Жива оптика | Середньодобовий запис

Три найбільші заперечення проти впровадження твердотільних накопичувачів у середовищі – це вартість, швидкість та довговічність. На щастя, індустрія забезпечує комфорт у всіх цих трьох категоріях.

Цей брифінг торкається ціни та продуктивності, але зосереджується на довговічності: зокрема, на темі Drives Writes Per Day (DWPD), яка стала стандартом для вказівки очікувань щодо зносу або довговічності SSD-накопичувачів.

Ціна і місткість
NAND – це базова технологія, яку ви знайдете в USB або SSD «Flash», і вона стає доступною за постійно знижуваною ціною. Рушійними силами цього зниження витрат є зміни у способі виробництва NAND. Дві поширені практики: (1) збільшення кількості бітів на клітинку, що призводить до появи технологій MLC і TLC, і (2) те, що розглядається як 3D або V-NAND, тобто техніка вертикального укладання цих комірок. Методи TLC і 3D часто поєднуються для створення сучасних високоємних і економічно ефективних SSD-накопичувачів.

Продуктивність
У той час як ємність і ціна твердотільних накопичувачів виграли від цих досягнень у виробництві, продуктивність і довговічність були поставлені під сумнів через впровадження на підприємствах. Існує основна суперечка щодо продуктивності запису на твердотільних накопичувачах NAND (TLC) NAND (TLC) з високою бітовою коміркою через більш тривалі цикли програмування TLC NAND. Однак у продуктивності запису SSD домінує SSD SoC (система на чіпі), і саме прошивка пом'якшує цю проблему.

Збільшення потужностей допомогло подолати і цю проблему. Диски рідко заповнені на 100%, і прошивка може скористатися цим фактом для виконання процесу під назвою Garbage Collection, який завчасно готує простір для запису, щоб зменшити штраф за підготовку, коли відбувається запис. Оскільки твердотільні накопичувачі не поділяють часові обмеження жорсткого диска, використання простору в будь-якому місці диска є таким же оптимальним, як і в будь-якому іншому місці. Як наслідок, сучасні накопичувачі 3D TLC з високою ємністю напрочуд швидкі.

Крім того, однозначний відсоток компаній потребує IOPS, який рекламували б більшість маркетингових тверджень. Запустіть Live Optics і подивіться. Більша місткість і економічніші накопичувачі дають змогу переносити більший обсяг виробничих даних на Flash.  Це забезпечує стабільну якість обслуговування вводу/виводу при більшій ємності даних.

DWPD або диск пише за добу.

Комбінація більшості компаній з нижчими потребами в вході/виході, ніж призвела до Believe, у поєднанні з накопичувачами більшої ємності, може кардинально змінити думку про прийняття 3D-накопичувачів TLC як накопичувачів ємності tier 1.

DWPD – це просто кількість разів, які ви можете повністю перезаписати ємність. Твердотільний накопичувач на день і не виходити за рамки рекомендацій виробників.
 

Всі технології Flash успадковують один недолік, який полягає в тому, що в процесі запису в Flash поступово деградують осередки пам'яті. Адміністратори сховищ повинні враховувати робочі навантаження запису своїх програм перед розгортанням SSD-дисків і продуктів для кешування, щоб гарантувати, що термін служби продукту відповідає їхнім вимогам. Стандартом вимірювання витривалості SSD диска є Drive Writes per Day (DWPD). DWPD вимірюється в термінах загальної ємності диска. Наприклад, SSD на 100 ГБ робить один DWPD, якщо він записує 100 ГБ за один день. Стандарт передбачає, що диск витримує розрахунковий DWPD не менше 5 років.

Live Optics може допомогти, показуючи на кожному рівні (диск, сервер, диск кластера, запуск колектора та проект) приблизний середній щоденний запис.

Середній показник щоденного запису
Щоб обчислити середнє значення щоденного запису для будь-якого заданого набору записів введення-виведення, підсумуйте пропускну здатність запису (МБ/сек) усіх записів, а також тривалість кожного запису. Це робиться автоматично в Live Optics і призводить до значення ємності, яке записується щодня. Основне рівняння для розуміння середнього щоденного запису буде таким:

Таким чином, для будь-якого типу SSD дисків можна використовувати це значення ємності з наступним рівнянням для розрахунку мінімальної кількості дисків, які повинні вмістити щоденну активність запису, включаючи будь-які операції вводу/виводу сервера:

Примітка: У цьому рівнянні "RaidPenalty" потребує більш детального пояснення далі в цьому документі.

Щоб скористатися цим рівнянням, спочатку дізнайтеся рейтинг DWPD накопичувачів. Цей рейтинг виробників є загальнодоступними даними, пов'язаними з технічними характеристиками цього накопичувача. Для цілей цієї демонстрації наведено кілька прийнятних номіналів DWPD для різних типів приводів.

Об'єкти RAID: Короткий огляд того, як RAID впливає на DWPD
RAID 10 є найпростішою формою RAID для розуміння. При кожному записі додаткова копія записується і на інший диск в дзеркалі. Таким чином, штраф за RAID становить 2. RAID 5 і 6 є складнішими, і на перший погляд штрафи RAID, які використовуються в розрахунках DWPD, можуть виглядати так, ніби вони суперечать загальноприйнятим знанням про «коефіцієнти ефективності ємності», але це можна зрозуміти за допомогою простої діаграми, оскільки вони пов'язані, але взаємовиключні коефіцієнти потужності.

RAID 5: Штраф за RAID становить 2.
Коефіцієнт ефективності корисної ємності для RAID 5 (4+1) становить 80%. 4 диски ємності та 1 диск парності забезпечують співвідношення 4/5.

DWPD розраховується виходячи з ємності записаних даних, але що важливіше, від того, як вони записані на диск. Для ілюстрації наведемо деякі поширені терміни RAID. Кожен набір RAID складається з ширини смуги RAID та глибини страйпу RAID.

Ширина смуги RAID: кількість дисків, на які буде поширюватися смуга RAID. (4 диски + 1 диск парності.)

Глибина страйпу RAID: Цей термін може мати багато назв, але це кількість даних, яке буде записано на кожен диск перед тим, як запис переміститься на наступний диск. Це є критично важливим фактором для розуміння логіки оцінки DWPD.

На діаграмі нижче показаний найкращий і найгірший сценарій запису на цю смугу RAID з глибиною страйпу 64 КБ.

Найкращий сценарій:
Системи можуть намагатися виконати конкатенацію запису або об'єднання, щоб спробувати оптимізувати вплив на диск. (Записані ідеальні 256 КБ.) Кожен диск отримає рівномірний розподіл у розмірі 64 КБ. Паритет також становитиме 64 КБ, але це лише 20% від 256 КБ записаних. 

Найгірший сценарій:
Однак більшість записів невеликі і часто менші за глибину смуги. (Припустимо, що було записано лише 64 К даних.) Це вплине лише на два диски в страйпі RAID: диск, на якому було записано 64 КБ, і перезаписаний диск парності, який також має розмір 64 КБ, що призведе до 100% накладних витрат на запис, хоча корисна ємність залишиться ефективною на 80%.

RAID 6: Штраф за RAID становить 3.
Додатковий штраф повинен бути застосований за RAID з подвійною парністю. У тому ж найгіршому випадку 64 КБ будуть записані і впливатимуть лише на один диск; Однак тепер два диски парності потрібно було б перерахувати і перезаписати. Тому найгіршим сценарієм для RAID 6 буде штраф у розмірі 3x (64 K даних + 128 K парності).

Оскільки
DWPD є фактором ємності записаних даних, SSD буде намагатися оптимізувати запис, знаходячи нову заздалегідь підготовлену частину диска, а не перезаписуючи той же простір даних. Це надзвичайно безпечна оцінка зносу будь-якого конкретного накопичувача з будь-якою відомою середньодобовою потужністю запису.

Розрахунки на наступній сторінці відображають оцінку 100% найгіршого сценарію, тому будь-яка оптимізація записів, наданих системою, лише зробить ці оцінки безпечнішими.

DWPD: Застосовуючи середньодобовий запис для оцінки витривалості.
Підійти до значення DWPD можна двома способами в залежності від того, чого намагаються досягти: розрахунок мінімальної необхідної кількості активних дисків або розрахунок передбачуваного терміну служби конкретної кількості SSD з відомим робочим навантаженням.

Мінімальна кількість активних дисків
Цей метод допомагає оцінити, чи має один диск або встановлена кількість дисків залишатися в межах рекомендованого рейтингу DWPD на основі спостережуваного попиту на робоче навантаження в проекті Live Optics.

