Live Optics | Průměrný denní zápis

Tři největší námitky proti implementaci disku SSD v prostředí jsou cena, rychlost a odolnost. Naštěstí máme řešení na všechny tyto kategorie.

Tato instruktáž se dotýká ceny a výkonu, ale zaměřuje se především na odolnost: konkrétně jde o téma DWPD (Drives Writes Per Day), což je ukazatel, který se stal standardem pro označování očekávaného opotřebení nebo odolnosti disků SSD.

Cena a kapacita
NAND je základní technologie, kterou najdete v discích USB nebo SSD „Flash“, a je k dispozici za neustále nízkou cenu. Hnací silou tohoto snížení nákladů jsou změny ve způsobu, jakým se NAND vyrábí. Dvěma běžnými postupy jsou (1) zvýšení počtu bitů na buňku, což vede k použití technologie MLC a TLC, a (2) to, co je považováno za 3D nebo V-NAND, což je technika vertikálního stohování daných buněk. Techniky TLC a 3D se často kombinují, aby vytvořily dnešní vysokokapacitní a nákladově efektivní disky SSD.

Výkon
Zatímco kapacita a cena disků SSD těžily z těchto pokroků ve výrobě, přijetí ze strany podniků zpochybnilo výkon a odolnost. Existuje hlavní argument ohledně výkonu zápisu na disk SSD (TLC) NAND kvůli delším programovacím cyklům TLC NAND. Výkonu zápisu na disk SSD však dominuje SSD SoC (systém na čipu), což je firmware, který tento problém zmírňuje.

Zvýšená kapacita pomohla překonat i tento problém. Disky jsou málokdy 100% zaplněné a firmware může této skutečnosti využít k provedení procesu nazvaného Garbage Collection, který proaktivně připraví místo pro zápis, aby se při zápisu zmírnila penalizace za přípravu. Protože disky SSD nemají stejné omezení doby vyhledávání jako pevné disky, je využití místa kdekoli na disku stejně optimální jako jakékoli jiné umístění. Díky tomu jsou dnešní vysokokapacitní disky 3D TLC překvapivě rychlé.

Také platí, že pouze jednociferné procento společností potřebuje operace IOPS, které by většina marketingových inzercí propagovala. Spusťte kolektor Live Optics a uvidíte. Vyšší kapacita a cenově výhodnější disky přinášejí výhodu migrace většího množství produkčních dat na paměť Flash.  To zajišťuje konzistentní kvalitu služeb I/O ve větší datové kapacitě.

DWPD neboli Drive Writes Per Day.

Fakt, že většina společností má ve skutečnosti menší potřeby operací I/O, spojený s disky s vyšší kapacitou, může v důsledku dramaticky změnit názor na přijetí disků 3D TLC jako disků s kapacitou 1. úrovně.

DWPD je jednoduše počet, kolikrát můžete zcela přepsat kapacitu. Jeden SSD disk denně a dodržujte doporučení výrobce.
 

Všechny technologie Flash dědí jednu vadu, která spočívá v tom, že proces zápisu na disk Flash postupně degraduje paměťové buňky. Správci úložišť musí před nasazením diskových produktů SSD a produktů SSD pro cachování zvážit pracovní zatížení svých aplikací při zápisu, aby zajistili, že životnost produktů bude odpovídat jejich požadavkům. Standardem pro měření výdrže disku SSD je počet zápisů za den (DWPD). DWPD se měří z hlediska celkové kapacity disku. Například 100GB disk SSD zaznamená jeden DWPD, pokud zapíše 100 GB za jeden den. Standard naznačuje, že disk vydrží odhadované DWPD po dobu nejméně 5 let.

Live Optics může pomoci tím, že na každé vrstvě (disk, server, clusterový disk, spuštění kolektoru a projekt) zobrazí odhadovaný průměrný denní zápis.

Průměrný denní zápis
Pro výpočet průměrného denního zápisu pro libovolnou sadu záznamů I/O sečtěte propustnost zápisu (MB/s) všech záznamů a také dobu trvání každého záznamu. To se provádí automaticky ve standardu Live Optics a výsledkem je hodnota kapacity zapsaná každý den. Základní rovnice pro pochopení průměrných denních zápisů:

Proto pro jakýkoli typ disku SSD můžete použít tuto hodnotu kapacity s následující rovnicí a vypočítat minimální počet disků, který musí odpovídat denní aktivitě zápisu, včetně všech backendových operací I/O:

Poznámka: Část „RaidPenalty“ v této rovnici je podrobněji vysvětlena dále v tomto dokumentu.

