Live Optics | Genomsnittligt antal skrivningar per dag

De tre största invändningarna mot att implementera SSD-hårddiskar i en miljö är kostnad, hastighet och hållbarhet. Lyckligtvis erbjuder branschen komfort i alla dessa tre kategorier.

Den här genomgången berör pris och prestanda, men fokuserar på hållbarhet: specifikt ämnet Drives Writes Per Day (DWPD), som har blivit en standard för att indikera slitage- eller hållbarhetsförväntningar på SSD-diskar.

Pris och kapacitet
NAND är den underliggande tekniken du hittar i USB eller SSD "Flash", och den görs tillgänglig till ett kontinuerligt reducerat pris. Drivkrafterna bakom denna kostnadsminskning är förändringar i hur NAND tillverkas. Två vanliga metoder är (1) att öka antalet bitar per cell, vilket resulterar i MLC- och TLC-teknik, och (2) vad som ses som 3D eller V-NAND, vilket är tekniken att stapla dessa celler vertikalt. TLC- och 3D-tekniker kombineras ofta för att skapa dagens högeffektiva SSD-hårddiskar med hög kapacitet.

Föreställning
Även om SSD-kapacitet och pris gynnades av dessa framsteg inom tillverkningen, utmanades prestanda och hållbarhet av företagsimplementering. Det finns ett stort argument om skrivprestanda på högbitcells-NAND (TLC) SSD på grund av de längre programmeringscyklerna för TLC NAND. SSD-skrivprestandan domineras dock av SSD SoC (system on chip) och det är firmware som mildrar detta problem.

Ökad kapacitet har också bidragit till att lösa detta problem. Diskar är sällan 100 % fulla och den fasta programvaran kan dra nytta av det för att utföra en process som kallas skräpinsamling, som proaktivt förbereder skrivutrymme så att förberedelsestraffet mildras när en skrivning sker. Eftersom SSD-enheter inte har samma tidsgräns som hårddiskar är det lika optimalt att använda utrymme var som helst på enheten som på andra platser. Därför är dagens 3D TLC-hårddiskar med hög kapacitet förvånansvärt snabba.

Dessutom behöver en ensiffrig procentandel av företagen den IOPS som de flesta marknadsföringspåståenden skulle ha annonserat. Kör Live Optics och se. Högre kapacitet och mer kostnadseffektiva drivenheter ger fördelen med att migrera en större mängd produktionsdata till Flash.  Detta ger en konsekvent servicekvalitet till I/O över mer datakapacitet.

DWPD eller enhetsskrivningar per dag.

Kombinationen av att de flesta företag har lägre I/O-behov än vad som ledde till Believe, blandat med enheter med högre kapacitet, kan dramatiskt ändra ens åsikt om att använda 3D TLC-enheter som enheter för nivå 1-kapacitet.

DWPD är helt enkelt det antal gånger som du helt kan skriva över kapaciteten för. En SSD per dag och hålla sig inom tillverkarens rekommendationer.
 

All Flash-teknik ärver en brist, och det är att processen att skriva till Flash gradvis försämrar minnescellerna. Lagringsadministratörer måste överväga skrivarbetsbelastningarna för sina program innan de driftsätter SSD-disk- och cachelagringsprodukter för att säkerställa att produktens livslängd motsvarar deras krav. Standarden för att mäta uthålligheten hos en SSD-disk är DWPD (Drive Writes per Day). DWPD mäts i termer av diskens totala kapacitet. En SSD på 100 GB gör till exempel en DWPD om den skriver 100 GB på en dag. Standarden föreslår att disken uthärdar den uppskattade DWPD i minst 5 år.

Live Optics kan hjälpa till genom att vid varje lager (disk, server, klusterdisk, insamlarkörning och projekt) visa den uppskattade genomsnittliga dagliga skrivningen.

Genomsnittlig daglig skrivning
Om du vill beräkna den genomsnittliga dagliga skrivningen för en viss uppsättning I/O-poster summerar du skrivdataflödet (MB/sek) för alla poster samt varaktigheten för varje post. Detta görs automatiskt i Live Optics och resulterar i ett kapacitetsvärde som skrivs varje dag. Den grundläggande ekvationen för att förstå genomsnittliga dagliga skrivningar är:

Därför kan den här kapacitetstypen för alla SSD-enhetstyper använda det här kapacitetsvärdet med följande ekvation för att beräkna det minsta antalet enheter som måste hantera den dagliga skrivaktiviteten, inklusive eventuella serverdels-I/O-åtgärder:

Obs! I denna ekvation måste "RaidPenalty" förklaras mer detaljerat senare i detta dokument.

