Viel Spaß

beim Lesen unserer Blog-Artikel.

22. Juni 2015

Linear Disk Storage

linear-disk-storage-2Lineare Datensicherung - das kennt man von Bandspeichern und optischen Medien.

Auf Festplattenspeichern wird üblicherweise nicht linear gespeichert.

Das von FAST LTA tausendfach eingesetzte Linear Disk Storage verbindet die Vorteile linearer Speicherung und nicht-linearer Medien - und liegt so voll im Trend. 

Tape und optische Medien: Linear, aber unsicher

Bandspeicher und optische Medien sind von jeher linear aufgebaut.

Beim Schreiben einer Datei wird an der letzten genutzten Stelle angesetzt und die gesamte Datei in einem Stück geschrieben, ungeachtet dessen, ob davor irgendwo noch freie Stellen verfügbar wären. Bei Bandmedien ist auch der Leseprozess rein linear, was die Zugriffszeiten erheblich verlängert. Optische Medien bieten immerhin beim Lesen Random Access. Beide Medien sind jedoch nur über physikalische Kopien zusätzlich sicherbar, ein Redundanzverbund ist nicht möglich.

Festplattenspeicher: Fragmentierung

Beim Speichern von Daten auf Festplatten wird üblicherweise nicht-linear vorgegangen: Wo gerade Platz ist, werden Fragmente des zu speichernden Datensatzes abgelegt. Löschen erzeugt Lücken, die dann beim Speichern neuer Daten entsprechend wieder gefüllt werden können. Dies erzeugt eine starke Fragmentierung der betroffenen Datenträger. Die Folge: Die mechanischen Schreib-/Leseköpfe der Festplatte müssen ständig die unterschiedlichsten Bereiche anspringen, um beim Schreiben oder Lesen einer bestimmten Datei alle Fragmente zu sammeln.

Noch komplizierter wird dies, wenn Daten nicht auf einer, sondern auf einem Satz (Array) von Festplatten, wie bei RAID-Systemen üblich, gespeichert werden. Durch die Verteilung und die zusätzlichen Parity-Informationen ist jede Datei dann auf mehrere Festplatten des Arrays verteilt.

RaidFragmentierungSpeicher.pngVom Standpunkt der Geschwindigkeit ist Fragmentierung heute kaum mehr ein Problem, die Festplatten und vor allem die RAID-Arrays sind schnell genug, um auch stark fragmentierte Datenstrukturen zu bewältigen. Schwierig wird es allerdings, wenn man Daten transportieren oder vernichten will: Durch die Verteilung ist es nicht möglich, die zu einem Datensatz zugehörigen Fragmente physikalisch zu identifizieren. Für den Transport bietet sich deswegen eine Kopie auf einen beweglichen Datenträger an, das Löschen wird meist durch Entfernen der Referenzen und/oder mehr oder weniger sicheres Überschreiben gelöst. Beides Prozesse, die zeitraubend sind und zusätzliche Sicherheitsrisiken enthalten. Jede weitere Kopie erschwert das vollständige Entfernen von bestimmten Daten. Besonders schwierig wird dies in massiv skalierbaren Arrays, wie sie in Enterprise Storage Systemen eingesetzt werden, wo z.T. viele hundert Festplatten zu einem Array gehören.

Letztlich sorgt diese Fragmentierung über das gesamte Array auch dafür, dass ein effizientes Energiemanagement faktisch unmöglich ist. Da nie klar ist, wo genau welche Teile welches Datensatzes gespeichert sind, müssen immer alle Festplatten ständig aktiv sein – eine selektive Abschaltung ist nicht möglich, auch wenn nur auf wenige Daten selten zugegriffen wird.

