`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

SSD против HDD в серверах

+77
голосов

Жестким дискам HDD 10-15K rpm осталось недолго. Их механическая природа не оставляет им шансов противостоять возможностям SSD в корпоративных приложениях.

Твердотельные накопители SSD на флеш-памяти NAND оккупировали вершины пирамид хранения корпоративных данных и продолжают отвоевывать у HDD подступы к ним. Понятно, что скорой тотальной замены HDD на SSD не будет:

  • многие сегменты хранения безразличны к основному козырю SSD – производительности, но чувствительны к объему/цене;
  • у HDD 7200 rpm большая емкость и низкая удельная стоимость $/GB;
  • серверный рынок консервативен.

Пока что место в корпоративном хранении есть для разных носителей, но «процесс пошел». На вершинах пирамид идет борьба за производительность – туда карабкаются NVMe SSD, приближаясь к DRAM по уровню задержек (см Прикладная термодинамика систем хранения данных и NVMe SSD. «Случайное» знакомство). Совсем скоро энергонезависимое (постоянное) хранение сблизится с хранением в оперативной памяти - как в технологии Intel/Micron 3D XPoint. Но эти продукты никак нельзя назвать тиражными.

SATA SSD – вот предмет общего интереса. Именно они массово заезжают в новостройки и планомерно отвоевывают жилплощадь у соседей снизу – SAS 10-15K rpm HDD. Оценим их позиции в «квартирном вопросе», в трехмерном пространстве параметров: “Производительность - Надежность – Цена“.

Тут только денежная шкала проста для понимания. При обсуждении производительности приходится учитывать целевые приложения, типы операций I/O, характер обращений к носителям, размер блока данных, особенности чтения/записи, итд. Да и сравнивать надо не носители, а программно-аппаратные реализации I/O. С надежностью хранения (доступностью данных) еще сложнее. Помимо учета формальных параметров (как MTBF и Endurance), важно, как в заданном физическом окружении обеспечивается непрерывность исполнения приложений, как реализованы процедуры восстановления данных, с минимальными риском их потери и уроном для общей производительности I/O. Целое дело.

Проектирование подсистем хранения данных – задача интересная, но штучная. Начнем с простого: лобового сравнения SATA SSD и SAS 10-15K rpm HDD, с анализом показателей, разбором технологий, существующих рисков и мнимых страхов.

Слабости HDD

Что и говорить, SSD быстрее. Задержки подвода головок чтения/записи к данным на вращающихся магнитных поверхностях HDD (seek / latency) непреодолимы. В приложениях с обращениями произвольного доступа головки бабочкой порхают над поверхностью, умножая ожидание отклика (и раздражение пользователей). Для достижения пристойной производительности работы с данными на HDD прибегают к распараллеливанию обращений в многодисковых группах, кэшируют запросы I/O средствами контроллеров и ОС - и все равно помогает слабо.

HDD хороши для записи больших файлов последовательными блоками. При минимуме перемещения головок между дорожками снижаются задержки обращения к данным. Но как только диск заполняется данными, большие файлы пишутся кусками - где есть свободные сектора. Как ни улучшай алгоритмы чтения/записи, фрагментированные данные остаются бичом HDD.

В SSD не имеет значения, в каких именно ячейках размещаются данные, для контроллера диска они все «рядом». Там нет физических дорожек и секторов, NAND - память прямого доступа. Есть задержки, связанные с особенностями перезаписи ячеек, но они несравнимо меньше, чем в HDD.

Надо сказать, виртуализация вычислительных ресурсов добавила остроты проблеме скоростного доступа к данным. Эффект I/O-блендера, или «рандомизация» нагрузки ввода-вывода – прямое следствие абстрагирования среды формирования запросов от носителей и передачи гипервизору обслуживания дисковых операций. С какими бы типами запросов не работали приложения в виртуальных машинах, очереди к физическим дискам заполнены крошевом из фрагментов данных, разбросанным по дискам.

Роли быстрых дисков и их сравнение

Где высоки требования к производительности, а объем данных относительно невелик, там SSD и вытесняют cкоростные SAS HDD: в серверах баз данных, под размещение файлов подкачки и размещение временных таблиц, в качестве кэш-пула многоуровневых систем хранения, управляемых хоть ОС, хоть RAID-контроллерами.

