Альтернативой полному переходу на SSD по-прежнему являются гибридные решения с использованием SSD в качестве кэша или в качестве высокопроизводительного слоя в более сложных системах ярусного хранения. При этом использование даже простого кэширования требует установки дополнительных программных продуктов или приобретения оборудования, поддерживающего SSD-кэш. Задачу по упрощению внедрения гибридных решений можно решить путем использования, гибридных дисков (SSHD), совмещающих в общем корпусе обычный механический HDD, флеш-память и программный слой, управляющий кэшированием. По сути, интегрированная флеш-память служит для гибридного диска в качестве кэша второго уровня, в котором может поместиться значительно больший объем данных, чем в стандартном кэше. Специальные алгоритмы анализируют частоту обращения к тем или иным данным на диске. Наиболее востребованные данные копируются во флеш-память. Чем больше объем флеш-памяти, тем больше данных может быть на нее записано для обеспечения быстрого доступа к ним.
Стимулом для распространения на рынке первых SSDHD стала поддержка технологии кэширования в операционных системах, хотя современные SSHD-диски управляют процессом кэширования самостоятельно. Поскольку гибридные диски выпускаются в стандартных форм-факторах и внешне ничем не отличимы от обычных, они все чаще находят применение в настольных ПК и ноутбуках, однако на серверах они пока не столь распространены.
Компанию Seagate можно назвать пионером в области создания гибридных SSHD-дисков. В 2007-м году появились 2,5-дюймовые диски Seagate Momentus PSD объемом 80, 120 и 160 гигабайт, предназначенные для использования в настольных системах. Первые гибридные SSHD-модели для серверов появились в 2013 году, они были изготовлены по заказу компании IBM и предназначались для серверов System X. Сегодня для корпоративных заказчиков компания представляет линейки гибридных дисков Seagate Enterprise Performance 10k HDD v8 и 15k HDD v5 с технологией TurboBoost. Их особенность заключается в том, что, помимо обычного дискового кэша объемом 128 мегабайт, разработчики также интегрировали 32 гигабайта флэш-памяти eMLC NAND для кэширования чтения, а также 8 мегабайт энергонезависимой NVRAM для кэширования записи. Напомним, что память eMLC обладает в несколько раз более высоким ресурсом по количеству циклов перезаписи по сравнению с памятью типа MLC, она уже активно применяется в SSD-накопителях для серверного применения. Технологию TurboBoost можно сравнить с SSD-кэшированием в SAS RAID-контроллерах, однако, в отличие от последней, она является полностью независимой от других компонентов дисковой подсистемы — диск с TurboBoost не требует установки дополнительного программного обеспечения или использования специального оборудования.
В качестве конкретных примеров рассмотрим две модели — ST1800MM0088 и ST600MX0052. Оба диска выполнены в традиционном форм-факторе — 2,5-дюймовый корпус высотой 15 мм, и поддерживают интерфейс SAS3 (12 Гбит/сек). Модель ST1800MM0088 выпускается с объемом 1,8 терабайт, с 4 пластинами, 8 головками и скоростью вращения шпинделя 10 тысяч оборотов в минуту. Модель ST600MX0052 имеет меньший объём — 600 гигабайт (3 пластины, 6 головок) при скорости вращения шпинделя 15 тысяч оборотов в минуту. Оба диска выпускаются с кэшем в размере 128 мегабайт, а также 32 гигабайтами NAND-памяти eMLC. Производителем заявлены следующие параметры производительности: для ST600MX0052 — последовательный доступ 180–246 Мб/сек, при среднем уровне задержки в 2 миллисекунды, а для ST1800MM0088 — последовательный доступ 117–241 МБ/с, при среднем уровне задержки в 2,9 миллисекунды.
Seagate ST1800MM0088
Seagate ST600MX0052
Тестирование* показало следующие особенности данных дисков:
- 15-ти кратный прирост производительности (случайный доступ, 100% чтение)
- 60%-ный прирост производительности (случайный доступ, 65% чтение, 35% запись)
- 15%-ный прирост (случайный доступ, 35% чтение, 65% запись)
*Указан прирост производительности для диска ST600MX0052 (600 ГБ, 15 тыс. об/мин) при наполнении кэша. Дополнительные параметры тестирования: блок — 4096 байт, глубина очереди — 32, FIO 2.1.14.
Диск Seagate ST600MX0052. Рост производительности случайного доступа малыми блоками при наполнении кэша.
В целом, гибридные диски Seagate Enterprise Performance с технологией TurboBoost могут использоваться в критически важных серверных системах и СХД в качестве замены обычных жёстких дисков. При подходящей нагрузке (случайный доступ малыми блоками, преимущественное чтение) они могут обеспечить значительный прирост производительности без необходимости внедрения отдельных технологий SSD-кэширования.
Текст подготовлен по материалам тестирования компании True System.
Комментарии (15)
Teocraft
27.04.2016 18:03Я себе покупал гибридный SSHD Seagate ST1000DX001 (-1CM-162) для домашнего десктопа. То ли попался бракованный экземпляр, то ли в целом линейка не очень, но за ~500 дней наработки (4 цикла стоп-старт) уже вылезла пачка бэдов и скорость чтения-записи существенно снизилась. При этом рядом с ним стоит ST31000524AS c наработкой ~1400 дней и у него подобных проблем не наблюдается.
a0fs
27.04.2016 18:03Интересная идея если иметь в виду одно «НО», зачем производители дисков жёстко пытаются выстроить кэширование на своих технологиях. При этом с выходом из строя SSD части диск начинает работать странно, а в большинстве случаев работать перестаёт. Почему не отдавать кэш в систему и позволять системам журналирования и кэширования файловой системы использовать данный ресурс по своему усмотрению, ведь слою ФС ведомо больше и он может построить лучшую стратегию. Кроме того подобный подход позволит использовать диск отдельно от сбойнувшего SSD. Переключение режимов производить через SATA/SAS команду и по умолчанию включить связку.
