תגית: NVMe

השינוי המהותי ש-VMware מתכננת לבצע

כנס VMWorld נערך באופן וירטואלי השנה ב-29-30/9 וכלל מגוון הרצאות, שרובם נעו על מוצרים ונושאים שב-VMWare כבר דיברו עליהם בעבר. אחד הנושאים שעבר "הכרזה מחדש" (3 פעמים! פעם אחת בשנה שעברה, פעם שניה בכנס VMworld ופעם שלישית רק לפני יומיים בכנס GTC) הוא נושא ה"DPU" (כלומר Data Processor Unit) של חברת מלאנוקס, עם מעבדי ה-Bluefield-2. חשבתי לכתוב פוסט על ה-DPU, אך מכיוון שיש עוד מספר שחקנים שהולכים להיכנס בדיוק לתחום זה עם שמות משלהם, החלטתי לכתוב פוסט יותר כללי בנושא.

תכירו – פרויקט Monterey

לפני שניכנס לפרטי הפרויקט, נסתכל על המצב הנוכחי, עוד ברמת ה-Hypervisor, ה-ESXi. כיום, ה-ESXi בעצם מריץ את כל השרותים כ-Hypervisor על מעבדי ה-X86 (ה-Xeon או EPYC) – בין אם מדובר בשרותי רשת, שרותי אחסון, אבטחה, Host Management ועוד. כל זה טוב ויפה, אך זה גוזל לא מעט משאבים מהשרת, וזה גם לא נותן מענה מלא לצרכים של הלקוחות כיום, שרוצים מהירות תקשורת יותר גבוהה, שימוש בכרטיסי FPGA וכרטיסים אחרים, חלוקה יותר טובה של נתיבי PCIe (העבודה שרוב יצרני השרתים, למעט חברת Supermicro ו-TYAN עושים בשרתים שלהם בכל הקשור ל-IOMMU, שלא לדבר על SR-IOV ומיפוי הנתיבים – היא פשוט בושה!), ועוד.

ישנה קטגוריה שלמה של כרטיסים חכמים שיכולים לבצע את כל התהליכים הללו, ובצורה הרבה יותר מאובטחת, יותר מהירה ויותר אמינה. הקטגוריה הזו נקראת SmartNIC. בדרך כלל מדובר בכרטיס רשת שכולל בתוכו מעבד ARM, אחסון Flash קטן, זכרון, ויכולות רציניות לטפל בתעבורה במהירות של 100-200 ג'יגהביט, כולל אבטחה בכל רמות התקשורת, הצפנה, שרותי אחסון NVME "על סיב" ועוד. ב-VMware עסקו בשנתיים האחרונות במיגרציה של קוד ה-ESXi ל-ARM על מנת לאפשר ל-ESXi בעצם לרוץ מהכרטיס ואותו מעבד ARM יתן את כל השרותים שה-ESXi כיום נותן – רק מבלי להשתמש במעבדי ה-X86 בשרת. מעבדי ה-X86 הנ"ל יוכלו להריץ מכונות וירטואליות, קונטיינרים, ומעתה – גם Bare Metal. תוכלו להריץ בעצם כל מערכת הפעלה על "הברזל", כאשר ה-OS יקבל את שרותי התקשורת, אחסון, ניהול וכו'  דרך ה-SmartNIC באופן שקוף. בנוסף, בעזרת ה-SmartNIC ופרויקט אחר (פרויקט Bitfusion) – נוכל גם לקבל שרותים מציוד שאינו נמצא על השרת עצמו, כמו שרותי GPU, שרותי אחסון NVME Over Fiber ועוד.

יוצא מכך, שעם פרויקט זה, לא רק שנקבל יותר מקום פנוי בשרתים, נוכל לקבל גם אפשרויות התקנה נוספות, וניהול אחיד של כל השרתים, אפשרויות Provisioning יותר טובות ועוד.

אם העניין הזה נשמע לכם מוכר ולא מעולם VMware – אתם לא טועים. כך בדיוק עובדת אמזון עם כרטיס ה-Nitro שלהם ומאפשרת ללקוחות לשכור מיידית שרתים פיזיים, מבלי שהשרתים יעברו תהליך Provision כלשהו. הכל רץ מכרטיס עם מעבד ARM ומערכת לינוקס שרצה על הכרטיס ומבצעת את כל הפעולות, ונותנת את כל השרותים הנחוצים בצורה שקופה לשרת. גם ספקי ענן ציבורי אחרים עובדים בשיטות דומות.

פרויקט Monterey נמצא כרגע במצב Preview, אך מי שחושב כבר לקפוץ ולהתחיל להשתמש בפירות של הפרויקט, כדאי שיעצור לרגע. כרטיסי ה-SmartNIC מתחברים בחיבור של 100-200 ג'יגהביט ומעלה, כך שסביר להניח שתצטרכו מתגים אחרים יותר מהירים ויותר יקרים. מבחינת סוגי כרטיסי SmartNIC, אין כרגע הרבה הצעות (יש את Bluefield-2 של חברת מלאנוקס, אינטל, ברודקום ועוד מספר חברות יצאו עם כרטיסים כאלו בשנה הבאה) וסביר להניח שתצטרכו גם בדרך להחליף שרתים, הואיל ויש צורך בשינויים על לוח האם, כולל שינויים מהותיים לקוד ה-UEFI שבשרתים.

לסיכום: זהו עוד מקרה שטכנולוגיה שמתחילה להיווצר ולהיות משומשת אצל ספקי ענן ציבורי (hyperscalers) ומגיעה לאט לאט ל-Enterprise. הפרויקט עצמו, לכשיפעל ויוכרז כ"יציב", וכל הציוד יהיה זמין – יתן פונקציונאליות חדשה וביצועים טובים יותר, אך בשלב זה הפרויקט אינו יותר מאשר "מעניין".

קצת על vSAN All Flash ועל דיסקים SSD NVME

בשבוע שעבר פרסמתי פוסט על vSAN וניסיתי לתת כמה שיותר פרטים מבחינת סוגי אחסון וכו'. הפעם אני רוצה להתרכז יותר במה ש-VMWare מגדירים "All Flash" ומה ההבדלים בעצם בין הדיסקים השונים בתוך קבוצת All Flash.

לפניכם צילום מסך מהגדרות vSAN על אחת המכונות שלי ב-LAB (לחצו להגדלה):

כפי שאתם יכולים לראות, במכונה זו אין שום דיסק מכני, הכל SSD, כאשר שישה מהדיסקים הם Samsung 860 Pro בחיבור SATA ויש SSD NVME מסוג Samsung 960 EVO שהוא SSD NVME. אני לא הגדרתי את סוג ה-Claim לדיסקים, המערכת ביצעה זאת באופן אוטומטי במקרה זה בכך שהיא בדקה מה החיבור של כל SSD למערכת: ברגע שמערכת vSAN מצאה כי יש במכונה SSD NVME, היא הגדירה אותו אוטומטית כ-Cache ואת כל שאר הדיסקים באותה מכונה כ-Capacity (במכונה זו יש סך הכל 7 דיסקים, כך שכמות ה-Disk Groups תהיה: אחת)

מבחינת VMware, ההמלצה הרשמית היא לכל Disk Group היא דיסק SSD מהיר והשאר יכולים להיות איטיים, בין אם בתצורת All Flash או Hybrid. אם לעומת זאת, אחליף את כל הדיסקים SATA SSD ב-NVME SSD, המערכת פשוט תבחר אחד מהם כ-Cache (הוא לא יהיה ממש Cache, הוא יהיה Write Buffer) והשאר יוגדרו כ-Capacity, אך למקרים כאלו ב-VMware מצפים שאם אתה הולך על הכל NVME, שהדיסק Cache לא יהיה NVME אלא משהו יותר מהיר כמו 3D Xpoint (של אינטל או מיקרון) או Z-SSD (של סמסונג).

אם תציצו כאן לדוגמא, זו אחת מהמערכות ש-VMware מציעה להרצת vSAN (יחד עם מכונות וירטואליות כמובן). מדובר בחבילה של שלושה שרתי Dell R740XD כאשר בכל שרת ישנם 3 דיסקים SSD 3D Xpoint לצרכי Cache ועוד 21 דיסקים SSD NVME בגודל 1 טרהבייט, כך שכל שרת יתרום ל-vSAN כ-3 קבוצות דיסקים. כמות אחסון הברוטו, אגב, תהיה 63 טרהבייט אבל ה"נטו" יטה יותר לכיוון ה-40 טרהבייט. מבחינת תמחור – כל שרת כזה בחו"ל עולה בערך כ-28,000 דולר (צריך לרכוש שלושה). ניקח את המחיר הנ"ל ונעגל אותו ל-100,000$.

נניח ומישהו פונה לעבדכם הנאמן ויש לו את התקציב הנ"ל, הוא רוצה vSAN עם ביצועי אחסון "הטופ שבטופ". האם הייתי ממליץ לו לרכוש מערכת כזו או בכלל לבנות מפרט שכולו דיסקים NVME ו-3D Xpoint?

התשובה שלי: אולי. אסביר מדוע.

לדיסקים SSD NVME אין חיבור לבקר דיסקים כלשהו. הם עובדים ישירות מול הליבות בשרת, וכאשר יש 24 דיסקים NVME שרוצים לקבל או להעביר מידע, הדבר יוצר עומס, במיוחד אם כמות הליבות היא מתחת ל-32 בשרת. נסו להקים (ללא קשר ל-vSAN) מערכת RAID-6 תוכנה עם 24 דיסקים NVME על מעבדי אינטל הנוכחיים, ותראו איך השרתים מגיעים מהר מאוד לתפוסה של 100% ניצול מעבד ובמקרים מסויימים המערכת פשוט תזרוק פקודות Reset לדיסקים.

אז איך VMware מוכרים פתרון כזה שלא נתקע? פשוט: הם מחלקים את כמות הדיסקים לעד 7 דיסקים בקבוצה (לא כולל דיסק ה-Cache) ואז השרת יכול לעמוד בכך בצורה טובה, מה שמוביל לבעיה השניה..

מערכת vSAN היא אחסון ב-Scale Out, כלומר אותו מידע נשמר בשרתים שונים ויש צורך לקרוא אותו (ברקע) משרת אחד ולהעתיק אותו לשרת אחר. אם נניח יש לנו רשת Infiniband במהירות של 56 ג'יגהביט, מספיק ש-2 דיסקים NVME ישלפו מידע במקביל להוצאה מהשרת, ואנחנו כבר חונקים את רשת התקשורת. אפשר כמובן לשדרג לרשת של 100 או 200 ג'יגהביט (ולהיות "חבר זהב" של אינטל או מלאנוקס) – אבל המחיר של תשתית כזו הוא סופר יקר. כל מה שאני כותב כרגע מדבר על דיסקים נוכחיים משנה שעברה. הדיסקים שיצאו במהלך החודשים הקרובים (כמו X100 של חברת מיקרון) מדברים על קצב העברת נתונים של 9 ג'יגהבייט קריאה, 5 ג'יגהבייט כתיבה. מי רוצה פקקי תקשורת היסטריים?

