Базовые твердотельные накопители
Рассмотрены различия между корпоративными и базовыми твердотельными накопителями (SSD) (другое название - накопители SSD с большим числом операций чтения).
Как правило, корпоративные накопители SSD создаются на основе флэш-памяти MLC (многоуровневая ячейка) с повышенным уровнем надежности и рассчитаны на десять операций записи в день. Такие накопители SSD в этом документе называются корпоративными накопителями SSD (предыдущее название - eMLC). Теперь в связи с развитием программного обеспечения и изменением отраслевых потребностей для приложений с менее частыми операциями записи можно использовать накопители SSD, рассчитанные на меньшую нагрузку. IBM® предлагает несколько базовых SSD, включая следующие коды компонентов (FC): ES8Y, ES8Z, ES96, ES97, ESE7, ESE8, ES83, ES84, ES92, ES93, ESE1 и ESE2.
Различия между базовыми и корпоративными накопителями SSD
Базовые накопители SSD отличаются меньшей стоимостью использования, но имеют при этом более низкие показатели надежности и производительности произвольной записи.
Флэш-память NAND, применяемая в базовых накопителях, отличается меньшим уровнем надежности по сравнению с флэш-памятью NAND, применяемой в накопителях SSD, предназначенных для более интенсивной обработки операций записи. Таким образом, базовый накопитель отличается ограниченным числом операций записи (обычно только одна перезапись всего объема накопителя в день (DWPD) по сравнению с 10 DWPD в случае корпоративного накопителя).
Перезапись всего объема накопителя в день предусматривает запись всего объема накопителя в течение 24 часов. Например, 1 DWPD для накопителя емкостью 387 ГБ соответствует записи 387 ГБ данных на накопитель в течение 24 часов. За день может быть записан больший объем, однако DWPD представляет собой усредненную характеристику использования, применяемую для вычисления срока службы накопителя. Поскольку большинство приложений требуют приблизительно 1 DWPD, базовые накопители получили наибольшее распространение в отрасли. Корпоративные накопители предназначены только для тех приложений, которым требуется высокий уровень надежности и скорости произвольной записи.
Общая емкость накопителей SSD превышает доступную для использования емкость. Дополнительная емкость называется зарезервированным пространством и применяется контроллером SSD для обеспечения эффективной работы накопителя. Увеличивая относительный размер зарезервированного пространства, можно увеличить срок службы флэш-памяти. Флэш-память NAND считывается и записывается (программируется) небольшими блоками, которые называются страницами, однако для перезаписи страницу сначала необходимо стереть и затем снова запрограммировать.
Вследствие особенностей архитектуры флэш-памяти NAND операции стирания выполняются на уровне блоков, а не на уровне страниц. Каждый блок содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч страниц. Таким образом, перед тем как стереть блок, все содержащиеся в нем допустимые данные необходимо переместить в другой блок. Контроллер SSD выполняет поиск блоков, содержащих большой процент страниц с данными, которые можно стереть. Затем контроллер SSD объединяет сохраняемые данные и перемещает их в ранее стертые блоки, освобождая тем самым новые блоки для стирания.
Такой процесс перемещения данных для освобождения блоков называется сбором мусора. Увеличение относительного размера зарезервированного пространства SSD позволяет контроллеру с большей эффективностью выполнять сбор мусора, сократив число лишних операций чтения и записи.
В результате выполнения всех этих фоновых операций объем данных, записываемых во флэш-память, становится больше объема данных, записываемых на накопитель. Отношение объема данных, записанных во флэш-память, к объему данных, записанных на накопитель, называется усилением записи. При прочих равных условиях усиление записи будет выше для накопителей с меньшим относительным размером зарезервированного пространства.
Как правило, базовые накопители отличаются более низкой стоимостью в расчете на 1 ГБ по сравнению корпоративными накопителями. Более низкая стоимость обусловлена меньшим относительным размером зарезервированного пространства, а также тем фактом, что для хранения данных доступна практически вся флэш-память накопителя.
Базовые накопители обеспечивают сравнимую с корпоративными накопителями производительность чтения. Однако, меньший относительный размер зарезервированного пространства базовых накопителей приводит к уменьшению скорости произвольной записи вследствие большего числа фоновых операций сбора мусора и более высокого усиления записи. Таким образом, снижение производительности и надежности является прямым следствием меньшего относительного размера зарезервированного пространства. Производительность чтение остается на том же уровне.
При создании дисковых массивов не следует смешивать базовые и корпоративные накопители, поскольку они обладают разными характеристикам надежности, а адаптер PCIe SAS чередует данные между накопителями, отправляя одинаковые данные на каждый накопитель. Адаптеры IBM PCIe SAS запрещают смешивание базовых и корпоративных накопителей при создании массивов RAID.
Поскольку базовые накопители имеют ограниченную надежность, для них важно обеспечить мониторинг признаков окончания срока службы. Когда внутренние механизмы контроля обнаруживают, что срок службы накопителя подходит к концу, создается запрос на отключение PFA (Функция предиктивного анализа сбоев) и добавляется сообщение в протокол операционной системы. После создания запроса на отключение накопитель продолжает работать, однако его необходимо заменить как можно скорее. Код запроса на отключение PFA для окончания срока службы совпадает с кодом запроса на отключение PFA для отказа в случае перегрева. Таким образом, необходимо дополнительно определить основную причину сбоя накопителя с помощью команды контроля остаточного ресурса.
Базовые накопители не предназначены для задач с высокой интенсивностью операций записи. В условиях типичной произвольной нагрузки с высокой интенсивностью максимальный объем записи базового накопителя емкостью 1,9 ТБ составляет приблизительно 3394 ТБ операций записи. После превышения максимального объема записи уменьшается скорость выполнения операций записи. Функция предиктивного анализа сбоев (PFA) выдаст сообщение о том, что накопитель необходимо заменить.
Если проигнорировать сообщение PFA и продолжить записывать данные на накопитель, то через некоторое время накопитель перестанет принимать команды записи и будет доступен только для чтения. В ответ на неудачные операции записи будут выдаваться более серьезные сообщения об ошибках, требующие замены накопителя.
Максимальный объем записи зависит от типа рабочей нагрузки. Если последовательные операции записи преобладают над произвольными, то максимальный объем записи возрастает. Рекомендуется регулярно проверять остаточный ресурс накопителя, чтобы иметь возможность корректировки рабочей нагрузки или переприсвоения накопителя. Остаточный срок службы следует проверять для каждого отдельного базового накопителя даже в том случае, если все накопители входят в состав одного массива.
Стандартная гарантия распространяется на вышедшие из строя базовые накопители SSD IBM только в том случае, если они не достигли максимального числа циклов записи в течение периода обслуживания. После достижения данного ограничения базовые накопители SSD подлежат замене согласно условиям использования. В таком случае расходы на замену не возмещаются в рамках стандартной гарантии или в течение периода обслуживания.
Команда контроля остаточного ресурса - это команда операционной системы, с помощью которой можно проверить оставшийся срок службы накопителя. Если накопитель выдаст запрос на отключение PFA, то с помощью команды контроля остаточного ресурса можно определить оставшийся срок службы базового накопителя. С учетом вывода команды вы сможете определить, закончился ли срок службы накопителя или запрос на отключение PFA выдан по другой причине.
Инструкции по работе с командой контроля остаточного ресурса для разных операционных систем: