Live Optics | 平均每日写入量

在环境中采用 SSD 最主要的三个顾虑是成本、速度和耐用性。幸运的是，该行业在这三个方面都表现得很出色。

本简介涉及价格和性能，但重点是耐用性：具体是指每天全盘写入量 (DWPD)，它已成为衡量 SSD 驱动器耐用性的标准。

价格和容量
NAND 是 USB 或SSD“闪存”中使用的基础技术，并且价格越来越低廉。导致成本降低的原因是 NAND 生产方式的变化。两种常见的做法是：(1) 增加每个存储颗粒的位数，这就是 MLC 和 TLC 技术；(2) 3D 或 V-NAND，即垂直堆叠存储颗粒的技术。如今的 SSD 驱动器通常结合了 TLC 和 3D 技术，提供高容量和高性价比。

性能
虽然 SSD 的容量和价格受益于制造方面的这些进步，但性能和耐用性面临着企业采用的挑战。由于 TLC NAND 的编程周期较长，因此围绕高位颗粒 NAND (TLC) SSD 的写入性能有很多争论。但是，SSD 写入性能取决于 SSD SoC（系统级芯片）及其固件（可以减轻这一担忧）。

增加容量也有助于克服这个问题。驱动器很少出现容量用尽的情况，固件可以利用这一事实来执行称为垃圾数据收集的过程。该过程会主动准备写入空间，以便在发生写入时减少准备惩罚。由于 SSD 不存在硬盘的寻道时间惩罚，因此使用驱动器上各处位置的空间的性能都是一样的。因此，当今的高容量 3D TLC 驱动器的速度十分惊人。

此外，只有极少数公司需要大多数营销推广中所宣传的 IOPS。运行 Live Optics 并查看。更高的容量和更经济高效的驱动器带来了将更多生产数据迁移到闪存的优势。  这样可以跨更多数据容量为 I/O 提供一致的服务质量。

DWPD（每天全盘写入量）。

大多数公司的 I/O 需求比营销推广所宣传的要低，再加上更高容量的驱动器，可以极大地改变人们对采用 3D TLC 驱动器作为第 1 层容量驱动器的观点。

DWPD 是指每天可以写入的数据量相当于整个SSD 容量的次数，并保持在制造商的建议范围内。
 

所有闪存技术都继承了一个缺陷，即写入闪存的过程会逐渐降低内存颗粒的性能。在部署 SSD 磁盘和缓存产品之前，存储管理员必须考虑其应用程序的写入工作负载，以确保产品生命周期符合他们的要求。衡量 SSD 磁盘耐用性的标准是每天全盘写入量 (DWPD)。DWPD 是根据磁盘的总容量来衡量的。例如，如果 100 GB 的 SSD 在一天中写入 100 GB 数据，那么它就完成了一次 DWPD。该标准表明该磁盘在估计的 DWPD 下可以使用 5 年。

Live Optics 可以通过显示每一层（磁盘、服务器、群集磁盘、收集器运行和项目）的估计平均每日写入量来提供帮助。

平均每日写入量
要计算任何给定 I/O 记录集的平均每日写入，则计算所有记录的写入吞吐量（MB/秒）以及每条记录的持续时间的总和。此操作在 Live Optics 中自动完成，每天会写入一个容量值。了解平均每日写入量的基本等式是：

因此，对于任何 SSD 驱动器类型，可以将此容量值与以下等式配合使用，以计算满足每日写入活动（包括任何后端 I/O 操作）所需的最小驱动器数量：

提醒：这个等式中的“RaidPenalty”需要在本文档的后面部分更详细地进行解释。

要使用此等式，首先要知道驱动器的 DWPD 额定值。此制造商额定值是与该驱动器规格相关的通用数据。出于本演示的目的，以下是各种驱动器类型的一些可接受的 DWPD 额定值。

RAID：关于 RAID 如何影响 DWPD 的快速概览
RAID 10 是最容易理解的 RAID 形式。每次写入时，额外的拷贝都会写入镜像中的另一个磁盘。因此，使用的 RAID 惩罚是 2。RAID 5 和 6 更为复杂，乍一看，DWPD 计算中使用的 RAID 惩罚可能与常见的“容量效率比率”不一致，但这可以通过一个简单的图表来理解，因为它们是相关但互斥的容量因素。

RAID 5：RAID 惩罚为 2。
RAID 5 (4+1) 的可用容量效率比为 80%。4 个容量磁盘和 1 个奇偶校验磁盘提供 4/5 的比率。

DWPD 的计算基于写入数据的容量，但更重要的是写入磁盘方式。为了进行说明，以下是一些常见的 RAID 术语。每个 RAID 集都包括 RAID 条带宽度和 RAID 条带深度。