היכן זה כן יכול להתאים? במערכות וירטואליזציה שאינן "רועשות" – הכוונה שאין לנו סיטואציות ש-50 מכונות VM עולות במכה אחת, מתפזרות בין שרתים ועוברות תדיר בין השרתים הפיזיים. תמיד יהיו עומסים בהתחלה כשמעבירים מכונות VM בין אחסון קלאסי ל-vSAN, אולם לאחר מכן ברוב המקרים יעבור רק Delta של כל VM בהתאם ל-Policies שאנחנו קובעים ל-vSAN. עוד קהל שזה אולי יכול להתאים לו הם "ציידי הזדמנויות חומרה" – אותם ארגונים שיש בהם ליבראליות לרכוש דיסקים מצד ג' כשיש מחיר טוב. לדוגמא: Dell מוכרים בדוגמא לעיל כל SSD בגודל 1 טרהבייט מסוג P4510 של אינטל – ב-1100$. אותו דיסק נמכר ע"י חברת אינטל עצמה באמזון במחיר של … 1100 שקל, עם אחריות מלאה (אגב, גירסת 2 טרהבייט עולה כבר 3,000 שקלים בערך אחרי מסים וכו', ויש את DCT 983 של סמסונג – מעולה לצרכי Capacity בגודל 2 טרה ועולה בערך 2000 שקל, וגם מועמד לא רע בכלל לצרכי Cache). בשאר המקרים – אני ממליץ להסתכל על מערכת כמו אצלי ב-LAB (רק עם דיסקים SSD יותר גדולים ודיסק SSD NVME אחר, עדיף Mixed Intense, או אם יש כסף – לכו על P4800X, כל יצרני השרתים מוכרים זאת תחת שמות שונים).

אנצל הזדמנות זו כדי לענות לשאלה שנשאלתי כבר 4 פעמים מאנשים שונים: איך vSAN מול (הכניסו כאן שם מותג אחסון ודגם כלשהו)? והתשובה: אי אפשר להשוות. vSAN זה Scale Out בשעה שרוב מותגי האחסון הם Scale Up. פתרון vSAN יכול לזחול כשיש מעט שרתים תורמים, דיסקים מכניים ו-SSD זולים/ישנים עם רשת של 1 ג'יגה (VMware מבקשת 10 ג'יגה), ופתרון vSAN יכול לבעוט בכל פתרון אחסון Scale Up אם מכניסים SSD טובים וגדולים ל-Capacity ו-3D Xpoint כ-Cache, הרבה Disk Groups ומספר גדול של שרתים שתורמים ל-vSAN.

לסיכום: פתרון All Flash עם vSAN יכול לתת ביצועים מדהימים, אבל חשוב לדעת מה לבחור, תלוי מה מדיניות הארגון ברכישת ציוד כמו דיסקי(תעיפו מבט בלינקים), תלוי מה הרשת וכו'. חשוב לזכור – אי אפשר לעבור בין Hybrid ל-All Flash או ההיפך, וחשוב גם להסתכל על האופציה כמו בצילום מסך, רק עם דיסקים גדולים.

בואו נדבר קצת על IOPS

IOPS, או Input Output operations Per Second – הוא אחד המושגים הכי ערמומיים שנכנסו לשוק הדיסקים והסטורג'. אם אינני טועה, מי שהתחיל עם העניין היתה חברת Sun עם ה-ZFS ששולב ב-Solaris 10. באותו זמן, החלו לצאת ה-SSD הראשונים (קטנים מבחינת כמות אחסון, ויקרים רצח).

עניין ה-IOPS בדיסקים SSD וגם בסטורג' המתהדרים ב-IOPS גבוה – זה שלא תמיד מקבלים מה שהובטח.

לשם כתיבת פוסט זה השתמשתי ב-SSD בתצורת M.2 NVME מסוג Samsung 960 EVO בגודל חצי טרהבייט על מנת לבדוק את הדברים בטרם אני כותב את הפוסט הזה ועל מנת להיות בטוח. הכלים שהשתמשתי במהלך הבדיקות לשם כתיבת פוסט זה: FIO ו-IOMeter.

להלן הנתונים הרלוונטיים מבחינת מפרט מהאתר של סמסונג העולמי (לחצו להגדלה):

על הנייר, ה-SSD הזה אמור לתת ביצועים מעולים! 330,000 IOPS בכתיבה בבלוגים של 4K כשיש 4 עבודות במקביל! נשמע פנטסטי, לא?

אז זהו. שלא. בעזרת שימוש בכלים כמו אלו שציינתי לעיל – אפשר להגיע למספר שציינתי לעיל (למען האמת, קצת יותר – 349,400 לפי הניסוי שלי). העניין הוא, שברגע שכשמייצרים Partition עם גודלי בלוקים שונים (ולא חשוב מה גודל הבלוקים, גם אם אתה מגדיר נכונה את הבלוקים ביחס לקבצים שאתה הולך לאחסן) ומפרמט ל-File system כלשהו ותנסה למדוד עם פרמטר direct=1 עם FIO לדוגמא, תגלה שמספר ה-IOPS צלל בערך במחצית! כלומר אם ננסה לגשת ישירות ולמדוד עם direct על ה-file system שב-SSD – המספרים יהיו הרבה יותר נמוכים. כמובן שאם נשתמש ב-SSD דרך מערכת ההפעלה ללא גישת Direct, המהירות תהיה גבוהה יותר, וזאת מכיוון שמערכת ההפעלה משתמשת בכל מיני דברים כמו Cache, Scheduling וכו' כדי להציג מהירות גבוהה (במיוחד שדברים נעשים ברקע ולא ישירות).

ה-IOPS עצמו נמדד בקטגוריות שונות כמו קריאה אקראית (Random Read), כתיבה אקראית (Random Write), קריאה טורית/רציפה (Sequential Read), כתיבה טורית/רציפה (Sequential Write). את מספר ה-IOPS מכפילים בגודל הנתונים שעוברים פר שניה והתוצאה היא כמה Bytes לשניה מקבלים (את זה נהוג בתוך כלל לחלק למגהבייט לשניה).

נחזור לטבלה של סמסונג המוצגת למעלה. אחד הנתונים שמופיעים שוב ושוב בסוגריים הוא QD, כלומר Queue Depth. בעקרון מדובר בעצם על מנגנון של "תורים", כאשר בכל תור נכנסים משימות לביצוע. ככל שיש יותר תורים לדיסק, כך ניתן לעשות יותר פעולות. בדיסק SSD בחיבור SATA למשל, ישנם 31 תורים. ב-SSD NVME לעומת זאת, עניין התורים הורחב משמעותית ושם יש 65,000 תורים ובכל תור יכולים להיכנס 65,000 עבודות! המספר הזה הוא כמובן רק תיאורתי, ולא מומלץ לנסות להגדיר את ה-Queue Depth מעבר ל-128 (אלא אם אתם ממש עשירים ואתם רוצים לרכוש SSD כמו Samsung 983 ZET, עניין של 2000$ לחצי טרה, ולמעט מקרים מיוחדים, הוא לא יתאים לרוב השימושים. כרטיס זה יודע לתת ביצועים טובים יותר ב-QD של 128 ומעלה).

עוד נקודה שמופיעה בטבלה היא Thread – ו-Thread בעצם מדבר על כמות עבודות במקביל לאותו SSD ולפי הטבלה של סמסונג, המספרים המוצגים הם כשרצים 4 עבודות, וזו אחת הנקודות שכדאי להתמקד עליה: SSD NVME – בין אם ביתי/מקצועי או ל-Enterprise יתן עבודה יותר מהירה כשיש מספר עבודות במקביל. יחד עם זאת, תריצו 100 עבודות כתיבה על הדיסק במקביל ותקבלו SSD זוחל, לא חשוב איזה דגם או מאיזה יצרן.

עוד נקודה שאמנם לא מופיעה בטבלה אך היא חשובה מאוד לביצועים – היא המתזמן במערכת ההפעלה (ה-Scheduler) לאותו ציוד. בלינוקס יש מספק Schedulers וכיום הפצת לינוקס עדכנית מזהה את הדיסק (מכני או SSD, חיבור SATA או NVME) ומתאימה אוטומטית את ה-Scheduler המתאים לדיסק (אפשר כמובן לשנות אם רוצים). ה-Scheduler חשוב מאוד ובחירה שגויה תפגע גם בביצועי ה-IOPS. חשוב לזכור: גם לבקר הדיסקים, ל-HBA וכו' יש הגדרות Queue Depth ואם אתם משתמשים ב-VMWare אתם יכולים לקרוא על כך בהרחבה כאן.

עניין ה-Block Size הוא גם דבר שיכול להשפיע על ה-IOPS, אבל בעקיפין. אם לדוגמא הגדרתי Dataset ב-ZFS בגודל 128 קילובייט ואני כותב קבצים בגודל 2-4 קילובייט, אז לא רק שאני מבזבז מקום, גם הביצועים ירדו. מצד שני, בחלק מהסטורג'ים זה לא כל כך ישפיע בגלל ה-Cache שיש בסטורג' עצמו, כך שזה נושא נתון לויכוח ובכל מקרה מומלץ לחשוב היטב לאיזה גודל בלוקים להגדיר את ה-Volume/Partition/Dataset ובמקרה של ZFS תמיד ניתן לשנות מבלי להרוס דברים.

מכאן נעבור לסטורג', החלק שרבים מתעניינים בו 🙂

כשיצרן סטורג' מוכר לכם פתרון כלשהו, הוא יציין בדרך כלל כמות IOPS מקסימלית. המספר הזה אינו מייצג IOPS של דיסק מסוים במדף או קבוצת דיסקים, אלא מספר שמורכב מהדיסקים, NVRAM (אם יש), זכרון RAM, דיסקים SSD (בחיבורים שונים, תלוי מה הסטורג'), דיסקים מכניים וכו' – כלומר המספר הוא מספר של הפתרון כולו ולא של חלק זה או אחר בפתרון.

במציאות היומיומית, יהיו בהחלט מצבים שיגרמו לכך שלא תקבלו את אותו מספר IOPS, כי זה תלוי בכל מיני גורמים. רק לשם הדוגמא, נניח רכשנו סטורג' כלשהו והיצרן מתחייב ל-50K IOPS והסטורג' הזה יהיה מחובר ל-vSphere שלכם. מה הדברים שישפיעו? יש כל מיני:

  • הגדרות לא נכונות של מערכת ההפעלה ב-VM עם כמות זכרון מופחתת, מה שיכריח את ה-OS להשתמש ב-Swap. ה-Swap יושב ב.. סטורג'.
  • הגדרות Scheduling ב-VM עצמו.
  • העתקה/מיגרציה של קבצים רבים מסטורג' אחר
  • רפליקציות LIVE מתמשכות
  • פעילות שנעשית דרך VAAI (ה-VAAI או VVOL אינם הוקוס פוקוס, להזכירכם).
  • גיבויים (כן, גם ל-CBT יש מחיר, תלוי כמה מכונות VM מגבים)
  • הגדרות בלוקים לא נכונות ב-Volume/Partition.
  • כתיבות של טרהבייטים
  • ועוד ועוד..

לכן, בין אם רוכשים SSD או שרוכשים פתרון סטורג' והיצרן מציין מספרים כלשהו, זה לא אומר שתמיד תקבלו את אותו מספר IOPS. יש דברים רבים שיכולים להאיט את הביצועים ובשביל זה בפתרונות סטורג' וב-vSphere לדוגמא, יש כלים המציינים מה לוקח כמה. יהיו מקרים כמובן שחיפוש הבעיה יזכיר חיפוש מחט בערימת שחט, אבל בשביל זה אתם זכאים לתמיכה.

