بهینه‌سازی NAS با SSD Cache: HDD در مقابل SSD

نبرد همیشگی بین HDD و SDD، همچنان ادامه دارد و هر دوی آن‌ها  مزایا و معایب خاص خود را دارند. یک هارد دیسک یا همان HDD از یک بازوی محرک برای خواندن‌ و نوشتن اطلاعات استفاده می‌کند و از صفحاتی تشکیل شده که داده‌ها را در آن‌ها ذخیره می‌کند. هنگامی که درخواست‌های خواندن و نوشتن زیادی وجود داشته باشد، خصوصا اگر با تعداد زیادی فایل با اندازه کوچک مواجه باشیم، صفحه می‌چرخد و هد برای جستجوی محل مورد نظر برای خواندن یا نوشتن داده‌ها، به‌صورت پراکنده و غیر پیوسته روی درایو حرکت می‌کند. این پروسه، دلیل اصلی تاخیر HDD نسبت به SSD است. چرا که یک SDD هیچ بخش متحرکی ندارد و از حافظه فلش برای ذخیره داده‌ها استفاده می‌کند. استفاده از حافظه فلش باعث می‌شود تا انرژی کمتری مصرف شود، تقریبا هیچ نویز، لرزش و گرمایی در SSDها وجود نداشته باشد و در مقایسه با هارد دیسک‌های قدیمی، با سرعت بسیار بالاتری کار کنند.

SSD Cache دقیقا چیست؟

به فضای ذخیره‌‎سازی موقت داده‌ها Cache گفته می‌شود و SSD Cache، روی تراشه‌های حافظه فلش قرار دارد و معمولا با عنوان Hot Data شناخته می‌شود. در SSDها بخش معینی به عنوان Cache در نظر گرفته می‌شود که با ذخیره Hot Data در آن بخش، SSD تاخیر کمتری داشته باشد، بتواند با سهولت بیشتری پاسخ‌گوی درخواست‌ها باشد و البته، سرعت خواندن و نوشتن و عملکرد کلی‌اش افزایش پیدا کند.

هنگام اجرای برنامه‌هایی که نیاز به IOPS تصادفی بالاتری دارند یا زمانی که مقادیر زیادی داده در بلوک‌ها نوشته می‌شوند، ساختن یک سیستم تمام SSD می‌تواند مشکلاتی را برای شما ایجاد کند. البته نگران نباشید، برای حل این مشکلات هم راهی وجود دارد و آن استفاده از SSD Cache است. می‌توانید SSD Cache را روی یک حجم ذخیره‌سازی واحد یا iSCSI LUN، به صورت block-level نصب کنید تا با ایجاد یک بافر خواندن و نوشتن، بتوانید سرعت عملکرد دسترسی تصادفی را افزایش دهید. توجه داشته باشید از آن‌جایی که عملیات پیچیده‌ خواندن و نوشتن متوالی مثل پخش ویدیوی HD، فاقد الگوهای بازخوانی هستند و استفاده از حافظه SSD Cache در چنین مواردی نمی‌تواند مزیت خاصی برای شما به‌همراه داشته باشد.

انواع SSD Cache

SSD Cache را می‌توان به دو دسته فقط خواندنی و خواندنی-نوشتنی تقسیم کرد. هنگامی که یک SSD را به عنوان Cache فقط خواندنی تنظیم می‌کنید، تنها داده‌هایی که اغلب به آن‌ها دسترسی دارید در Cache ذخیره می‌شوند تا سرعت خواندن تصادفی افزایش یابد. از آنجایی که این حافظه در نوشتن داده‌ها دخالتی ندارد، داده‌ها حتی زمانی که SSD خراب می‌شود هم کاملا سالم خواهند ماند. در سوی دیگر، Cache خواندنی-نوشتنی را داریم که در مقایسه با Cache فقط خواندنی، داده‌ها را به‌صورت همزمان روی SSD می‌نویسد. برای اطمینان از ایمنی و سالم ماندن داده‌ها، حداقل به دو SSD نیاز دارید که یک RAID را تشکیل دهند. با اینکه این کار باعث افزایش میزان Fault Tolerance درSSD  می‌شود، اما اگر تعدادSSD های فرسوده از حد تحمل تعیین‌شده در پیکربندی RAID فراتر رود، همچنان خطر از دست دادن اطلاعات وجود دارد.

انتخاب درست کدام است؟

هرچقدر که داده‌های بیشتری روی SSD نوشته شود، طول عمر آن کوتاه‌تر خواهد شد. پیدا کردن یک SSD مناسب که با نیازهای ورودی و خروجی شما مطابقت داشته باشد، اهمیت بسیاری دارد؛ زیرا بدون شک شما نمی‌خواهید که خیلی زودتر از انتظارتان متوجه فرسایش Cache در SSD انتخابی‌تان شوید. هنگام انتخاب SSDهای مناسب برای راه‌اندازی Cache SSD روی NAS، باید استقامت SSD را با نگاهی دقیق به دو مشخصه ارزیابی کنید؛ TBW (ترابایت نوشته شده) و DWPD (نوشتن کل درایو در روز). TBW به معنای مجموع داده‌ای است که می‌توان روی یک SSD در تمام طول عمر آن نوشت و در سوی دیگر، DWPD به تعداد دفعاتی اشاره دارد که می‌توانید به‌صورت روزانه، کل SSD را در طول دوره گارانتی بازنویسی کنید. اگر ظرفیت درایو خود (Capacity) و دوره ضمانت آن (Warranty) را می‌دانید، می‌توانید به سادگی TBW را با معادله زیر به DWPD یا برعکس تبدیل کنید:

