Live Optics | Volume moyen d’écritures quotidiennes

Les trois principales objections à l’implémentation de disques SSD dans un environnement sont le coût, la vitesse et la durabilité. Par chance, le secteur offre un confort optimal dans ces trois catégories.

Dans cette présentation, nous abordons les questions de prix et de performances, mais nous focalisons sur la durabilité, et plus particulièrement sur le volume d’écritures quotidiennes d’un disque (DWPD), qui est devenu un indice de référence pour déterminer l’usure ou la durabilité attendue des disques SSD.

Prix et capacité
Les lecteurs USB ou disques SSD « Flash » sont équipés de la technologie sous-jacente NAND, dont le prix ne cesse de baisser. Les facteurs de cette réduction des coûts sont des modifications apportées à la façon dont la technologie NAND est fabriquée. Citons deux des pratiques courantes : 1) l’augmentation du nombre de bits par cellule, sur lequel repose la technologie MLC et TLC, et 2) ce que l’on appelle la 3D ou V-NAND, c’est-à-dire la technique d’empilement vertical de ces cellules. Les techniques TLC et 3D sont souvent combinées pour créer les disques SSD haute capacité et rentables d’aujourd’hui.

Performances
Si la capacité et le prix des disques SSD ont bénéficié de ces avancées technologiques, leurs performances et leur durabilité ont été mises à rude épreuve depuis que les entreprises ont choisi d’adopter ce type de disque. Les performances d’écriture d’un disque SSD doté de la technologie NAND à triple niveau de cellule (TLC) suscitent un vif débat, en raison des cycles de programmation plus longs propres à cette technologie. Cependant, les performances d’écriture d’un disque SSD dépendent principalement de son système sur puce (SoC) SSD, où le firmware est chargé d’atténuer ce problème.

L’augmentation de la capacité a également permis de surmonter ce problème. Il est rare que les disques atteignent 100 % de leur capacité ; le firmware tire donc parti de cet avantage pour exécuter un processus appelé « nettoyage de la mémoire », qui prépare de manière proactive l’espace d’écriture afin d’atténuer les pénalités de préparation lorsqu’une écriture se produit. Dans la mesure où les disques SSD ne sont pas soumis aux délais de recherche des disques durs, l’espace disque est utilisé de façon optimale, quel que soit l’emplacement. Par conséquent, les disques TLC 3D haute capacité actuels sont étonnamment rapides.

En outre, seul un faible pourcentage d’entreprises utilise réellement les IOPS que mettent en avant la plupart des campagnes marketing. Exécutez Live Optics et voyez plutôt. Des disques plus performants et moins onéreux permettent de migrer plus facilement un volume supérieur de données de production vers le stockage Flash.  Cela permet d’assurer une qualité de service constante pour les E/S sur une plus grande capacité de données.

Volume d’écritures quotidiennes d’un disque (DWPD).

Le fait que les besoins en E/S de la majorité des sociétés soient inférieurs à ceux initialement prévus, combiné à l’existence de disques de plus grande capacité, peut profondément changer la décision des entreprises d’adopter des disques TLC 3D comme solutions de stockage de niveau 1.

Le DWPD correspond simplement au nombre de fois par jour qu’il est possible d’écrire la totalité de la capacité d’un disque SSD tout en respectant les recommandations du fabricant.
 

Les technologies All-Flash présentent néanmoins un inconvénient : le processus d’écriture sur Flash dégrade progressivement les cellules de mémoire. Les administrateurs de stockage doivent prendre en compte les charges applicatives d’écriture de leurs applications avant de déployer des disques SSD et de mettre en cache des produits afin de s’assurer que les durées de vie des produits correspondent à leurs exigences. Le volume d’écritures quotidiennes d’un disque (DWPD) est la norme de mesure de l’endurance d’un disque SSD. Le DWPD est mesuré par rapport à la capacité totale du disque. Par exemple, un disque SSD de 100 Go effectue un DWPD s’il écrit 100 Go en une journée. La norme suggère que le disque supporte le DWPD estimé pendant au moins 5 ans.

Live Optics peut vous aider en indiquant à chaque couche (disque, serveur, disque de cluster, exécution du collecteur et projet) le volume moyen d’écritures quotidiennes estimées.

