Live Optics | Scritture giornaliere medie

Le tre principali obiezioni all'implementazione delle unità SSD in un ambiente sono i costi, la velocità e la durata. Fortunatamente, il settore offre soluzioni in tutte queste tre categorie.

Il presente articolo tratta di prezzo e prestazioni, ma si incentra sulla durata, in particolare su quel che riguarda il tema del valore DWPD (scritture su unità al giorno), che è diventato uno standard per indicare le aspettative di usura o durata delle unità SSD.

Prezzo e capacità
NAND è la tecnologia sottostante per le unità USB o SSD "Flash" e sta diventando disponibile a un prezzo sempre più basso. I fattori trainanti di questa riduzione dei costi sono i cambiamenti del modo in cui tale tecnologia viene prodotta. Le due pratiche comuni prevedono (1) l'aumento del numero di bit per cella, che si traduce in tecnologia MLC e TLC, e (2) il 3D o V-NAND, che è la tecnica di impilamento verticale di tali celle. Le tecniche TLC e 3D vengono spesso combinate per creare le attuali unità SSD ad alta capacità e a costi contenuti.

Prestazioni
Mentre la capacità e il prezzo delle unità SSD hanno beneficiato di questi progressi nel settore della produzione, le prestazioni e la durata sono state messe in discussione per l'adozione da parte delle aziende. Un'importante questione riguarda le prestazioni di scrittura sulle unità SSD NAND (TLC) con celle a bit elevati a causa dei cicli di programmazione più lunghi della tecnologia NAND TLC. Tuttavia, le prestazioni di scrittura delle unità SSD sono regolate tramite il SoC (System on Chip) e il relativo firmware che attenua in gran parte tale preoccupazione.

Anche l'aumento della capacità ha contribuito al superamento di questo problema. Raramente le unità sono piene al 100% e il firmware può sfruttare questa condizione per eseguire un processo chiamato garbage collection, che prepara in modo proattivo lo spazio di scrittura in modo da attenuare la penalità della preparazione quando si verifica una scrittura. Poiché le unità SSD non presentano le penalità dei tempi di ricerca dei dischi rigidi, l'utilizzo dello spazio sull'unità è ottimale in una posizione così come in qualsiasi altra. Di conseguenza, le attuali unità TLC 3D ad alta capacità sono sorprendentemente veloci.

Inoltre, una bassissima percentuale di aziende ha bisogno degli IOPS che la maggior parte delle affermazioni di marketing pubblicizzano. A dimostrazione, basta eseguire Live Optics e osservare i risultati. Le unità di capacità più elevata e più convenienti offrono il vantaggio di migrare una maggiore quantità di dati di produzione su Flash.  Ciò garantisce una qualità del servizio costante per l'I/O attraverso la maggiore capacità di dati.

DWPD o Drive Writes Per Day

Il fatto che la maggior parte delle aziende abbia esigenze di I/O inferiori a quanto sia portata a credere, combinato alla maggiore capacità delle unità può far cambiare radicalmente opinione circa l'adozione di unità TLC 3D come unità con capacità tier 1.

DWPD indica semplicemente il numero di volte al giorno in cui è possibile sovrascrivere completamente la capacità di un'unità SSD e rimanere all'interno delle raccomandazioni del produttore.
 

Le tecnologie All-Flash ereditano un difetto, ovvero che il processo di scrittura su Flash deteriora gradualmente le celle di memoria. Prima di implementare prodotti di caching e dischi SSD, gli Storage Administrator devono considerare i carichi di lavoro di scrittura delle loro applicazioni per assicurarsi che i tempi di durata del prodotto corrispondano ai loro requisiti. Lo standard per misurare la resistenza di un disco SSD è il valore DWPD (scritture su unità al giorno). Il DWPD viene misurato in termini di capacità totale del disco. Ad esempio, un'unità SSD da 100 GB esegue 1 DWPD se scrive 100 GB in un giorno. Lo standard prevede che il disco resista al DWPD stimato per almeno 5 anni.

Live Optics può essere utile per mostrare a ogni livello (disco, server, disco del cluster, esecuzione del collector e progetto) le scritture giornaliere medie stimate.

Scritture giornaliere medie
per calcolare le scritture giornaliere medie per una determinata serie di record di I/O, sommare il throughput di scrittura (MB/sec) di tutti i record e la durata di ciascun record. Questa operazione viene eseguita automaticamente in Live Optics e genera un valore di capacità scritto ogni giorno. L'equazione di base per comprendere la scritture giornaliere medie è la seguente:

Pertanto, per qualsiasi tipo di unità SSD è possibile utilizzare questo valore di capacità con la seguente equazione per calcolare il numero minimo di unità necessarie per supportare l'attività di scrittura giornaliera, incluse le operazioni di I/O back-end:

Nota: in questa equazione, "RaidPenalty" viene spiegato con maggiori dettagli più avanti in questo documento.