För att använda denna ekvation måste du först känna till enheternas DWPD-klassificering. Tillverkarens betyg är allmänt tillgängliga data som är kopplade till specifikationerna för enheten. Här är några godtagbara DWPD-klassificeringar för olika enhetstyper i den här demonstrationen.

RÄD: En snabb introduktion till hur RAID påverkar DWPD
RAID 10 är den enklaste formen av RAID att förstå. Med varje skrivning och ytterligare kopia skrivs till den andra disken i speglingen. Därför är den RAID-sanktion som används 2. RAID 5 och 6 är mer komplicerade, och vid en första anblick kan de RAID-sanktioner som används i DWPD-beräkningar se ut att stå i strid med den vanliga kunskapen om "kapacitetseffektivitetsförhållanden", men detta kan förstås med ett enkelt diagram eftersom de är relaterade, men ömsesidigt uteslutande kapacitetsfaktorer.

RAID 5: RAID-straffvärdet är 2.
Den användbara kapacitetseffektivitetskvoten för en RAID 5 (4+1) är 80 %. 4 kapacitetsdiskar och 1 paritetsdisk ger ett 4/5-förhållande.

DWPD beräknas baserat på kapaciteten hos skrivna data, men ännu viktigare hur de skrivs till disken. Här är några vanliga RAID-termer som exempelvis. Varje RAID-uppsättning består av en RAID-stripebredd och ett RAID-stripedjup.

RAID-stripebredd: antalet enheter som RAID-stripen sträcker sig över. (4 diskar + 1 paritetsdisk.)

RAID-randdjup: Den här termen kan ha många namn, men är den mängd data som ska skrivas till varje disk innan skrivningen flyttas till nästa disk. Detta är en kritisk faktor för att förstå logiken i uppskattningen av DWPD.

Diagrammet nedan visar det bästa och sämsta scenariot för skrivning till denna RAID-stripe med ett stripedjup på 64 KB.

Bästa scenariot:
System kan försöka göra skrivsammanfogning eller sammanslagning för att försöka optimera påverkan på disken. (en perfekt 256 KB är skriven.) Varje disk skulle få en jämn allokering på 64 kB. Paritet skulle också vara 64 kB, men är bara en omkostnad på 20 % av de 256 kB som skrivits. 

Värsta tänkbara scenario:
De flesta skrivningar är dock små och ofta mindre än randdjupet. (Låt oss anta att endast 64 K data har skrivits.) Detta påverkar endast två diskar i RAID-stripen: disken där de 64 kB skrevs och den omskrivna paritetsdisken, som också är 64 kB, vilket resulterar i 100 % skrivkapacitet, även om den användbara kapaciteten förblir 80 % effektiv.

RAID 6: RAID-straffvärdet är 3.
En extra straffavgift måste tas ut för RAID med dubbel paritet. I samma värsta scenario skulle de 64 kB skrivas och bara påverka en disk. Men nu måste två paritetsdiskar beräknas om och skrivas om. Därför är det värsta scenariot för RAID 6 en straffavgift på 3x (64 K data + 128 K paritet).

Sammanfattning
Eftersom DWPD är en faktor för skriven datakapacitet försöker en SSD optimera skrivningar genom att hitta en ny förberedd del av enheten i stället för att skriva över samma datautrymme. Det är en extremt säker uppskattning av slitaget på en given enhet med någon känd genomsnittlig daglig skrivkapacitet.

Beräkningarna på följande sida återspeglar en uppskattning av 100 % värsta tänkbara scenario, så all optimering av skrivningar som tillhandahålls av systemet gör bara dessa uppskattningar säkrare.

DWPD: Använda genomsnittlig daglig skrivning för att beräkna uthållighet.
Det finns två sätt att närma sig DWPD-värdet beroende på vad som ska uppnås: beräkna det minsta antalet aktiva diskar som behövs eller beräkna den beräknade livslängden för ett visst antal SSD-enheter med en känd arbetsbelastning.

Minsta antal aktiva enheter
Med den här metoden kan du uppskatta om en drivenhet eller ett angivet antal drivenheter måste hålla sig inom den rekommenderade DWPD-klassificeringen baserat på ett observerat arbetsbelastningsbehov i ett Live Optics-projekt.