Такие задачи, как правило, не требуют больших объемов хранения – достаточно нескольких сотен GB. Сравним типичных представителей SAS 10-15K rpm HDD и SSD в диапазоне емкостей до 600GB.

За HDD ответит Seagate. Уже не выпускаются диски SAS 10-15K rpm в форм-факторе LFF (3.5”), но остались модели SFF (2.5”) SAS 10-15K rpm. Для 15К rpm максимальная емкость 600GB, выше уже не будет. На двигателях 10K rpm выпускаются диски до 1.8TB. Ограничимся дисками SAS HDD 300-600GB:

  • SAS 10K rpm Seagate Savvio 10K,6 300GB {ST300MM0006} и 600GB {ST600MM0006}
  • SAS 15K rpm Seagate Savvio 15K.3 300GB {ST300MP0005} и 600GB {ST600MP0005}.

За SSD постоит Intel – активный игрок на всех рынках, тем более на серверном.

  • SATA SSD Intel DC S3510 series: 240GB и 480GB
  • SATA SSD Intel DC S3610 series: 200GB и 400GB
  • SATA SSD Intel DC S3710 series: 200GB и 400GB

Цены накопителей взяты из агрегатора предложений Hotline.ua, они отражают состояние рынка в сбытовой сети Seagate и Intel. Не секрет, что те же продукты используют производители серверов А-бренд – только продают их в разы дороже.
Для начала сведем все наши диски в координатной плоскости емкости/цены. В скобках указана цена $/GB.

SSD против HDD в серверах

HDD кажутся выгодным приобретением, пока мы пользуемся однобокой метрикой – удельной стоимостью хранения ($/GB). Продукты-заменители из разных товарных категорий так не сравнивают. Разберем противостояние SSD / SAS HDD по всем параметрам – подобно тому как это сделано в статье Debunking SSD Myths.

Производительность

Сравним показатели производительности SSD и SAS HDD, в IOPS и по скорости потоковых операций в MBps. Для полноты картины приведем данные и по PCIe NVMe SSD.

SSD против HDD в серверах

Разница в абсолютных показателях IOPS огромна.

В целевых приложениях SSD/SAS HDD наибольший интерес представляет способность накопителя быстро обслуживать обращения записи произвольного доступа. Пересчитаем, во что обходится обслуживание предельной нагрузки (цена, которую надо “заплатить” за каждый Write IOPS), силами SAS HDD и с помощью SSD.

 

SSD против HDD в серверах

Как только метрика сравнения меняется с “емкостной” на “скоростную”, SAS HDD безнадежно проигрывают SSD.

По задержкам доступа к данным (latency) жесткие диски и близко не приближаются к SSD – механику не обманешь.

SSD против HDD в серверах

Получается, все метрики, которые привязаны тем или иным образом к целевому назначению SSD / SAS HDD, показывают огромный отрыв SSD.

Надежность

В современных системах хранения данных риски потерь данных минимизированы, выход из строя отдельного диска, как правило, чреват только временной деградацией производительности при реконструкции массива после замены диска на новый. Тем не менее, с угрозами данным надо считаться.

Официальной статистики отказов HDD и SSD производители не публикуют. Как это обычно бывает с молодыми технологиями, хранение в памяти NAND окружено мифами и опасениями. Поводы для них создают, как правило, неосведомленность и нецелевое использование SSD.

HDD и SSD, имеющие разную природу записи, и сбоят по-разному. Отказы механики или электроники HDD редки, обычно к потере данных приводит эрозия магнитной поверхности. Это постепенный процесс, на который пользователь может своевременно реагировать. Диски массива HDD не уходят из жизни групповой смертью, только поодиночке. Для пользователей, привыкших к неспешности проявления ошибок HDD, отказы SSD кажутся фатальными, а практически синхронный износ ячеек дисков массива – прямой угрозой неотвратимой потери данных.

Особенности и риски SSD

Отсутствие механических частей, устойчивость к тряске и перегрузкам, куда более широкий рабочий диапазон температур, малое энергопотребление – все это повышает шансы выживания SSD в агрессивном окружении, в сравнении с HDD.