TBW = DWPD X 365 X Warranty (yr) X Capacity (TB)

DWPD = TBW / (365 X Warranty (yr) X Capacity (TB))

فرض می‌کنیم SSD شما ۲ ترابایتی است و ۵ سال ضمانت دارد. اگر مقدار DWPD یک به‌دست آمده باشد، به این معنی است که می‌توانید تا ۵ سال آینده روزانه ۲ ترابایت داده در آن بنویسید. بر اساس معادله فوق، در این مورد، رقم نهایی ۲ * ۵ * ۳۶۵ * ۱ برابر با ۳۶۵۰ ترابایت خواهد شد. بهتر است قبل از رسیدن به مقدار حداکثری۳۶۵۰ ترابایت، به فکر تعویض SSD خود باشید. استفاده روزانه از NAS خود را بررسی کنید تا میزان داده‌های نوشته شده را ارزیابی کرده و ببینید آیا رتبه‌بندی TBW نیازهای شما را برآورده خواهد کرد یا خیر.

مقاله پیشنهادی: “۳ دلیل برای انتخاب SSDهای سازمانی“

اگر استفاده روزانه شما از NAS شامل برنامه‌هایی می‌شود که حجم بالایی از داده‌ها را می‌نویسند، توصیه می‌شود به سراغ SSD‌های سازمانی بروید تا مطمئن شوید که امکان تحمل بار سنگین حجم نوشتن مورد نیاز شما را دارند. SSDهای معمولی اغلب دارای مقدار کمتر از یک برای DWPD هستند. استفاده از آن به عنوان درایو بوت مناسب است، اما نمی‌تواند فشار کاری ناشی از خواندن و نوشتن مداوم را تحمل کند. در مقابل، اکثر SSDهای سازمانی دارای DWPD بالاتر از ۱ هستند و حتی تا عدد ۱۰ هم پیش می‌روند! بنابراین استقامت بسیار بیشتری در مقابل حجم کاری بالا از خود نشان خواهند داد.

جدا از موضوع استقامت SSD، باید نیازها و الزامات حافظه SSD Cache را نیز در نظر بگیرید. از آن‌جایی که SSD Cache بسته به اندازه Cache، به مقدار مشخصی از حافظه نیاز دارد، اگر می‌خواهید SSD Cache بزرگ‌تری داشته باشید، ممکن است مجبور شوید حافظه‌ی خود را ارتقا دهید. برای حفظ ثبات سیستم، تنها یک چهارم از حافظه از پیش نصب شده سیستم، به حافظه SSD Cache اختصاص داده شده است. از آنجایی که یکSSD  با حجم یک گیگابایت تقریبا ۴۱۶ کیلوبایت حافظه سیستم را اشغال می‌کند، یک Cache فقط خواندنی ۲ × ۱۲۸ گیگابایتی SSD  (در مجموع ۲۵۶ گیگابایت)، حداقل به ۱۰۴ مگابایت حافظه نیاز دارد. این در حالی است که یک Cache خواندنی-نوشتنی ۲ × ۱۲۸ گیگابایتی SSD (در مجموع ۱۲۸ گیگابایت) حدود ۵۲ مگابایت حافظه مصرف خواهد کرد. لازم است به این نکته اشاره کنیم که کمبود حافظه، باعث محدود شدن حجم SSD Cache هم خواهد شد.

جمع‌بندی: بهینه‌سازی بازده ذخیره‌سازی

اگر NAS شما دارای یک شکاف PCIe است، می‌توانید یک کارت آداپتور SSD دوگانه M.2 نصب کنید که برای افزایش عملکرد Cache از هر دو نوع SSD مختلف یعنی SATA و NVMe پشتیبانی می‌کند. با Synology M2D18، نه تنها می‌توانید درایوهای بیشتری را برای ذخیره‌سازی داده‌ها رزرو کنید، بلکه گزینه‌های متعدد و منعطفی در زمینه SSD خواهید داشت، زیرا به‌طور کامل از ماژول‌های M.2 با فرمت‌های ۲۲۴۶، ۲۲۶۰ و ۲۲۸۰ پشتیبانی می‌کند. وقتی که قصد اضافه کردن یک Cache SSD را برای بهینه‌سازی عملکرد دارید، جدا از مراجعه به لیست ارائه‌شده توسط فروشنده برای پیدا کردن SSD‌های سازگار، توصیه می‌شود حتما مقادیر TBW و DWPD را در برگه‌های مشخصات جستجو کنید تا مطمئن شوید استقامت SSD انتخابی با نیازها و بار کاری شما مطابقت داشته باشد.

منبع