ועוד נקודה: IOPS גבוה אינו נחלה של סטורג' ממותג זה או אחר בלבד. כל אחד יכול לבנות לעצמו פתרון סטורג' המורכב מדיסקים מכניים, SSD, זכרון וכו'. העניין הוא שצריך לחקור דברים בצורה רצינית לפני רכישת הציוד ולאחר מכן לבצע לא מעט הגדרות על מנת לקבל את הביצועים הגבוהים, כך שגם אם אין ברשותכם את התקציב הגדול לרכוש סטורג' מותג יוקרתי – אפשר למצוא פתרונות במחיר יותר נמוך.

לסיכום – IOPS כמושג עצמו הוא דבר די קבוע ויש מאמר מעולה עליו ב-Wikipedia למי שמעוניין לקרוא, אבל IOPS הוא דבר די חמקמק ולעיתים מאכזב כשצריכים ביצועים מאוד גבוהים מ-SSD כלשהו, היצרן מבטיח דברים אך במציאות המספרים הרבה יותר נמוכים, וכנ"ל גם בעולם הסטורג' – היצרן מבטיח מספר שהוא מקסימום IOPS (וצריך אגב לבדוק מה המספר או ליתר דיוק מה מספרי ה-IOPS בקריאה רציפה ואקראית, כתיבה רציפה ואקראית), אך יש לא מעט דברים שאתם כצרכן סופי מגדירים – שיכולים לגרום למספרים לרדת.

הבעיות של SSD NVME בשרתים

עדכון: הפוסט שונה כדי לתאר את המצב שהבעיות מתחילות כשצריך גם קריאה/כתיבה גבוהה וגם כשהאפליקציות צריכים ביצועי מעבד גבוהים. במצב ניצול CPU נמוך, הבעיות כמעט ולא קיימות כי אין יניקת אוויר מאסיבית.

לפני מס' שבועות קיבלתי פניה מחברה מאוד גדולה (קיבלתי אישור לפרסם את העניין פה בפוסט) עם בעיה די מעניינת: הם רכשו שרת של HP עבור פרויקט מסויים שמצריך תעבורת נתונים במהירות מקסימלית תוך שימוש מאוד כבד במעבדים עם האפליקציה שלהם. הם רכשו דיסקים SSD NVME של אינטל מ-HP ו"על הנייר" הדיסקים והמערכת אמורים לתת את התוצאות שהם רוצים. לא חסר זכרון (יש 2 טרה), הדיסקים מחוברים ישירות דרך ה-PCI מה-Backplane עם הציוד ש-HP מכרו להם (אין בקר RAID כך שמדובר ב-RAID תוכנה ולא RAID-5) ובפועל המהירות מגיעה אולי ל-50% ואם מתחילים לשחק עם ה-Queue Depth אז המהירות יורדת ל-30%.

ב-HP האשימו את כל העולם ואחותו, כולל כמובן את הלינוקס שרץ על הברזל. באותה חברה החליטו לנסות Windows 2016 לראות אם הלינוקס אשם אבל גם שם התוצאות חזרו, ואז הם הגיעו אליי (היי, אני אשמח אם הם יהיו לקוחות קבועים שלי 🙂 ).

אז האם הבעיה קשורה למערכת ההפעלה? לא. גם לינוקס וגם Windows יכולים להתמודד עם NVME בלי שום בעיה. האם משהו דפוק בדיסקים או ב-Backplane המיוחד? גם לא. ה-Backplane עצמו אינו שונה מהותית מה-Backplane שקיים ב-DELL לדוגמא (כמובן שהלוח מעוצב מעט שונה) ובמקרה של לנובו עם שרתים כמו SR650 הפתרון שלהם נקרא Any Drive והוא לא מצריך Back Plane מיוחד – תדחוף SATA, SAS, SAS2, NVME – הכל עובד (לנובו ו-SuperMicro הם היחידים שהיו נבונים מספיק להכניס מתגי PLX ל-Back Plane מבלי שהלקוח יצטרך לרכוש תוספות).

בכדי להסביר את הבעיה, נסתכל בשרת DL320 דור 10 של HP מלמעלה:

מתחת למלבן האדום נמצאים הדיסקים. המלבן הצהוב מציין את המאווררים ששואבים אוויר דרך החורים ב-Caddy והחיצים הכחולים מציינים את כיוון האוויר (משמאל לימין). התכנון עצמו זהה גם בשרתי 2U של HP וגם אצל יצרנים אחרים. האויר חייב להגיע דרך חורי האיוורור שנמצאים ב-Caddy (בתמונה משמאל). לא רואים שיש הרבה חורים לאיוורור, אבל אם נכפיל כמות הכוננים ובעוד כמה חורים שיש – זה מספיק כדי שיכנס מספיק אויר.

וכאן בדיוק העניין: הדיסקים נמצאים לפני המאווררים, ואותם מאווררים מסתובבים במהירות די גבוהה (תלוי אם מדובר בשרת 1U או 2U או 3U – לכל אחד יש גודל מאווררים שונה – 5,10,12 או 14 ס"מ), ומכיוון שהאוויר נכנס דרך החורים בלחץ רציני, הוא קודם כל מקרר את הדיסקים בכוננים עקב ה"יניקה" של המאווררים, שזה מעולה לדיסקים מכניים ולשמירת החום הנמוך בשרת – 18-27 מעלות (השרת טכנית יכול לעבוד גם ב-40 מעלות אבל אז מאווררים יתחילו להישרף בתכיפות גבוהה).

בדיסקים SSD NVME לעומת זאת, הדברים הפוכים. SSD NVME צריך חום כדי לפעול, טמפרטורות כמו 25-40 מעלות למצב Idle וטמפרטורות כמו 40-65 מעלות במצב כתיבה וקריאה רציפים. רכיבי ה-Flash חייבים להיות חמים כדי לכתוב ולקרוא ביעילות. קר מדי? הכתיבה והקריאה יהיו איטיים. חם מדי (מעל 70 מעלות)? ה-SSD NVME יבצע Throttle כדי לשמור על עצמו. שימו לב – הדבר נכון רק כשמהעבדים מתאמצים וחום השרת עולה. במידה והשימוש במעבדים נע בין 10 ל-35% בערך, תקבלו עדיין ביצועי NVME די טובים (הטמפרטורה של ה-NVME עצמם לא משפיעים כמעט על החום בשרת עצמו, והם ניתנים למדידה עצמאית).

במילים אחרות – אם הכנסנו SSD NVME מקדימה ואנחנו מעמיסים גם על המעבדים, אנחנו די מבטיחים לעצמו שהדיסקים לא יגיעו לחום הרצוי כי האוויר מקרר את המתכת מלמעלה ולמטה. זה לא ממש רלוונטי אם אנחנו לא מחפשים את הביצועים הכי גבוהים, אבל אם אנחנו רוצים "לסחוט את המיץ" מה-SSD NVME – צריך פתרון אחר.

כדי לראות את הבעיה בצורה אחרת, הבה נסתכל על SSD NVME ל-Enterprise מבית אינטל. בתמונה מימין (כל יצרני השרתים מוכרים אותו) – תכירו: DC P4800X. זהו SSD די "חייתי", אם כי כמות האחסון שלו לא גדולה (עד 750 ג'יגהבייט) והוא מגיע ממשפחת ה-Optane שאינה NAND Flash רגיל.

כמו שאתם רואים, הכרטיס מכוסה לגמרי, למעט חורים בסוף הכרטיס ובתחילתו. הרבה אוויר לא נכנס ויוצא עם כמות החורים הללו, וזה בכוונה כי הכרטיס חייב להישאר חם על מנת לעבוד ביעילות.

אז אם נניח אנחנו רוצים להכניס עד 4 SSD NVME ולקבל ביצועים גבוהים, מה ניתן לעשות?

תכירו את את ה-Z Turbo Drive Quad Pro של HP. הכרטיס הזה משתמש בטריק שנקרא pci bifurcation, ובו המערכת "מפצלת"  PCIe X16 ל-4 "מסלולי" PCIe X4 ובכך מאפשרת ל-4 כרטיסי SSD M.2 NVME לעבוד ביחד. ישנו מאוורר בכרטיס המופעל ע"י בקר עצמאי כדי לשמור על החום כדי שיהיה ברמה המקובלת ל-SSD NVME. קונים כרטיס כזה, ומכניסים בתוכו עד 4 כרטיסי M.2 NVME (שקונים מיצרן השרתים), משנים הגדרה ב-BIOS/UEFI ומתחילים לעבוד. (הערה, הכרטיס הזה הוא עבור תחנות עבודה של HP, יכול להיות שיש לזה שם/דגם שונה לשרתים אבל פנימית הכל זהה). לכל היצרנים יש פתרון זהה.

הבעיה שתיארתי לעיל היא לא בעיה סודית, כל היצרנים (כולל יצרני SSD כמו סמסונג ואינטל) מכירים אותה והפתרונות יגיעו בשרתים חדשים, רק שכרגע יש מריבה בין אינטל לסמסונג לגבי סטנדרטים חדשים ל-SSD – סמסונג מציעה את NF1 שנכנס מקדימה עם מעטפת מתכת מיוחדת לשמירה על החום ולאינטל יש את פורמט ה"סרגל" שנקרא EDSFF (עכשיו יצרנים צריכים לבחור איזה מהפתרונות למכור, כי אין תאימות בין EDSFF ל-NF1).

כמובן שיהיו אלו שיאמרו שכבר יש בשרת חיבורי M.2 ואפשר להשתמש בהם לביצועים גבוהים – אך הבעיה שהפתרון אינו מכוסה (ולשים פתרון פד טרמי הוא פתרון גרוע ב-SSD, בגלל זה המדבקה על ה-M.2 SSD אינה מדבקת נייר אלא הפתרון הטרמי עצמו) והשרת עושה הכל כדי שכל השרת יהיה בטמפרטורה נמוכה, וכך הביצועים יורדים גם בתושבות M.2 שנמצאים על לוח האם בשרת.

לסיכום: אם אתם רוכשים מיצרן השרתים שלכם SSD NVME ואתם לא חייבים את הביצועי מעבדים ו-NVME הכי גבוהים, אפשר להכניס אותם מקדימה. לעומת זאת, אם ביצועים מאוד גבוהים תוך צריכת CPU גבוהה הם Must עבורכם, קחו כרטיס מיצרן השרתים המאפשר הכנסה של 4 כרטיסי M.2 NVME ותקבלו את הביצועים שביקשתם.

וירטואליזציה ודיסקים מקומיים. כדאי?

במסגרת סידרת הקליפים שהכנתי על oVirt/RHV (ניתן לצפות בהם כאן) הזכרתי פה ושם את עניין השימוש בדיסקים מקומיים ומדוע זה לא תמיד רעיון טוב, ללא קשר לפתרון הוירטואליזציה שמשתמשים, ולכן החלטתי לכתוב את הפוסט הזה ולהרחיב מעט על הנושא.

כשזה מגיע לוירטואליזציה, ישנן תצורות שונות שמצריכות הגדרות שונות. כך לדוגמא, אם לקוח צריך רק שרת פיזי אחד להריץ וירטואליזציה, פתרון NAS לדוגמא לא יסייע לו הרבה, הואיל ומהירות הדיסקים המקומיים תהיה יותר גבוהה מאשר שימוש ב-NAS וחיבור ג'יגהביט לדוגמא, ולכן שימוש בדיסקים מקומיים שם יכול לסייע.

