Ресурс SSD дисков для серверов

Ресурс SSD на флэш-памяти NAND определяется количеством циклов записи и стирания, которые выдерживает накопитель в своем жизненном цикле. Независимо от типа памяти, имени производителя и контроллера SSD, к деградации ячеек NAND причастны такие внутренние процессы как сбор мусора (garbage collection) и усиление записи (write amplification). Наиболее действенным средством продления срока службы твердотельных накопителей является увеличение области служебных ячеек, избыточное резервирование памяти (overprovisioning).

Garbage collection ( GC)

Память NAND разбита на блоки, те – на страницы. Непосредственно записать данные во флеш-память по физическому адресу невозможно. Контроллер SSD пишет обновленные данные на свободные страницы, обозначая исходные как недействительные. Транслятор адресов перенаправляет логические адреса обновлений в новые физические адреса. Стереть страницу с потерявшими актуальность (мусор) данными нельзя, можно только целый блок. Чтобы освободить, сделать доступным для ОС пространство памяти под неактуальными данными, нужно для начала переместить действительные данные соседних страниц освобождаемого блока на страницы в другом блоке. Это и есть GC, процесс сбора достоверных данных в рабочие блоки с последующим стиранием мусорных.

Write amplification ( WA)

Когда по мере заполнения SSD остается мало свободных блоков, каждая операция записи приводит к серии перемещений данных контроллером – чтобы собрать их в консистентные блоки и выкроить запас пространства удалением мусора. В результате объем записи в ячейки флэш-памяти (включая копирование действительных данных во время GC) может превышать объем посылки записи хоста в разы. Усиление записи WA – отношение этих размеров. Оно зависит от профиля рабочих нагрузок. Как правило, случайная запись коротких фрагментов умножает записи гораздо сильнее, чем последовательная запись больших: данные случайного доступа сильнее фрагментированы, для сбора распыленного мелкого мусора требуется больше операций.

overprovisioning ( OP)

Для свободы маневра «мусорщика» из общего пространства памяти SSD выделяют область OP, доступную контроллеру SSD, но недоступную хосту. Этот резерв служебных ячеек памяти NAND используется в качестве промежуточного поля для перемещения данных GC, выравнивания износа и замены битых ячеек. Производитель SSD сам назначает размер OP, уменьшая емкость юзера SSD. Есть общепринятые номиналы (как 256GB или 240GB), но могут быть любые:

Это объясняет разнообразие SSD, когда из-под рук одного и того же вендора выходят накопители на том же контроллере, но с разными паспортными показателями.

Логику разметки OP легко представить на примере игры в «пятнашке». Если бы на поле была не одна свободная ячейка, а больше (например, коробка 5х5 вместо 4х4), те же косточки от 1 до 15 получилось бы привести в порядок меньшее количество ходов. Так и с усилением записи SSD: чем больше служебный резерв памяти – тем она меньше.

Износ ячеек

Пользователю интересна не такая механика процесса, как прогноз живучести SSD – в сроках объема суточной перезаписи (DWPD) или, более корректно, общего объема перезаписи в течение жизненного цикла (TBW). Среднестатистическая стойкость к износу (endurance), которую мы видим в паспортах SSD, рассчитывается по стандартам JEDEC. Для серверных накопителей – на корпоративных шаблонах с нагрузками произвольного доступа.

Прогноз TBW увеличивается при увеличении OP, но нелинейно. С определенного момента добавление OP не приводит к заметному приросту ресурса, скорее снижает пропускную способность SSD. Подходящий размер области резерва для фактического применения выбирают, оценивая характер и интенсивность нагрузок, в том числе в подобных задачах на старых серверах.

Производительность SSD

Производительность случайной записи максимальна на свежем накопителе. В процессе его заполнения данные становятся все более фрагментированными, а контроллер SSD тратит больше времени на сбор мусора – основной фактор снижения производительности. Увеличение OP уменьшает WA, контроллер быстрее освобождает страницы под запись и оперативно отрабатывает запросы хоста, когда SSD близок к насыщенным операциям записи.

Все в руках пользователя

Размер OP не является постоянным свойством SSD, непреодолимым препятствием для управления ресурсом и производительностью. Все основные вендоры имеют утилиты, позволяющие контролировать разные параметры SSD. В том числе, менять размер области служебных ячеек серверных накопителей – так же, как это делается на фабрике.

• Overprovisioning – практика уменьшения полезной емкости SSD для повышения его ресурса и производительности. Чрезмерное выделение ресурсов устанавливается параметром Host Protected Areca (HPA).
• Эта функция поддерживается только твердотелыми накопителями Kingston серии Data Center.
• Сначала удалите все разделы SSD. Очистите SSD с помощью diskpart. Для лучшей производительности рекомендуется безопасное истирание.
• Введите емкость в гигабайтах (ГБ) и последние четыре цифры серийного номера SSD. После модификации HPA и перезагрузки система распознает новую емкость диска.

Знай мира

Программные средства управления ресурсом и производительностью SSD увеличивают свободу действий пользователя – ценное качество при плохой доступности различных номиналов накопителей. Вместо долгого ожидания поставки экзотических Write Intensive SSD (5-10 DWPD) достаточно купить доступные Mixed Use (1-3 DWPD) и разметить их на меньшую емкость.

Оптимальный размер OP зависит от программы. Для рабочих нагрузок с интенсивной записью случайного доступа полезно пожертвовать частью емкости увеличения срока службы и прироста производительности. Там, где преобладает чтение, расточительность неуместна.

Как мы можем помочь?

Компания Server Solutions занимается продажей серверов Dell PowerEdge R760 и Dell PowerEdge R760xs по всей Украине среди наших клиентов малый, средний и крупный бизнес. Если вам или вашему предприятию нужна консультация и покупка качественного серверного оборудования, вам следует обратиться к нам.