Live Optics | Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerkingen

De drie grootste bezwaren tegen het implementeren van SSD's in een omgeving zijn kosten, snelheid en duurzaamheid. Gelukkig biedt de industrie comfort in alle drie deze categorieën.

Deze briefing gaat in op prijs en prestaties, maar richt zich op duurzaamheid: met name het onderwerp Drives Writes Per Day (DWPD), wat een standaard is geworden voor het aangeven van slijtage- of duurzaamheidsverwachtingen van SSD-schijven.

Prijs en capaciteit
NAND is de onderliggende technologie die u aantreft in USB of SSD "Flash", en wordt beschikbaar gesteld tegen een voortdurend verlaagde prijs. De drijvende kracht achter deze kostenreductie zijn veranderingen in de manier waarop NAND wordt geproduceerd. Twee veel voorkomende praktijken zijn (1) het verhogen van het aantal bits per cel, wat resulteert in MLC- en TLC-technologie, en (2) wat wordt gezien als 3D of V-NAND, wat de techniek is om die cellen verticaal te stapelen. TLC- en 3D-technieken worden vaak gecombineerd om de huidige kosteneffectieve SSD-schijven met hoge capaciteit te creëren.

Voorstelling
Hoewel de capaciteit en prijs van SSD's profiteerden van deze vooruitgang in productie, werden prestaties en duurzaamheid op de proef gesteld door de acceptatie door bedrijven. Er is een belangrijk argument over schrijfprestaties op high-bit cell NAND (TLC) SSD vanwege de langere programmeercycli van de TLC NAND. De SSD-schrijfprestaties worden echter gedomineerd door de SSD SoC (system on chip) en het is de firmware die dat probleem wegneemt.

De toegenomen capaciteit heeft ook geholpen om dit probleem op te lossen. Schijven zijn zelden 100% vol en firmware kan van dat feit profiteren om een proces uit te voeren met de naam Garbage Collection, dat proactief voorbereidt op schrijfruimte, zodat de voorbereidingsboete wordt beperkt wanneer er wordt geschreven. Aangezien SSD's niet de zoektijdvakken van harde schijven delen, is het gebruik van ruimte overal op de schijf net zo optimaal als op elke andere locatie. Hierdoor zijn de huidige 3D TLC-schijven met hoge capaciteit verrassend snel.

Ook heeft een eencijferig percentage van de bedrijven de IOP's nodig die de meeste marketingclaims zouden hebben geadverteerd. Live Optics uitvoeren en kijken. Een hogere capaciteit en rendabelere schijven bieden het voordeel van het migreren van een grotere hoeveelheid productiedata op Flash.  Dit biedt een consistente servicekwaliteit voor I/O voor meer datacapaciteit.

DWPD of schijf schrijfbewerkingen per dag.

De combinatie van het feit dat de meeste bedrijven lagere I/O-behoeften hebben dan tot Believe heeft geleid, in combinatie met schijven met een hogere capaciteit, kan de mening over het gebruik van 3D TLC-schijven als schijven met tier 1-capaciteit drastisch veranderen.

DWPD is simpelweg het aantal keren dat je de capaciteit volledig kunt overschrijven. Een SSD per dag en blijf binnen de aanbevelingen van de fabrikanten.
 

Alle Flash-technologieën hebben één tekortkoming, namelijk dat het proces van schrijven naar Flash de geheugencellen geleidelijk degradeert. Storagebeheerders moeten rekening houden met de schrijfworkloads van hun applicaties voordat ze SSD-schijf- en cachingproducten implementeren om ervoor te zorgen dat de levensduur van het product overeenkomt met hun vereisten. De standaard voor het meten van de duurzaamheid van een SSD-schijf is Drive Writes per Day (DWPD). DWPD wordt gemeten in termen van de totale capaciteit van de schijf. Een SSD van 100 GB doet bijvoorbeeld één DWPD als hij 100 GB op één dag schrijft. De norm suggereert dat de schijf de geschatte DWPD gedurende ten minste 5 jaar kan doorstaan.

Live Optics kan u helpen door op elke laag (schijf, server, clusterschijf, collectoruitvoering en project) de geschatte gemiddelde dagelijkse schrijfbewerking weer te geven.

Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerking
Om de gemiddelde dagelijkse schrijfbewerking voor een bepaalde set I/O-records te berekenen, telt u de schrijfdoorvoer (MB/sec) van alle records bij elkaar op, evenals de duur van elke record. Dit gebeurt automatisch in Live Optics en resulteert in een capaciteitswaarde die elke dag wordt geschreven. De basisvergelijking om het gemiddelde aantal dagelijkse schrijfbewerkingen te begrijpen zou zijn:

Daarom kan voor elk type SSD-schijf deze capaciteitswaarde worden gebruikt met de volgende vergelijking om het minimumaantal schijven te berekenen dat geschikt moet zijn voor de dagelijkse schrijfactiviteit, inclusief eventuele I/O-bewerkingen voor backends:

Opmerking: In deze vergelijking moet "RaidPenalty" verderop in dit document in meer detail worden uitgelegd.

Als u deze vergelijking wilt gebruiken, moet u eerst de DWPD-classificatie van de schijven kennen. Deze fabrikantclassificatie zijn algemeen beschikbare data die zijn gekoppeld aan de specificaties van die schijf. Voor deze demonstratie volgen hier enkele acceptabele DWPD-classificaties voor verschillende schijftypen.

INVAL: Een korte inleiding over de effecten van RAID DWPD
RAID 10 is de eenvoudigste vorm van RAID om te begrijpen. Bij elke schrijfbewerking wordt een extra kopie naar de andere schijf in de mirror geschreven. Daarom is de gebruikte RAID-straf 2. RAID 5 en 6 zijn ingewikkelder en op het eerste gezicht kunnen RAID-boetes die worden gebruikt in DWPD-berekeningen in strijd zijn met de algemeen aanvaarde kennis van capaciteitsefficiëntieratio's, maar dit kan worden begrepen met een eenvoudig diagram omdat het gaat om gerelateerde, maar elkaar uitsluitende capaciteitsfactoren.

RAID 5: RAID-straf is 2.
De bruikbare capaciteitsefficiëntieverhouding voor een RAID 5 (4+1) is 80%. Schijven met 4 capaciteit en 1 pariteitsschijf bieden een verhouding van 4/5.

DWPD wordt berekend op basis van de capaciteit van geschreven data, maar nog belangrijker hoe deze naar schijf wordt geschreven. Ter illustratie volgen hier enkele veelgebruikte RAID-termen. Elke RAID-set bestaat uit een RAID Stripe-breedte en een RAID-Stripe-diepte.

RAID Stripe Width: het aantal schijven dat de RAID-strip zal overspannen. (4 schijven + 1 pariteitsschijf.)

Diepte RAID-stripe: Deze term kan vele namen hebben, maar het is de hoeveelheid gegevens die naar elke schijf wordt geschreven voordat de schrijfbewerking naar de volgende schijf wordt verplaatst. Dit is een cruciale factor bij het begrijpen van de logica van het schatten van DWPD.

Het onderstaande diagram toont het beste en het slechtste scenario van het schrijven naar deze RAID-strip met een stripediepte van 64 KB.

In het beste geval:
Systemen kunnen proberen schrijfaaneenschakeling of coalescatie uit te voeren om te proberen de impact op de schijf te optimaliseren. (er wordt een perfecte 256 KB geschreven.) Elke schijf zou een even toewijzing van 64 KB krijgen. De pariteit zou ook 64 KB zijn, maar is slechts een overhead van 20% van de geschreven 256 KB. 

In het slechtste geval:
De meeste schrijfbewerkingen zijn echter klein en vaak kleiner dan de streepdiepte. (Laten we aannemen dat er slechts 64 K aan gegevens is geschreven.) Dit zou slechts effect hebben op twee schijven in de RAID-stripe: de schijf waarop de 64 KB is geschreven en de herschreven pariteitsschijf die ook 64 KB is, wat resulteert in een schrijfoverhead van 100%, ook al zou de bruikbare capaciteit 80% efficiënt blijven.

RAID 6: RAID-straf is 3.
Er moet een extra boete worden genomen voor de RAID met dubbele pariteit. In hetzelfde worst-case scenario zou de 64 KB worden geschreven en slechts één schijf beïnvloeden; Nu moeten echter twee pariteitsschijven opnieuw worden berekend en herschreven. Daarom is het slechtste scenario voor RAID 6 een boete van 3x (64 K data + 128 K pariteit).

Samenvatting
Aangezien DWPD een factor is van de datacapaciteit die wordt geschreven, zal een SSD proberen het schrijven te optimaliseren door een nieuw, vooraf voorbereid deel van de schijf te vinden in plaats van dezelfde dataruimte te overschrijven. Het is een uiterst veilige schatting van de slijtage van een bepaalde schijf met een bekende gemiddelde dagelijkse schrijfcapaciteit.

De berekeningen op de volgende pagina geven een schatting van het 100% slechtste scenario weer, dus elke optimalisatie van schrijfbewerkingen die door het systeem worden geleverd, maakt deze schattingen alleen maar veiliger.

DWPD: Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerking toepassen om de duurzaamheid te schatten.
Er zijn twee manieren om de DWPD-waarde te benaderen, afhankelijk van wat u probeert te bereiken: het berekenen van het minimale aantal benodigde actieve schijven of het berekenen van de geschatte levensduur van een bepaald aantal SSD's met een bekende workload.

Minimum aantal actieve schijven
Met deze methode kunt u inschatten of één schijf of een bepaald aantal schijven binnen de aanbevolen DWPD-classificatie moet blijven op basis van een waargenomen workloadvraag in een Live Optics-project.

Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerkingen: 3,5 TB
Doel-RAID-set: RAID 10
SSD die wordt geëvalueerd: TLC 3,8 TB SSD

 Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerkingen: 3,5 TB
Doel-RAID-set: RAID 5-5 (4+1)
SSD die wordt geëvalueerd: TLC 3,8 TB SSD

Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerkingen: 3,5 TB
Doel-RAID-set: RAID 6-6 (4+2)
SSD die wordt geëvalueerd: TLC 3,8 TB SSD

Kleinere schijven en hogere DWPD
Wat hier wordt gedemonstreerd is dat zelfs met het extreme aantal schrijfbewerkingen van 3,5 TB per dag, en met de RAID-penalty inbegrepen, de hoge capaciteit van de schijven resulteert in het vereiste minimumaantal schijven van 3 of minder voor alle configuraties.

Om de relatie tussen schijfcapaciteit en DWPD-classificatie te illustreren, wordt in het volgende voorbeeld een kleinere schijf gebruikt met slechts 400 GB capaciteit, maar met een hogere DWPD-classificatie van 10.

Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerkingen: 3,5 TB
Doel-RAID-set: RAID 6-6 (4+2)
SSD die wordt geëvalueerd: SLC 400 GB SSD

 
Het eindresultaat is dat het minimum aantal schijven voor de schrijfworkload nog steeds 3 is. De TLC-configuratie zou echter ongeveer 10 TB aan onbewerkte capaciteit hebben, terwijl de SLC 1200 GB zou hebben.

Gerealiseerde DWPD-factor.
Gebruik boven of onder het aanbevolen aantal minimale schijven versnelt of vertraagt de geschatte slijtage. Dit berekenen is net zo eenvoudig als het aanbevolen aantal schijven te delen door het gebruikte aantal.

Deze configuratie is overingericht; De slijtvastheid van deze schijven zou de verwachtingen moeten overtreffen. Deze configuratie voldoet niet aan de aanbeveling. Daarom is er een versnelde slijtage van de schijven.

DWPD: Gemiddelde dagelijkse schrijfbewerking toepassen om de levensduur van de schijf te schatten. Als u de geschatte levensduur van een bekend aantal schijven wilt berekenen ten opzichte van een bekende gemiddelde dagelijkse schrijfcapaciteit, draait u de berekeningen om en gebruikt u de gerealiseerde DWPD-factor.

Geschatte levensduur
De meeste RAID-sets, vooral in een storage-array, bevatten meestal 4-12 schijven voor een minimale configuratie. Het resultaat is dat het berekenen van de levensduur van SSD's vaak een humoristisch geschat aantal jaren kan aantonen dat de schijven in gebruik kunnen zijn. In een systeem met onjuiste of onvoldoende provisioning kunnen deze schattingen echter helpen om het te begrijpen.
Vernieuw het systeem incrementeel om onverwachte downtime te voorkomen.

Met behulp van onze twee gerealiseerde DWPD-factoren van de vorige pagina, wordt het effect van elk scenario met deze formule gedemonstreerd.

Voorbeeldgegevens:

Geschatte jaren van de fabrikant:
5 Gerealiseerde DWPD: 0.27
 

Geschatte jaren van de fabrikant:
5 Gerealiseerde DWPD: 1.67
 

Conclusie Op dit moment heeft IOPS als maatmeting, grotendeels gecommoditiseerd door de algemene beschikbaarheid, van SSD's steeds lagere prijzen en toenemende capaciteiten. Het grootste voordeel van migreren naar SSD's is dat meer van uw data een consistent hoger serviceniveau krijgt voor alle schijfactiviteit.

Er is echter nog steeds enige aarzeling over het onbekende als het gaat om snelheid en duurzaamheid als het gaat om de specifieke workloads van een bedrijf en de innovatieve technologieën die SSD-fabrikanten gebruiken om de grenzen van capaciteit te verleggen.

Live Optics kan het unieke karakter van een omgeving meten en aan de hand van deze informatie een comfortniveau bepalen voor de levensverwachting van de schijf, hoe uniek de workload ook is of welke schijf wordt gekozen om te implementeren.

Merk op dat dit document een gemiddelde dagelijkse schrijfbewerking van 3,5 TB per dag gebruikt, wat naar alle waarschijnlijkheid veel hoger zou zijn dan de vraag van het gemiddelde bedrijf in bijna elke branche. Dus als uw gemiddelde dagelijkse schrijfbewerkingen lager zijn dan 3,5 TB per dag, zouden uw slijtageverwachtingen de schattingen in dit document overtreffen.

Om het met zekerheid te weten, start vandaag nog om https://LiveOptics.com voor een aanvullend account.

Live Optics is een leveranciers- en platformonafhankelijke standaardmethode voor het verkrijgen van prestatiefeiten uit uw omgeving die door Dell Technologies, Inc. aan de community worden geschonken.

Als u vragen hebt, neem dan contact op met Live Optics Support via liveoptics.support@dell.com.