高寿命NVMeSSD应用场景实践

高寿命NVMeSS应用场景实践01什么是SSDJ命？SSDJ命是指在生命周期内允许的数据写入量。按照JEDEC0态技术协会制定的标准JESD21叶定义，企业级SS帷到达标称寿命临界值前，必须满足以下条件：SS加称寿命（建议使用JESD219g义的寿命测试工作负载）；SSD的用户容量保持恒定（保证OP不变）；在正常寿命使用期内，不可修复错误率（UBERUncorrectableBitErrorRate）<10E-16;SSD^机后，40c的室温下，数据可以保持3个月。因为SSE®用NAN解为存储介质，SSD勺寿命本质上受限于NAND的寿命。NANDJ命的量化指标叫P/ECycles,也就是写入/擦除（program/erase）次数，因为NANDib以页（page）为单位写入数据，以块（block）为单位擦除，对于已经写入数据的block,必须将原有数据进行搬移，SSDM通过“垃圾回收”（GarbageCollection,GC的机制来回收被无效数据占用的空闲空间， GC额外搬移的数据需要用到SSD白OP（Over-provisioning）预留空间。对整个block的数据擦除后才能允许新数据写入。一写一擦就会消耗NAND-个P/E。在NANDS是2D平面时代，TLCNANDP里有500~1000,但在NAND进入3Dt叠时代后，用于企业级SSD^3DeTLCM以达至U5000~10,000PE

SLC3DeTLC**屁次打他甲m1WPLttElSnmSlX号蒯SLC3DeTLC**屁次打他甲m1WPLttElSnmSlX号蒯超#脸啊向N*W讯Uall号口41「二房存2中巨5K-10KPEK二1士笆:尼1?02如何计算SSDJ命？SSDJ命的单位有两种，PBMW或TBVV和DWPDPBW/TBW全称是Petabytes/TerabytesWritten,也就是在SSD的生命周期内允许的主机端数据写入量。 1PBW=1000TBVVDWPD全称是DriveWritesPerDay。也就是在生命周期内（一般为5年），SS限天允许全盘写入的次数。DWPDF口PBW/TBW^以相互换算，公式如下:DWPD=DWPD=（S5D用户容量：单位TB）#（每年3G5天）*（生命周期年数）如果用户或OEMT商知道业务场景下每天的数据写入量是需要对整盘容量写几遍，就可以根据寿命指标，如0.8,1或3DWP选型SSD如果知道工作负载的数据总写入量，就可以根据PBW勺寿命指标进行选型。DWPD）计算和几年生命周期有关，一般生命周期也是产品保修期。以PBlaze5926系列为例，每天3.4DWPg入量对应5年更长的生命周期，但如果每天有5.7DWPD的写入量，生命周期就会减短至U3年。MemblazePBlaze系歹USSDDWPDPBWf命标称均是JESD219工作负载下测试得出。产品系列用户容量GB总写入呈PBWDWPD5年DWPD诲PBlaze5926320020.043457640039533.457PBla超592038401032L52.5768020951.42.503影响SSD寿命的因素有哪些?企业应用的工作负载千差万别，而不同工作负载对固态硬盘的寿命有着巨大的影响，其中顺序、纯4K随机和JESD21”定义的IO模型(IOpattern)是三种比较典型的工作负载。而不同工作负载因为数据分布的不同触发“垃圾回收”(GC的粒度不同。GC在进行无效数据的搬移时会引入额外的系统数据写入，带来写放大 WA(WriteAmplification)，也就是实际用户写一笔数据，真正写入到SSD的可能需要2-3笔。写放大因子(WriteAmplificationFactor,简称WAF是NAND、写量除以用户预期的数据写入量的比率， 通过WAFI以对WAg|入的多余写入量进行量化。实际的NAND写入星WAF= 用户数据写入里

