Live Optics | Среднее количество ежедневных операций записи

Три главных возражения против внедрения SSD в среде: стоимость, скорость и долговечность. К счастью, отраслевые стандарты обеспечивают ваш комфорт во всех трех сферах.

Этот брифинг затрагивает темы стоимости и производительности, но в большей степени он посвящен вопросам долговечности. В частности, такому принятому за стандарт показателю, как «количество записей на накопитель в день» (Drives Writes Per Day, DWPD), который отражает ожидания в отношении износа и долговечности SSD.

Стоимость и емкость
NAND — это базовая технология, применяемая в USB-накопителях и флэш-накопителях SSD, и ее стоимость непрерывно снижается. Ключевыми факторами такого сокращения затрат являются изменения в технологии производства NAND. Здесь применяются две распространенные практики: (1) увеличение количества битов на ячейку, что способствовало появлению технологий MLC и TLC и (2) так называемый метод 3D или V-NAND, то есть вертикальное объединение этих ячеек в стек. Техники TLC и 3D часто объединяются для создания современных высокопроизводительных и экономичных твердотельных накопителей.

Производительность
Хотя такие показатели SSD, как емкость и стоимость, выиграли от этих достижений в производстве, корпоративное внедрение бросило вызов таким показателям, как производительность и долговечность. Моментом, вызывающим серьезные споры, является производительность записи на SSD с высоким количеством битов на ячейку по технологии NAND (TLC) из-за более длительных циклов программирования TLC NAND. Однако производительность записи на SSD зависит от его системы на чипе (SoC), и это микропрограмма, которая устраняет эту проблему.

Решить эту проблему также помогло увеличение емкости. Накопители редко заполняются на 100%, и микропрограмма может использовать оставшуюся емкость для выполнения процесса очистки памяти, который готовит пространство для записи, чтобы сократить риск ограничений при выполнении записи. Поскольку в SSD нет ограничений времени поиска жестких дисков, использование пространства в любой точке накопителя так же оптимально, как и в любом другом местоположении. В результате современные 3D-накопители TLC высокой емкости демонстрируют невероятно высокую скорость.

Кроме того, лишь нескольким процентам компаний требуется показатель IOPS, который обычно широко рекламируют. Запустите Live Optics и убедитесь. Более высокая емкость и более экономичные накопители позволяют перенести больший объем производственных данных на флэш-накопители.  Это обеспечивает согласованное качество обслуживания модуля ввода-вывода при большей емкости данных.

DWPD — количество записей на накопитель в день.

Сочетание более низких, чем принято считать, потребностей в операциях ввода-вывода большинства компаний и накопителей более высокой емкости может кардинально изменить ваше мнение о внедрении 3D-накопителей TLC в качестве накопителей емкости уровня 1.

DWPD — это количество раз, когда можно полностью перезаписать емкость. Используйте один SSD в день, при этом не выходя за рамки рекомендаций производителя.
 

Технологии класса All-Flash наследуют один недостаток: процесс записи на флэш-накопитель постепенно ухудшает работу ячеек памяти. Перед развертыванием SSD и продуктов кэширования администраторы хранилища должны учитывать рабочие нагрузки записи своих приложений, чтобы обеспечить соответствие срока службы продукта своим требованиям. Стандарт оценки долговечности твердотельного накопителя — это количество операций записи в день (DWPD). Показатель DWPD измеряется по общей емкости накопителя. Например, накопитель емкостью 100 Гбайт выполнит один цикл DWPD, если на него будет записано 100 Гбайт в течение одного дня. Стандарт подразумевает, что накопитель выдержит не менее 5 лет выполнения записей DWPD.

Для подсчета статистики можно использовать инструмент Live Optics, показывающий расчетное среднее количество ежедневных операций записи на каждом уровне (накопитель, сервер, накопитель кластера, запуск сборщика и проект).

Среднее количество операций записи в день
Для расчета среднего количества операций записи в день для любого заданного набора записей ввода-вывода суммируйте пропускную способность (в Мбайт/с) всех записей, а также продолжительность каждой записи. Это выполняется автоматически в Live Optics, значение емкости записывается ежедневно. Основное уравнение, которое поможет узнать средний ежедневный показатель операций записи, таково:

Таким образом, для любого типа SSD можно использовать это значение емкости со следующим уравнением для расчета минимального количества накопителей, которое должно соответствовать ежедневной активности записи, включая любые внутренние операции ввода-вывода.

Примечание. Параметр «RaidPenalty» этого уравнения будет подробнее описан далее в данном документе.