ИМХО построить пул ZFS на подобных дисках и вынести её кэш на SSD встроеные в диски — очень привлекательная мысль. Либо выносить на SSD журналы, либо на их основе строить хранилище для WAL баз данных. Множество use-case и это самое но, что множит все эти возможности если не на ноль, то на число очень близкое к нему.
quartz64
27.04.2016 18:14Seagate TurboBoost — это не про высокую производительность/гибкость/управляемость, это решение из категории «сел и поехал» для тех заказчиков, которым некогда разбираться с ZFS/bcache/flashcache/Storage Spaces или аппаратными решениями и производительности обычных 10/15k дисков вполне хватает — когда можно чуть доплатить и получить некоторый прирост производительности.
a0fs
27.04.2016 19:31Когда заказчику некогда разбираться, обычно пытается разобраться интеграция, а когда и она не хочет — решение выходит странное. Гибридные диски в моём понимании вещь комплексная, когда в ограниченное количество слотов мы можем подключить не только диски, но и быстрый кэш. Это крайне удобно для достаточно простых решений, где не применяется аппаратных извращений в виде дорогущих контроллеров с встроенными средствами SSD кэширования. Т.к там, где дисковая подсистема крайне сложная лично я бы не за какие коврижки не ставил черезчур умное конечное устройство — 2 ума в одном процессе уже бардак, и выйти из строя теперь может не только диск но и SSD в нём, что делает работу диска непредсказуемой. Кроме того чем сложнее система тем меньше толку от кэша на конечном диске, не говоря уже о том что по рекомендации кэширование на уровне дисков, подключённых к контроллеру принято вырубать. А для простых решений это подспорье.
Неужели мои мысли настолько вразрез с реальной действительностью…
Seagate
28.04.2016 18:13Добрый день! Рекомендуем материал, ссылка на который указана в конце поста http://www.truesystem.ru/review/361601/. В последних абзацах как раз обсуждается данная тема:
Использовать или нет?(пример). Разница в цене между обычным диском и TurboBoost составляет около $100, стоимость лицензии CacheCade для контроллеров Avago/LSI — около $300, распространённых eMLC Intel S3700 объёмом 100ГБ с хорошим ресурсом — около $250. Т.е. минимальный комплект будет стоить $550. Округлим до $600 и получим разницу для шести дисков Seagate. Получаем больший объём кэша для конфигураций рассчитанных на преимущественное чтение (RAID-5 или 6), но ценой потери гибкости решения — нарастить объём или использовать write-back уже не получится.
Как видите, однозначного ответа на этот вопрос не существует, но можно посоветовать следующее: при планировании конфигурации относитесь к дискам Seagate линейки Enterprise Performance с технологией TurboBoost как к усовершенствованной разновидности обычных SAS-дисков 10k/15k. Вы можете получить заметный прирост производительности при соответствующей нагрузке, но главное преимущество TurboBoost заключается в отсутствии необходимости в каких-либо дополнительных аппаратных или программных продуктах и времени на их внедрение.
alexover
27.04.2016 18:04А точно 2.5" корпус? Внешне уж очень на 3.5 похоже.
quartz64
27.04.2016 18:17Точно. Тем более, что 3,5" 10/15k свернуты. Заходите на сайте Seagate, ищете Enterprise Performance 10K HDD или Enterprise Performance 15K HDD, там будет конфигуратор с кнопочками (объём, шифрование, размер сектора и тот самый TurboBoost).
Garbus
Это все конечно интересно, но не открыт например любопытный (для меня) момент: сохраняется ли копия данных из flash на жестком диске? Чтоб при сбое памяти был шанс, что данные не пропали бесследно?
Ну и по мелочи, не ясен ресурс данного устройства. Так как не угадаешь, куда он начнет писать, сложно прогнозировать износ. Разве что к нему идет какое ПО, показывающие его состояние, или smart показывает довольно точно.
Alexsandr_SE
Кеширование скорее всего идет только на чтение, поэтому данные сохранятся при сбое.
Н у а в жизни полагаю гибридные диски будут полезны когда объем ssd встроенного будет порядка 100гиг и выше.
Garbus
Я просто с трудом представляю работу такого чуда в серверном RAID, вот и гадаю, как его надо применять то.
quartz64
С LSI (Avago) и Adaptec точно работают, для любого контроллера это обычный диск. Применение — что-нибудь с большой нагрузкой на случайный доступ и преимущественным чтением. Естественно, как и с любым кэшом, при том условии, что задача допускает некоторое время работы на пониженной производительности при ненаполненном кэше.
a0fs
На моей памяти один гибрадник (правда WD) стал работать некрасиво. Тестирование обычными средствами ничего не давало (давало чистоту и порядок), Однако, система на диск не ставилась (ругалось на диск). Диск тогда перевели в хранение данных, они вроде читались и писались, но затем его просто выкинули — работа стала непредсказуемой. SSD это доп система в одном корпусе, и она вполне может накрыться, а интеллекта контроллера диска может не хватить выбросить нестабильный узел из процесса. Потому здесь скорее надёжность 0-го RAID, когда причиной неработоспособности может стать любой узел.
quartz64
Кэш там только на чтение работает, так что об износе или выходе из строя кэша можно особенно не переживать. Состояние, ЕМНИП, видно через smart.
Seagate
Добрый день! Все данные, которые записываются в SSD сохраняются и на жестком диске. В случае проблем с SSD данные будут доступны с жесткого диска.