Welchen Speicher sollten Sie für Ihren Server wählen? HDD, SSD, NVMe?
Wenn Sie einen Server für Ihr Projekt auswählen, ist der Speicher wahrscheinlich einer der wichtigsten Aspekte, und noch bevor wir überhaupt über RAIDs sprechen können, überlegen wir immer, welche Art von Speicher wir wählen. Denn bei der Auswahl gibt es immer einen Haken, nämlich die Frage, ob Ihr Projekt oder Ihre Website wirklich von der ganzen Geschwindigkeit profitiert, die der Speicher bieten kann.
Die Sache ist die: Die Wahl des Speichers ähnelt der Wahl eines Fahrzeugs. Man kann nicht sagen, dass Lkw unnötig sind. Für die Fahrt zum Supermarkt ist ein Lkw vielleicht übertrieben, aber wenn Sie tonnenweise Sachen transportieren wollen, geht nichts über ihn. Dasselbe gilt für Speicher: Jeder ist für seine eigenen Anforderungen gedacht.
In diesem Artikel erläutern wir alle Vor- und Nachteile dieser Speichertypen und wie Sie den passenden auswählen.
Speichertypen
HDD: Hard Disk Drives
Die Festplatte (HDD) ist auch heute noch das wichtigste Medium zur Datenspeicherung in einem Computer. Selbst mit der SSD, dem aktuellen Nachfolger der HDD, dominieren HDDs nach wie vor in den meisten Desktop-PCs und Notebooks. Auf der HDD ist das Betriebssystem gespeichert, also Ihr Windows, Linux oder auch Mac OS. Neben dem System werden auch alle Programme auf der HDD gespeichert. Außerdem speichern Sie sehr wahrscheinlich alle Ihre Fotos, Musik, Videos und Dokumente auf der HDD Ihres Rechners.
Die Festplatte nutzt eine Magnetscheibe zur Speicherung der Daten. Diese Scheiben sind in zahlreiche Sektoren und Spuren unterteilt, die die unzähligen Bytes enthalten, aus denen unsere Dateien bestehen. Ein mechanischer Arm bewegt sich über die gesamte Fläche der Magnetscheibe und liest die Dateien, die vom Benutzer oder vom Betriebssystem angefordert werden. Wie Sie sehen, ist eine HDD ein grundlegender Bestandteil jedes Computers. Da es sich um eine sehr alte Komponente handelt, haben HDDs bereits ein gewisses Plateau ihrer Entwicklung erreicht. Daher gibt es heute keine großen Qualitätsunterschiede zwischen den HDDs verschiedener Marken. Im Laufe der Jahre haben sich jedoch einige Hersteller hervorgetan und es geschafft, jahrzehntelang hochwertige HDDs zu produzieren.
Selbst heute noch entwickeln Unternehmen neue Arten von HDDs, die der Geschwindigkeit von SSDs recht nahe kommen. Kein Witz: Die gerade angekündigte Seagate Exos 2X18 kann tatsächlich mit der Geschwindigkeit einer SATA-SSD mithalten.
SSD: Solid State Drives
Die SSD (Solid State Drive) ist eine Hardwarekomponente, die die alte HDD als Datenspeicher in PCs ablöst. Langsam, aber sicher setzt sie sich durch. Die SSD ist viel schneller, hat keine physischen Scheiben oder Magnetnadeln, kann in Sekundenbruchteilen auf Daten zugreifen und sorgt dafür, dass Ihr Computer Programme schneller öffnet und Aufgaben schneller erledigt. Da sie keine beweglichen Teile haben, beseitigen SSDs die Geschwindigkeitsbegrenzung von HDDs, die Lese- und Schreibköpfe für Operationen auf den Magnetscheiben verwenden. Der deutliche Preisrückgang pro Gigabyte in den letzten Jahren hat die SSD zu einem beachtlichen (und vielleicht dem wichtigsten) Upgrade gemacht, um die Leistung jedes Computers zu verbessern.
Der Flash-Speicher enthält alle Dateien und benötigt im Gegensatz zu den Magnetscheiben von Festplatten keine beweglichen Teile oder Motoren für den Betrieb. Alle Vorgänge erfolgen elektrisch, wodurch Lese- und Schreibvorgänge schneller werden und das Laufwerk zudem leiser sowie unempfindlicher gegen Erschütterungen und Stürze ist. Der Controller steuert den Datenaustausch zwischen dem Computer und dem Flash-Speicher. Er besteht aus einem Prozessor, der verschiedene Aufgaben auf dem Laufwerk übernimmt, und ist einer der wichtigsten Faktoren für die Leistung einer SSD. Der Chip kann den Lese- und Schreibcache für Dateien verwalten, Informationen verschlüsseln, fehlerhafte Bereiche der SSD markieren, um Datenbeschädigung zu verhindern, und für eine längere Lebensdauer des Flash-Speichers sorgen.
NVMe: Non-Volatile Memory Express
Wenn es darum geht, höhere Lese- und Übertragungsgeschwindigkeiten zu erreichen, sind SSDs eine interessantere Alternative als HDDs. SATA-Verbindungen bringen jedoch technische Einschränkungen mit sich, für die die Branche nach Alternativen suchen musste.
Die gefundene Lösung war die Nutzung der PCI-Express-Schnittstelle, die günstiger und praktisch ist. Darauf aufbauend entwickelte die Branche ein neues Protokoll, das eine Weiterentwicklung gegenüber dem 2004 geschaffenen AHCI darstellte. Die Lösung für dieses Problem wurde von einem Unternehmenskonsortium namens NVM Express Organization vorgestellt. Diese Gruppe besteht aus rund 80 Unternehmen, darunter Giganten wie Intel, Microsoft, Samsung, SanDisk und Seagate. Gemeinsam entwickelten sie die Schnittstelle Non-Volatile Memory Express (NVMe), und zwar ausschließlich mit Blick auf SSDs.
Zu den wichtigsten Vorteilen dieser Schnittstelle zählen die geringe Latenz und die bessere Nutzung der CPU-Kerne. Zur Einordnung: Der AHCI-Standard erreicht Spitzenwerte von 6,0 Mikrosekunden, während NVMe im Durchschnitt 2,8 Mikrosekunden erreichen kann. Was die CPU betrifft, verursachte der bisherige Standard Engpässe in den Kernen im Hinblick auf das Limit an IOPS (Input/Output Operations Per Second).
Daraus ergeben sich Vorteile sowohl für den Einsatz der Technologie in Unternehmen als auch zu Hause. Bei Unternehmen zeigen sich die Vorteile bei der Arbeit mit höheren Lasten, die unter den Einschränkungen der SATA- und AHCI-Standards litten. Für Heimanwender ist der geringere Stromverbrauch der auffälligste Faktor, zusätzlich zu den Leistungsverbesserungen in Kombination mit Mehrkernprozessoren.
Warum ist NVMe so schnell?
NVMe wurde von Grund auf speziell für SSDs entwickelt, um Durchsatz und IOPS zu verbessern, die Latenz zu verringern und die Gesamtgeschwindigkeit von NVMe-SSDs zu erhöhen.
Heutige NVMe-basierte Laufwerke können theoretisch Übertragungsraten von bis zu 32 GB/s erreichen, das praktische Maximum liegt jedoch bei einer Übertragungsrate von knapp 7 GB/s. Gleichzeitig sinken die Latenzwerte weiter. Viele Laufwerke erreichen Werte unter 20 Mikrosekunden (µs), manche sogar unter 10.
Die älteren Protokolle funktionieren mit SSDs nicht so gut. Heutige SATA-basierte Laufwerke erreichen Übertragungsraten von bis zu 6 Gbit/s und bis zu 100.000 IOPS. Die Latenzen liegen in der Regel über 100 µs, wobei einige neuere SSDs deutlich niedrigere Latenzen erreichen können.
SAS-Laufwerke bieten eine etwas bessere Leistung: Sie liefern Übertragungsraten von bis zu 12 Gbit/s und durchschnittlich 200.000 bis 400.000 IOPS. Niedrigere IOPS sind jedoch keine Seltenheit. In einigen Fällen sind die Latenzwerte von SAS unter 100 µs gefallen, allerdings nicht wesentlich.
Ein Grund dafür ist, dass NVMe zur Verarbeitung von I/O-Anfragen einen vereinfachten Befehlssatz verwendet, der weniger als halb so viele CPU-Anweisungen erfordert wie SATA oder SAS. NVMe verfügt außerdem über ein wesentlich umfangreicheres und effizienteres System zur Warteschlangenverwaltung von Befehlen. SATA und SAS unterstützen jeweils nur eine I/O-Warteschlange. Die SATA-Warteschlange kann bis zu 32 ausstehende Befehle aufnehmen, die SAS-Warteschlange bis zu 256. NVMe unterstützt bis zu 65.535 Warteschlangen mit bis zu 64.000 Befehlen pro Warteschlange.
Trotz der Vorteile von NVMe ist das Protokoll auf einzelne Hosts beschränkt. Das kann in manchen Szenarien nützlich sein, doch viele Organisationen suchen nach verteilten Systemen, die sie in ihren Rechenzentren einsetzen können. Aus diesem Grund hat NVM Express eine zweite Spezifikation entwickelt: NVMe-oF.
Der neue Standard wurde im Juni 2016 veröffentlicht, um die Vorteile von NVMe auf Netzwerksysteme wie Ethernet, InfiniBand und Fibre Channel auszuweiten. Die Organisation schätzt, dass 90 % der NVMe-oF-Spezifikation mit der NVMe-Spezifikation übereinstimmen. Der wichtigste Unterschied zwischen beiden liegt in der Art, wie die Protokolle Befehle und Antworten zwischen dem Host und dem NVM-Subsystem verarbeiten.
Das NVMe-Protokoll bildet Befehle und Antworten auf den gemeinsam genutzten Speicher des Hosts ab. Das NVMe-oF-Protokoll ermöglicht die Kommunikation zwischen dem NVMe-Host und dem über das Netzwerk angebundenen NVMe-Speichergerät. Das neue Protokoll vergrößert die Entfernungen, über die innerhalb des Rechenzentrums auf NVMe-Geräte zugegriffen werden kann, und ermöglicht gleichzeitig die Skalierung auf viele Geräte.
Die NVMe-oF-Spezifikation sah ursprünglich zwei Kommunikationsmethoden vor. Die erste nutzt RDMA zur Unterstützung von Fabric-Verbindungen wie InfiniBand, RDMA over Converged Ethernet und dem Internet Wide Area RDMA Protocol. Der zweite Ansatz ist speziell für den Fibre-Channel-Transport gedacht und umfasst Fibre-Channel- und Fibre-Channel-over-Ethernet-Fabrics.
2019 veröffentlichte NVM Express die Spezifikation NVMe-oF 1.1, die Unterstützung für TCP hinzufügte. NVMe over TCP ermöglicht den Einsatz von NVMe-oF in Standard-Ethernet-Netzwerken, ohne dass Hardware- oder Konfigurationsänderungen erforderlich sind. Der neue Standard hilft, die Lücke zwischen DAS und SANs zu schließen, und bringt NVMe-oF dem De-facto-Standard für Unternehmensspeicher näher.
Der ultimative Leitfaden zur Auswahl
Nach all dem historischen Teil kommen wir nun zu etwas Konkretem, nämlich zur Frage, was Sie für Ihr Projekt wählen sollten.
HDD: am günstigsten und dennoch langlebig
Sofern Sie nicht wirklich hohe IOPS oder Lese- und Schreibgeschwindigkeiten benötigen oder Ihr Blog nicht allzu viele Besucher hat, wählen Sie eine HDD. Sie mag im Vergleich zu SSD oder NVMe langsam sein, aber Ihre Besucher werden es nicht bemerken. Sofern Sie diese Geschwindigkeit nicht wirklich benötigen, ist eine HDD mehr als ausreichend.
SSD: hervorragend und schnell
Vor dem Aufkommen von NVMe hätten wir sagen können, dass die SSD die ultimative Speicherlösung ist, doch heute ist sie das nicht mehr. Wenn Sie eine Allround-Lösung für Ihre Anforderungen benötigen, entscheiden Sie sich für SSDs. Außerdem sind SSDs im Vergleich zu HDDs relativ günstig geworden. Wenn Sie also ein paar Euro übrig haben, die Sie in Ihren Server investieren können, wählen Sie SSDs.
NVMe: die ultimative Speicherlösung
NVMe ist die richtige Wahl, wenn Sie über ein großzügiges Budget und bestimmte IOPS-Anforderungen für Datenbanken oder verschiedene SaaS-Anwendungen verfügen. Je mehr, desto besser: NVMe eignet sich daher hervorragend für jede Art von Projekt, insbesondere wenn Sie mit großen Einzeldateien arbeiten müssen.
Fazit
Wie bereits erwähnt, hängt alles davon ab, welche Art von Projekt Sie auf Ihrem Server betreiben möchten. Bei einer kleinen Website ist es besser, mit einer HDD zu beginnen und dann schrittweise auf den nächsten Speichertyp umzusteigen, falls Probleme auftreten. Wir hoffen, dass dieser Artikel für Sie interessant war und Ihr Wissen über Speichertypen erweitert hat. Wenden Sie sich an BlueVPS und kaufen Sie den VPS, den Sie benötigen.