Per utilizzare questa equazione, è innanzitutto necessario conoscere il valore DWPD delle unità. Questo valore fornito dal produttore è generalmente disponibile fra le specifiche della determinata unità. Ai fini di questa dimostrazione, ecco alcuni valori DWPD accettabili per vari tipi di unità.

RAID: una veloce descrizione del modo in cui RAID influisce sul DWPD
RAID 10 è il tipo di RAID più semplice da comprendere. Ad ogni scrittura, viene scritta una copia aggiuntiva sull'altro disco nel mirror. Pertanto, la penalità RAID utilizzata è 2. RAID 5 e 6 sono più complicati e a prima vista le penalità RAID utilizzate nei calcoli del DWPD potrebbero sembrare in contrasto con quelli che vengono comunemente considerati i "rapporti di efficienza capacità", ma questo aspetto può essere compreso con un semplice diagramma in quanto si tratta di fattori di capacità correlati ma che si escludono a vicenda.

RAID 5: la penalità RAID è 2.
Il rapporto di efficienza capacità utilizzabile per un RAID 5 (4+1) è 80%. 4 dischi di capacità e 1 disco di parità forniscono un rapporto 4/5.

Il DWPD viene calcolato in base alla capacità di dati scritti, ma soprattutto al modo in cui vengono scritti sul disco. A scopo illustrativo, ecco alcuni termini RAID comuni. Ogni set RAID è composto da una larghezza di stripe RAID e una profondità di stripe RAID.

Larghezza di stripe RAID: il numero di unità su cui si estenderà lo stripe RAID (4 dischi + 1 disco di parità).

Profondità di stripe RAID: questo termine può avere molte denominazioni, ma è la quantità di dati che verranno scritti su ciascun disco prima che la scrittura passi al disco successivo. Si tratta di un fattore critico per comprendere la logica della stima del DWPD.

Il diagramma seguente mostra lo scenario migliore e peggiore di scrittura su questo stripe RAID con una profondità di stripe di 64 KB.

Scenario migliore:
I sistemi potrebbero tentare di eseguire la concatenazione o coalescenza delle scritture per tentare di ottimizzare l'impatto sul disco (in questo caso vengono scritti 256 KB). Ogni disco riceve una pari allocazione di 64 KB. La parità è altrettanto di 64 KB, ma rappresenta solo un overhead del 20% dei 256 KB scritti. 

Scenario peggiore:
Tuttavia, la maggior parte delle scritture è di dimensioni ridotte e spesso inferiore alla profondità di stripe (supponiamo che siano stati scritti solo 64 KB di dati). Ciò influirebbe solo su due dischi nello stripe RAID: il disco in cui sono stati scritti i 64 KB e il disco di parità riscritto, che è parimenti di 64 KB, determinando un overhead di scrittura del 100%, anche se la capacità utilizzabile rimane efficiente all'80%.

RAID 6: la penalità RAID è 3.
Per il RAID a doppia parità deve essere considerata una penalità aggiuntiva. Nello stesso scenario peggiore, i 64 KB vengono scritti ed hanno effetto solo su un disco; tuttavia ora devono essere ricalcolati e scritti due dischi di parità. Pertanto, lo scenario peggiore per RAID 6 sarà una penalità di 3 (64 KB di dati + 128 KB di parità).

Riepilogo
Poiché il DWPD è un fattore della capacità di dati scritta, un'unità SSD tenterà di ottimizzare le scritture individuando una nuova porzione pre-preparata dell'unità anziché sovrascrivere lo stesso spazio dati. Si tratta di una stima estremamente sicura dell'usura di una determinata unità con qualsiasi capacità di scritture giornaliere medie nota.

I calcoli riportati di seguito riflettono una stima dello scenario peggiore del 100%, pertanto qualsiasi ottimizzazione delle scritture fornita dal sistema renderà queste stime solo più sicure.

DWPD: applicazione delle scrittura giornaliere medie per stimare la durata.
Esistono due modi per affrontare il valore DWPD in base a ciò che si sta tentando di ottenere: calcolando il numero minimo di dischi attivi necessari o calcolando la durata stimata di un determinato numero di unità SSD con un carico di lavoro noto.

Numero minimo di unità attive
Questo metodo consente di valutare se un'unità o un determinato numero di unità deve rimanere all'interno del valore DWPD consigliato in base alla richiesta del carico di lavoro osservata in un progetto Live Optics.

Scritture giornaliere medie: 3,5 TB
Set RAID di destinazione: RAID 10
Unità SSD oggetto della valutazione: SSD TLC da 3,8 TB

 Scritture giornaliere medie: 3,5 TB
Set RAID di destinazione: RAID 5-5 (4+1)
Unità SSD oggetto della valutazione: SSD TLC da 3,8 TB

Scritture giornaliere medie: 3,5 TB
Set RAID di destinazione: RAID 6-6 (4+2)
Unità SSD oggetto della valutazione: SSD TLC da 3,8 TB

Unità di dimensioni inferiori e DWPD più elevato
Ciò che qui viene dimostrato è che, anche con il numero estremo di scritture di 3,5 TB al giorno e con la penalità RAID inclusa, l'elevata capacità delle unità determina un numero minimo di dischi necessari pari o inferiore a 3 per tutte le configurazioni.

Per illustrare la relazione tra capacità del disco e valore DWPD, nell'esempio successivo verrà utilizzata un'unità di dimensione inferiore con una capacità di soli 400 GB, ma con un valore DWPD più elevato pari a 10.

Scritture giornaliere medie: 3,5 TB
Set RAID di destinazione: RAID 6-6 (4+2)
Unità SSD oggetto della valutazione: SSD SLC da 400 GB

 
Il risultato finale è che il numero minimo di unità per supportare il carico di lavoro di scrittura è ancora 3. Tuttavia, la configurazione TLC avrebbe circa 10 TB di capacità row, mentre per la configurazione SLC sarebbe di 1.200 GB.

Fattore DWPD realizzato.
L'utilizzo di un numero di dischi superiore o inferiore al numero minimo di unità consigliato accelera o rallenta la stima dell'usura. Il calcolo è semplice: basta dividere il numero di unità consigliato per il numero utilizzato.

Questa configurazione presenta un overprovisioning: la durata di queste unità dovrebbe superare le aspettative. Questa configurazione non rispetta la raccomandazione. Pertanto, si verifica un'usura accelerata sulle unità.

DWPD: applicazione delle scritture giornaliere medie per stimare la durata delle unità. Per calcolare la durata stimata di un numero noto di unità rispetto a una capacità di scritture giornaliere medie nota, invertire i calcoli e utilizzare il Fattore DWPD realizzato.

Durata stimata
La maggior parte dei set RAID, soprattutto in un array di storage, include generalmente 4-12 unità per una configurazione minima. Il risultato è che il calcolo della durata prevista delle unità SSD può spesso dimostrare un numero stimato approssimativamente di anni di funzionamento delle unità. Tuttavia, in un sistema con provisioning non corretto o insufficiente, queste stime potrebbero aiutare a comprendere
gli incrementi di aggiornamento del sistema per evitare tempi di inattività imprevisti.

L'utilizzo dei nostri due Fattori DWPD realizzati di cui in precedenza dimostra l'effetto di ogni scenario con questa formula.

Dati di esempio:

Anni stimati dal produttore: 5
DWPD realizzato: 0,27
 

Anni stimati dal produttore: 5
DWPD realizzato: 1,67
 

Considerazioni finali

Al momento, gli IOPS come misura di dimensionamento sono ampiamente standardizzati grazie alla disponibilità generale di unità SSD con prezzi in calo e capacità sempre maggiori. Il vantaggio più grande del passaggio alle unità SSD sta nell'elevare un numero maggiore di dati a un livello di servizio coerentemente più elevato per tutte le attività su disco.

Tuttavia, esiste ancora qualche esitazione riguardo ad alcune incognite in termini di velocità e la durata quando si tratta dei carichi di lavoro specifici di un'azienda e le tecnologie innovative che i produttori di unità SSD stanno utilizzando per spingere più in alto i limiti di capacità.

Live Optics è in grado di misurare l'unicità di un ambiente e, con queste informazioni, fornire rassicurazione circa l'aspettativa di durata delle unità, indipendentemente dal carico di lavoro specifico o dall'unità scelta da implementare.

Si noti che questo documento utilizza un valore di scritture giornaliere medie di 3,5 TB al giorno, che per ammissione generale sarebbe ben oltre la domanda media delle aziende in quasi tutti i segmenti verticali. Pertanto, se le scritture giornaliere medie sono inferiori a 3,5 TB al giorno, le aspettative di usura supererebbero le stime riportate in questo documento.

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Live Optics è un metodo standard indipendente dal fornitore e dalla piattaforma per ottenere i dati sulle prestazioni dal proprio ambiente, offerto alla community da Dell Technologies, Inc.

In caso di domande, contattare il supporto Live Optics all'indirizzo liveoptics.support@dell.com.