אולם כשאנחנו מדברים על מעל כמות של שרת אחד שיריץ וירטואליזציה, שימוש בדיסקים מקומיים דווקא פוגע בדברים אחרים, כמו שרידות (HA). אחרי הכל, לא חשוב איזו וירטואליזציה יש לך, אם שרת אחד מתוך 2 שרתים כבוי עקב תקלה, לא תוכל להפעיל את מכונות ה-VM בשרת אחר.

ל-NAS יש יתרון אחד שדווקא לא קיים במרבית פתרונות הוירטואליזציה והוא קשור לאופטימיזציה. הדרייברים שנמצאים בתוכנת הוירטואליזציה הם דרייברים בסיסיים. הם מאפשרים עבודה רציפה עם הדיסקים ותו לא. כך לדוגמא אינך יכול להכניס לשרת וירטואליזציה 1-2 דיסקים SSD ולהגדיר אותם כ-Cache (ה-Read Cache במקרה של vSphere לדוגמא, מיועד להאצת עבודה חוזרת של מכונות VM, לא לשמש כ-Cache ל-Datastore). לעומת זאת, אם נרים NAS על שרת ישן (זה יכול להיות גם PC עם דיסקים במקרים שאין תקציב) ונכניס לו 1-2 דיסקים SSD, נוכל בעזרת התוכנה ב-NAS להגדיר אותם כ-Cache. בנוסף, אם אנחנו רוצים מהירות גישה רצינית אל/מאת ה-NAS ולא להיות "חנוקים" במהירות של 1 ג'יגהביט – אפשר לרכוש בזול כרטיסי רשת QSFP (או +SFP) שנותנים חיבור במהירות 10 ג'יגהביט עם פורטים כפולים וכבלי DAC ולחבר אותם בין ה-NAS ל-2 שרתים שמריצים מכונות וירטואליות. כך הדברים ירוצו הרבה יותר מהר ואין צורך לרכוש סוויצ' 10 ג'יגהביט יקר לשם כך (אגב, התוספת מחיר על כך מגיעה בד"כ בסביבות ה-300$).

מצד שני, יש בהחלט מקום בשימוש בדיסקים מקומיים כאשר אנחנו משתמשים בתצורת Hyper Converge. בקונפיגורציה כזו, המערכת צריכה לפחות SSD אחד על מספר קטן של דיסקים מכניים והיא משתמשת ב-SSD לשם כתיבה/קריאה מואצת וכמובן כ-Cache (רק שחשוב לשים לב איזה SSD Intense אתם רוכשים, אם רכשתם את הלא נכון, הביצועים יהיו מופחתים) אך גם כאן חשוב לשים לב לא רק לסוג ה-Intense אלא גם לסוג החיבור של ה-SSD. חיבור SATA לדוגמא "נחנק" במהירות 560 מגהבייט ואילו SSD בחיבור U.2/NVME יתן ביצועים ורוחב פס עד פי 4-5 בהשוואה ל-SATA.

לסיכום: הויכוח אם להשתמש בדיסקים מקומיים או בסטורג' מהיר הוא ויכוח עתיק יומין וכניסת טכנולוגיית NVME-OF די "מחסלת" את הטיעון להשתמש בדיסקים מקומיים (אבל זה מצריך השקעה כספית רצינית, לפחות עד שנה הבאה שיצאו פתרונות קוד פתוח מסחריים ובחינם ל-NVME-OF) מצד אחד, אבל פתרונות דיסקים מקומיים הם יותר זולים למימוש מצד שני, ולכן חשוב לשים לב מה הסיטואציה ומה המטרה שרוצים להגיע אליה.

כשצריכים סטורג' סופר-מהיר (חלק ראשון)

אני רוצה להתחיל בתמונה דמיונית עבור הגולשים: נניח והיה לכם את האמצעים לרכישת הפרארי שבתמונה משמאל, והחלטתם שחיים רק פעם אחת ויאללה – אתה קונה את הפרארי הזו. אתה קונה, המכונית מגיעה, אתה מפעיל את המנוע, יוצא מהסוכנות ורוצה קצת "להשתולל" עם הרכב רק שאז אתה מגלה בעיה "קטנה" – הרכב מוגבל במחשב הפנימי לנסוע עד מהירות 20 קמ"ש, ולא – לא ניתן לשנות זאת. איך היית מרגיש?

קצת מאחורי הקלעים של בלוג זה: יש לא מעט פוסטים שאני כותב ולא מעלה לבלוג זה מהסיבה המקורית של "לא לעצבן". במקרים מסוימים התברר לי בדיעבד שצדקתי ובמקרים מסויימים אני מצטער שלא פרסמתי. אחד הפוסטים שכתבתי 4 פעמים ולא פרסמתי הוא "מדוע לא כדאי לרכוש סטורג' מבוסס AFA (כלומר All Flash Array)" – וזו היתה טעות מצידי, למרות שפרסום פוסט כזה היה בהחלט מעצבן אינטגרטורים, משווקים ואני סטורג' למיניהם בחברות שונות.

אז הנה אני מכריז בזאת: אם יש לכם סבלנות וחשוב לכם ביצועים סופר-גבוהים ואתם יכולים להמתין עוד שנה בערך, אל תרכשו סטורג' AFA.

עכשיו אסביר.

רוב הסטורג'ים AFA הם פחות או יותר "גלגול" של הסטורג'ים מבוססי דיסקים מכניים. במקרים רבים עם כל היוקרה של AFA, אתם מקבלים SSD בחיבורי SAS/SAS2 או SATA Enterprise (שם נחמד ל-SATA רגיל רק עם "יוקרה"), לאו דווקא דיסקים SSD בחיבור NVME וגם אלו עם חיבור ה-NVME – יתנו בהחלט ביצועים יותר גבוהים מדיסקים מכניים, אבל ה-Latency יהיה עדיין גבוה בהשוואה לדיסקים NVME שיושבים בתוך השרת פיזית. זו לא דעה, זו עובדה – קחו 2 דיסקים NVME והגדירו אותם לדוגמא כ-RAID-0 בשרת, עשו את העבודות שאתם רוצים לבדוק ואחר כך קחו זוג דיסקים SSD NVME במכונה אחרת והגדירו שיתוף כמו iSCSI או CIFS או NFS. לא חשוב איזו רשת יש לכם (10/25/50/100 ג'יגה), Ethernet או Infiniband – הביצועים יהיו גבוהים אבל ה-Latency יהיה גבוה. פתרונות כאלו יכולים להיות מעולים לאלו שרוצים מהירות גבוהה יותר מדיסקים מכניים, אבל הם לא הביצועים הכי גבוהים שניתן להשיג, ומכיוון ש-AFA עולה מאוד יקר, ההמלצה שלי לחברים ולעסקים שמשוחחים איתי – היתה להמתין, לא לרכוש עדיין.

הביצועים הכי גבוהים שמאוד רצויים אצל חברות פיננסיות, AI/ML, HFT ולכל ארגון גודל שמוכן לשלם בתמורה לביצועים מקסימליים – הם ביצועים ששווים לדיסקים SSD NVME (כמו ה-XPoint של אינטל/מיקרון או Z-SSD של סמסונג) שיושבים מקומית בתוך השרתים. זיכרו: דיסק NVME (בקרוב יהיו גם דיסקים מכניים עם NVME, אגב) לא מצריך איזה בקר שיושב באמצע והוא מדבר ישירות ל-CPU ולזכרון המחשב ולכן דיסקים בטכנולוגיות כמו XPoint או Z-SSD מצטיינים ב-Latency נמוך וביצועים שנמוכים אך במעט מזכרון RAM שיושב במחשב. ב-AFA שנמכרים כיום, יש לנו כל מיני פרוטוקולים שמגדילים את ה-Latency, החל מ-iSCSI, המשך ב-NFS וכלה ב-CIFS, כך שהדיסקים יושבים בסטורג' היוקרתי, יש צורך באחד מהפרוטוקולים הנ"ל כדי להעביר DATA דו צדדית בין השרתים לסטורג'.

כאן נכנס לתמונה ה-NVMEoF שכתבתי עליו לפני 3 חודשים, ועם NVMEoF ה-Latency יורד לרמה של דיסקים SSD NVME מקומיים, כך שפעולות התחלת קריאה/כתיבה או כל פעילות אחרת נעשית ב-Latency מאוד נמוך.

איך זה מבוצע? כפי שציינתי באותו פוסט – עם RDMA, כלומר עם אותו פרוטוקול ותיק, ידוע ומאוד אמין ובמקרים רבים זה נעשה על מעבד יעודי שנמצא בכרטיסי הרשת (בגלל זה כרטיסי Mellanox מעולים לארכיטקטורה כזו הן בשרתים והן בסטורג') ואת עניין ה-NVMEoF לא תמצאו ברוב הסטורג'ים AFA. רק בשנה האחרונה חברות ישראליות כמו E8 וכמובן Kaminario (כן, אנחנו "מעצמה" בתחום הסטורג'… טוב, לפחות בפיתוח 🙂 ) וחברות כמו Toshiba, Pure Storage ו-Lenovo (וכמובן הגדולים) מתחילים להציע פתרונות כאלו. אלו שרכשו סטורג' AFA יוכלו (תלוי בחברה) אולי לשדרג ל-NVME-oF אבל גם אז – יהיה צורך להחליף כרטיסים בשרתים וציודים "באמצע" בחלק גדול מהמקרים.

וכאן מגיעה כמובן השאלה הידועה: אם לחברה יש תקציב מאוד גדול לשפוך על סטורג' כזה, על איזה מהם ללכת? על כך – בפוסט הבא.

הסברים על SSD למשתמשים ביתיים ובחברות

הערה: המאמר הבא מדבר על SSD הן עבור משתמשים ביתיים אך גם לתחנות עבודה, דסקטופים ולאפטופים. הדברים שנכתבים כאן אינם מכוונים עבור SSD לשרתים ששם מדובר על דברים מעט שונים.

כל מי שמשתמש במחשבים בצורה רצינית ומבין בנושא בוודאי מכיר ושמע על SSD, הכוננים האלקטרוניים ששומרים את המידע על שבבי NAND (כלומר: Flash). היתרון העצום שלהם על כוננים מכניים הוא כמובן מהירות הגישה: פי 2-20 בהשוואה לכל כונן דיסקים מכניים.

הבעיה מגיעה לכך שכמעוניינים לקנות כונן SSD, ההיצע בשוק ענק, הטקסט השיווקי מטעה בלא מעט מקרים, ואפשר להוסיף על כך כל מיני הצהרות של אנשים טכניים שהיו נכונים לפני 6-9 שנים אך לחלוטין לא נכונים כיום (כן, קרה לי כבר פעם שמישהו מאוד בכיר טען בישיבה כי כונני ה-SSD לא יחזיקו מעמד 5 שנים. יש לי 4 כונני SSD בשרת ZFS שמחזיקים כבר 6 שנים של SanDisk בלי שגיאה אחת והם דווקא מהסוג הכי פשוט שיש!).

בקיצור, לאלו הגולשים המעוניינים להכיר דברים, כדאי לשים את הדעות והדברים ששמעתם בעבר בצד, ולקרוא את המאמר. כל הדברים שאציין כאן הם עובדות, לא דעות ולא ספקולציות.

