Jeder neue Speicher füllt sich auf wundersame Weise zügig mit Daten. Um dem "Disc full"-Trend nachhaltig zu begegnen, ist eine Strategie nach klaren Kriterien wichtiger als eine größere Festplatte.

Ein Terabyte ist auch nicht mehr das, was es mal war. Noch vor weniger als zehn Jahren umwehte ein Raid-System dieser Größe die Aura des Unerschöpflichen. Schließlich war schon der äußere Anschein imposant: Man stand vor einem mannshohen Rack, dass mehr als 30 Platten aufnahm, inklusive einer entsprechend dimensionierten Stromversorgung, der Controller, Lüfter, Kommunikationsmodule.

Inzwischen passt die gleiche Datenmenge schon auf weniger als vier Platten, die mit allem, was sonst noch benötigt wird, in einer Höheneinheit Platz finden. Und der Preis für alles zusammen, der sich dereinst in der Größenordnung einer Luxuslimousine bewegte, ist mittlerweile sogar auf den Gegenwert eines Mopeds gesunken.

Also ist Speichern kein Thema mehr, möchte man meinen. Disks, die ein Mehrfaches fassen und einen Bruchteil kosten, haben den Kampf um den ewig fehlenden Speicherplatz für sich entschieden. In Wahrheit ist das Gegenteil der Fall, letztlich aus einem einzigen Grund: Die Menge an Information, die es aufzubewahren gilt, ist explodiert. Schätzte man im Jahr 2000 den Umfang jährlich anfallender, archivierungsbedürftiger Nutzdaten auf 6,2 Milliarden GByte, waren es im Jahr darauf 12,5 Milliarden, 20 in 2002 und 2003 gar 32 Milliarden GByte. (Abbildung 1, [2]).

Eine Speichertechnologie, die sich angesichts dieser Mengen immer als optimal erweist, gibt es nicht. Wer mit Speicher umgeht, braucht deshalb eines noch dringender als größere Platten – eine profunde Strategie.

Kriteriengeflecht

Diese Strategie muss anhand bestimmter Kriterien die Anforderungen untersuchen, denen die gewünschte Speicherlösung gerecht werden soll. Die Kriterien sind untereinander vernetzt, möglicherweise widersprechen sich auch einzelne Ziele. Dann muss der Admin sie gewichten und ordnen, bis sich ein klares Anforderungsprofil abzeichnet, dem die technische Lösung mit geringsten Kosten entsprechen soll. Von dieser Prinziplösung kommt er schließlich zur Produktentscheidung, auf die weitere Faktoren Einfluss haben, etwa die Erfahrungen mit einem bestimmten Hersteller, Einkaufskonditionen oder die Bindung an ein bestimmtes Systemhaus.

Kriterium: Kapazität

Das gewünschte Fassungsvermögen des Speichersystems gerät zuerst ins Blickfeld. Maßstab ist hier natürlich der Speicherbedarf zuzüglich einer Reserve, die das voraussichtliche Wachstum der nächsten Zeit auffangen kann, ohne übermäßig Ressourcen brachliegen zu lassen. Was so trivial klingt, ist es in der Praxis nicht, wenn man weder die aktuellen Ist-Werte noch den Entwicklungstrend, geschweige die I/O-Charakteristika genau beziffern kann. In diesem Fall führt kein Weg daran vorbei, diese Parameter zunächst durch Messen und Schätzen zu erheben.

Die Prognosen haben ihre eigenen Tücken, beziehen sie sich doch auf einen Prozess mit hoher Dynamik – der Speicherbedarf wächst gegenwärtig jährlich um 40 bis 60 Prozent. Und das betrifft keineswegs nur die Multimedia-Sparte, Klimaforscher oder Radioastronomen. Beispiel E-Mail: Die Zahl der Sendungen weltweit stieg allein vom vergangenen Jahr bis heute von 20 auf 35 Milliarden pro Tag.