工作宜班JM姓4K酷机心D，ig日1谣点触序10是访问彼此相骅的威据域的请求序列，因比在改期同整块回收，黑会的国外数惬林动（写入）非常少aW4F更低4氏随机1。是访问不相翎的数据块的诘求序列,数据分布没育现律,因此在G匚朋同需要更多额外教播腰移（写入卜WA卜中等JEDEK因态技术匐会在JESD218标准中定义的工作先致，以，」球4K1口为主,占8/驰的诺向.S12bytps1。占4中i.译有IK.1BK.15K、3水等不同权曳IQ分布的坦台.WA「簿高WAF通机负钛粕。P有关，口P越大，四人越小从上表也可以清晰看出，不同工作负载测试下SSDWA不同WAF=是最理想状态，但实际的业务场景很少有纯顺序工作负载。因此JESD219寸企业级SSD^f命测试工作负载进彳f了统一，包含从512bytes至ij64K,不同权重IO分布的组合，以小块4KIO为主，占有67%勺访问，512bytes占了4%1K、18K、16K、32K等IO大小都有一定权重。JESD219艮据企业级IO模型的特点，还定义了50%勺访问集中在前5%勺有效空间（热数据），30%勺访问集中在接下来15%勺有效空间（温数据），20%勺访问集中在剩70%勺有效空间（冷数据），从这一点也说明企业级的数据冷热度有差异。TheenicrprisecmduEMC!wuridgdmilbecomprisedofrwicmiidatawiitiihcIblluwingpaylwadlsizedi^lributoofi:512悔1512悔1日(0.5k?4%]O24 (Ik)L%1516bytes(1叩1%XM8bytes)2k^1%25MJbytes|25k|1%>()72bytes|Sk)1%3SMbytesB.Sk>!%4096byte(4kt67%HI92bytcs|«kl叽L6.3N4byicsdhk)7%安阿印,心”）S%65.536byfcs(64k)3%ThemviricU如IIhedi-^rihuledmertheR*”whttinitibe(hllnwinjiis.whined']।，鲁uwftollrsl5*>ofi&trLBAs户e(LBagrK>upulMacces雕£tsn«l15**ofuserIBAspace(1HA患roupb|J)£0%of Idrcni^iiadcrofiMerLBA，产tv(IDAgmpc)从IO分布看，JESD219I比4K纯随机工作负载差异并不是很大，因为JESD21淀义的IO模型4K占比有67%但由于JESD219P有70%是冷数据，因此会触发磨损均衡(Wear-leveling),针对冷数据的静态磨损均衡(StaticWear-leveling)会引入额外数据搬移，也是JESD219W检比纯4K随机负载下略高的原因。不同工作负载影响不同WAF因此也会影响SS*命参数的标称。工作员我期序纳4K随机JESD219定义WAFDWPD/5^04SSD^f命如何查看？S.M.A.R.T是Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology的缩写，提供NVM标准和厂商自定义的SMAR信息，用于监控SSD的健康状况，并根据设定的阈值提供预警。SSDe命可以通过标准nvmecli工具获取SMAR信息读取。同样以PBlaze59203.84TB系列为例，寿命相关SMARTI数输出如下：#nvmesmart-log/dev/nvme0n1percentage_used,0%data_units_written:1,287,205// 单位是1000*512bytes其中data_units_written可以推算出已经有659.04896GB用户数据写入SSD用户容量3.84TB的寿命总写入量是10.52PBW所以659GB的数据写入太毛毛雨，percentage_used显示设备已使用寿命占比仍然为0%100%弋表设备寿命消耗完。05消费级SS丽企业级SSD勺寿命有什么不同?消费级SS9要定位个人用户，采用消费级NAN#般PE在3000,OP空间预留较小，寿命标称是TBW级别（后面会对这个参数做详细介绍）。企业级SS也要定位数据中心批量部署， NANDM用企业级标准，一般NANDP衽7000-10,000,O商间更大，寿命标称是PBW级别。除了寿命的差异，消费级SSDt位个人用户，工作负载压力轻，技术门槛适中，侧重成本和容量，OP空间小，在7溢右，且以中小容量为主，用户对于数据安全和性能一致性要求一般。而企业级 SSD适用于企业级数据中心批量部署，研发和质量验证成本高，技术门槛高，在实际应用中，工作负载大，用户对数据安全及产品性能一致性有着极度严苛的需求。06也来谈谈最近大火的硬盘挖矿最近IT圈内最火的事莫过于出道即巅峰的Chia虚拟货币了，传说中的硬盘挖矿方案直接导致了各大平台的机械硬盘， 不但价格翻倍，且全线断货。疯狂的同时，也引来了CCTV2财经频道的点名，提醒投资者Chia局势尚不明朗，需谨慎入场。那么，Chia币背后的原理是什么呢？与比特币（BT。、以太坊（ETH采用工作量证明（POVV不同的是，Chia采用“空间和时间证明”（ProofofSpaceandTime）,利用存储设备中的剩余存储空间进行挖矿。在开始挖矿之前需要在存储设备空间进行播种（plot）,plot过程是用处理器或者显卡通过特有算法将存储设备写满加密的哈希数据，这个过程在行业里就被叫做Plot盘，可以简单称之为P盘。然后农民（farmer）在已经播种好的P盘文彳（plotsfiles）上寻找最佳答案。所以P盘文件总容量相对于全网容量占比越高，越容易“中奖”，对应的挖矿收益也越高。播种的过程需要占用CPU内存（每个P盘线程默认需要约4G内存空间）和临时空间（生成K=32规格的播种文件大概需要占用332GiB临时空间）。因此，想要更高效地完成挖矿，抢占第一批 Chia币发放名额，使用大容量、高带宽、高寿命的企业级固态硬盘无疑是上上之选。ChiaPlottingSSDBuyingGuide■%4T>,—I£―SummaryTLDR-ubedtrsteipraeanddhicenter ereTtjcnrnmeodsdplDCngbadje--ffw-highe*capoaLv peHbrmance. than-^A-K?i,atkSMHSLiranc* 2pMUrgnbupKivwLtfitoltiala笃cm it田寮』1E Myhuungmno_rr1. •ru通*aMofQaisSSQiimg士心上由二Hi/吊，Chia官网推荐plot采用性能更好、寿命更高的企业级SSDMemblaze企业级NVMeSS睬用企业级TLCNANW最高规格等级的闪存颗粒，通过4KLDPC引擎和多项优化算法保证，实现了全盘1万次的闪存擦写。相较于一般常见的企业级SSD而言，能够提供超出40%勺持续写入寿命。以PBlaze5920系列7680GB为例，可以最高支持21个K=32规格并发plot,而一组21个并发临时文件写入量就约为21x356.5GB=7488.6GB,若一天按照3组21个并发计算，总体写入量就高达22.5TBW,相当于极端写入情况下，每天7680GB全盘写近乎3遍，能够写满931天。企业吸/酒我集SSDK=32益大料发;傕国文朴35£5GH)PBlaze592QNVMeSSDPBlades976NVMeSSD箫费蛆SA3ESD除了大容量和高寿命，持续性高带宽也是 “挖矿专家”选购存储设备的关注参数。以Chia币为例，根据官网介绍，生成K=32规格的播种文件大约需占用356.5GB的临时空间与最终108.8GiB的plot文件(GiB以1024计算)，“挖矿专家”一般在4~5小时完成整个plot过程，大多数选手在9~12小时。onaspecificdrive.Ak32willtakeup101.3GiBofspaceoncecompletedbutwillneedatotalof1S2GiBoftemporaryspaceasitisbeingcreated.Asingleptottingprocessneverneedsmorethan332GiBofspace-Oneneedistobecarefulhereas332gIbibytesuses1024asitsdivisorwhereGBorgigabytesuses1000asthedivi&Dr.Thatmeansyouwillneed35G.SGBoftemporary*spaceandthefinalplotfilewill108.8GB.Ak32plotcanbedonebyoneexpbertweknowmjustunder4hoursbutmosteMpert$arecreahngplotsinShoursandmostfolk$averagearound：9-12hours,我们通过实际测试，尝试找到“挖矿专家”plot过程仅需4~5小时的秘密。测试环境：x86月艮务器：CPU:IntelXeonGold6132@2.60GHzOSCentOSLinuxrelease8.3.2011企业级NVMeSSDPBlaze5920系歹U3.84TB用于存储临时文件(TemporaryDirectory)HDD用于存储最终plot文件存储(FinalDirectory)