ניקח כונן SSD, ונפתח אותו. כך הוא נראה בצידו העליון:

כך נראה הכונן. בחלקו השמאלי יושבים מספר שבבי NAND שעליהם יאוחסן המידע. השבב עם ה-M (של חברת Marvell) הוא בעצם ה"מוח" של כונן ה-SSD. הוא הבקר שמצד אחד "מדבר" עם המחשב (החיבורים מימין) ומצד שני הוא האחראי לפריסת הנתונים על שבבי ה-NAND, תחזוקת הנתונים, טיפול בשגיאות, קריאה, כתיבה וכו'. במקרים רבים יש עוד שבב או יותר שמשמשים כזכרון חוצץ (Buffer) אשר מקבלים את הנתונים מבחוץ (אם לדוגמא אנחנו מעתיקים קובץ מבחוץ אל תוך ה-SSD) והבקר כבר דואג לקבל את הנתונים מהזכרון החוצץ ולפרוס אותם אל שבבי ה-NAND. יש עוד פעולות כמו Garbage Collection ו-TRIM שלא ניכנס אליהם אבל הם דברים מאוד חשובים לאורך חיי ה-SSD.

נעבור מכאן לשבבי ה-NAND. אלו השבבים שבהם מאוחסנים הנתונים שלנו. בתוך כל שבב כזה נמצאים מיליוני תאים שמאחסנים את הנתונים והגישה אליהם נעשית דרך הפינים מתחת לשבב. ישנם מספר סוגי תאים (SLC, MLC, TLC, QLC) פרי פיתוח של השנים האחרונות וההבדל ביניהם הוא בעצם כמות הנתונים שאפשר לאכסן פר תא. SLC לדוגמא זה Single Level Cell, כלומר בכל תא אפשר לאחסן נתון אחד וה-SSD הראשונים היו בנויים מ-SLC, כך שהם היו מהירים מצד אחד, אך כמות המידע שהיה אפשר לאחסן – היתה קטנה. MLC הגיע לאחר מכן ולמרות ש-M זה Multi, כמות הנתונים שהיה אפשרי לאחסן היתה בעצם 2 נתונים בתא. (מדוע לא קראו לזה פשוט DLC ש-D הוא Dual, אין לי מושג ירוק). אחרי MLC הגיע TLC (שנמצא ברוב כונני ה-SSD בשוק היום לסקטורים שאינם שרתים) ששם אפשר לאחסן 3 תאים והאחרון (QLC) יכול לאחסן כמות נכבדה של 4 נתונים בתא אחד.

אחת הבעיות הכי מאתגרות בתחום ה-SSD ו-NAND היתה בעצם האפשרות לאחסן כמות גדולה (אני מדבר על תקופת ה-SLC ו-MLC). יש גבול לגודל שבב שאפשר לייצר (ככל שהשבב יותר גדול, הסיכוי לתקלות בו יותר גבוה, בגלל זה מעבדים ו-GPU הם יקרים), ולכן סמסונג (ולאחר מכן חברות אחרות) החלו לעבוד על טכנולוגיה חדשה – במקום ליצור תאים יותר ויותר קטנים על מנת להכניס נתונים רבים – לבנות לגובה, וזה מה שנקרא 3D. בהתחלה סמסונג יצאה עם שבב שיש בו בעצם 32 "שכבות" ולאחר מכן 64 שכבות וכרגע הם מתחילים לייצר 96 שכבות ועובדים על 128 שכבות, כאשר בין כל השכבות יש מעין "מוטות" ותקשורת בין השכבות והבקר כמובן יכול לגשת לכל השבבים ולכל השכבות.

עכשיו שיש כמות רצינית של תאים פר שבב, ניתן לעשות מאות ג'יגהבייט וטרהבייטים, אבל ישנה בעיה אחרת: זוכרים את ה-SLC/MLC/TLC/QLC? הזמן שלוקח לכתוב לאותם תאים הוא יותר ארוך ככל שמתקדמים מ-SLC ל-MLC, מ-MLC ל-TLC, ומ-TLC ל-QLC (כאשר QLC יהיה די איטי אך יותר מהיר מכונן מכני), ולכן ה-Buffer יכול לסייע ובעצם "להחביא" את האיטיות כאשר הכתיבה בפועל תיעשה בתוך ה-SSD ברקע (בעקרון, כונן SSD הוא הרבה יותר חכם מאשר כונן דיסקים מכני. כונן SSD הוא מחשב שלם בפני עצמו הכולל מעבד, זכרון וכו').

עכשיו שאנחנו מבינים באופן עקרוני מהו SSD ומה הם התאים שבתוכו, נכיר את סוגי ה-SSD. יש מס' סוגים, אך נתרכז ב-2 סוגים, ה"קופסא" וה"מקל".

נתחיל ב"קופסא" – אלו בד"כ כונני ה-SSD שאנחנו מכירים ללאפטופים ושיכולים כמובן להיות מחוברים לתחנות עבודה, דסקטופים וכו'. כל כונני ה-SSD הם בגודל אחיד של 2.5" (יש גם 3.5" אך הם מיועדים לסקטור השרתים והם עולים עשרות אלפי דולרים) והחיבור שלהם הוא חיבור SATA רגיל בדיוק כמו חיבור דיסק קשיח מכני (לאלו שיש להם מחשב ישן דסקטופ, ניתן לרכוש כמובן בזול מתאם בין 3.5" ל-2.5" ב-eBay ובאתרים אחרים, ובחלק מהמוצרים היצרן מוסיף מתכת להתאמה, כמו חברת Kingston). אין צורך בדרייברים על מנת לקבל פעילות של כונן ה-SSD (אך יכול להיות שתצטרכו תוכנה מסויימת, עליה אדבר בהמשך). דיסק SSD כזה הוא דבר מעולה לאלו שיש להם מחשבים ניידים עם דיסקים מכניים והם מעוניינים להשביח את המחשב הנייד שלהם. ישנן מספר תוכנות חינמיות שיכולות להעביר את הנתונים מהדיסק המכני לדיסק SSD (לשם כך תצטרכו לרכוש מתאם USB ל-SATA על מנת לחבר את כונן ה-SSD בחוץ ולהשתמש בתוכנה להעביר את הנתונים ורק לאחר מכן להעביר את ה-SSD לתוך המחשב הנייד).

חוץ מגירסת ה"קופסא" יש לנו את גירסת ה"מקל" – אלו בעצם כונני SSD בתצורה שמתברגת על לוח האם של המחשב (ושל מחשבים ניידים חדשים, בחלק מהמקרים). מדובר ב"מקל" ברוחב 22 מ"מ ובאורך 80 מ"מ (יש גם גירסה של 110 מ"מ) שאותו אנחנו מחברים לחיבור מיוחד ומבריגים. החיבור נראה כך:

כפי שאתם יכולים לראות: ישנם "חורים" היכן שנמצאים הפינים של ה"מקל" והם מאוד חשובים. בכרטיסים עם 2 חורים, ה"מקל" הוא בעצם SSD בחיבור SATA, כלומר המהירות שלו תהיה בדיוק כמו קופסת SSD בחיבור SATA והיתרון היחיד שלו הוא בעצם שהוא לא תופס מקום פיזי במחשב מקדימה. לעומת זאת, אם יש חור אחד, אז מדובר במקל NVME SSD שהוא מהיר פי 4-6 מכונן SSD SATA (ולפיכך הוא גם עולה יותר).

עוד סוג חיבור שיש הוא חיבור ה-U.2, הוא מופיע בריבוע הכחול בתמונה:

חיבור זה הוא חיבור PCIe, כלומר הוא בדיוק כמו חיבור NVME SSD רק שהוא יותר מיועד לכונני SSD שיושבים במחשב דסקטופ מקדימה. החיבור הזה קיים רק בחלק מהלוחות אם החדשים והיקרים והוא מצריך כונן SSD "קופסא" עם חיבור PCIe (בד"כ בקופסת ה-SSD יהיה כבל מתאם מיוחד).

עכשיו שאנחנו מכירים גם את החיבורים וסוגי ה-SSD, נשאלת השאלה: איזה לרכוש? והתשובה, כצפוי, קצת מפותלת..

אם אתם משתמשים שכל מה שאתם עושים זה גלישה באינטנרט, הפעלת אפליקציות Web, קצת אופיס, ודברים שלא ממש גורמים למחשב שלכם "להזיע" – אז כיום כמעט כל כונן SSD יכול לתת לכם מענה. ככלל, אם קונים, אני ממליץ ללכת על גודל של 500 ג'יגהבייט ומעלה (אם התקציב מאפשר זאת).

לאלו שיותר מפתחים אפליקציות, או עובדים עם אפליקציות גרפיות כבדות (פוטושופ, עריכת וידאו, אפקטים, תלת מימד וכו') ולאלו שמעוניינים לקנות את ה-SSD הטובים בשוק, אני אציין מספר דגמים:

  • סמסונג – המלכה בשוק. דגמים של ה-960 וה-970, ה-PRO או EVO (ה-PRO יותר מהיר)
  • אינטל – ה-900P או ה-905P בסידרת ה-Optane. שימו לב שהם יקרים מאוד אך ה-905P הוא ה-SSD הכי מהיר שיש כיום בשוק נכון לשעת כתיבת שורות אלו. שימו לב – הפתרונות של אינטל יעבדו רק אם יש לכם מעבדי AMD Ryzen או i7/i5/i3 מהדור השביעי (Kaby Lake) או דור שמיני (Coffee Lake).
  • Western Digital – סידרת ה-Blue או Black בגירסת M.2 NVME.

אלו שלא מומלצים – אני בד"כ לא פוסל SSD כי כמעט תמיד יש סקטורים שזה יכול להתאים להם גם אם הם לא מהירים כל כך, אך במקרה של אינטל, סידרת ה-Optane Memory Series – בגדלים 16,32,64 ג'יגהבייט אני ממליץ לא לרכוש. הם מבחינה טכנית פשוט זבל וכל דיסק SSD מכל יצרן יתן ביצועים הרבה יותר גבוהים עם הפרשי מחירים זעומים.

אז בחרנו SSD ואנחנו מכניסים אותו למחשב. לפרמט ולהשתמש? כמעט. כלל חשוב הוא לא לפרמט את הדיסק לניצול 100% ממנו אלא רק 90%. הסיבה לכך פשוטה: במסגרת התהליכים שבקר ה-SSD מבצע, הוא בודק תאים לבדוק שהנתונים תקינים וכשהוא נתקל בנתונים שיש סיכוי שתהיה בעיה איתם בקריאה/כתיבה, הוא מעבר אוטומטית את הנתונים לחלק שלא פירמטנו והוא מסמן את המקום שממנו הוא העתיק כמקום לא שמיש, כך שאנחנו אולי מפסידים חלק מהמקום בדיסק, אך מצד שני אנחנו מאריכים את אורך חיי הדיסק, וזה שווה את המחיר.

האם כדאי לוותר על הדיסק המכני? התשובה שלי: לא. דיסק מכני הוא מצד אחד זול ומצד שני יכול להכיל הרבה יותר מידע מאשר SSD (סתם לידיעה, סמסונג 850 EVO בגודל 4 טרהבייט יעלה לכם בחו"ל 1500-1700 דולר). בד"כ יצרן ה-SSD יציע תוכנה יחד עם ה-SSD שתעביר את ה-Windows ל-SSD וידע לנטר את הדיסקים כך שנתונים שהקריאה שלהם שכיחה יועברו ל-SSD והנתונים שבקושי קוראים אותם ישארו בדיסק המכני. לאינטל יש תוכנה כמו RST שעושה זאת ול-AMD יש הסכם עם חברת Enmotus למכור תוכנה ב-20$ שנקראת FuzeDrive (היא אמנם מצריכה התקנה של Windows על ה-SSD מחדש, אבל היא עושה עבודה הרבה יותר רצינית מה-RST של אינטל), ויש כמובן תוכנות צד ג' בשוק ל-Windows (חלקן חינמיות). למשתמשי Linux – אם אתם משתמשים ב-LVM במחשב שלכם, אז ה-LVM יכול לקבל כונן או ווליום או Partition כ-Cache ואפשר כמובן להשתמש בדברים כמו bcache כדי לקבל את אותה תוצאה.