Genomsnittlig daglig skriver: 3,5 TB RAID-måluppsättning
: RAID 10
SSD som utvärderas: TLC 3,8 TB SSD

 Genomsnittlig daglig skriver: 3,5 TB RAID-måluppsättning
: RAID 5-5 (4+1)
SSD som utvärderas: TLC 3,8 TB SSD

Genomsnittlig daglig skriver: 3,5 TB RAID-måluppsättning
: RAID 6-6 (4+2)
SSD som utvärderas: TLC 3,8 TB SSD

Mindre drivenheter och högre DWPD
Det som visas här är att även med det extrema antalet skrivningar på 3,5 TB per dag, och med RAID-straffavgiften inkluderad, resulterar den höga kapaciteten hos enheterna i att det erforderliga minsta antalet diskar blir 3 eller mindre för alla konfigurationer.

För att illustrera förhållandet mellan diskkapacitet och DWPD-klassificering används i nästa exempel en mindre enhet med endast 400 GB kapacitet, men med en högre DWPD-klassificering på 10.

Genomsnittlig daglig skriver: 3,5 TB RAID-måluppsättning
: RAID 6-6 (4+2)
SSD som utvärderas: SLC 400 GB SSD

 
Slutresultatet är att det minsta antalet enheter för att hantera skrivarbetsbelastningen fortfarande är 3. TLC-konfigurationen skulle dock ha ungefär 10 TB rå kapacitet medan SLC skulle ha 1200 GB.

Realiserad DWPD-faktor.
Användning över eller under det rekommenderade antalet minsta drivenheter påskyndar eller bromsar den uppskattade förslitningen. Att beräkna detta är lika enkelt som att dividera det rekommenderade antalet enheter med antalet som används.

Den här konfigurationen är överetablerad. Slitagehållbarheten hos dessa enheter bör överträffa förväntningarna. Den här konfigurationen uppfyller inte rekommendationen. Därför sker ett accelererat slitage på drivenheterna.

DWPD: Använda genomsnittlig daglig skrivning för att uppskatta enhetens livslängd. Om du vill beräkna den beräknade livslängden för ett känt antal enheter mot en känd genomsnittlig daglig skrivkapacitet gör du om beräkningarna och använder den realiserade DWPD-faktorn.

Beräknad livslängd De
flesta RAID-uppsättningar, särskilt i lagringsdisksystem, innehåller i allmänhet 4–12 enheter för en minimal konfiguration. Resultatet är att beräkning av den förväntade livslängden för SSD-enheter ofta kan visa en humoristisk uppskattning av antalet år som enheterna kan vara i drift. Men i ett felaktigt eller underprovisionerat system kan dessa uppskattningar hjälpa till att förstå.
Systemuppdateringar sker i steg för att undvika oväntade driftavbrott.

Med hjälp av våra två realiserade DWPD-faktorer från föregående sida visas effekten av varje scenario med den här formeln.

Exempeldata:

Uppskattade år från tillverkaren:
5 Realiserad DWPD: 0.27
 

Uppskattade år från tillverkaren:
5 Realiserad DWPD: 1.67
 

Avslutande tankar

För närvarande har IOPS som storleksmått, till stor del kommoditiserat av den allmänna tillgängligheten, av SSD-enheter ständigt sjunkande priser och ökande kapacitet. Den största fördelen med att migrera till SSD-enheter är att du får mer av dina data till en konsekvent högre servicenivå för all diskaktivitet.

Det har dock fortfarande funnits en viss tveksamhet kring det okända när det gäller hastighet och hållbarhet när det gäller ett företags specifika arbetsbelastningar och den innovativa teknik som SSD-tillverkare använder för att tänja på gränserna för kapacitet.

Live Optics kan mäta hur unik en miljö är och med hjälp av denna information hitta en komfortnivå för frekvensomriktarens förväntade livslängd, oavsett hur unik en arbetsbelastning är eller vilken drivenhet som väljs att implementera.

Observera att det här dokumentet använder en genomsnittlig daglig skrivning på 3,5 TB per dag, vilket enligt alla erkännanden skulle vara långt över det genomsnittliga företagets efterfrågan i nästan alla vertikaler. Så om dina genomsnittliga dagliga skrivningar är under 3,5 TB per dag skulle dina slitageförväntningar överstiga uppskattningarna i det här dokumentet.

För att veta med säkerhet, börja idag på https://LiveOptics.com för ett kompletterande konto.

Live Optics är en leverantörs- och plattformsoberoende standardmetod för att hämta prestandafakta från din miljö som donerats till communityn av Dell Technologies, Inc.

Om du har frågor kan du kontakta Live Optics-supporten på liveoptics.support@dell.com.