Average Daily пише: Цільовий RAID-масив ємністю
3,5 ТБ: Оцінюється SSD RAID 10
: Твердотільний накопичувач TLC 3,8 ТБ

 Average Daily пише: Цільовий RAID-масив ємністю
3,5 ТБ: Оцінюється SSD RAID 5-5 (4+1):
Твердотільний накопичувач TLC 3,8 ТБ

Average Daily пише: Цільовий RAID-масив ємністю
3,5 ТБ: Оцінюється SSD RAID 6-6 (4+2):
Твердотільний накопичувач TLC 3,8 ТБ

Менші диски та вищий DWPD
Тут продемонстровано, що навіть при екстремальній кількості записів на 3,5 ТБ на день, і з урахуванням штрафу RAID, висока ємність дисків призводить до того, що необхідна мінімальна кількість дисків має становити 3 або менше для всіх конфігурацій.

Щоб проілюструвати взаємозв'язок між місткістю диска та рейтингом DWPD, у наступному прикладі буде використано менший диск із ємністю лише 400 ГБ, але з вищим рейтингом DWPD 10.

Average Daily пише: Цільовий RAID-масив ємністю
3,5 ТБ: Оцінюється SSD RAID 6-6 (4+2):
Твердотільний накопичувач SLC 400 ГБ

 
Кінцевим результатом є те, що мінімальна кількість дисків для розміщення робочого навантаження на запис все ще дорівнює 3. Однак конфігурація TLC матиме приблизно 10 ТБ необробленої ємності, тоді як SLC матиме 1200 ГБ.

Реалізований фактор DWPD.
Використовуйте більше або нижче рекомендованої мінімальної кількості дисків, щоб прискорити або сповільнити оцінку зносу. Розрахувати це так само просто, як розділити рекомендовану кількість дисків на використану кількість.

Ця конфігурація є надмірно забезпеченою; Зносостійкість цих накопичувачів повинна перевершити очікування. Така конфігурація не відповідає рекомендації. Тому відбувається прискорений знос приводів.

DWPD: Застосування середнього щоденного запису для оцінки ресурсу накопичувача. Щоб розрахувати розрахунковий термін служби відомої кількості дисків у порівнянні з відомою середньодобовою ємністю запису, виконайте розрахунки у зворотному порядку та скористайтеся коефіцієнтом реалізованого DWPD.

Орієнтовний термін
служби Більшість RAID-масивів, особливо в масиві зберігання даних, зазвичай включають 4-12 дисків для мінімальної конфігурації. В результаті розрахунок тривалості служби твердотільних накопичувачів часто може продемонструвати жартівливо приблизну кількість років, протягом яких накопичувачі можуть бути в експлуатації. Однак у системі з неправильним або недостатнім забезпеченням ці оцінки можуть допомогти зрозуміти.
Оновлюйте систему з кроком, щоб уникнути несподіваних простоїв.

Використовуючи наші два реалізовані фактори DWPD з попередньої сторінки, ми демонструємо ефект кожного сценарію за допомогою цієї формули.

Приклад даних:

Орієнтовні роки виробника:
5 Реалізовано DWPD: 0.27
 

Орієнтовні роки виробника:
5 Реалізовано DWPD: 1.67
 

Заключні думки

На даний момент IOPS як показник розміру, який значною мірою комерціалізується загальною доступністю, твердотільних накопичувачів постійно знижує ціни та збільшує ємності. Найбільшою перевагою міграції на твердотільні накопичувачі є отримання більшого обсягу ваших даних на стабільно вищому рівні обслуговування для всієї активності диска.

Тим не менш, все ще існують деякі сумніви щодо невідомого, оскільки це стосується швидкості та довговічності, коли справа доходить до конкретних робочих навантажень компанії та інноваційних технологій, які виробники SSD використовують для розширення меж ємності.

Live Optics може вимірювати унікальність середовища та за допомогою цієї інформації знаходити рівень комфорту щодо тривалості служби накопичувача, незалежно від того, наскільки унікальне робоче навантаження або який привід обрано для реалізації.

Зверніть увагу, що в цьому документі використовується середній щоденний запис 3,5 ТБ на день, що, за всіма визнаннями, набагато перевищує попит середньої корпорації майже в будь-якій вертикалі. Отже, якщо ваші середні щоденні записи нижчі за 3,5 ТБ на день, ваші очікування щодо зносу перевищать оцінки, наведені в цьому документі.

Щоб знати з упевненістю, почніть сьогодні з https://LiveOptics.com для додаткового облікового запису.

Live Optics — це стандартний метод отримання фактів про продуктивність із вашого оточення, незалежного від постачальника та платформи, подарованого спільноті компанією Dell Technologies, Inc.

Якщо у вас виникнуть запитання, зверніться до служби підтримки Live Optics за номером liveoptics.support@dell.com.