דברים נוספים שכדאי לדעת:

  • מעתיקים קבצים של כמה ג'יגהבייט כל אחד? אל תצפו לכתיבה מהירה לאורך כל ההעתקה ברוב כונני ה-SSD (למעט ה-900P/905P וה-970 PRO). הסיבה? הזכרון החוצץ (Buffer) מתמלא ומתחיל לכתוב את הנתונים לשבבי ה-NAND וברגע שאין זכרון פנוי, הכתיבה נהיית איטית.
  • עובדים בפוטושופ ופתחתם קובץ עם מאות שכבות? אם זה לא SSD מהמהירים – יכול להיות שזה יהיה איטי במעט. זיכרו: דיסקים SSD זולים הם טובים בהעברת נתונים רציפה כאשר מדובר בהעברת קובץ גדול, אולם כשיש לו עוד 200 קבצים נוספים, הוא יהיה איטי.
  • מחירים: מחירי ה-SSD יורדים אבל לאט. אם מחירי הדגמים שציינתי לעיל יקרים, אתם מוזמנים להתסכל דור אחד אחורה או לקרוא כל מיני אתרים שמציינים מיקומים שונים לכונני SSD ומחירים.
  • אחריות – כיום כמעט כל יצרני ה-SSD נותנים מינימום 3 שנות אחריות, אינטל וסמסונג בד"כ נותנים 5 שנות אחריות ולדגמים מסויימים אפילו 10 שנות אחריות. חשוב לכל ה-Corporate.
  • משתמשי לינוקס ובחירת File System – אין ממש הבדל. כיום גם XFS, EXT4, BTRFS תומכים בפרמטר mount או עם פקודת fstrim. מערכת ZFS לעומת זאת תתמוך בגירסה 0.8 בפונקציונאליות הזו (אם כי קיימים טלאים שאפשר להשתמש בהם).
  • קונים גירסה M.2 והולכים לגרום למחשב "להזיע"? חפשו ברשת קירור טרמי ל-M.2. אחד החסרונות של M.2 (בחלק מהמקרים) הוא כשה"מקל" חם מאוד – הביצועים יורדים על מנת לשמור עליו. הפתרון הזה לדוגמא, הוא פתרון טוב.

ומה העתיד? אינטל דוחפת חזק את פתרון ה-XPoint שלה שהוא כרגע המהיר ביותר בשוק (אבל גם היקר ביותר – ה-905P שלהם בגירסת ה-600 ג'יגהבייט עולה 1220$ והוא יותר מהיר מגירסת ה-Enterprise שלהם!) אבל סמסונג לא נמצאת מרחוק עם ה-Z-SSD שלהם שמציע ביצועי קריאה יותר מהירים מכל דבר אחר בשוק (ביצועי כתיבה, לא משהו בדור הנוכחי).
סביר להניח שבשנה הבאה נראה SSD מבוסס QLC (שזה 4 נתונים נכתבים/נקראים בכל תא). החסרון הענק שלו הוא מהירות הכתיבה שתהיה די "זוחלת" (בהשוואה ל-SSD אחרים), אבל מצד שני נוכל לרכוש SSD כאלו בגדלים של 4 ו-8 טרהבייט במחיר שלא מגיע לאלפי דולרים ובכך נוכל להחליף כוננים מכניים ב-SSD.

לסיכום: כונני SSD נותנים ביצועים הרבה יותר מהירים מכונני דיסקים מכניים, אבל הם גם "חיות" שונות וכדאי לשים לב להבדלים. השוק מוצף ב-SSD שונים ולכן כדאי לבצע מחקר קטן לפני ששולפים את כרטיסי האשראי. כדאי לשים לב להוראות יצרן לדברים כמו לא לפרמט SSD ל-100% ואם מדובר ב"מקל" M.2 לגבי עניין החום.

קצת על עולם ה-NVMEoF וסטורג' חזקים

אם נסתכל היום בכל חברה בינונית וגדולה שיש לה כמה עשרות שרתים פיזיים ומעלה – בד"כ נמצא סטורג' קנייני כלשהו, בין אם זה NetApp, HPE, Dell/EMC, IBM. Hitachi ואחרים. הסיבה לכך היא די פשוטה: הפתרונות הללו נותנים ביצועים גבוהים וגם נותנים פתרונות לצרכים השונים, החל ב-LUN ש"מפורמט" ל-iSCSI (כשצריך),iSCSI, NFS, CIFS, Snapshots ועוד ועוד. הפתרונות הללו במקרים רבים היו יותר טובים מפתרונות Software defined storage בעבר בגלל מה שהיה מבחינת חומרה בתוך הסטורג' הקנייני, בין אם זה שימוש ב-NVRAM, בכרטיסי האצה, ב-SSD (שלא חושבו כחלק מכמות המקום הפנויה בסטורג', מה שנקרא גם Vault) – ובקיצור, שורת טכנולוגיות שמובנים בתוך הסטורג' שנותנים ביצועים נאותים שמתאימים לאותן חברות.

בשנים האחרונות ישנם פתרונות אחרים המבוססים על Software Defined Storage (בקיצור: SDS) המוטמעים כחלק מפתרון וירטואליזציה, פתרונות כמו VSAN של VMware, או Nutanix או Simplivity ואחרים. בפתרונות כאלו בכל שרת יש דיסקים שמשמשים לאותן מכונות VM שרצים בשרת והדיסקים גם משמשים לאחסון ושרידות של VM אחרים, כך שאם שרת פיזי נופל, ה-VM יופעל מחדש במכונה פיזית אחרת (מה שנקרא: HA) או שה-VM ממשיך לפעול מהעתק רצוף שרץ על מכונה אחרת (מה שנקרא Fault Tolerance או FT בקיצור). במקרים כמו של VSAN ניתן כמובן להגדיל את האחסון בכך שמוסיפים עוד שלישיית דיסקים (2 איטיים ואחד SSD מהיר) בכל פעם שמגדילים את האחסון, אם כי ההמלצה "בין השורות" היא שעדיף להוסיף שרת פיזי נוסף ולפזר את המכונות VM ביניהם כדי לקבל יותר IOPS. השיטה הזו טובה (וב-VMware ישראל נותנים לדוגמא את ערוץ 10 שעבר לעבוד כך), אך החסרון המשמעותי של השיטה הזו היא שזה לא תמיד עובד טוב. כך לדוגמא, אם מכונות VM צריכים SSD שהוא Mixed Intense, ה-VSAN לא תמיד ידע להעביר אותו למכונה אחרת שגם שם יש SSD שהוא Mixed Intense ובכך אנחנו עלולים לקבל ביצועים מופחתים, רק בגלל שה-DRS החליט להעביר את ה-VM בגלל עומסים (אני מכיר את זה אישית מה-LAB שלי).

כיום פתרונות ה-SDS תופסים יותר ויותר מקום של כבוד (לפחות בחו"ל), כאשר הלקוח בעצם צריך לרכוש את התוכנת SDS והוא מריץ את התוכנה על הברזלים שיש לו, כאשר אותם ברזלים הם שרתים מהיצרנים המובילים (Dell, Lenovo, HPE, SuperMicro, Cisco) ואותו הלקוח מקבל בעצם בחבילה את כל הפונקציות שהוא רגיל לקבל מיצרן סטורג' קנייני, כולל כל החיבורים שהוא צריך (FC, FCOE, Ethernet, Infiniband) ויש ל-SDS תמיכה והתממשקות לכל הפלטפורמות המובילות וגם לתוכנות גיבוי המובילות.

גם בפתרונות SDS וגם בפתרונות קנייניים, בד"כ הפתרונות מבוססים על דיסקים SSD בחיבורי SAS/SAS2/SATA או על דיסקים מכניים או שילוב שלהם (כאשר פתרון האחסון יודע להעביר נתונים שאינם נקראים תדיר לדיסקים המכניים ונתונים שנקראים/נכתבים תדיר ל-SSD, או במקרים אחרים שהמערכת מאפשרת ללקוח לבנות LUN או Share מ-SSD או מכני לפי צרכי הלקוח). אלו פתרונות טובים כאשר יש לנו עשרות שרתים עד מאות בודדות של שרתים פיזיים, כשהדרישה מבחינת ביצועי דיסק/סטורג' אינה כה גבוהה (כלומר שאפשר להסתדר עם IOPS של 5 ספרות נניח).

אבל מה קורה אם יש לנו מאות (ואולי יותר) של שרתים ואנחנו רוצים ביצועי דיסק מאוד גבוהים, בדיוק כמו ביצועים של דיסקים מקומיים? נסו לחשוב על בנקים ומוסדות פיננסיים גדולים שבשבילם כל מילישניה זה רווח או הפסד כספי? כאן נצטרך דברים הרבה יותר חזקים. יש כמובן פתרונות AFA (שזה All Flash Array) אבל הפתרונות האלו ו-Scale Out הם לצערי .. לא משהו.

בואו ננסה לדמיין משהו. דמיינו שצריך להקים פתרון מבוסס Flash בגודל 1 פטהבייט. סביר להניח שאתם מדמיינים ארון מלא בדיסקים, עם סוויצ' רציני מלמעלה (TOR או Top Of Rack).

מהדמיון נעבור למציאות, הביטו בתמונה הבאה (לחצו להגדלה):

תכירו, זהו שרת של SuperMicro שיצא בשנה הבאה (לא לדאוג, שאר היצרנים יוציאו שרתים זהים גם בשנה הבאה, פשוט היצרנים כמו אינטל וסמסונג מעדיפים לעבוד במצבי פיתוח וטסטים עם SuperMicro). רואים את המלבן על השרת? כל מלבן נחמד כזה יכול להכיל מקל בפורמט M.3 בגודל 8 או 16 טרהביייט. המקל עצמו מבפנים נראה כך:

בשרת ה-1U יש 36 מקומות למלבנים הללו, כך שבשרת 1U צנוע ניתן להכניס 576 טרהבייט, ובשרת 2U – כ-1152 טרהבייט, כלומר יותר מפטהבייט על שרת פיזי אחד!. הפתרון הזה שאתם רואים לעיל הוא הפתרון של סמסונג, לאינטל יש פתרון דומה (אם כי הקוביות קצת יותר מוארכות והם נקראים "סרגלים" – בתמונה משמאל ואינטל קוראת להם NGSFF). בפתרונות הללו אין שום בקרי RAID כלשהם (הכל מחובר דרך PCIe ומתגי PLX ישירות למעבד, כך שהביצועים מאוד גבוהים, בסביבות ה-3-4 ג'יגהבייט קריאה וכמעט 2 ג'יגהבייט כתיבה לשניה פר מקל).

וכאן אנחנו מתחילים להכיר את פתרון עם השם המפוצץ NVMEoF (ר"ת של NVME over Fiber, אם כי לא מדובר על Fiber Channel רגיל).

