Жива оптика | Середні щоденні записи

Три найбільші заперечення щодо впровадження SSD у певному середовищі — це вартість, швидкість і довговічність. На щастя, індустрія забезпечує комфорт у всіх трьох цих категоріях.

Цей брифінг стосується ціни та продуктивності, але зосереджується на довговічності: зокрема на темі Drives Writes Per Day (DWPD), яка стала стандартом для визначення очікувань зносу або довговічності SSD-дисків.

Ціна та місткість
NAND — це базова технологія, яку ви знайдете у USB або SSD «Flash», і вона доступна за постійно зниженою ціною. Рушієм цього зниження вартості є зміни у способі виробництва NAND. Дві поширені практики — (1) збільшення кількості бітів на клітину, що призводить до технологій MLC і TLC, і (2) те, що вважається 3D або V-NAND, тобто методом вертикального стекування цих елементів. Техніки TLC і 3D часто поєднують для створення сучасних SSD-накопичувач з великою ємністю та економічністю.

Продуктивність
Хоча потужність і ціна SSD отримали вигоду від цих досягнень у виробництві, продуктивність і довговічність були поставлені під сумнів через корпоративне впровадження. Існує серйозна суперечка щодо продуктивності запису на високобітних NAND NAND (TLC) SSD через довші цикли програмування TLC NAND. Однак продуктивність запису SSD домінує SSD SoC (система на чипі), і саме прошивка вирішує цю проблему.

Збільшення пропускної здатності також допомогло подолати цю проблему. Диски рідко заповнені на 100%, і прошивка може скористатися цим для виконання процесу під назвою Garbage Collection, який проактивно готує запис простору, щоб зменшити штраф за підготовку під час запису. Оскільки SSD не мають таких самих штрафів за час пошуку, як жорсткі диски, використання місця будь-де на диску є таким же оптимальним, як і будь-яке інше місце. Внаслідок цього сучасні 3D TLC-накопичувачі великої місткості виявляються дивовижно швидкими.

Крім того, однозначний відсоток компаній потребує IOPS, який більшість маркетингових заяв рекламують. Запустіть Live Optics і подивіться. Більша ємність і більш економічні диски дають перевагу міграції більшої кількості виробничих даних на Flash.  Це забезпечує стабільну якість обслуговування для I/O при більшій потужності даних.

DWPD або записи на диск на день.

Поєднання того, що більшість компаній мають нижчі потреби в введенні/виведенні, ніж це з'являлося, у поєднанні з дисками з більшою ємністю, може кардинально змінити думку про використання 3D TLC-приводів як дисків першого рівня.

DWPD — це просто кількість випадків, коли ви можете повністю перезаписати пропускну здатність. SSD на день і дотримуйтесь рекомендацій виробника.
 

Усі технології Flash мають один недолік — процес запису у Flash поступово погіршує кількість комірок пам'яті. Адміністратори зберігання повинні враховувати навантаження на запис у своїх додатках перед розгортанням SSD-дисків і кешування, щоб забезпечити відповідність терміну служби служби продукту їхнім вимогам. Стандартом для вимірювання тривалості SSD-диска є Drive Records per Day (DWPD). DWPD вимірюється через загальну ємність диска. Наприклад, SSD на 100 ГБ справляється з одним DWPD, якщо записує 100 ГБ за один день. Стандарт передбачає, що диск витримує оцінений DWPD щонайменше 5 років.

Live Optics може допомогти, показуючи на кожному рівні (диск, сервер, кластерний диск, колекторний запуск і проєкт) оцінену середню добову запис.

Середній щоденний запис
Щоб обчислити середню денну кількість запису для будь-якого набору записів введення/виведення, підсумуйте пропускну здатність запису (МБ/сек) усіх записів, а також тривалість кожного запису. Це відбувається автоматично в Live Optics і призводить до запису значення ємності, яке записується щодня. Основне рівняння для розуміння Average Daily Writes звучить так:

Отже, для будь-якого типу SSD диск можна використовувати це значення ємності з наступним рівнянням для розрахунку мінімальної кількості дисків, які повинні враховувати щоденну активність запису, включаючи будь-які операції вводу/виводу бекенду:

Примітка. У цьому рівнянні «RaidPenalty» потрібно детальніше пояснити пізніше в цьому документі.