RAID 条带宽度：RAID 条带跨越的驱动器数量。（4 个磁盘 + 1 个奇偶校验磁盘。）

RAID 条带深度：此术语有多个名称，是指写入移至下一个磁盘之前写入每个磁盘的数据量。这是理解估计 DWPD 逻辑的关键因素。

下图显示了写入条带深度为 64 KB 的 RAID 条带的最佳情况和最坏情况。

最佳情况：
系统可能会尝试执行写入联接或合并，以降低对磁盘的影响。（写入完美的 256 KB。每个磁盘均匀地分配到 64 KB。奇偶校验也将是 64 KB，但这只是写入的 256 KB 的 20% 开销。 

最坏情况：
但是，大多数写入都很小，并且通常小于条带深度。（假设只写入了 64 K 数据。）这只会影响 RAID 条带中的两个磁盘：写入了 64 KB 的磁盘和重写 64 KB 的奇偶校验磁盘，从而导致 100% 的写入开销，即使可用容量的效率仍为 80%。

RAID 6：RAID 惩罚为 3。
对双奇偶校验 RAID，必须有额外的惩罚。在相同的最坏情况下，将写入 64 KB 并且仅影响一个磁盘；但是，现在需要重新计算和重写两个奇偶校验磁盘。因此，RAID 6 的最坏情况将是 3 倍惩罚（64 K 数据 + 128 K 奇偶校验）。

摘要
由于 DWPD 是写入数据容量的一个系数，因此 SSD 会尝试通过查找驱动器新的预准备好部分来优化写入，而不是覆盖相同的数据空间。对于具有任何已知平均每日写入容量的任何给定驱动器的耐用性，这都是非常安全的估计。

下面的计算反映了 100% 最坏情况估计值，因此系统提供的对写入的任何优化只会使这些估计值更安全。

DWPD：应用平均每日写入量以估计耐用性。
有两种方法可以计算 DWPD 值，具体取决于尝试实现的目标：计算所需的最小活动磁盘数或计算具有已知工作负载的特定数量的 SSD 的估计寿命。

最小活动驱动器数
此方法可帮助您根据 Live Optics 项目中观察到的工作负载需求，估计一个驱动器或一组驱动器是否需要保持在建议的 DWPD 额定值范围内。

平均每日写入量：3.5 TB
目标 RAID 集：RAID 10
要计算的 SSD：TLC 3.8 TB SSD

 平均每日写入量：3.5 TB
目标 RAID 集：RAID 5-5 (4+1)
要计算的 SSD：TLC 3.8 TB SSD

平均每日写入量：3.5 TB
目标 RAID 集：RAID 6-6 (4+2)
要计算的 SSD：TLC 3.8 TB SSD

更小的驱动器和更高的 DWPD
这里展示的是，即使每天的写入量高达 3.5 TB，并且考虑到 RAID 惩罚，驱动器的高容量也会导致所有配置所需的最小磁盘数为 3 个或更少。

为了说明磁盘容量和 DWPD 额定值之间的关系，下一个示例将使用容量较小（只有 400 GB）但 DWPD 额定值更高 (10) 的驱动器。

平均每日写入量：3.5 TB
目标 RAID 集：RAID 6-6 (4+2)
要计算的 SSD：SLC 400 GB SSD

 
最终结果是，写入工作负载需要的最小驱动器数仍为 3 个。但是，TLC 配置具有大约 10 TB 的原始容量，而 SLC 有 1200 GB。

已实现的 DWPD 系数。
使用高于或低于建议的最小驱动器数可加速或减速耐用性估算。进行此计算非常简单，只需将建议的驱动器数量除以已使用的数量即可。

此配置为超额配置；这些驱动器的耐用性应超出预期。此配置不符合建议。因此，驱动器的耐用性会降低。

DWPD：应用平均每日写入量以估计驱动器寿命。要根据已知的平均每日写入容量计算已知数量的驱动器的估计寿命，请将计算反向进行并使用实现的 DWPD 系数。

估计寿命
大多数 RAID 集（尤其是在存储阵列中）的最低配置通常包括 4-12 个驱动器。结果是，计算 SSD 的预期寿命通常可以显示驱动器可以使用的年数。但是，在配置不当或配置不足的系统中，这些估计值可能有助于理解。
系统会刷新增量以避免意外停机。

使用上面的两个已实现的 DWPD 系数和此公式来展示每种情况的效果。

示例数据：

制造商估计的年数：5
已实现的 DWPD：0.27
 

制造商估计的年数：5
已实现的 DWPD：1.67
 

结语

目前，IOPS 作为 SSD 的一种大小衡量标准（由于广泛应用而商品化），价格不断下降，容量不断增加。迁移到 SSD 的最大好处是，对于所有磁盘活动，可使更多数据达到一致的更高服务级别。

然而，对于各个公司特有的工作负载以及 SSD 制造商用于突破容量界限的创新技术，在速度和耐用性方面，人们还抱有一些怀疑态度。

Live Optics 可以衡量环境的独特性，并利用这些信息计算驱动器预期寿命的舒适水平，无论工作负载有多么独特或选择使用什么驱动器。

请注意，本文档使用的平均每日写入量为 3.5 TB，这远远超出了几乎所有垂直行业的一般公司的需求。因此，如果您的平均每日写入量低于每天 3.5 TB，则预期耐用性将超过本文档中的估计值。

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