בוא נחשוב על חיבורים לשרת כזה. חיבור של 1 ג'יגהביט לא בא בחשבון וחיבור 10 ג'יגהביט "יחנק" עוד בפעילות של מקל יחיד! אנחנו צריכים פעילות של מס' מקלות NVME כדי לתת ביצועים סופר חזקים וסופר מהירים כדי שהמכונות שיחוברו לשרת כזה ירגישו כאילו הדיסק שהם מקבלים – הוא ממש מקומי, כלומר אנחנו צריכים חיבורים של 25,50,56 או 100 ג'יגהביט, כלומר או Ethernet או Infiniband.

מבחינת תעבורה מהירה, אנחנו צריכים לוותר על TCP/IP במהלך העברה של הנתונים (אך לא בזמן ה-Handshake הראשוני, בשביל זה עדיין אנחנו צריכים IPv4 או IPv6 ב-TCP/IP) ואז אנחנו עוברים לשימוש בטכנולוגיה שרבים מאיתנו מכירים… RDMA, זוכרים? היתרון הגדול עם RDMA הוא שהמעבד באותו שרת "מקור" לא צריך כמעט לעשות כלום, ומכיוון שאנחנו מעבירים בעצם "בלוקים", אז אנחנו מוותרים בדרך גם על שכבת ה-File System. מישהו שהסברתי לו על הנושא אמר לי "אה, זה בעצם מעין iSCSI על סטרואידים".. אפשר לאמר 🙂

ל-NVMEoF יש מספר יתרונות גדולים:

  • אפשר להכניס איזה גדלים שרוצים וכמה שרוצים. אפשר להתחיל ב-2 מלבנים של 8 טרה ואחר כך להוסיף עוד 4 של 16 ואחר כך עוד 4 של 8 טרהבייט. למערכת זה לא ישנה כלום. מבחינתה – יש עוד מקום לאחסן.
  • אין צורך לבנות מערכי RAID (כי .. אין RAID). במערכת שתרוץ על השרת נוכל לקבוע איך הנתונים ישמרו, מה הדחיסה שתהיה והיכן ישמר עותק נוסף של הנתונים.
  • ההשקעה למוסדות גדולים אינה כה גבוהה (לא ניכנס לחישובי ה-ROI, אפשר לכתוב ספר שלם על זה!). כן, יהיה צורך בהחלפת מתגים וכרטיסים בשרתים, והמוסדות יצטרכו להחליט עם מה הם עובדים – Infiniband או Ethernet (כבלי CAT 7 עם תיוג Class F יכולים להעביר 100 ג'יגה עד 15 מטר אורך, CAT 8 יתן עד 100 מטר 100 ג'יגהביט אך הוא עדיין לא אושר רשמית. כאן יש עוד פרטים לגבי 100 ג'יגה)
  • ישנן תוכנות שונות שנותנות את שרות ה-NVMEoF, חלקן כחול לבן כמו Kaminario, E8, Pure וכו'. כמו שכתבתי לעיל, אני ממליץ לרכוש תוכנה ולא פתרון חומרתי סגור מכיוון שעם תוכנה אפשר לעבור לפתרונות מתקדמים יותר בעתיד תוך שימור ההשקעה בברזלים, לא צריך לרכוש פתרון חומרתי סגור אחר ולהיפתר מהקודם.
  • מבחינת תמיכת חומרה – גם כאן, החבר'ה מיוקנעם ישמחו לסייע לכם (Mellanox), סמסונג, אינטל, Chelsio, Qlogic ואחרים, וכל יצרני המתגים המוכרים כבר תומכים בפתרונות NVMEoF.
  • מה עם פתרונות קוד פתוח? גירסת RHEL 8 שתצא (כנראה, כנראה..) עד סוף השנה תתן פתרון NVMEoF עד סוף השנה, וכל מערכות ההפעלה והוירטואליזציה יתמכו בפתרון.
  • כל הפתרונות (שאני מכיר) תומכים ב-Scale Out.

לסיכום: NVMEoF הוא בהחלט פתרון מעולה לעתיד. לפני שבועיים הרצתי אותו בבית (כפתרון וירטואלי, אין לי ממש כספים לדיסקים NVME ל-Enterprise) על Fedora 27. ובהחלט ה-Latency נמוך מאוד והביצועים מרשימים. אני תיארתי את הפתרון לעסקים גדולים כמו בנקים וכו' אולם כל חברה בינונית ומעלה יכולה להתחיל ב-PoC על מנת לבדוק בהמשך מימוש פרודקשן של פתרון כזה. לא צריך השקעה של מאות אלפי שקלים – מספיק 2-4 דיסקים NVME, כמה כרטיסי רשת במהירות של 25 ג'יגה ומעלה (ללא סוויצ') ושרת שיכול לקבל דיסקים כאלו, מערכת לינוקס עדכנית ואפשר לנסות ולשחק עם זה.
אפשר לאמר שאנחנו "חוזרים לאחור" הן מבחינת שיטת העברת הנתונים (RDMA) והן מבחינת מקום אחסון הנתונים (מחוץ לשרתי הוירטואליזציה/קונטיינרים) ובכך יש מעין "מלחמה" בין השיטות, רק שהפעם השיטה ה"ישנה" קיבלה זריקת חיזוק רצינית בכך ש-NVMEoF נותנת לנו ביצועים הרבה יותר גבוהים מבחינת דיסק בהשוואה לכל פתרון Hyper Converge.

למעוניינים, להלן וידאו של רד-האט יחד עם סמסונג ומלאנוקס שמסביר יותר על הדברים:

כמה מילים על SSD ל-Enterprise

כתבתי בעבר מספר פוסטים על SSD בהשוואה לדיסק מכני ועל סוגי SSD. הפעם נתמקד יותר במה כדאי לחברות לרכוש (במידה והחברה לא רכשה שרתים שעושים קצת צרות עם דיסקים שאינם מאותו יצרן שרתים – היי HPE!)

נתחיל ב"קרב" של SAS מול SATA: כשזה היה בדיסקים מכניים, אז כמובן ה-SAS ניצח, אבל כשזה מתקדם ל-SSD, אתם תראו יותר ויותר פתרונות ל-Enterprise שהם מבוססי SATA. רגע, כבר נכתבו אלפי מאמרים והרבה מרצים הרצו כמה SATA נחות לעומת SAS, אז מה קרה שהיצרניות מייצרות SSD כ-SATA ועוד ל-Enterprise?

התשובה לכך פשוטה וקשורה ל… תור, ספציפית לדבר שנקרא QD (כלומר: Queue Depth). המושג QD אומר בעצם כמה פעולות הבקר והדיסק יכולים להתמודד מבחינת תור. נסו לדמיין את עצמכם בסופרמרקט, זה עתה סיימתם להכניס מוצרים לעגלה ואתם עוברים לקופות. בד"כ אתם לא תגיעו ישר לקופאית, אלא תמתינו בתור כמו כל אחד אחר (טוב, תמיד יש תחמנים אבל זה משהו אחר) עד שיגיע תורכם להעלות את המוצרים מהעגלה למסוע, לתת לקופאית להעביר את המוצרים בסורק ולבסוף לשלם על המוצרים. ככל שיש יותר קופות פתוחות, התורים מתקצרים, וזה ההבדל הגדול בין דיסק SAS ל-SATA: בדיסק SATA יש 32 ערוצי תורים, ב-SAS יש 254 תורים, כך ש-SAS תמיד ישרת את הפניות יותר מהר.

עכשיו נשנה את הסיטואציה: אין קופאיות, העגלה בעצמה סורקת את המוצרים שלך ואז אתה מעביר את כרטיס האשראי בעמדות תשלום. האם התור יתקצר? בוודאי, תוך 2-3 דקות תוכל לסיים את הקניה, להעביר לשקיות ולצאת (טוב נו, בתיאוריה) – וזה מה שקורה עם SATA SSD: בגלל שה-SSD מאד מהיר והוא יודע בדיוק כל קובץ היכן הוא נמצא ואין צורך בראשים שיגיעו ויתחילו לקרוא את הנתונים ממקומות שונים, אז כתיבת/קריאת הנתונים תהיה מאוד זריזה, בוודאי כשנשווה זאת מול דיסק SAS מכני ולא חשוב מה תהיה מהירות ה-RPM שלו. בנוסף, דיסק SSD SATA טוב מגיע למהירות קריאה/כתיבה לפחות כפולה מכל דיסק SAS מכני והוא מריץ את ה-QD המוגבל שלו הרבה יותר יעיל ומהר מדיסק SAS מכני.

עוד סוג דיסקים שקיים הוא SAS SSD. טכנית, הדיסק נותן מהירות כפולה מדיסק SATA SSD, אך אם תבדקו אצל יצרנים שונים, תראו שהם פשוט כבר כמעט לא מייצרים כאלו מהסיבה הפשוטה: אם אתה רוצה משהו יותר מהיר מ-SATA, עבור ל-NVME. סמסונג, לדוגמא, מייצרת רק דיסק SSD אחד בחיבור SAS, והוא ה-PM1633a שמיוצר בגודל מרשים של 15.3 טרהבייט. המחיר? 4500$ לחתיכה. משום מה אני בספק אם יהיו רבים בארץ שיקנו אותו.

דיסקים NVME לא מתחברים לשום בקר RAID אלא מתחברים דרך חיבור U.2 (שהוא בעצם PCIe X4) ישירות ללוח ולמעבד (אם כי בחלק מהמקרים הוא עובר דרך צ'יפ "Switch" שנקרא PLX כי בלוח אין הרבה יציאות PCIe בלוחות מבוססי אינטל, ב-AMD Epyc התמונה אחרת לגמרי).

דיסקים SSD NVME בנוים בתצורה כזו של שרידות מאוד גבוהה, כך שאפשר לעבוד עליהם כיחידים או שניתן לקבוע זוג (דרך ה-BIOS/UEFI) כ-RAID-1 בשביל שרידות טובה או RAID-0 בשביל איחוד מקום (הדיסקים האלו הרבה יותר אמינים מכל דיסק SAS והם יודעים בעצמם לתקן שגיאות, בגלל זה יש להם גם אחריות של 5 שנים), אבל לפני שרצים חשוב לשים לב לא לקנות את הכי יקרים מהסיבה הפשוטה: אם אתם מייעדים את הדיסקים לשימוש אותו שרת מקומי בלבד או אם אתם מכניסים את זה לשרת קבצים שישרת 2-4 שרתים, אז הדיסקים המאוד יקרים לא יתנו לכם את הביצועים שאתם צריכים, בשביל שיתנו ביצועים גבוהים, צריכים כמה שיותר שרתים ושרותים שיכתבו ויקראו לדיסק, כלומר צריך למלא את ה-QD והרבה – בד"כ QD של 128 ידע לנצל את הדיסק הזה ואגב, אם SAS יכול לתת 254 תורים, דיסק NVME יכול לתת.. 50,000 תורים וכמה שתמלא את התור הזה הביצועים יהיו יותר גבוהים, לכן מומלצים דיסקים NVME מהסוג כמו של סמסונג כמו ה-PM863a  שמכיל 1 טרהבייט ועולה (בחו"ל) 480$. חשוב גם להכניס למחיר פאנל קדמי שיודע לתמוך ב-NVME (זה מגיע רק בתוספת תשלום ובחלק מהדגמים רק לחלק מהפאנל).

