Ресурс SSD дисків для серверів

Ресурс SSD на флеш-пам'яті NAND визначається кількістю циклів запису та стирання, які накопичувач витримує у своєму життєвому циклі. Незалежно від типу пам'яті, імені виробника та контролера SSD, до деградації комірок NAND причетні такі внутрішні процеси як збір сміття (garbage collection) та посилення запису (write amplification). Найбільш дієвим засобом продовження терміну служби твердотільних накопичувачів є збільшення області службових комірок, надлишкове резервування пам'яті (overprovisioning). 

Garbage collection ( GC)

Пам'ять NAND розбито на блоки, ті – на сторінки. Безпосередньо записати дані у флеш-пам'ять за фізичною адресою неможливо. Контролер SSD пише оновлені дані на вільні сторінки, позначаючи вихідні як недійсні. Транслятор адрес перенаправляє логічні адреси оновлень на нові фізичні адреси. Стерти сторінку з даними, що втратили актуальність (сміття), не можна, можна тільки цілий блок. Щоб звільнити, зробити доступним для ОС простір пам'яті під неактуальними даними, треба для початку перемістити дійсні дані сусідніх сторінок блоку, що звільняється, на сторінки в іншому блоці. Це і є GC, процес збору достовірних даних у робочі блоки з подальшим стиранням сміттєвих.

Write amplification ( WA)

Коли в міру заповнення SSD залишається мало вільних блоків, кожна операція запису призводить до серії переміщень даних контролером - щоб зібрати їх в консистентні блоки і викроїти запас простору видаленням сміття. В результаті обсяг запису в комірки флеш-пам'яті (включаючи копіювання дійсних даних під час GC) може в рази перевищувати обсяг посилки запису хоста. Посилення запису WA – відношення цих обсягів. Воно залежить від профілю робочих навантажень. Як правило, випадковий запис коротких фрагментів множить записи набагато сильніше, ніж послідовний запис великих: дані випадкового доступу сильніше фрагментовані, для збору розпиленого дрібного сміття потрібно більше операцій.

Overprovisioning ( OP)

Для свободи маневру «сміттяра» із загального простору пам'яті SSD виділяють область OP, доступну контролеру SSD, але недоступну хосту. Цей резерв службових комірок пам'яті NAND використовується як проміжне поле для переміщення даних GC, вирівнювання зношування та заміни битих комірок. Виробник SSD сам призначає розмір OP, зменшуючи ємність користувача SSD. Є загальноприйняті номінали (як 256GB або 240GB), але можуть бути будь-які:

Це пояснює різноманіття SSD, коли з-під рук одного і того ж вендора виходять накопичувачі на тому самому контролері, але з різними паспортними показниками.

Логіку розмітки OP легко уявити на прикладі гри в «п'ятнашки». Якби на полі була не одна вільна комірка, а більше (наприклад, коробка 5х5 замість 4х4), ті ж кісточки від 1 до 15 вийшло б упорядкувати за меншу кількість ходів. Так і з посиленням запису SSD: чим більший службовий резерв пам'яті – тим воно менше.

Знос комірок

Користувачеві цікава не така механіка процесу, як прогноз живучості SSD – у термінах обсягу добового перезапису (DWPD) або, що коректніше, загального обсягу перезапису протягом життєвого циклу (TBW). Середньостатистична стійкість до зношування (endurance), яку ми бачимо в паспортах SSD, розраховується за стандартами JEDEC. Для серверних накопичувачів – на корпоративних шаблонах із навантаженнями довільного доступу.

Прогноз TBW збільшується зі збільшенням OP, але нелінійно. З певного моменту додавання OP не призводить до помітного приросту ресурсу, швидше знижує пропускну здатність SSD. Відповідний розмір області резерву для фактичного застосування вибирають, оцінюючи характер і інтенсивність навантажень, у тому числі в подібних завданнях на старих серверах.

Продуктивність SSD

Продуктивність випадкового запису максимальна на свіжому накопичувачі. У процесі його заповнення дані стають дедалі фрагментованішими, а контролер SSD витрачає більше часу на збір сміття – основний фактор зниження продуктивності. Збільшення OP зменшує WA, контролер швидше звільняє сторінки під запис та оперативно відпрацьовує запити хоста, коли SSD близький до насичення операціями запису.

Все в руках користувача

Розмір OP не є постійною властивістю SSD, непереборною перешкодою для управління ресурсом та продуктивністю. Усі основні вендори мають утиліти, що дозволяють контролювати різні параметри SSD. У тому числі, міняти розмір області службових комірок серверних накопичувачів - так само, як це робиться на фабриці.

• Overprovisioning — практика зменшення корисної ємності SSD підвищення його ресурсу і продуктивності. Надмірне виділення ресурсів встановлюється параметром Host Protected Areca (HPA).
• Ця функція підтримується лише твердотілими накопичувачами Kingston серії Data Center
• Спочатку видаліть всі розділи SSD. Очистіть SSD за допомогою diskpart. Для кращої продуктивності рекомендується безпечне стирання.
• Введіть бажану ємність у гігабайтах (ГБ) та останні чотири цифри серійного номера SSD. Після модифікації HPA та перезавантаження система розпізнає нову ємність диска.

Знай міру

Програмні засоби управління ресурсом та продуктивністю SSD збільшують свободу дій користувача – цінна якість за часів поганої доступності різних номіналів накопичувачів. Замість довгого очікування поставки екзотичних Write Intensive SSD (5-10 DWPD) достатньо купити доступні Mixed Use (1-3 DWPD) та розмітити їх на меншу ємність.

Оптимальний розмір OP залежить від програми. Для робочих навантажень з інтенсивним записом випадкового доступу корисно пожертвувати частиною ємності збільшення терміну служби і приросту продуктивності. Там, де переважає читання, марнотратність недоречна.

Як ми можемо допомогти?

Компанія Server Solutions займається продажем серверів Dell PowerEdge R760 та Dell PowerEdge R760xs по всій Україні, серед наших клієнтів малий, середній і великий бізнес. Якщо вам або вашому підприємству потрібна консультація і купівля якісного серверного обладнання, то вам слід звернутися до нас.