt nicht nur das Arbeitstempo der SSD, die fehlende TRIM-Funktionalit√§t wirkt sich langfristig auch auf deren Lebenserwartung aus. Deswegen wird von SSDs im RAID f√ľr gew√∂hnlich auch abgeraten. Wenn ihr es doch mal selber ausprobieren m√∂chtet, dann verzichtet nicht auf das Overprovisioning!

Wenn der RAID-Controller defekt ist, kommt ihr √ľbrigens auch nicht mehr an eure Daten heran. Eine Alternative w√§re unter Windows die Software StableBit Pool Drive, eine fr√ľhere Version wie sie damals unter Windows Home Server v1 implementiert war. Die heutigen Ableger sind aber weitaus umfangreicher und besser als die fr√ľhe Implementierung, sie k√∂nnen sogar ein IO Drive zum Cachen der Daten selektiv ansteuern,

StableBit PoolDrive anstatt Raid oder NAS

Was macht das genau?

Es legt einen versteckten Ordner in jede Festplatte, die zum Pool gehört, an und kopiert in diesem die Daten. Sollte nun mal eine Festplatte ausfallen, sind diese immer noch auf einer anderen Festplatte vorhanden. Selbst wenn ihr eure OS Festplatte verlieren sollte, sind diese Daten noch vorhanden und könnt diese in ein anderes System einhängen und in den Ordneroptionen versteckte Ordner anzeigen, so wieder Zugriff auf eure Daten erhalten.

Auch das kopieren und lesen von Daten geht recht z√ľgig, da Daten verteilt auf mehrere Laufwerke liegen. √Ąhnlich wie beim ZFS System unter Linux.

Ihr seid nicht abhängig vom RAID Controller. 

Könnt Poolplatten auch einzeln auslesen.

Slc mlc tlc 

Habe mir eine HP 160 GB SLC PCI-e IO Accelerator Low Profile Bracket gekauft.

Baujahr war damals so zwischen 2008 und 2012 und im Grunde der Vorg√§nger von NVMe. Diese wurde aber nur √ľber einen Treiber angesprochen und war nicht wie heute direkt an eine CPU wie AMD Epyc angebunden.¬†

Der Typ der Speicherbausteine steht ja in der Modellbezeichnung,

Single Layer Cell sind 1 Bit Speicher, die hochwertig im Gegensatz zu TLC und MLC sind, aber gerade bei Schreibintensiven Anwendungen weitaus zuverlässiger sind.

Multi Layer Cell hier gut bei Wikipedia erklärt.

Tribble Layer Cell bei Wikipedia nachzulesen.

https://youtu.be/m5O8Vdb3tmc 

HPE IO Accelator Geschwindigkeit 

Die Werte schauen schon mal sehr gut aus, liegen √ľber die einer SATA SSD.

SMART Werte? 75 PB Schreibleistung!

Crystal Disk Info konnte keine Werte erfassen ūü§Ē Geschrieben wurden bis jetzt 0.021 PB also 21 TB eigentlich ist das ja noch nicht einmal warm gelaufenūüėģ‚Äćūüí® sozusagen eine Tageszulassung ūüėĪ und wegen des SLC Speicher noch lange keine Alterung in Sicht.

Samsung 860 PRO

Der Crystal Disk Test weißt leicht schwächere Werte als die HPE IO SSD

SMART Werte der Samsung SSD

Auff√§llig der fehlende Wert f√ľr die Lesevorg√§nge.

Intel U2 NVMe Laufwerk.

Da bekommt man schon Freude auf, besonders bei großen Dateien.

SMART Werte der Intel U2 NVMe

Hier werden auch die Lesevorgänge gezählt.

HP S700 PRO

Eine g√ľnstige Alternative zur Samsung 860 PRO mit leicht schw√§cheren Werte.

SMART Werte der HP S700 PRO

Auch hier werden die Lesevorgänge angezeigt.

Storage Space mit SSD-Cache

Nun gibt es wieder einen neuen Beitrag von mir :-). Diesmal zum Thema Storage Spaces. Storage Spaces sind die inoffiziellen Nachfolger des Windows Home-Server Balancings und seit Windows 8 in Windows integriert. Mit Windows 10 gibt es nun auch die Möglichkeit ein Storage Space mit SSD-Cache zu erstellen.

Storage Spaces bieten dabei die M√∂glichkeit mehrer physikalische Festplatten zu einem logischen Laufwerk zusammenzufassen. Dabei werden die folgenden Modi unterst√ľtzt:

Spiegelung 2-Wege-Spiegelung 3-Wege-Spiegelung- Parität Einfach (keine Resilizenz)

Windows 10 hat nun einige neue Funktionen erhalten, die unter Windows 8.1 lange vermisst wurden.