Chcete-li použít tuto rovnici, nejprve zjistěte hodnocení DWPD disků. Toto hodnocení výrobce představuje obecně dostupné údaje spojené se specifikacemi daného disku. Pro účely této ukázky jsou zde uvedena přijatelná hodnocení DWPD pro různé typy disků.

RAID: Stručný úvod do vlivu pole RAID na údaj DWPD
Pole RAID 10 je pro pochopení ta nejjednodušší forma pole RAID. S každým zápisem se další kopie zrcadlově zapíše na druhý disk. Proto má penalizace pole RAID hodnotu 2. Pole RAID 5 a 6 jsou komplikovanější a na první pohled se může zdát, že penalizace RAID používané ve výpočtech DWPD jsou v rozporu s běžně přijímanými znalostmi o „poměrech efektivity kapacity“. To však lze vysvětlit pomocí jednoduchého diagramu, protože se jedná o související, ale vzájemně se vylučující kapacitní faktory.

RAID 5: Penalizace pole RAID je 2.
Poměr využitelné kapacity pro pole RAID 5 (4+1) je 80 %. 4 kapacitní disky a 1 paritní disk poskytují poměr 4/5.

DWPD se počítá na základě kapacity zapsaných dat, ale především na základě způsobu jejich zápisu na disk. Pro ilustraci uvádíme některé běžné termíny RAID. Každá sada RAID se skládá z šířky prokládání pole RAID a hloubky prokládání pole RAID.

Šířka prokládání pole RAID: Počet disků, na které se prokládání pole RAID rozloží. (4 disky + 1 paritní disk)

Hloubka prokládání pole RAID: Tento termín může mít mnoho názvů, ale jedná se o množství dat, která budou zapsána na každý disk před přesunem zápisu na další disk. Jedná se o kritický faktor pro pochopení logiky odhadu DWPD.

Níže uvedený diagram ukazuje nejlepší a nejhorší scénář zápisu do tohoto prokládání pole RAID s hloubkou prokládání 64 kB.

Nejlepší možný scénář:
Systémy se mohou pokusit o zřetězení zápisu nebo sloučení a optimalizovat tak dopad na disk. (Je napsáno perfektních 256 kB.) Každý disk obdrží rovnoměrné přidělení 64 kB. Parita by také činila 64 kB, ale je to pouze 20% režie ze zapsaných 256 kB. 

Nejhorší možný scénář:
Většina zápisů je ale malá a často menší než hloubka prokládání. (Předpokládejme, že bylo zapsáno pouze sudých 64 kB dat.) To by ovlivnilo pouze dva disky v prokládání pole RAID: disk, na který bylo zapsáno 64 kB, a přepsaný paritní disk, který má rovněž velikost 64 kB, což má za následek 100% režii zápisu, i když využitelná kapacita by zůstala efektivní z 80 %.

RAID 6: Penalizace pole RAID je 3.
Za pole RAID s dvojitou paritou je třeba počítat dodatečnou penalizaci. Ve stejném nejhorším případě by se zapsalo 64 kB a ovlivnilo by to pouze jeden disk. Nyní by však bylo nutné přepočítat a přepsat dva paritní disky. Nejhorším scénářem pro pole RAID 6 tedy bude penalizace 3x (64 kB dat + 128 kB parity).

Shrnutí
Vzhledem k tomu, že DWPD je faktor zapsané datové kapacity, disk SSD se pokusí optimalizovat zápis nalezením nové, předem připravené části disku, namísto přepsání stejného datového prostoru. Jedná se o extrémně bezpečný odhad opotřebení libovolného disku s jakoukoli známou průměrnou denní kapacitou zápisu.

Výpočty na následující stránce odrážejí odhad 100% nejhoršího scénáře, takže jakákoli optimalizace zápisů poskytovaných systémem pouze zvýší bezpečnost těchto odhadů.

DWPD: Použití průměrného denního zápisu k odhadu výdrže.
Existují dva způsoby, jak přistupovat k hodnotě DWPD v závislosti na tom, čeho chcete dosáhnout: výpočet minimálního počtu potřebných aktivních disků nebo výpočet odhadované životnosti konkrétního počtu disků SSD se známou pracovní zátěží.

Minimální počet aktivních disků
Tato metoda vám pomůže odhadnout, jestli jeden disk nebo nastavený počet disků musí zůstat v rámci doporučeného hodnocení DWPD na základě pozorované poptávky po pracovní zátěži v projektu Live Optics.

Průměrný denní zápis: 3,5 TB
Cílová sada RAID: RAID 10
Hodnocený disk SSD: 3,8TB disk SSD TLC

 Průměrný denní zápis: 3,5 TB
Cílová sada RAID: RAID 5-5 (4+1)
Hodnocený disk SSD 3,8TB disk SSD TLC

Průměrný denní zápis: 3,5 TB
Cílová sada RAID: RAID 6-6 (4+2)
Hodnocený disk SSD 3,8TB disk SSD TLC

Menší disky a vyšší DWPD
Zde je vidět, že i při extrémním počtu zápisů 3,5 TB za den a se zahrnutím penalizace RAID vede vysoká kapacita disků k tomu, že požadovaný minimální počet disků je 3 nebo méně pro všechny konfigurace.

Pro ilustraci vztahu mezi kapacitou disku a hodnocením DWPD použijeme v dalším příkladu menší disk s kapacitou pouze 400 GB, ale s vyšším hodnocením DWPD 10.

Průměrný denní zápis: 3,5 TB
Cílová sada RAID: RAID 6-6 (4+2)
Hodnocený disk SSD 400GB disk SSD SLC

 
Konečným výsledkem je, že minimální počet disků pro úlohu zápisu je stále 3. Konfigurace TLC by však měla zhruba 10 TB hrubé kapacity, zatímco SLC by měla 1 200 GB.

Realizovaný faktor DWPD.
Použití disků nad nebo pod minimálním doporučeným počtem urychlí nebo zpomalí odhad opotřebení. Výpočet je jednoduchý: stačí vydělit doporučený počet disků počtem použitých disků.

Tato konfigurace je předimenzovaná. Odolnost těchto disků proti opotřebení by měla předčit očekávání. Tato konfigurace nesplňuje doporučení. Proto dochází ke zrychlenému opotřebení disků.

DWPD: Použití průměrného denního zápisu k odhadu životnosti disku. Chcete-li vypočítat odhadovanou životnost známého počtu disků oproti známé průměrné denní kapacitě zápisu, obraťte výpočty a použijte realizovaný faktor DWPD.

Odhadovaná životnost
Většina sad RAID, zejména v diskových polích, obvykle obsahuje 4–12 disků pro minimální konfiguraci. Výsledkem je, že výpočet životnosti disku SSD může často poskytnout zvláštně odhadnutý počet let, po které mohou být disky v provozu. V systému s nesprávnými nebo nedostatečnými kapacitami však tyto odhady mohou být i nadále užitečné.
Aktualizace systému předchází neočekávaným prostojům.

Pomocí našich dvou realizovaných faktorů DWPD z předchozí stránky můžeme měřit účinek každého scénáře pomocí tohoto vzorce.

Příklady dat:

Odhadované roky výrobce: 5
Realizovaných DWPD: 0,27
 

Odhadované roky výrobce: 5
Realizovaných DWPD: 1,67
 

Závěr

Operace IOPS jako měřítko velikosti, které je do značné míry komodifikováno všeobecnou dostupností disků SSD, má prozatím stále klesající ceny a zvyšující se kapacitu. Největší výhodou migrace na disky SSD je získání většího množství dat na konzistentně vyšší úrovni služeb pro veškerou diskovou aktivitu.

Stále však existují určité pochybnosti ohledně neznámého, co se týče rychlosti a odolnosti, pokud jde o konkrétní pracovní zatížení společnosti a inovativní technologie, které výrobci disků SSD používají k posouvání hranic kapacity.

Live Optics dokáže změřit jedinečnost prostředí a na základě těchto informací stanovit úroveň komfortu v oblasti životnosti disku bez ohledu na to, o jak jedinečnou úlohu se jedná nebo jaký disk je vybrán k implementaci.

Upozorňujeme, že tento dokument používá průměrný denní zápis 3,5 TB za den, což je podle všeho daleko za poptávkou průměrné korporace téměř v jakékoli vertikále. Pokud jsou tedy vaše průměrné denní zápisy nižší než 3,5 TB za den, vaše očekávání opotřebení překročí odhady v tomto dokumentu.

Chcete-li to vědět s jistotou, založte si ještě dnes bezplatný účet na adrese https://LiveOptics.com.

Live Optics je standardní metoda nezávislá na dodavateli a platformě pro získávání faktů o výkonu z vašeho prostředí, kterou komunitě daruje společnost Dell Technologies, Inc.

V případě jakýchkoli dotazů se obraťte na podporu Live Optics na adrese liveoptics.support@dell.com.