Но состоят они все равно из физических компонентов, в них есть статическая и динамическая память, транзисторы, конденсаторы, они управляются прошивками, и на них тоже влияют отказы питания. Основная проблема SSD – износ ячеек памяти NAND. Жизненный срок SSD отмеряется не временем, а количеством записей на диск. Процесс записи в ячейки состоит из нескольких действий: read-modify-erase-write. На пределы возможного влияет разрядность ячеек (SLC-MLC-TLC), размер служебной области (резерв ячеек), контроллер SSD с его алгоритмами усиления записи (количеством операций переноса данных между ячейками на одну команду записи ОС), токами записи, процедурами уборки мусора (прополкой неиспользуемых блоков данных для освобождения места под новые записи).

При выборе SSD под серверы с большой нагрузкой перезаписи и высокими требованиями к сохранности данных надо внимательно читать спецификации и анализировать паспортные показатели. Как минимум, обращать внимание на позиционирование продуктов самими производителями. Например, в массовые SSD не ставят конденсаторную защиту динамической памяти контроллера диска от обесточивания – прямой угрозы целостности данных. Не пишут в спецификациях размер служебной области - резервного запаса ячеек (overprovisioning) – хотя он впрямую влияет на скоростные показатели и срок жизни. Со временем производительность любых SSD деградирует – из-за износа ячеек контроллеру приходится проделывать все большую работу по освобождению места под запись. В массовых SSD резервный запас ячеек (overprovisioning) минимален, в серверных он может превышать 30%.

На прогноз продолжительности жизни SSD прямо указывает паспортный параметр Endurance – объем данных, которые SSD может гарантированно перезаписать на протяжении всего жизненного цикла (например, в петабайтах, PB) или количество допустимых перезаписей объема диска в течение суток (drive writes per day, DWPD). К примеру, если для диска емкостью 100GB заявлен Endurance 10DWPD, то на него можно записать 1TB данных, и так каждый день, в течении пяти лет. Такую нагрузку еще поискать надо. Подобные диски стоят в 2-3 раза дороже массовых SSD.

Все в руках пользователя

От впадания в крайности: покупки дисков-однодневок или дорогого страхового полиса за спокойствие, спасает здравая оценка нагрузок приложений. К примеру, для интеловских SSD семейств S3510 / S3610 / S3710 объем перезаписи не должен превышать 0.3 / 3 / 10 DWPD cоответственно. Диски различных семейств и вендоров отличаются, в первую очередь, производительностью, но, с позиций надежности, параметр Endurance – основной индикатор для застройщиков серверов.

Состояние SSD мониторится SMART-утилитами – как в примере.

Любому SSD можно продлить ресурс, если форматировать его не на полную емкость. «Ручной» overprovisioning играет ту же роль, что и «фабричный» от производителя – снижает урон от износа ячеек. Но лучше сразу ставить отвечающие приложениям SSD с гармоничным сочетанием параметров.

Побочные эффекты

SATA SSD потребляют меньшую мощность, чем SAS HDD: примерно 3-4 ватта против 7-8 ватт под нагрузкой и 0.6 ватта против 3-5 ватт на холостом ходу. Но дело в другом: для достижения равной с HDD производительности нужно намного меньшее количество SSD. Суммарная потребляемая мощность all-flash сервера намного ниже, чем у сервера, нашпигованного HDD. Сравним энергозатраты на достижение сопоставимой производительности в IOPS, с помощью SAS HDD и SATA SSD.

SSD против HDD в серверах

Чем меньше накопителей надо для достижения требуемой производительности – тем проще конструктив серверов. Нужно меньше каналов RAID-контроллеров и HBA-адаптеров, меньше места для размещения дисков, проще устройство дисковых корзин и систем охлаждения.

Для дата-центров, оперирующих сотнями HDD, замена большей части из них на десяток-другой SSD экономит место, радикально снижает капитальные затраты на оборудование и операционные расходы на питание/охлаждение. И даже на уровне проектирования одного сервера, более простой его крой оптимизирует расходы владельца по достижению поставленных целей. Когда цели следуют из запросов приложений, разговоры о «дороговизне» SSD теряют под собой почву.

+77
голосов

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT