Hodí se SSD do serverů? Srovnání výhod a nevýhod oproti klasickým diskům, část první

SSD disk do serverůSrovnání SSD a HDD úložišť.
Které použít do serverů? Díl první

Diskům s magnetickými plotnami odzvonilo. Jsou pomalé, citlivé na to, jak se s nimi zachází a jejich oprava je napůl alchymie, napůl čarodějnictví – kterou jinou počítačovou komponentu může spravit stejně tak pečení v troubě jako zmražení v lednici? Měli bychom se jich zbavit.

Ve všech možnostech využití je nahradí nová technologie zvaná solid state drive neboli SSD, která je mnohonásobně rychlejší, novější, lepší.

Ale není to jen snaha marketingu prodat novou technologii?

Malá poznámka na začátek - článek je z roku 2015 a mnoho věcí už tak docela neplatí. Vývoj disků šel totiž kupředu obrovskou rychlostí. Pokud vás zajímá, jaké jsou u disků aktuální trendy roku 2019 přečtěte si náš nový článek SSD disky do serverů: jaké jsou aktuální trendy?

Jsou klasické disky mrtvé?

Výrobci nových disků se už nějakou dobu snaží svým zákazníkům prodat SSD jako typ ukládání dat budoucnosti.

Někteří jdou ještě dál a tvrdí, že klasické pevné disky jsou zcela mrtvé. Firma Violin Memory třeba přímo spustila kampaň s názvem „Disk je mrtvý“ a jejich marketingová manažerka Amy Love na firemním blogu prohlásila, že „datacentrum postavené na flashových pamětích je už pro mnoho byznysů v technologii a dalších odvětvích realitou“ a „platformy postavené na flashových úložištích budou duší a srdcem datecenter zítřka“.

Mnoho lidí je z technologie SSD oprávněně nadšeno a prorokují jí velkou budoucnost. Marketingové kampaně je ale nutné brát trochu s rezervou. Jak jsou na tom SSD v současnosti? Je už načase vyměnit v serverech klasické disky? Měly by SSD nahradit skutečně úplně všechny typy úložišť? A ovládne nová technologie servery a datacentra tak, jak jí prorokují její nadšení zastánci?

Čtěte dál.

Vyzkoušejte SSD disky v Masteru

V Master Internete nabízíme SSD disky u všech hostingových služeb. Můžete vyzkoušet třeba náš virtuální server, který běží kompletně na moderních SSD discích - stačí si v konfigurátoru zvolit žádanou variantu.

Chci VPS s SSD disky

SSD: Místo geniálního gramofonu typické transistory

Nejdříve je nutný krátký přehled. Co to vlastně solid state drives jsou a jak zhruba fungují? K pochopení jejich předností je zapotřebí mít představu také o doposud používaných pevných discích.

Klasické pevné disky, anglicky hard disk drive nebo kultovní zkratkou HDD, jsou skutečným inženýrským zázrakem. Obsahují mnoho velmi přesně se pohybujících částí. Nejdůležitějšími jsou plotny, které se dokáží otáčet rychlostí 7200 otáček za minutu – a ty nejrychlejší pevné disky za minutu zvládnou otáček i patnáct tisíc. Plotny nesou data uložené ve vrstvě magneticky měkkého materiálu. O přístup k nim se stará pohyblivé rameno, které nese několik čtecích a zápisových hlav. Rameno extrémně rychle klouže pouhé milimetry nad plotnami a pomocí elektromagnetických impulsů jeho hlavy bleskově čtou nebo zapisují přesně tam, kde je potřeba – na konkrétní místo v magnetické vrstvě určité plotny. Funguje to trochu jako superrychlý bezdotykový gramofon.

Princip HDD je podobný jako u gramofonu, jen se v nich netočí vinyly a čtecí hlava se disků nedotýká. A z HDD nechcete slyšet pokud možno žádné zvuky.

Je to komplexní systém a kvůli tomu se s ním musí zacházet opatrně. K jeho narušení stačí relativně malý úder – jako například při pádu laptopu ze stolu na zem. V nejhorším případě se čtecí hlavy dotknou zápisové plotny a disk může být nenávratně poškozen. Kromě toho jsou citlivé také na teplotu a další podmínky, což je pro datacentra a servery důležitější.

SSD jsou naproti tomu odolné vůči nárazům, vibracím a jiným faktorům. Teplo zvládají o něco lépe než plotnové disky a samy ho vyprodukují méně. Všechno je dáno tím, že neobsahují žádné pohyblivé části a místo rotujících ploten spoléhají na flash paměť založenou na tranzistorech. Při jejich vývoji tak mohou odborníci uplatnit řadu vědomostí nabytých výzkumem procesorů, protože jsou jim do jisté míry podobné.

Tranzistory jsou uvnitř jednotlivých čipů v disku sestaveny do mřížek o určitém počtu řádků a sloupců. V každém z průniků řádků a sloupců tvoří dva transistory buňku, kde jsou „uložena data“ ve formě náboje. Pomocí vstupu a výstupu u každé buňky dokáže disk řídit, kudy poteče proud a tím ovlivnit a zjistit, kde bude jaký náboj. Díky tomu lze vyjádřit v každé buňce hodnoty nula a jedna, a tedy ukládat informace.

Technologické postupy týkající se SSD jsou sice geniální, ale zato poněkud komplikované. Při výběru správného disku je nutné orientovat se v řadě zkratek a pojmů. Důležité jsou třeba SLC, MLC a TLC, které označují, kolik úrovní jedna buňka má a kolik bitů tedy dokáže uložit. Typy založené na SLC (anglicky single-level cell, jednoúrovňová buňka) ukládají pouze jeden bit, zatímco MLC (multi-level cell, víceúrovňová buňka) a TLC (triple-level cell, tříúrovňová buňka) zvládnou zapsat bity dva a tři. A některé firmy nyní pracují na víceúrovňové technologii, která by do každé buňky disku zvládla zapsat bity čtyři.

Disk používající SLC tedy dokáže při stejných rozměrech uložit menší množství dat, na druhou stranu se do jednotlivých buněk a tedy k datům přistupuje rychleji a vydrží mnohem více přepsání než další dvě technologie. Ty ale výměnou za nižší životnost zase dokáží nabídnout větší kapacitu a tedy v konečné formě i nižší cenu za GB.

Chceme data rychleji a rychleji

 Při porovnávání SSD a HDD je vhodné začít od toho největšího rozdílu – rychlosti. Flash disky totiž překonávají klasické plotnové prakticky o celou třídu. Zatímco nejvyšší rychlost čtení u pevných disků může dosáhnout zhruba 230 MB za sekundu, u SSD lze dosáhnout na nesrovnatelných 700 MB za sekundu. Podobně velký rozdíl je také u zápisu dat – ten stíhají SSD rychlostí kolem 500 MB za sekundu, zatímco HDD dosahují pouze 190 MB za sekundu.

 

Problém pomalých protokolů: propustnost

Flashové disky by přitom dokázaly fungovat ještě rychleji – problém je v přenosu dat, respektive v protokolech. Klasické SATA rozhraní třetí revize má maximální propustnost 600 megabajtů za sekundu, rozhraní SAS třetí revize dokáže teoreticky dosáhnout na rychlost dvojnásobnou. Odborníci o tomto problému věděli, proto už řada nových SSD využívá nové rozhraní NVMe (non-volatile memory express), které dokáže lépe využít jejich skutečného potenciálu. S tím je teoreticky možné dosáhnout až na propustnost 4 gigabajtů za sekundu, tedy zhruba dvacetinásobek plotnového disku.