Щоб використати це рівняння, спочатку дізнайтеся рейтинг DWPD приводів. Цей рейтинг виробника — це загалом доступні дані, пов'язані зі специфікаціями цього диска. Для цілей цієї демонстрації ось деякі прийнятні рейтинги DWPD для різних типів приводів.

РЕЙД: Короткий огляд того, як RAID впливає на DWPD
RAID 10 — це найпростіша форма RAID для розуміння. З кожним записом додаткова копія записується на інший диск у дзеркалі. Отже, штраф RAID дорівнює 2. RAID 5 і 6 складніші, і на перший погляд штрафи за RAID, які використовуються в розрахунках DWPD, можуть суперечити поширеним знанням про «коефіцієнти ефективності потужності», але це можна зрозуміти за допомогою простої схеми, оскільки вони пов'язані, але взаємовиключні фактори пропускної здатності.

РЕЙД 5: Штраф RAID — 2
.Коефіцієнт корисної ефективності для RAID 5 (4+1) становить 80%. Диски з 4 об'ємом і 1 диск парності забезпечують співвідношення 4/5.

DWPD розраховується на основі обсягу записаних даних, але ще важливіше — способу їх запису на диск. Для ілюстрації ось кілька поширених термінів RAID. Кожен набір RAID складається з ширини смуги RAID та глибини смуги RAID.

Ширина RAID-смуги: кількість дисків, які охоплює RAID-смуга. (4 диски + 1 диск парності.)

Глибина RAID Stripe: Цей термін може мати багато назв, але є обсягом даних, які будуть записані на кожен диск перед тим, як запис перейде на наступний диск. Це критично важливий фактор для розуміння логіки оцінки DWPD.

Діаграма нижче показує найкращий і найгірший сценарій запису на цю RAID-смугу з глибиною смуги 64 КБ.

Найкращий сценарій:
Системи можуть намагатися конкатенувати або коалесцентувати запис, щоб оптимізувати вплив на диск. (записується ідеальний обсяг 256 КБ.) Кожен диск отримував рівномірний розподіл у 64 КБ. Паритет також становив би 64 КБ, але це лише 20% накладних витрат від 256 КБ, написаних у записах. 

Найгірший сценарій:
Однак більшість записів невеликі і часто менші за глибину смуги. (Припустимо, що записано лише рівномірно 64 K даних.) Це вплинуло лише на два диски в RAID-смузі: диск, на якому записувалися 64 КБ, і переписаний паритетний диск, який також має 64 КБ, що призведе до 100% накладних витрат на запис, хоча корисна ємність залишатиметься 80% ефективною.

РЕЙД 6: Штраф RAID — 3
.За подвійний паритетний RAID потрібно взяти додатковий штраф. У тому ж найгіршому випадку 64 КБ було б записано і впливало лише на один диск; однак тепер потрібно було перерахувати і переписувати два паритетні диски. Отже, найгірший сценарій для RAID 6 — це штраф у 3x (64 тис. даних + 128 тис. паритету).

Резюме
Оскільки DWPD є фактором обсягу даних, SSD намагається оптимізувати записи, знаходячи нову заздалегідь підготовлену частину диска, а не перезаписуючи той самий простір даних. Це надзвичайно безпечна оцінка зносу будь-якого диска з відомою середньою добовою пропускною здатністю.

Розрахунки на наступній сторінці відображають 100% оцінку найгіршого сценарію, тому будь-яка оптимізація записів, наданих системою, лише зробить ці оцінки безпечнішими.

DWPD: Застосування Average Daily Write для оцінки витривалості.
Існує два способи підходу до значення DWPD залежно від того, що намагається досягти: обчислення мінімальної кількості активних дисків, необхідних, або розрахунковий термін служби певної кількості SSD з відомим навантаженням.

Мінімальна кількість активних дисків
Цей метод допомагає оцінити, чи має один диск або певна кількість дисків залишатися в межах рекомендованого рейтингу DWPD на основі спостережуваного навантаження в проєкті Live Optics.

Average Daily пише: Набір RAID-призначення на 3,5 ТБ
: Оцінюється SSD RAID 10
: TLC 3.8 TB SSD

 Average Daily пише: Набір RAID-призначення на 3,5 ТБ
: Оцінюється SSD RAID 5-5 (4+1
): TLC 3.8 TB SSD

Average Daily пише: Набір RAID-призначення на 3,5 ТБ
: Оцінюється SSD RAID 6-6 (4+2
): TLC 3.8 TB SSD

Менші диски та вищий DWPD
Тут показано, що навіть при величезній кількості записів на 3,5 ТБ на день і з урахуванням штрафу RAID, висока ємність дисків призводить до того, що мінімальна кількість дисків має бути 3 або менше для всіх конфігурацій.

Щоб проілюструвати взаємозв'язок між ємністю диска та рейтингом DWPD, наступний приклад використовуватиме менший диск з об'ємом лише 400 ГБ, але з вищим рейтингом DWPD 10.

Average Daily пише: Набір RAID-призначення на 3,5 ТБ
: Оцінюється SSD RAID 6-6 (4+2
): SLC SSD 400 ГБ

 
У результаті мінімальна кількість дисків для навантаження на написання все одно становить 3. Однак конфігурація TLC матиме приблизно 10 ТБ сирої ємності, тоді як SLC — 1200 ГБ.

Усвідомив фактор DWPD.
Використання понад або менше рекомендованої мінімальної кількості двигунів прискорює або уповільнює оцінку зносу. Обчислити це так просто, як поділити рекомендовану кількість дисків на використану кількість.

Ця конфігурація надто перевантажена; Довговічність цих приводів має перевищувати очікування. Ця конфігурація не відповідає рекомендації. Тому приводи прискорюють знос.

DWPD: Застосування середнього щоденного запису для оцінки терміну служби диска. Щоб розрахувати приблизний термін служби відомої кількості дисків із відомою середньодобовою пропускною здатністю запису, розрахуйте зворотними розрахунками та використовуйте реалізований коефіцієнт DWPD.

Орієнтовна тривалість
терміну служби Більшість наборів RAID, особливо в масиві зберігання, зазвичай включають 4-12 дисків для мінімальної конфігурації. В результаті розрахунок тривалості терміну служби SSD часто дозволяє дотепно оцінити кількість років, протягом яких диски можуть перебувати в експлуатації. Однак у системі з неналежним або недостатнім забезпеченням ці оцінки можуть допомогти зрозуміти ситуацію.
Оновлюйте систему поступово, щоб уникнути несподіваних простоїв.

Використовуючи наші два реалізовані фактори DWPD з попередньої сторінки, демонструємо вплив кожного сценарію за цією формулою.

Приклади даних:

Приблизні роки виробника: 5
реалізованих DWPD: 0.27
 

Приблизні роки виробника: 5
реалізованих DWPD: 1.67
 

Підсумки

: Наразі IOPS як показник розміру, який значною мірою став товаром через загальну доступність, SSD постійно знижує ціни та збільшує потужність. Найбільша перевага міграції на SSD — це отримання більшої кількості даних на стабільно вищий рівень обслуговування для всієї активності диска.

Однак досі існує певна нерішучість щодо невідомого, що стосується швидкості та довговічності щодо конкретних робочих навантажень компанії та інноваційних технологій, які виробники SSD використовують для розширення меж потужності.

Live Optics може вимірювати унікальність середовища і з цією інформацією знаходити рівень комфорту щодо тривалості терміну служби диска, незалежно від унікального навантаження чи обраного диска.

Зверніть увагу, що цей документ використовує середній щоденний обсяг запису 3,5 ТБ на день, що, за всіма визнаннями, значно перевищує попит середньої корпорації майже в будь-якій сфері. Отже, якщо ваші середні щоденні записи на день нижчі за 3,5 ТБ, ваші очікування щодо носіння перевищать оцінки в цьому документі.

Щоб дізнатися напевно, почніть сьогодні з https://LiveOptics.com для додаткового рахунку.

Live Optics — це стандартний метод, незалежний від постачальника та платформи, для отримання фактів про продуктивність вашого середовища, переданих спільноті компанією Dell Technologies, Inc.

Якщо у вас є питання, будь ласка, звертайтеся до Live Optics Support за адресою liveoptics.support@dell.com.