Für einen großen mittelständigen Betrieb mit 10000 Beschäftigten ergibt das rund 200 Millionen Mails im Jahr – die er aufgrund verschärfter gesetzlicher Bestimmungen als Geschäftskorrespondenz archivieren muss (in Deutschland etwa gemäß den “Grundsätzen zum Datenzugriff und zur Prüfbarkeit digitaler Unterlagen”, GDPdU). Platzbedarf: gut 8,8 TByte [3]. In einem kleineren Unternehmen fallen die absoluten Zahlen wahrscheinlich niedriger aus, das Problem aber bleibt dasselbe.

Abbildung 1: Die Menge zu speichernder Daten wuchs bis etwa zur Jahrtausendwende nur gemächlich an, danach explodierte die Datenmenge.

Dass die Größe eines Storage-Systems mit allen anderen Auswahlkriterien besonders eng verbunden ist, liegt auf der Hand: Mehr Speicher kostet mehr – und zwar sowohl bei der Anschaffung als auch bei der Sicherung der Daten oder beim Schutz vor Ausfällen oder bei der Administration, die dann besonders qualifiziertes Personal erfordert.

Abbildung 2: Das nötige Niveau der Verfügbarkeit – und damit die dafür gerechtfertigten Aufwände – werden durch die möglichen Kosten eines Systemausfalls bestimmt.

Mehr Speicher ist zudem tendenziell langsamer. Eine 300 GByte große Platte ist kaum schneller als eine mit 30 GByte Kapazität. Wenn sie trotzdem so viel mehr I/O-Operationen verkraften soll, wie es dem Größenverhältnis entspricht, geht das zu Lasten der Performance.

Aus allem ergibt sich eine Art Daumenregel für die Zuordnung der Speichertechnologien zu typischen Einsatzszenarien: So ist etwa der Freiberufler mit einem regelmäßigen Backup und womöglich einer gespiegelten Platte in seinem PC auf der sicheren Seite.

Wo die benötigte Kapazität 400 oder 500 GByte übersteigt, reicht bislang eine einzelne Disk nicht aus und es müssen logische Volumes gebildet werden. Das geht unter Linux kostenfrei mit LVM (siehe Artikel in diesem Heft), verlangt aber einiges Know-how – nicht zuletzt, um sich im Fehlerfall selbst helfen zu können. Wer das nicht hat und nicht einkaufen möchte, kann wenigstens einen großen Einsatzbereich mit NAS-Filtern abdecken, die nach dem Plug&Play-Prinzip funktionieren (Network Attached Storage, siehe auch Kasten “DAS, NAS, FAS oder SAN?”).

Von einem Fibre-Channel-SAN (Storage Area Network) kann dagegen nur profitieren, wer mehrere große Speicher und Server zu vernetzten hat und den Vorteil der schnellen, flexiblen, ausfallsicheren und hervorragend skalierbaren Architektur mittelfristig in sechstellige Gewinne ummünzen kann – denn diese Größenordnung wird er wenigstens vorschießen müssen. Dabei ist neben den Investitionskosten nicht zuletzt der Schulungsaufwand für das eigene IT-Personal ein beachtlicher Posten auf der Rechnung.

Kriterium: Verfügbarkeit

Die Verfügbarkeit ist ein Maß dafür, wie wahrscheinlich ein technisches System seine Aufgaben zu oder in einer bestimmten Zeit erfüllen kann. Meist wird sie als ausfallfreier Zeitanteil in Prozent angegeben. So entspricht eine Verfügbarkeit von 99 Prozent beispielsweise einem Ausfall von 3,6 Tagen im Jahr. Für 99,9 Prozent kann man 8,75 Stunden Stillstand tolerieren, aber für 99,99 Prozent dürfen es schon nicht mehr als 52 Minuten sein. Die berühmten Five Nines (99,999 Prozent) bedeuten weniger als 5 Minuten Ausfall zwischen Neujahr und Silvester (siehe Abbildung 2).