Rychlost flash disků ale může časem klesnout kvůli takzvanému write cliff fenoménu, pokud je tedy požadována konstantní lineární rychlost, lepší (přestože pomalejší) volbou mohou být mechanické disky. Výrobci ale o tomto fenoménu flash technologie vědí a staví SSD tak, aby k němu pokud možno vůbec nedošlo.

Čísla je sice nutné brát trochu jen orientačně, protože výkony disků od různých výrobců se mohou silně lišit, rozdíl je ale značný a v serverovém poli také stejně markantní.

  HDD SSD
Rychlost čtení dat až 230 MB/s až 700 MB/s
Rychlost zápisu dat až 190 MB/s až 500 MB/s

Nejvyšší rychlosti, kterých běžní uživatelé v reálných podmínkách dosahují podle ssd.userbenchmark.com a hdd.userbenchmark.com.

Rychlost je značná především v případech, kdy musí disk v serveru pracovat s vysokými nároky na vstupní a výstupní operace neboli IO. A to zejména v případě, kdy jsou data rozmístěna po disku náhodně a ne sekvenčně – tedy takzvané random IO. Díky tomu, že SSD nemusí při hledání konkrétního bitu nikam posouvat čtecí hlavy a rotovat plotnami, není rychlost mechanicky omezena. Disky postavené na flash paměti jsou mnohem lepší při nesekvenčním čtení a zápisu dat.

Pokud server vyžaduje vysokou rychlost při podobných operacích, SSD by měly být jasnou volbou.

V kapacitě je magnetické plotny těžké překonat

Klasické pevné disky se v mnoha serverech ještě stále drží. Mají totiž několik výhod.

Jednou z tou nejzřetelnějších byla donedávna kapacita. Rozdíly v dostupných „velikostech“ mezi SSD a HDD jsou značné.

Zatímco klasický disk ve firemní (anglicky enteprise) kvalitě lze běžně pořídit v kapacitách od 2 do 6 terabajtů, SSD jsou dostupnější spíše menší, a to maximálně kolem 1 až 2 terabajtů. Největším HDD se flash disky vyrovnaly až letos v květnu, kdy firma Fixstars oznámila první SSD na světě, na který se vejde celých 6 terabajtů dat. Taková velikost je ale opravdu výjimečná, většina flash disků se pohybuje o několik terabajtů níže.

S rostoucím množstvím místa na disku navíc SSD využívají jiné technologie ukládání jednotlivých bitů (viz přehled SLC, MLC a TLC výše). Ty ovlivňují rychlost čtení a zápisu a v neposlední řadě také životnost disku. Sice nepatrně, ale u serverů pod velkou zátěží to už může být znát.

Z hlediska kapacity jsou zatím ještě pevné disky ve výhodě – velké HDD jsou dostupné zcela běžně. Na serverových úrovních, kde je potřeba mnoho místa, se plotnové disky vyplatí.

Souboj dvou technologií: po prvním kole remíza

Prastarý mamut a mladý tygr, tak jde zatím vystihnout obě srovnávané technologie. Jedna je pomalejší, ale s obrovskou kapacitou, druhá dokáže držet zběsilé tempo, ale zatím tak obrovské množství dat neuloží. Obě mají své výhody a nevýhody.

V tuto chvíli tedy ještě není úplně jasné, zda je vhodnější pro servery zvolit spíše novější SSD či klasické HDD. Trochu jasněji udělá v situaci druhý díl tohoto seriálu. V něm se zaměříme na otázky ceny, spotřeby a toho, jak se bude technologie SSD vyvíjet do budoucna.

SSD disky v Master Internet

S rozvojem technologie SSD disků roste i jejich využití. I my v Masteru moderní SSD disky nabízíme v nejrůznějších sestavách serverů - vyzkoušet je můžete například v našich virtuálních serverech (VPS). 

Chci VPS s rychlými SSD disky

Správné místo pro vaše data

NAŠE DATACENTRA NALEZNETE V PRAZE I V BRNĚ