SMR.pngHinzu kommt, dass die magnetische Dichte bei Festplatten an ihre Grenzen stößt. Um die Kapazität dennoch zu steigern, setzen Festplattenhersteller verstärkt auf so genanntes Shingled Magnetic Recording (SMR).Diese Technologie nutzt aus, dass die Breite des Datenstroms beim Schreiben größer sein muss als beim Lesen und überlappt die magnetischen Spuren. Deshalb auch der Name: die geschriebenen Spuren überlappen sich wie Schindeln (englisch: Shingles) auf einem Dach. Einmal überlappende Spuren können zuverlässig gelesen, jedoch nicht mehr überschrieben werden. Die Folge ist, dass Fragmentierung zu erheblichen Geschwindigkeitseinbußen führt, da überlappend geschriebene Bereiche komplett gelesen und auf gänzlich freien anderen Teilen neu geschrieben werden müssen.

Linear Disk Storage: Die Zukunft der Festplattenspeicher

FAST LTA setzt die lineare Datenspeicherung auf Festplatten-Arrays ein. Über Erasure Coding werden je 12 Festplatten zu einem Verbund zusammengefasst, in dem bis zu 4 Festplatten ausfallen können, ohne dass Daten verloren gehen (ECR 8/12). Neu ankommenden Daten werden stets im Ganzen ans Ende des bisher genutzten Bereichs geschrieben und bleiben so physikalisch zusammen. Sollen Daten gelöscht werden, liegen die Teile des Festplatten-Arrays so lange brach, bis per „Copy & Compact“-Funktion das Array kompaktiert wird.

Gerade für zukünftige SMR-Festplatten ist diese Art der Speicherung ideal, da sie die Kapazitätssteigerung nutzt, ohne die Geschwindigkeitseinbußen zu erben. SMR-Disks werden einfach exakt so genutzt, wie sie auch konstruiert sind: linear.

SBLinearSpeicherung.pngAber die lineare Speicherung hat einen weiteren Vorteil: Da FAST LTA in der Silent Brick Library jeweils ein Festplatten-Array in einem transportierbaren Silent Brick vereint, sind Daten exakt lokalisierbar und ohne weitere Kopie leicht transportierbar. Auch die Vernichtung bestimmter Datensätze wird so vereinfacht. Obwohl jedes Array auf 12 Festplatten festgelegt ist, ist eine dynamische Erweiterung durch die dahinter liegende Logik und den eigens entwickelten Festplatten-Controller jederzeit, auch nachträglich, möglich.

Nur durch diese physikalische Trennung der Arrays und die lineare Datenstruktur ist es in der Silent Brick Library möglich, große Teile der Library komplett stromlos zu schalten. Nur die Silent Bricks, auf die aktiv zugegriffen wird, verbrauchen auch Energie.

Die Erfahrungen mit Linear Disk Storage gehen bei FAST LTA viele Jahre und tausende installierte Systeme zurück – und sind durchweg positiv. Bei den heutigen Kapazitäten sind die wenigen brach liegenden Bereiche, die durch Löschen einzelner Dateien entstehen, unkritisch. Es hat sich zudem gezeigt, dass der rein lineare Betrieb besonders schonend ist und die mechanischen Teile der Festplatten weit weniger belastet als bei fragmentierter Speicherung. Die Lebensdauer der Festplatten steigt dadurch weit über das statistische Mittel.

Themen: Definition, Technologie

Autor: Hannes Heckel | Director Marketing bei FAST LTA

WHITE PAPER

In unseren White Papers stellen wir Ihnen jeweils ein spezielles Thema und Ihren Nutzen detailliert vor. Viel Spaß beim Lesen!

White Paper: LINEAR DISK STORAGE

White Paper: TAPE, DISK ODER CLOUD? ÜBERDENKEN SIE IHRE BACKUP-STRATEGIE

NEWSLETTER

Melden Sie sich zu unserem Newsletter an:

Wollen Sie das Thema LINEAR DISK STORAGE noch detaillierter kennen lernen?

Lesen Sie unser kostenloses White Paper dazu.

» Jetzt White Paper Lesen