Чтобы использовать это уравнение, сначала определите рейтинг накопителей DWPD. Этот рейтинг производителя представляет собой общедоступные данные, связанные с техническими характеристиками этого накопителя. Для целей этой демонстрации ниже приведены некоторые допустимые рейтинги DWPD для различных типов накопителей.

RAID. Краткий обзор влияния RAID на показатель DWPD
RAID 10 — это самая простая для понимания форма RAID. С каждой записью на другой накопитель в зеркале записывается ее дополнительная копия. Таким образом, используемый коэффициент ограничений RAID составляет 2. Массивы RAID 5 и 6 являются более сложными, и, на первый взгляд, ограничения RAID, применяемые в расчетах DWPD, могут показаться неоптимальными относительно общепринятых знаний о «коэффициентах эффективности емкости», но их можно понять с помощью простой схемы, демонстрирующей то, как они связаны, но в то же время имеют взаимоисключающие факторы емкости.

RAID 5. Коэффициент ограничений RAID равен 2.
Коэффициент эффективности полезной емкости для RAID 5 (4+1) составляет 80%. 4 емкостных накопителя и 1 накопитель четности обеспечивают соотношение 4/5.

Показатель DWPD рассчитывается на основе емкости записанных данных, но, что более важно, еще и на основе способа их записи. Ниже приведены некоторые распространенные термины, относящиеся к RAID. Каждый набор RAID состоит из ширины полосы RAID и глубины полосы RAID.

Ширина полосы RAID. Количество накопителей, которые будет охватывать полоса RAID. (4 накопителя + 1 накопитель четности.)

Глубина полосы RAID. Этот термин может иметь несколько вариантов. Он обозначает количество данных, которые будут записаны на каждый накопитель перед переходом записи на следующий накопитель. Это критически важный фактор для понимания логики рейтинга DWPD.

На схеме ниже показан наилучший и наихудший сценарии записи в этой полосе RAID с глубиной полосы 64 Кбайт.

Идеальный сценарий.
Системы могут пытаться выполнить последовательное соединение или слияние операций записи для оптимизации влияния на накопитель. (В идеальном варианте записывается 256 Кбайт.) Каждому накопителю будет предоставлено равномерно выделено по 64 Кбайт. Четность также составит 64 Кбайт, но это только 20% от объема записи в 256 Кбайт. 

Наихудший сценарий.
Однако большинство операций записи являются небольшими и часто не превышают глубины полосы. (Предположим, что было записано только 64 Кбайт данных.) Это затронет только два накопителя в полосе RAID: накопитель, на котором было записано 64 Кбайт, и перезаписанный накопитель четности, также имеющий емкость 64 Кбайт. Это приведет к издержкам записи в 100%, хотя эффективность использования полезной емкости останется на уровне 80%.

RAID 6. Коэффициент ограничений RAID равен 3.
К массиву RAID с двойной четностью применяются дополнительные ограничения. В этом же худшем случае 64 Кбайт будут записаны и воздействуют только на один накопитель. Однако теперь необходимо пересчитать и перезаписать два накопителя четности. Поэтому наихудшим сценарием для RAID 6 будет коэффициент ограничения 3 (64 Кбайт данных + 128 Кбайт четности).

Сводка
Поскольку DWPD — это фактор записываемой емкости данных, SSD попытается оптимизировать операции записи, найдя новую предварительно подготовленную часть накопителя, а не перезаписывая то же пространство данных. Это очень надежная оценка износа любого накопителя с любым известным средним количеством ежедневных операций записи.

Расчеты на следующей странице отражают оценку наихудшего сценария на 100%, поэтому любая оптимизация операций записи, предоставляемая системой, только сделает эти оценки более надежными.

DWPD. Применение среднего количества ежедневных операций записи для оценки долговечности.
В зависимости от цели есть два способа оценить значение DWPD: расчет минимально необходимого количества активных накопителей либо оценка ожидаемого срока службы определенного количества SSD с известной рабочей нагрузкой.

Минимальное количество активных накопителей
Этот метод помогает оценить, будет ли один накопитель или заданное количество накопителей оставаться в пределах рекомендуемого рейтинга DWPD на основе наблюдаемых ресурсоемких рабочих нагрузок в проекте Live Optics.