Ob die maximale Zahl an Neunen ein sinnvolles Verfügbarkeitsziel ist, hängt allein von den Kosten der Downtime ab. Wo eine Stunde Produktionsausfall Millionen kostet, ist der Schutz davor auch mit Hundertausenden nicht zu teuer bezahlt. Zwischen fünf und sieben Millionen US-Dollar veranschlagen zum Beispiel Börsen pro IT-Ausfallstunde, zwei bis drei Millionen fallen bei der Kreditkartenabrechnung an, immer noch 70000 bis 120000 sind es etwa bei Pay-TV oder Flugreservierung.

Höhere Verfügbarkeit erreicht man vor allem durch größere Redundanz, die das unvermeidliche Versagen technischer Komponenten kompensieren kann, sodass der Ausfall eines Teils zumindest nicht den Ausfall des kompletten Systems nach sich zieht (Single Point of Failure, SPOF).

Doppelt hält besser

Mehrfach vorhandene Netzteile, Lüfter oder Controller sind Standard in jedem besseren Speichersystem, auch die internen Datenpfade und die Anbindung der Hosts lassen sich redundant auslegen (Dual Pathing). Auf der Ebene der Disks sorgt die Organisation der Platten in so genannten Raid-Gruppen ebenfalls durch höhere Redundanz für eine gewisse Ausfallsicherheit.

In all diesen Fällen hat die höhere Sicherheit allerdings ihren Preis. Gespiegelte Platten sind doppelt so teuer wie einfache und wo man den Aufwand zu drücken versucht, etwa durch Raid 5, das einen größeren Anteil der Gesamtkapazität für Nutzdaten übrig lässt, da fallen zusätzliche Kosten in Form schlechterer Schreib-Performance an. Hier gilt es in jedem Einzelfall, den Punkt auszutarieren, an dem die Ausfallsicherheit und ihre Kosten die betriebswirtschaftliche Waage in Balance bringen.

Oft verliert aber auch der mittelständische Handwerksbetrieb durch Stillstand nach IT-Ausfall oder Datenverlust so viel Geld, dass eine angemessene Prävention lohnt. So ist etwa eine Hotspare-Platte, die die Fehlertoleranz einer Raid-Gruppe entscheidend erhöht, wahrscheinlich in den meisten Fällen billiger als das Risiko eines Daten-Totalverlusts.

Genau nachrechnen hilft übrigens auch auf Gebieten, auf denen das Dilemma nicht ganz so offensichtlich in Erscheinung tritt. So sind derzeit zahlreiche Disk-Arrays und Raid-Systeme mit günstigen ATA- oder S-ATA-Platten hoher Kapazität im Angebot. Fibre-Channel- oder SCSI-Systeme kosten teilweise das Doppelte und Dreifache. Bei ihnen bezahlt man aber keineswegs nur den klangvollen Namen des Herstellers, sondern vor allem auch die wesentliche höhere Lebensdauer dieser Festplatten, wovon sich jeder durch einen Blick in die Datenblätter überzeugen kann.

Eine gewöhnliche S-ATA-Disk ist nicht für den Dauerbetrieb, sondern für mehr oder minder sporadischen Einsatz in einem PC konzipiert und bringt es passend zum Zweck auch nur auf eine durchschnittliche MTBF (Mean Time Between Failures) von 300000 bis 500000 Stunden. Eine Spitzen-SCSI- oder FC-Platte wartet mit zahlreichen technischen Finessen auf und erreicht eine MTBF von 2,5 Millionen Stunden.

