Live Optics | Gjennomsnittlig daglig skriving

De tre største innvendingene mot å implementere SSD-er i et miljø er kostnader, hastighet og holdbarhet. Heldigvis gir bransjen komfort i alle disse tre kategoriene.

Denne orienteringen berører pris og ytelse, men fokuserer på holdbarhet: spesielt emnet Drives Writes Per Day (DWPD), som har blitt en standard for å indikere slitasje- eller holdbarhetsforventninger til SSD-disker.

Pris og kapasitet
NAND er den underliggende teknologien du finner i USB eller SSD "Flash", og den blir gjort tilgjengelig til en kontinuerlig redusert pris. Driverne for denne kostnadsreduksjonen er endringer i måten NAND produseres på. To vanlige praksiser er (1) å øke antall bits per celle, noe som resulterer i MLC- og TLC-teknologi, og (2) det som blir sett på som 3D eller V-NAND, som er teknikken for vertikal stabling av disse cellene. TLC- og 3D-teknikker kombineres ofte for å skape dagens høykapasitets og kostnadseffektive SSD-disker.

Prestasjon
Mens SSD-kapasitet og pris dro nytte av disse fremskrittene innen produksjon, ble ytelse og holdbarhet utfordret av bedriftstilpasning. Det er et viktig argument om skriveytelse på High Bit Cell NAND (TLC) SSD på grunn av de lengre programmeringssyklusene til TLC NAND. SSD-skriveytelsen domineres imidlertid av SSD SoC (system på brikke), og det er fastvaren som reduserer den bekymringen.

Økt kapasitet har også bidratt til å løse dette problemet. Stasjonene er sjelden 100 % fulle, og fastvaren kan dra nytte av dette faktum for å utføre en prosess som kalles søppelhenting, som proaktivt forbereder seg på å skrive plass slik at forberedelsesstraffen reduseres når en skriving oppstår. Siden SSD-er ikke deler søketidsstraffene for harddisker, er det like optimalt å bruke plass hvor som helst på stasjonen som alle andre steder. Som et resultat er dagens høykapasitets 3D TLC-stasjoner overraskende raske.

Også en ensifret prosentandel av selskapene trenger IOPS som de fleste markedsføringskrav ville ha annonsert. Kjør Live Optics og se. Høyere kapasitet og mer kostnadseffektive disker gir fordelen av å overføre en større mengde produksjonsdata på Flash.  Dette gir en konsekvent tjenestekvalitet for I/O på tvers av mer datakapasitet.

DWPD eller stasjonsskriving per dag.

Kombinasjonen av at de fleste selskaper har lavere I/O-behov enn Believe, blandet med stasjoner med høyere kapasitet, kan dramatisk endre ens mening om å ta i bruk 3D TLC-stasjoner som nivå 1-kapasitetsstasjoner.

DWPD er ganske enkelt antall ganger du kan overskrive kapasiteten til. En SSD per dag og hold deg innenfor produsentens anbefalinger.
 

Alle Flash-teknologier arver en feil, som er at prosessen med å skrive til Flash gradvis forringer minnecellene. Lagringsadministratorer må vurdere skriveworkloadene for programmene sine før de distribuerer SSD-disk- og hurtigbufringsprodukter for å sikre at produktets levetid samsvarer med kravene. Standarden for måling av utholdenheten til en SSD-disk er Drive Writes per Day (DWPD). DWPD måles i forhold til den totale kapasiteten til disken. For eksempel gjør en 100 GB SSD en DWPD hvis den skriver 100 GB på en dag. Standarden antyder at disken tåler den estimerte DWPD i minst 5 år.

Live Optics kan hjelpe ved å vise beregnet gjennomsnittlig daglig skriving på hvert lag (disk, server, klyngedisk, samlerkjøring og prosjekt).

Gjennomsnittlig daglig skriving
Hvis du vil beregne gjennomsnittlig daglig skriving for et gitt sett med I/O-poster, summerer du skrivegjennomstrømningen (MB/sek) for alle postene samt varigheten av hver post. Dette gjøres automatisk i Live Optics og resulterer i en kapasitetsverdi som skrives hver dag. Den grunnleggende ligningen for å forstå gjennomsnittlig daglig skriving ville være:

Derfor kan alle SSD-stasjonstyper bruke denne kapasitetsverdien med følgende ligning for å beregne minste antall stasjoner som må romme den daglige skriveaktiviteten, inkludert eventuelle I/O-operasjoner for serverdel:

Merk: I denne ligningen må "RaidPenalty" forklares nærmere senere i dette dokumentet.