Среднее количество ежедневных операций записи: 3,5 Тбайт
Целевой набор RAID: RAID 10
Оцениваемый SSD: SSD TLC 3,8 Гбайт

 Среднее количество ежедневных операций записи: 3,5 Тбайт
Целевой набор RAID: RAID 5-5 (4+1)
Оцениваемый SSD. SSD TLC 3,8 Гбайт

Среднее количество ежедневных операций записи: 3,5 Тбайт
Целевой набор RAID: RAID 6-6 (4+2)
Оцениваемый SSD: SSD TLC 3,8 Гбайт

Более компактные накопители и более высокий показатель DWPD
Здесь показано, что даже при критически большом количестве операций записи (3,5 Тбайт) в день и с примененным коэффициентом ограничений RAID высокая емкость накопителей приводит к тому, что требуемое минимальное количество накопителей для всех конфигураций будет равно 3 или менее.

Чтобы проиллюстрировать взаимосвязь между емкостью накопителя и рейтингом DWPD, в следующем примере будет использоваться накопитель меньшего размера с емкостью только 400 Гбайт, но с более высоким рейтингом DWPD (10).

Среднее количество ежедневных операций записи: 3,5 Тбайт
Целевой набор RAID: RAID 6-6 (4+2)
Оцениваемый SSD: SSD SLC на 400 Гбайт

 
В результате минимальное количество накопителей для рабочей нагрузки записи по-прежнему составляет 3. Однако конфигурация TLC будет иметь примерно 10 Тбайт неформатированной емкости, а SLC — 1200 Гбайт.

Реализованный коэффициент DWPD.
Используйте количество накопителей выше или ниже рекомендуемого минимального количества, чтобы ускорить или замедлить оценку износа. Вычислить это просто: разделите рекомендуемое количество накопителей на количество используемых накопителей.

В этой конфигурации выделено слишком много ресурсов. Износостойкость этих накопителей должна быть выше ожидаемой. Эта конфигурация не соответствует рекомендациям. Таким образом, накопители изнашиваются быстрее.

DWPD. Применение среднего количества ежедневных операций записи для оценки срока службы накопителя. Чтобы вычислить расчетный срок службы известного количества накопителей по отношению к известной средней емкости записей в день, измените расчеты и используйте реализованный коэффициент DWPD.

Расчетный срок службы
Большинство наборов RAID, особенно в массиве хранения данных, обычно включают 4–12 накопителей для минимальной конфигурации. В результате расчет ожидаемого срока службы SSD часто может продемонстрировать неожиданное расчетное количество лет, в течение которых накопители могут находиться в эксплуатации. Однако оценки могут помочь в понимании систем с некорректным или недостаточным выделением.
Увеличение количества обновлений системы во избежание непредвиденных простоев.

Использование наших двух реализованных коэффициентов DWPD, упомянутых на предыдущей странице, демонстрирует эффект каждого сценария с этой формулой.

Пример данных.

Расчетный срок (в годах, по данным производителя): 5
Реализованный показатель DWPD: 0,27
 

Расчетный срок (в годах, по данным производителя): 5
Реализованный показатель DWPD: 1,67
 

Заключение

Сейчас показатель IOPS (широко распространенный из-за общедоступности показатель емкости SSD), демонстрирует непрерывно снижающуюся стоимость и увеличивающуюся емкость. Главным преимуществом перехода на SSD является постоянно повышающийся уровень обслуживания для растущего количества ваших данных в рамках всех операций с накопителями.

Тем не менее все еще существуют «слепые пятна», поскольку показатели скорости и долговечности связаны с конкретными рабочими нагрузками компании и инновационными технологиями, с помощью которых производители SSD расширяют границы емкости.

Инструмент Live Optics позволяет измерить уникальность среды и с помощью этих данных найти комфортный уровень в отношении ожидаемого срока службы накопителя независимо от того, насколько уникальна рабочая нагрузка и какой накопитель выбран для реализации.

Обратите внимание, что в этом документе за среднее количество ежедневных операций записи принят показатель в 3,5 Тбайт, что по всем допущениям намного превышает средние потребности корпорации практически в любой отрасли. Таким образом, если средний ежедневный показатель операций записи ниже 3,5 Тбайт, прогнозируемые показатели износа превысят оценки, приведенные в этом документе.

Чтобы исключить неизвестные факторы, ознакомьтесь со страницей https://LiveOptics.com и в рамках дополнительной учетной записи.

Live Optics — это стандартный метод, не зависящий от поставщиков и платформ, который позволяет получать факты о производительности вашей среды, переданные сообществу компанией Dell Technologies, Inc.

Если у вас есть вопросы, обратитесь в службу поддержки Live Optics по адресу liveoptics.support@dell.com.