Jak narasta zjawisko Write Amplification w zawsze włączonym NAS z dyskiem SSD?

Wzrost zapisu narasta w zawsze włączonym NAS z dyskiem SSD, gdy małe zmiany wprowadzane przez hosta wywołują większe nadpisania zarówno w systemie plików, jak i kontrolerze flash.

Logi, bazy danych, migawki, indeksy i usługi działające w tle mogą modyfikować kilka kilobajtów na raz przez całą dobę. Mechanizmy copy-on-write i dziennikowania mogą powiększać te logiczne zmiany zanim dotrą do SSD. Wewnątrz dysku programowanie stron NAND, kasowanie bloków, wyrównywanie zużycia i zbieranie śmieci mogą je ponownie pomnożyć.

Wzrost zapisu zaczyna się na dwóch różnych warstwach

Wzrost na poziomie hosta to dodatkowe dane zapisywane przez system plików lub aplikację w porównaniu do zmiany użytkownika. Wzrost na poziomie urządzenia to stosunek danych NAND zaprogramowanych do danych wysłanych przez hosta. Połączenie tych współczynników wyjaśnia, dlaczego cicha usługa może zużywać więcej wytrzymałości niż sugerują jej widoczne pliki.

Współczynnik urządzenia jest powszechnie nazywany współczynnikiem wzrostu zapisu. Praktyczny przewodnik po wzroście zapisu w SSD łączy zbieranie śmieci, wyrównywanie zużycia i wolne miejsce z tym ukrytym fizycznym wolumenem zapisu. Liczniki bajtów hosta same nie ujawniają wszystkich nadpisań NAND.

Małe trwałe zapisy zamieniają zmiany stron w przesunięcia bloków

NAND może programować strony, ale zwykle kasuje znacznie większe bloki. Aktualizacja danych logicznych już zmapowanych do częściowo ważnego bloku może wymagać od kontrolera skopiowania zachowanych stron w inne miejsce przed wymazaniem bloku. Losowe małe zapisy rozpraszają nieprawidłowe strony na więcej bloków, dając zbieraniu śmieci mniej tanich ofiar.

Ta niezgodność wyróżnia zawsze włączony NAS. Duży sekwencyjny upload może efektywnie wypełniać świeże strony, podczas gdy bazy statusów, logi dostępu i warstwy kontenerów ciągle odwiedzają wąskie obszary. Badania nad zapisami małych obiektów na flash pokazują, dlaczego filtrowanie i grupowanie zapisów może znacząco zmniejszyć ruch na flashu.

Copy-on-Write, dzienniki i migawki mnożą zapisy hosta

Baza danych może zapisać rekord dziennika przed aktualizacją swojej strony danych. System plików z dziennikowaniem może zarejestrować metadane przed zatwierdzeniem ostatecznego układu. Copy-on-write umieszcza wtedy zmienione rekordy w nowych lokalizacjach i aktualizuje drzewo, które do nich wskazuje. Jedna aktualizacja aplikacji może więc wygenerować kilka prawidłowych zapisów hosta zanim SSD doda jakiekolwiek wewnętrzne przesunięcia.

Migawki zwiększają ten efekt, gdy zatrzymują stare bloki. System plików nie może ponownie użyć tych lokalizacji, więc nowe wersje potrzebują nowej przestrzeni, a SSD widzi bardziej pofragmentowany strumień aktualizacji. To nie jest uszkodzenie ani przypadkowe duplikowanie; to koszt przechowywania trwałości, cofania i spójnej historii.

TRIM i wolne miejsce zmieniają koszt zbierania śmieci

TRIM informuje kontroler, które zakresy logiczne nie zawierają już użytecznych danych. Zbieranie śmieci może wtedy unikać kopiowania tych przestarzałych stron. Te dwa mechanizmy się uzupełniają, a nie zastępują, co wyjaśnia relacja TRIM i zbierania śmieci.

Wolne miejsce daje kontrolerowi więcej czystych bloków i lepsze możliwości konsolidacji ważnych stron. Nadprowizja rezerwuje część tej przestrzeni roboczej poniżej widocznej pojemności hosta. Analiza pamięci wbudowanej TRIM i nadprowizji wyjaśnia, dlaczego usunięta przestrzeń może wymagać wielu cykli czyszczenia zanim korzyść wydajności stanie się widoczna.

Zawsze włączone usługi powodują kumulację kosztów

Ważną metryką nie jest pojedynczy wybuch, lecz dzienny stosunek między użyteczną zmianą a fizycznym zapisem. Mierz zapisy aplikacji, zapisy puli, zapisy hosta urządzenia i zapisy NAND tam, gdzie SSD je ujawnia. Porównuj równe okna czasowe i uwzględniaj okresy bezczynności, ponieważ zbieranie śmieci w tle może przenosić dane po spadku ruchu na pierwszym planie.

Badania nad strategiami zbierania śmieci pokazują kompromis między wyborem ofiar, czasem działania i wzrostem zapisu. Celem dla domowego NAS nie jest więc zerowy wzrost zapisu. To stabilne obciążenie z odpowiednią ilością wolnego miejsca, działającym discard, rozsądnym zatrzymaniem migawek i mniejszą liczbą niepotrzebnych zapisów o wysokiej częstotliwości.

FAQ

Czy wzrost zapisu to to samo co całkowita liczba zapisanych bajtów?

Nie. Całkowita liczba zapisanych bajtów to wolumen. Wzrost zapisu to stosunek między warstwami, na przykład zapisy NAND podzielone przez zapisy hosta. Oba są potrzebne do oszacowania wpływu na wytrzymałość.

Czy pliki multimedialne tylko do odczytu powodują wzrost zapisu SSD?

Samo odczytywanie zwykle nie, ale logi dostępu, miniatury, indeksy, znaczniki czasu i bazy danych cache wokół biblioteki multimediów mogą nadal generować zapisy.

Czy TRIM może zmniejszyć cały wzrost zapisu?

Nie. Pomaga SSD zidentyfikować przestarzałe strony, ale nie może usunąć logowania aplikacji, dziennikowania systemu plików, aktualizacji copy-on-write, zatrzymania migawek ani nieuniknionego wyrównywania zużycia.