Ausgleich √ľber mehrere Festplatten, auch Laufwerksoptimierung genannt Entfernen von Festplatten aus dem Verbund Storage Tiering, also die M√∂glichkeit schnellen SSD Speicher als Cache f√ľr Festplatten zu nutzen

Beim Storage Tiering werden zwei verschiedenen Bereich gebildet. H√§ufig genutzte Daten (Hot-Data) werden in den¬†SSD-Bereich verschoben und von dort ausgeliefert. Weniger h√§ufig genutzte Daten (Cold-Data) werden von dem HDD-Bereich ausgeliefert. Per Wartungsaufgabe wird in regelm√§√üigen Abst√§nden die Nutzung des SSD-Bereichs optimiert. Der write-back-Cache wird bei einfachen und gespiegelten Speicherpl√§tzen genutzt um zuf√§llige Schreiboperationen auf die SSD umzuleiten und dann sp√§ter geb√ľndelt an die HDD weiterzugeben. Der write-back-Cache wird erst genutzt, sobald der SSD-Cache vollst√§ndig gef√ľllt ist.

Unter Windows 10 lässt sich das Tiering der Storag Spaces nur per PowerShell nutzen. Weiterhin ist es nicht möglich einen bestehende Speicherplatz, mit enthaltenen Daten um ein SSD-Cache zu erweitern.

Voraussetzungen

Folgende Tabelle zeigt, wie viele Festplatten und SSDs mindestens nötig sind um den entsprechenden Modus nutzen zu können.

        Einfach    2-Wege-Spiegelung 3-Wege-Speigelung Parität

SSD      1          2                               3                               3

HDD      1         2                               3                               3

Erstellung

1.) Festplatte vorbereiten

Alle Daten der später verwendeten Laufwerke sichern Partitionen löschen unter Systemteuerung -> System und Sicherheit -> Festplattenpartitionen erstellen und formatieren

2.) Festplatten zu einem neuen Pool zusammenschließen

Entweder √ľber die Oberfl√§che unter Systemsteuerung ->¬†System und Sicherheit -> Speicherpl√§tze Wichtig ist, dass bei Nutzung der GUI keine neue Virtuelle Festplatte (auf deutsch auch Speicherplatz) erstellt wird. Oder folgendes in die PowerShell mit Admin-Rechten eingeben

$pd = (Get-PhysicalDisk -CanPool $True | Where MediaType -NE UnSpecified) New-StoragePool -PhysicalDisks $pd -StorageSubSystemFriendlyName "Storage Spaces*" -FriendlyName "Speicherpool"

3.) Virtuelle Festplatte mit SSD-Cache erstellen

Folgendes in der PowerShell mit Admin-Rechten eingeben

$ssd_Tier = New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName "Speicherpool" -FriendlyName SSD_Tier -MediaType SSD $hdd_Tier = New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName "Speicherpool" -FriendlyName HDD_Tier -MediaType HDD New-VirtualDisk -StoragePoolFriendlyName "Speicherpool" -FriendlyName "Speicherplatz" -StorageTiers  @($ssd_tier, $hdd_tier) -StorageTierSizes @(128GB, 3750GB) -ResiliencySettingName  Simple -WriteCacheSize 8GB

In diesem Beispiel wird eine neue virtuelle Festplatte mit der Gesamtgröße von 3878GB (3750 + 128) erstellt. Hier ist keine Spiegelung oder Parität eingestellt. Der SSD-Cache ist in diesem Beispiel 128GB groß, der Festplattenanteil 3750GB. Dazu wird ein write-back-Cache in Größe von 8GB genutzt.

4.) Bericht aktivieren

Mit folgendem Befehl in der PowerShell wird nach jeder Optimierung der Bericht unter C:\Windows\StorageTiersOutput.txt aktualisiert. Darin ist z.B zu sehen ob die Größe des SSD-Caches ausreicht.

schtasks /change /tn "\Microsoft\Windows\Storage Tiers Management\Storage Tiers Optimization" /tr "cmd /c %windir%\System32\defrag.exe /c /h /g /# > %windir%\StorageTiersOutput.txt"~ ~

schtasks /change /tn "\Microsoft\Windows\Storage Tiers Management\Storage Tiers Optimization" /tr "cmd /c C:\Windows\System32\defrag.exe /c /g /# > C:\Windows\StorageTiersOutput.txt"

5.) Optimierung manuell starten

Die Optimierung läuft nach den Standard-Einstellungen alle 4 Stunden. Manuell lässt sich die Optimierung durch folgenden PowerShell-Befehl starten:

Get-ScheduledTask -TaskName "Storage Tiers Optimization" | Start-ScheduledTask

Volker Eigen
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