Official Blog
Оптимизация NAS с помощью SSD-кэша
anastasiaanil
4 августа, 2022

Оптимизация NAS с помощью SSD-кэша

Устранение узкого места ввода-вывода

Жесткий диск против твердотельного накопителя: Почему разница имеет значение

Между жесткими дисками и накопителями SDD идет постоянная борьба, и у каждого из них есть свои плюсы и минусы. Жесткий диск состоит из привода, рычага чтения/записи, шпинделя и пластин, на которых хранятся данные. При большом потоке запросов на чтение/запись (особенно для большого количества файлов малого размера) пластина вращается, а головка чтения/записи перемещается в поисках данных, разбросанных на диске непоследовательно. В этот момент и возникает задержка. Однако в SDD нет движущихся частей, а для хранения данных используется флэш-память, которая потребляет меньше энергии, почти не создает шума, вибрации и тепла и работает на более высоких скоростях по сравнению с традиционным жестким диском.

Теперь, когда мы поняли разницу, что же такое кэш SSD? Это временное пространство для хранения часто используемых данных (также известных как «горячие» данные) на чипах флэш-памяти твердотельного накопителя. Резервируя определенную часть под кэш, где хранятся горячие данные, твердотельные накопители с меньшей задержкой могут быстрее реагировать на запросы данных, ускоряя скорость чтения/записи и повышая общую производительность.

При работе приложений, требующих более высокой скорости случайных операций ввода-вывода в секунду или при записи больших объемов данных в несмежные блоки (например, OLTP-базы данных и почтовые сервисы), создание полностью SSD-системы может прожечь дыру в вашем кармане. Но не бойтесь, выход есть — SSD-кэш. Вы можете установить SSD-кэш на один том хранения или iSCSI LUN на уровне блоков, чтобы создать буфер чтения/записи, повышая производительность при случайном доступе. Обратите внимание, что поскольку в больших операциях последовательного чтения/записи, таких как потоковое видео высокой четкости, отсутствуют шаблоны повторного чтения, такие рабочие нагрузки не могут получить значительную выгоду от SSD-кэширования.

Кэш SSD можно разделить на следующие два режима:

1. Кэш только для чтения: Когда вы устанавливаете на SSD режим кэша только для чтения, в кэше хранятся только часто используемые данные, что ускоряет скорость случайного чтения. Поскольку он не участвует в записи данных, данные останутся в целости и сохранности даже при поломке SSD.

2. Кэш чтения-записи: По сравнению с кэшем только для чтения, кэш для чтения и записи записывает данные на SSD синхронно. Чтобы обеспечить сохранность данных, для организации RAID 1 необходимо как минимум два SSD, чтобы обеспечить отказоустойчивость одного SSD. Но риск потери данных все равно существует, если количество изношенных SSD превысит отказоустойчивость в конфигурации RAID.

Выбираем правильно

Чем чаще SSD записывает данные, тем короче срок его службы. Поиск подходящего твердотельного накопителя, соответствующего вашим требованиям к вводу-выводу, имеет первостепенное значение, поскольку вы не хотите, чтобы кэш-накопитель изнашивался слишком быстро. При выборе подходящего SSD-накопителя для установки SSD-кэша в NAS следует оценить его долговечность, обратив внимание на две характеристики: TBW (терабайты записанных данных) и DWPD (записи на диск в день). TBW означает суммарный объем данных, который можно записать на SSD за весь срок службы, а DWPD — сколько раз в день можно перезаписывать весь SSD в течение гарантийного срока. Если вы знаете емкость диска и его гарантийный срок, то можете просто преобразовать TBW в DWPD или наоборот с помощью приведенного ниже уравнения:

  • TBW = DWPD X 365 X Гарантия (год) X Вместимость (TB)

  • DWPD = TBW / (365 X гарантия (год) X Вместимость (TB))

Допустим, ваш твердотельный накопитель имеет объем 2 ТБ и гарантию 5 лет. Если показатель DWPD равен 1, это означает, что вы можете ежедневно записывать на него 2 ТБ данных в течение следующих 5 лет. Исходя из вышеприведенного уравнения, показатель TBW составит 1 * 365 * 5 * 2 = 3650 ТБ. Лучше заменить его до того, как он достигнет 3650 ТБ. Отслеживайте ежедневное использование NAS, чтобы оценить объем записанных данных и понять, соответствует ли показатель TBW вашим потребностям.

Если повседневное использование NAS связано с приложениями, требующими интенсивной записи, рекомендуется использовать твердотельные накопители корпоративного класса, чтобы убедиться, что они выдержат интенсивную запись. Твердотельные накопители бытового назначения обычно имеют показатель DWPD ниже 1. Их можно использовать в качестве загрузочного диска, но они не выдержат длительных нагрузок чтения/записи. Большинство твердотельных накопителей корпоративного класса, напротив, имеют более высокий показатель DWPD в диапазоне от 1 до 10 и поэтому обеспечивают лучшую выносливость.

Начните с правильного пути

Помимо выносливости SSD, следует также учитывать требования SSD-кэша к памяти. Поскольку SSD-кэш требует определенного объема системной памяти в зависимости от размера кэша, вам, возможно, придется увеличить объем памяти, если вы хотите установить SSD-кэш большего размера. Для поддержания стабильности системы для SSD-кэширования выделяется только 1/4 предустановленной системной памяти.

Поскольку твердотельный накопитель емкостью 1 ГБ занимает примерно 416 КБ системной памяти (включая расширяемую память), кэш SSD емкостью 2 X 128 ГБ только для чтения (всего 256 ГБ) требует не менее 104 МБ памяти, а кэш SSD емкостью 2 X 128 ГБ для чтения и записи (всего 128 ГБ) потребляет 52 МБ памяти. Следует отметить, что недостаток памяти, следовательно, ограничит размер кэша SSD.

Оптимизация эффективности хранения

Если NAS оснащен слотом PCIe, можно рассмотреть возможность установки двойной платы адаптера M.2 SSD, которая поддерживает как SATA, так и NVMe SSD для повышения производительности кэш-памяти. С Synology M2D18 вы не только сможете зарезервировать больше отсеков для хранения данных, но и получите гибкие возможности выбора SSD, поскольку она поддерживает модули M.2 формата 2280/2260/2242.

Если вы рассматриваете возможность добавления SSD-кэша для оптимизации производительности, помимо списка совместимости для поиска совместимых SSD, мы также настоятельно рекомендуем вам посмотреть рейтинги TBW и DWPD в спецификациях дисков, чтобы убедиться, что выносливость SSD соответствует вашим требованиям к рабочей нагрузке.

Посмотреть, какие модели NAS Synology поддерживают SSD-кэш, можно здесь, а также поделиться с нами своими пожеланиями относительно NAS в сообществе.