Volume moyen d’écritures quotidiennes
Pour calculer la moyenne des écritures quotidiennes pour un ensemble donné d’enregistrements d’E/S, additionnez le débit d’écriture (Mo/s) de tous les enregistrements et la durée de chaque enregistrement. Cette opération est effectuée automatiquement dans Live Optics et entraîne une valeur de capacité écrite chaque jour. L’équation de base pour comprendre le volume moyen d’écritures quotidiennes est la suivante :

Par conséquent, pour tout type de disque SSD, on peut utiliser cette valeur de capacité avec l’équation suivante pour calculer le nombre minimal de disques qui doivent être utilisés pour accueillir l’activité d’écriture quotidienne, y compris toutes les opérations d’E/S en arrière-plan :

Remarque : Dans cette équation, « RaidPenalty » doit être expliqué plus en détail plus loin dans ce document.

Pour utiliser cette équation, commencez par connaître le classement DWPD des disques. Ce classement du fabricant est généralement établi à l’aide des données disponibles et des spécifications de ce disque. Pour les besoins de cette démonstration, voici quelques valeurs DWPD acceptables pour différents types de disques.

RAID : présentation rapide de l’incidence du RAID sur le DWPD
RAID 10 est la forme de RAID la plus simple à comprendre. À chaque écriture, une copie supplémentaire est écrite sur l’autre disque du miroir. Par conséquent, la pénalité RAID utilisée est de 2. RAID 5 et RAID 6 sont plus compliqués. À première vue, les pénalités RAID utilisées dans les calculs du DWPD peuvent sembler contraires à la notion courante de « rapports d’efficacité de la capacité ». Toutefois, un schéma simple permet de comprendre qu’il s’agit de facteurs de capacité liés, mais qui s’excluent mutuellement.

RAID 5 : la pénalité RAID est de 2.
Le rapport d’efficacité de capacité utile pour un RAID 5 (4+1) est de 80 %. 4 disques de capacité et 1 disque de parité fournissent un rapport de 4/5.

Le DWPD est calculé en fonction de la capacité des données écrites, mais surtout de la façon dont elles sont écrites sur le disque. À titre d’illustration, voici quelques termes RAID courants. Chaque ensemble RAID comprend une largeur de bande RAID et une profondeur de bande RAID.

Largeur de la bande RAID : nombre de disques sur lesquels la bande RAID s’étend. (4 disques + 1 disque de parité.)

Profondeur de la bande RAID : quel que soit le nom donné à ce terme, il désigne la quantité de données qui seront écrites sur chaque disque avant le déplacement de l’écriture vers le disque suivant. Il s’agit d’un facteur essentiel pour comprendre la logique d’estimation du DWPD.

Le schéma ci-dessous montre le meilleur et le pire scénario possible d’écriture sur cette bande RAID avec une profondeur de bande de 64 Ko.

Scénario le plus favorable :
les systèmes peuvent essayer de procéder à une concaténation ou à une fusion des écritures pour tenter d’optimiser l’impact sur le disque (par exemple, une écriture parfaite de 256 Ko est effectuée). Chaque disque recevrait une allocation égale de 64 Ko. La parité serait également de 64 Ko, ce qui ne représente qu’un surcoût de 20 % par rapport aux 256 Ko de données écrites. 

Scénario le moins favorable :
toutefois, la plupart des écritures sont peu volumineuses et souvent inférieures à la profondeur de bande. (Supposons que seulement 64 Ko de données ont été écrits.) Cela n’a d’incidence que sur deux disques dans la bande RAID : le disque sur lequel les 64 Ko ont été écrits et le disque de parité, qui est aussi réécrit avec 64 Ko. Résultat : un surcoût d’écriture de 100 %, même si la capacité utile reste efficace à 80 %.

RAID 6 : la pénalité RAID est de 3.
Une pénalité supplémentaire doit être prise en compte pour le RAID à double parité. Dans le même cas le moins favorable, les 64 Ko sont écrits et n’ont d’incidence que sur un seul disque. Toutefois, deux disques de parité doivent désormais être recalculés et réécrits. Par conséquent, le scénario le plus défavorable pour RAID 6 est une pénalité de 3x (64 Ko de données + 128 Ko de parité).

Récapitulatif
Le DWPD étant un facteur de capacité de données écrites, un disque SSD tente d’optimiser les écritures en recherchant une nouvelle portion préalablement préparée du disque plutôt qu’en écrasant le même espace de données. Il s’agit d’une estimation extrêmement fiable de l’usure d’un disque donné, quel que soit le volume moyen d’écritures quotidiennes connu.

Les calculs présentés à la page suivante reflètent une estimation du cas le moins favorable, avec un surcoût d’écriture de 100 %. Toute optimisation des écritures réalisée par le système ne peut donc qu’améliorer ces estimations.

DWPD : application du volume moyen d’écritures quotidiennes pour estimer l’endurance.
Il existe deux façons d’aborder la valeur DWPD en fonction de ce qui est recherché : calculer le nombre minimal de disques actifs nécessaires ou calculer la durée de vie estimée d’un certain nombre de disques SSD avec une charge applicative connue.

Nombre minimal de disques actifs
Cette méthode vous permet d’estimer si un disque ou un nombre défini de disques doit rester dans la limite DWPD recommandée en fonction de la charge applicative observée dans un projet Live Optics.

Volume moyen d’écritures quotidiennes : 3,5 To
RAID de destination défini : RAID 10
SSD en cours d’évaluation : SSD TLC 3,8 To

 Volume moyen d’écritures quotidiennes : 3,5 To
RAID de destination défini : RAID 5-5 (4+1)
SSD en cours d’évaluation : SSD TLC 3,8 To

Volume moyen d’écritures quotidiennes : 3,5 To
RAID de destination défini : RAID 6-6 (4+2)
SSD en cours d’évaluation : SSD TLC 3,8 To

Disques plus compacts et DWPD plus élevé
Ceci démontre que même avec un nombre extrême d’écritures à 3,5 To par jour, et en tenant compte de la pénalité RAID, la capacité élevée des disques permet de réduire à 3 ou moins le nombre minimum de disques requis, quelle que soit la configuration.

Pour illustrer la relation entre la capacité du disque et le classement DWPD, l’exemple suivant utilise un disque plus petit d’une capacité de 400 Go seulement, mais avec un classement DWPD plus élevé de 10.

Volume moyen d’écritures quotidiennes : 3,5 To
RAID de destination défini : RAID 6-6 (4+2)
SSD en cours d’évaluation : SSD SLC 400 Go

 
Au final, le nombre minimal de disques pour prendre en charge la charge applicative d’écriture est toujours de 3. En revanche, la configuration TLC disposerait d’environ 10 To de capacité brute, tandis que le SLC disposerait de 1 200 Go.

Facteur de DWPD réalisé.
Utiliser plus ou moins de disques que le nombre minimum recommandé peut accélérer ou ralentir l’estimation de l’usure. Calculer ce nombre consiste simplement à diviser le nombre recommandé de disques par le nombre utilisé.

Cette configuration est surprovisionnée ; la durabilité de ces disques doit dépasser les attentes. Cette configuration ne répond pas à la recommandation. Par conséquent, on constate une usure accélérée des disques.

DWPD : application du volume moyen d’écritures quotidiennes à la durée de vie estimée du disque. Pour calculer la durée de vie estimée d’un nombre connu de disques par rapport à un volume moyen d’écritures quotidiennes défini, inversez les calculs et utilisez le facteur de DWPD réalisé.

Espérance de vie estimée
La plupart des ensembles RAID, en particulier dans une baie de stockage, comprennent généralement 4 à 12 disques pour une configuration minimale. En conséquence, le calcul de la durée de vie des disques SSD permet souvent d’estimer le nombre d’années pendant lesquelles les disques peuvent être en service. Toutefois, dans un système incorrectement ou insuffisamment provisionné, ces estimations peuvent vous aider à comprendre
les incréments d’actualisation du système afin d’éviter les interruptions de service inattendues.

Nos deux facteurs de DWPD réalisés de la page précédente illustrent l’effet de chaque scénario avec cette formule.

Données d’exemple :

Années estimées par le fabricant : 5
DWPD réalisé : 0,27
 

Années estimées par le fabricant : 5
DWPD réalisé : 1,67
 

Conclusions

Aujourd’hui, les IOPS en tant que critère de dimensionnement a été largement banalisé en raison de la généralisation des SSD, dont les prix ne cessent de baisser tandis que leur capacité augmente. Le principal avantage de la migration vers des disques SSD est de permettre à une plus grande partie de vos données de bénéficier d’un niveau de service invariablement élevé, quelles que soient les opérations sur disque.

Néanmoins, certaines réticences subsistent face aux incertitudes liées à la vitesse et à la durabilité, notamment en ce qui concerne les charges applicatives propres à chaque entreprise et les technologies innovantes qu’utilisent les fabricants de disques SSD pour repousser les limites de la capacité.

Live Optics peut mesurer le caractère unique d’un environnement et utiliser ces informations pour fournir une estimation fiable de la durée de vie des disques, indépendamment de la spécificité d’une charge applicative ou du disque choisi pour la mise en œuvre.

Notez que dans ce document, nous basons nos calculs sur un volume moyen d’écritures quotidiennes de 3,5 To par jour ce qui, de l’avis général, dépasse largement la demande moyenne des entreprises, tous secteurs confondus. Par conséquent, si le volume moyen d’écritures quotidiennes de votre entreprise est inférieur à 3,5 To par jour, vos attentes en matière d’usure dépasseront les estimations indiquées dans ce document.

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