For å bruke denne formelen, må du først kjenne diskene DWPD-vurdering. Denne produsentvurderingen er generelt tilgjengelige data knyttet til spesifikasjonene til den stasjonen. Her er noen akseptable DWPD-vurderinger for ulike stasjonstyper i denne demonstrasjonen.

RAZZIA: En rask innføring i hvordan RAID påvirker DWPD
RAID 10 er den enkleste formen for RAID å forstå. Med hver skrive og ekstra kopi er skrevet til den andre disken i speilet. Derfor er RAID-straffen som brukes, 2. RAID 5 og 6 er mer kompliserte, og ved første øyekast kan RAID-straffer som brukes i DWPD-beregninger se på odds for vanlig kunnskap om "kapasitetseffektivitetsforhold", men dette kan forstås med et enkelt diagram som de er relaterte, men gjensidig utelukkende kapasitetsfaktorer.

RAID 5: RAID-straffen er 2.
Det brukbare kapasitetseffektivitetsforholdet for et RAID 5 (4 + 1) er 80 %. Disker med fire kapasiteter og én paritetsdisk gir et forhold på 4/5.

DWPD beregnes ut fra kapasiteten til skriftlige data, men enda viktigere hvordan den skrives til disk. For å illustrere, her er noen vanlige RAID-termer. Hvert RAID-sett består av en RAID Stripe Width og RAID Stripe Depth.

Bredde på RAID-stripe: antall stasjoner RAID-stripen vil spenne over. (4 disker + 1 paritetsdisk.)

Dybde på RAID-stripe: Denne termen kan ha mange navn, men er mengden data som skal skrives til hver disk før skriving flyttes til neste disk. Dette er en kritisk faktor for å forstå logikken i å estimere DWPD.

Diagrammet nedenfor viser det beste og verste scenarioet for å skrive til denne RAID-stripen med stripedybde på 64 kB.

Best Case Scenario:
Systemer kan prøve å skrive, sammenkoble eller samle seg for å forsøke å optimalisere effekten på disken. (En perfekt 256 KB er skrevet.) Hver disk vil motta en jevn tildeling på 64 KB. Paritet vil også være 64 KB, men er bare en 20% overhead av 256 KB skrevet. 

I verste fall:
De fleste skriveoperasjoner er imidlertid små og ofte mindre enn stripedybden. (La oss anta at bare en jevn 64 K data er skrevet.) Dette vil bare påvirke to disker i RAID-stripen: disken der 64 KB ble skrevet og den omskrevne paritetsdisken som også er 64 KB, noe som resulterer i en 100 % skriveoverhead, selv om brukbar kapasitet vil forbli 80 % effektiv.

RAID 6: RAID-straffen er 3.
En ekstra straff må tas for dobbel paritet RAID. I samme verste fall vil 64 KB bli skrevet og bare påvirke en disk; Nå må imidlertid to paritetsdisker beregnes på nytt og skrives om. Derfor vil det verste tilfellet for RAID 6 være en straff på 3x (64 K data + 128 K paritet).

Sammendrag
Siden DWPD er en faktor for datakapasitet skrevet, vil en SSD prøve å optimalisere skriveoperasjoner ved å finne en ny forhåndsforberedt del av stasjonen vs. overskrive det samme datarommet. Det er ekstremt trygt å anslå slitasjen på en gitt stasjon med en hvilken som helst kjent gjennomsnittlig daglig skrivekapasitet.

Beregningene på neste side gjenspeiler et estimat på 100 % i verste fall, så enhver optimalisering av skrivinger fra systemet vil bare gjøre disse estimatene sikrere.

DWPD: Bruke gjennomsnittlig daglig skriving for å beregne utholdenhet.
Det er to måter å nærme seg DWPD-verdien avhengig av hva som prøver å oppnås: beregne minimum antall aktive disker som trengs eller beregne estimert levetid for et bestemt antall SSD-er med kjent arbeidsbelastning.

Minimum antall aktive disker
Denne metoden hjelper deg med å beregne om én disk eller et bestemt antall disker må holde seg innenfor den anbefalte DWPD-klassifiseringen basert på et observert arbeidsbelastningsbehov i et Live Optics-prosjekt.

Gjennomsnittlig daglig skriver: 3,5 TBs
Destinasjons-RAID-sett: RAID 10
SSD som evalueres: TLC 3,8 TB SSD

 Gjennomsnittlig daglig skriver: 3,5 TBs
Destinasjons-RAID-sett: RAID 5-5 (4 + 1)
SSD som evalueres: TLC 3,8 TB SSD

Gjennomsnittlig daglig skriver: 3,5 TBs
Destinasjons-RAID-sett: RAID 6-6 (4 + 2)
SSD som evalueres: TLC 3,8 TB SSD

Mindre stasjoner og høyere DWPD
Det som demonstreres her, er at selv med det ekstreme antallet skriveoperasjoner på 3,5 TB per dag, og med RAID-straffen inkludert, resulterer den høye kapasiteten til stasjonene i at det nødvendige minimumsantallet disker er 3 eller færre for alle konfigurasjonene.

For å illustrere forholdet mellom diskkapasitet og DWPD-vurdering, vil neste eksempel bruke en mindre stasjon med bare 400 GB kapasitet, men med en høyere DWPD-vurdering på 10.

Gjennomsnittlig daglig skriver: 3,5 TBs
Destinasjons-RAID-sett: RAID 6-6 (4 + 2)
SSD som evalueres: SLC 400 GB SSD

 
Sluttresultatet er at minimum antall stasjoner for å imøtekomme skrivearbeidsbelastningen fortsatt er 3. TLC-konfigurasjonen vil imidlertid ha omtrent 10 TB ukomprimert kapasitet, mens SLC vil ha 1200 GB.

Realisert DWPD-faktor.
Bruk over eller under anbefalt antall minimumsdisker akselererer eller reduserer slitasjeestimatet. Å beregne dette er så enkelt som å dele det anbefalte antallet stasjoner med antallet som brukes.

Denne konfigurasjonen er overprovisjonert. Slitasjeholdbarheten på disse stasjonene bør overgå forventningene. Denne konfigurasjonen oppfyller ikke anbefalingen. Derfor er det en akselerert slitasje på stasjonene.

DWPD: Bruke gjennomsnittlig daglig skriving til å beregne disklevetiden. Hvis du vil beregne beregnet levetid for et kjent antall disker mot en kjent gjennomsnittlig daglig skrivekapasitet, reverserer du beregningene og bruker den realiserte DWPD-faktoren.

Beregnet levetid De
fleste RAID-sett, spesielt i et lagringsarray, inkluderer vanligvis 4–12 disker for en minimumskonfigurasjon. Resultatet er at beregning av forventet levetid for SSD-er ofte kan demonstrere et humoristisk estimert antall år stasjonene kan være i bruk. I et system som ikke er riktig eller underklargjort, kan imidlertid disse estimatene bidra til å forstå.
Systemoppdateringer økes for å unngå uventet nedetid.

Ved å bruke våre to realiserte DWPD-faktorer fra forrige side, demonstrerer effekten av hvert scenario med denne formelen.

Eksempeldata:

Produsentens estimerte år:
5 Realisert DWPD: 0.27
 

Produsentens estimerte år:
5 Realisert DWPD: 1.67
 

Avsluttende tanker

For nå har IOPS som størrelsesmåling, i stor grad commoditized av den generelle tilgjengeligheten, av SSD-er stadig redusert priser og økende kapasitet. Den største fordelen med å migrere til SSD-er er å få mer av dataene dine til et konsekvent høyere servicenivå for all diskaktivitet.

Imidlertid har det fortsatt vært litt nøling rundt det ukjente, når det gjelder hastighet og holdbarhet når det gjelder selskapets spesifikke arbeidsbelastninger og de innovative teknologiene SSD-produsenter bruker for å skyve grensene for kapasitet.

Live Optics kan måle det unike ved et miljø og med denne informasjonen finne et komfortnivå rundt forventet levealder for disker, uansett hvor unik arbeidsbelastning er eller hvilken stasjon som velges å implementere.

Merk at dette dokumentet bruker en gjennomsnittlig daglig skriving på 3.5 TB per dag, som ved alle opptak vil være langt utover det gjennomsnittlige selskapets etterspørsel i nesten hvilken som helst vertikal. Så hvis gjennomsnittlig daglig skriving er under 3,5 TB per dag, vil slitasjeforventningene dine overstige estimatene i dette dokumentet.

For å vite med sikkerhet, start i dag på https://LiveOptics.com for en utfyllende konto.

Live Optics er en standardmetode for leverandør og plattform for å få ytelsesfakta fra miljøet ditt donert til fellesskapet av Dell Technologies, Inc.

Hvis du har spørsmål, kan du kontakte kundestøtte for Live Optics på liveoptics.support@dell.com.