chiaPlar&Adda3*1iUtTEpco寸EtanKfcOlYMettFi*仙幢时chiaPlar&Adda3*1iUtTEpco寸EtanKfcOlYMettFi*仙幢时ky^Mik":itb*Ptag1*f|piW4a-it** w*gMha*fitEXnrWrW*rwFrrrEijEWuM“U"£k*MMWit[MttriMHIqHOCrvwjiwj分别设置K=32并发量为1和8时，使用默认参数，测试得到单plot最大写入速度和P盘耗时如下，这离“挖矿专家”4~5小时的P盘时间已经非常接近:K船并发禺^AGiR/mln1B进一步分析8个plot并发测试场景数据显示，在p盘的过程中对NVMeSS国入压力较大，写带宽峰值超过3GB/SoChiaD920„3rB4T+HDD

整个plot并发（耗时始“咏）・ 袁小王・ 袁小王《H冉EHyMe立U号位克展即5对写IO块大小的监控显示，P盘过程产生的临时文件块大小主要为128KB所以使用大带宽NVMeSSDf故缓存设备的性能表现出色。OlliD5jO_a.84T+HDDK=32fBplot并发写blodc嘀工看（单位KB）R2生翼三昌堂星髭二段名鼻电工学皇置果=事眉与寻1局昌工黄二金号w居寺i^dV^j,二as* .萨.g・j^f, j= .iQ,,^_ jjjm:.mjjj,jjJb,**内域；qhFE*咕右।武.甲一6喜号