Kriterium: Skalierbarkeit

Skalierbarkeit bezeichnet die Fähigkeit, sich wechselnden Anforderungen anzupassen. Bezogen auf Speicher bedeutet das, er muss ausbaufähig sein. Für das kleine Disk-Array- oder Raid-System eines Mittelständlers heißt das vielleicht, dass die Menge der freien Platten-Slots reichen sollte, um die Kapazität in den nächsten vier, fünf Jahren nach Bedarf aufzustocken. Danach ist es abgeschrieben, von der Entwicklung überholt und kann ersetzt werden.

Abbildung 3: Erstmals in den Petabyte-Bereich vorstoßen will die Firma EMC mit diesem neuen Speicher DMX-3. Zum Verkaufsstart beherbergte das System bis zu 960 Festplatten mit maximal 360 GByte, nächstes Jahr soll es auf 1920 Platten mit je 400 oder 500 GByte aufrüstbar sein.

Das Rechenzentrum am anderen Ende der Skala braucht größere Flexibilität und integriert einfach einen neuen Speicher in sein SAN, wenn morgen ein Kunde dessen Kapazität mieten möchte.

Kriterium: Performance

Von der Performance war oben schon in Verbindung mit der Kapazität, der Verfügbarkeit und den Speichertechnologien die Rede. Tatsächlich ist die Angelegenheit aber noch weitaus komplexer: So bestimmen die Platten natürlich nicht allein die Performance des Gesamtsystems, sondern ebenso die Schnittstellen, Verbindungsmedien oder eventuell vorhandene Caches.

Großen Einfluss kann auch der Charakter des Datenverkehrs haben. Er kann etwa speicherintensiv ausfallen, gekennzeichnet durch wenige, dafür umfangreiche und eher lineare Schreib- oder Lesevorgängen, oder er kann I/O-intensiv sein, mit sehr vielen kleinen, eher zufällig verteilten Zugriffen. Eine geringe I/O- zusammen mit hoher Transfer-Rate ist typisch für Backup-, Kopier- oder Streaming-Operationen.

Dagegen verursachen E-Mail, Web- und Fileserving oder OLTP (Online Transaction Processing) eine Vielzahl von I/O-Operationen mit kleinen Transfer-Raten. Dieses Zugriffsmuster interagiert nicht nur mit der eingesetzten Speichertechnologie, sondern auch mit dem gewählten Filesystem und dessen Konfiguration (siehe Schwerpunkt-Artikel über Filesysteme sowie [4]).

Auch bei der Performance geht es um Angemessenheit, nicht um absolute Werte. Wenn ein Langzeitarchiv mit digitalisierten Akten Zugriffszeiten im Minutenbereich hat, wird man das häufig tolerieren können, für einen Video-Streamer sind Sekundenbruchteile zu viel.

Außerdem

Tabelle 1 fasst die wesentlichen Kriterien und ihren Bezug zu den wichtigsten Speichertechnologien zusammen (siehe auch Kasten “DAS, NAS, FAS oder SAN?”). Dabei listet die Tabelle Trendaussagen auf, die auf typische Szenarien zutreffen. Der Einzelfall kann aber durchaus an der einen oder anderen Stelle davon abweichen. Aufgrund der Komplexität des Themas kann es keine einfachen, universell anwendbaren Kochrezepte geben.

Neben den besprochenen haben noch weitere Faktoren mal mehr, mal weniger Einfluss auf die Storage-Strategie. Beispielsweise der Aufwand für Wartung und Administration oder die Kompatibilität mit bereits in Betrieb befindlicher Hard- und Software.

Speichersicherheit ist ein Thema, das aktuell gerade an Bedeutung gewinnt. Das breite Spektrum reicht hier vom Schutz vor Viren und Würmern bis zum überall zwingend notwendigen Backup, von verschlüsselten Filesystemen bis zum Desaster Recovery unter Einsatz des Backup-Rechenzentrums auf dem Nachbarkontinent. Zudem muss sich jede technische Lösung auch betriebswirtschaftlich rechnen. Das ist ein Aspekt, der den Suchraum häufig genug auf ein überraschend leicht überschaubares Maß schrumpfen lässt.