נקודה חשובה נוספת בשיקול היא דיסקים SSD עם או בלי סופר-קבלים (Supercapacitors). ישנם דיסקים רבים ל-Enterprise שמכילים זאת ובכך הם שומרים נתונים שעדיין לא נכתבו בעת הפסקת חשמל. זהו דבר חשוב אם אתם קונים דיסקים NVME, אולם אם הדיסקים הם SATA SSD, בד"כ הסוללה על הבקר תשמור את הנתונים עד לחזרת החשמל. כדאי לקחת זאת בחשבון.

לסיכום: מעבר ל-SSD זה דבר שיכול רק להועיל. לא חייבים לשרוף את התקציב השנתי על דיסקים ולא תמיד חייבים דיסקים Enterprise במקרים של SSD, אבל אם גם הולכים על דיסקים Enterprise, אין תמיד הצדקה לרכוש את היקרים ביותר – מכיוון שהם לא יתנו את הביצועים אם הדברים שאנחנו הולכים לבצע לא "קורעים" את ה-QD. לא מומלץ לנסות להקים RAID-5/RAID-6 על דיסקים NVME (ולמען האמת גם לא על SATA SSD) כי זה יקצר את חייהם משמעותית ולכן עדיף לרכוש דיסקים מעט יותר גדולים ולחבר אותם (דרך ה-BIOS/UEFI או תוכנת Storage) כ-RAID-1/RAID-10.

העתיד: דיסקים, Storage ו-NVME-OF

כשזה מגיע לעולם הטכנולוגיות של דיסקים קשיחים, אפשר לאמר שהטכנולוגיה קפצה אחורה ואז זינקה קדימה. תשאלו כל מנהל IT לגבי רכישות דיסקים – כשזה היה קשור לדיסקים מכניים, ברוב מוחלט של המקרים התנאי הראשון לדיסקים היה שהם יעבדו ב-SAS. מה לגבי דיסקים SATA? זה רק למקרים שאין צורך במהירות, שמדובר על שרתים קטנים, אולי NAS קטן לאיזה פרויקט או מחלקה, דברים כאלו.

ואז הגיעו דיסקים SSD ובהתחלה יצאו SSD עם חיבור SAS אך במקביל יצאו דיסקים SSD בחיבור SATA, וכאן החל הבלבול: הרבה אנשים מכירים את המפרט הזה של SAS מול SATA ו-SATA הרי תמיד יתן ביצועים יותר נמוכים מול SAS, לא?

התשובה: במקרים של דיסקים מכניים – בהחלט. במקרים של SSD – זה יוצא ההיפך. קחו דיסק SSD בחיבור SATA ותקבלו לדוגמא מהירות קריאה של 550 מגהבייט לשניה. לזה, שום SAS לא הגיע עם דיסקים מכניים (אלא אם מכניסים את ה-Cache של הבקר אבל זה יפה במבחנים, לא לעבודה במציאות) וכך עולם הדיסקים חזר "אחורה" ל-SATA ופורמט ה-SAS די "מת" למרות מאמצים מצד יצרני בקרים ושרתים להוציא (מאוחר מדי, LSI היו הראשונים להוציא מוצרים ב-2013) את SAS-12G, וכך המצב בשנתיים האחרונות בשוק הוא שדיסקים SSD קיימים בגירסאות SATA בלבד – אבל הדיסקים עצמם מכילים את כל תכונות ה-Enterprise כמו תיקון תקלות אוטומטי, שמירת מידע עצמאית בעת הפסקת חשמל, שרידות גבוהה בעבודות כבדות ועוד.

דיסקים SSD מבוססים SATA מאפשרים לחברות להמשיך לעבוד כאילו הם עובדים עם דיסקים מכניים או דיסקים SSD ישנים, ורבים נוטים עדיין לעשות את הטעות לעבוד כ-RAID-5,50,60 כשהם שוכחים 2 דברים מאוד חשובים:

ה-RAID-5 וה"אחים" שלו 50,60 ביצעו 2 דברים חשובים: נתנו ביצועים גבוהים הנובעים מעבודה עם ריבוי דיסקים וחלוקת העבודה בין הדיסקים, ושרידות יותר גבוהה מכיוון שאם הולך דיסק אחד או 2 (בהתאם לשלב ה-RAID) – המערכת היתה ניתנת לשיקום לאחר החלפת הדיסקים. עם SSD לעומת זאת (גירסת Enterprise!) הביצועים שהדיסקים האלו מוציאים די "חונקים" כל כרטיס רשת. תחשבו על כך: 2 דיסקים SSD ב-RAID-0 מוציאים מהירות תיאורתית של 1100 מגהבייט לשניה (בקריאה). נתרגם זאת לג'יגהביט ונקבל .. 8 ג'יגהביט, כלומר כרטיס רשת של 10 ג'יגהביט יהיה תפוס ב-80% בזמן שהוא משדר את ה-DATA מצמד הדיסקים, ושוב – אני מדבר על 2 דיסקים בלבד. אז מה בעצם נותן בקר דיסקים? ביצועים? יש כבר לדיסקים, לא צריך גם Cache. שרידות? ב-SSD ל-Enterprise יש יכולות הרבה יותר מרשימות של שרידות פנימית מאשר כמעט כל בקר RAID בשוק. ובכל זאת, חברות ממשיכות לעבוד כך. מדוע? אני חושב שזה עניין של הרגל.

בשנתיים האחרונות נכנסנו לעידן חדש של דיסקים SSD, מה שבהתחלה נקרא PCI SSD והיום פשוט נקרא NVME SSD. לדיסקים הללו לא תמצאו שום RAID כי הדיסק מחובר ישירות לתושבת PCIE X4 (בחיבור שנקרא כיום U.2, חלק מהיצרנים לצערי עדיין משתמשים בחיבור קנייני משלהם, לרווחתם של יצרני הדיסקים והשרתים, לצערם של הלקוחות ש"ננעלים" בכך שלא ניתן להכניס דיסקים יותר טובים מצד ג'). הדיסקים הללו כיחידות עצמאיות נותנות יותר ביצועים מכל מה שתשיג עם SSD ו-RAID, מהירויות של 2-4 ג'יגהבייט לשניה בקריאה ועד 2 ג'יגהבייט בכתיבה עם עשרות עד מאות אלפי IOPS (וכמובן את המילה האחרונה בשרידות, ושוב – שרידות הרבה יותר גבוהה מכל דיסק מכני שאתם מכירים) ושם כבר אין RAID (ואם רוצים RAID 0,1,10 – עושים זאת בתוכנה. הביצועים לא יהיו נמוכים יותר בהשוואה לבקר יעודי, האמינו לי, גם אם תנסו את זה על מעבד i5 פשוט [ניסיתי בעצמי מול בקר יוקרתי של LSI ]).

מי שבתחום כבר בוודאי מכיר את כל מה שכתבתי, אבל מה בעצם הלאה?

אם נסתכל מבחינת דיסקים, בשנה הנוכחית השוק מנסה להסתגל למצב חדש שבו יש הרבה יותר ביקוש מהיצע. דיסקים NVME SSD של 3-4 טרהבייט, גם אם תנפנף מול היצרן בכרטיס אשראי פלטיניום, תשלום מיידי או ערימת מזומנים – תיאלץ במקרים רבים לחכות וזה כרגע עדיין "מכה" ב-HP, DELL וגם ב-Lenovo. היצרנים נתפסו "במערומיהם" עם דרישות היסטריות לשבבי Flash מצד כל יצרני המחשבים והטלפונים. כולם רוצים שבבי NAND ועכשיו. יצרני השבבים גדלים (חברת TSMC לדוגמא, אחת החברות הגדולות ליצור שבבים – מתכננת בניה של FAB נוסף בסין בדיוק בשביל זה) ושבבי ה-3D NAND החדשים מאפשרים ליצור שבבים עם כמות אחסון יותר גדלה בליטוגרפיה בשיטות יותר "ישנות" כך שניתן פר Waffer ליצור יותר שבבים. שלבים אלו ואחרים יתורגמו לשחרור לחץ בשוק במהלך השנה שנתיים הקרובות.

אבל גם אם הבעיה תיפתר, נמצא את עצמנו בבעיה אחרת: בשביל ביצועים רציניים צריך NVME SSD וגם אם יש לך דיסקים חדשים וגדולים כאלו, איך בדיוק תשתמש בהם? זה לא שיש לך בקר RAID להגדיר Virtual Disk שעל זה אתה מתקין Windows, Linux, vSphere וכו'.. אפשר כמובן להוסיף דיסק קשיח כלשהו (ולהשתמש בבקר הפנימי כדי לבנות RAID-1 מדיסקים פשוטים) כדי להתקין את מערכת ההפעלה וכו', אבל הדבר הבא שהיצרנים ידחפו נקרא NVME-OF (זהירות, לינק לקובץ PDF). זהו הסטנדרט חדש שנבנה ע"י החברות שבנו את סטנדרט NVME, ועם הסטנדרט הזה אנחנו משתמשים בכמה מושגים שבוודאי שמעתם עליהם:

  • ה-AFA (כלומר All Flash Array) – מערכת סטורג' (או שרת) שבנוי כולו מדיסקים NVME SSD.
  • על מה נעביר את הנתונים? זוכרים ROCE? אז הוא חוזר לסיבוב נוסף, ולאלו שאוהבים לשפוך כסף כאילו אין מחר (בנקים, מכוני מחקר יוקרתיים וכו') – Infiniband.
  • ובאיזו שיטה? זוכרים iSCSI? אז נגזור משם את ה-Target ו-Initiator, שיהיה לכם חיים יותר קלים.
  • אבל מה עם כתובות IP וכו'? זה ישאר, רק שהפעם זה "נעקר" מה-OS ומועבר לביצוע ע"י כרטיס הרשת (כלומר TCP Offload).

עכשיו נשלב את הכל ביחד: נבנה שרת מבוסס Dual Xeon עם 128 ג'יגה (עדיף יותר, תלוי בכמות ה-Clients וכו') מבוסס לינוקס עם קרנל 4.8.7 ומעלה, עליו נרים מערכת שתהווה בעצם Target ובה ישבו לא רק הדיסקים אלא גם מספר כרטיסי רשת עם פס רחב (25 ג'יגה ומעלה או Infiniband). הכרטיסים יחוברו למתג תואם ומשם יחוברו לשאר השרתים שאנו מעוניינים. את חלוקת ה-Volumes וכו' נעשה על ה-Linux והמערכת בלינוקס תשדר זאת דרך ה-ROCE כבלוקים (אפשר עם שילוב TCP/IP, אפשר גם בלי אבל אז יתחילו הצרחות ממחלקת ה-IT) וה-Initiator בשרתים יתחבר ל-Target (יהיו גם אפשרויות אותנטיקציה, הצפנה וכו'). שרתים ישנים יוכלו להעלות את ה-Initiator לדוגמא דרך IPXE (או PXE לחובבי טכנולוגיה קלאסית) ומשם ה-OS יעלה ויקבל תמיכה מלאה כאילו מדובר בדיסקים מקומיים.

והביצועים? אם נשווה זאת לדיסקים NVME מקומיים, ההבדל יהיה באחוזים בודדים. מכיוון שכל השיטה מעיפה כל דבר שמוסיף Latency, הביצועים נראים כאילו מדובר בדיסקים מקומיים, רק שאין צורך לבצע תחזוקת דיסקים פר שרת והכל מבוצע ממקום אחד (ומנסיון, התחזוקה לא כזו מורכבת). סתם דוגמא: גם אם שפכתם כסף והפכתם את המערכת תקשורת שלכם ל-100 ג'יגהביט, תקבלו (במספר חיבורים במקביל) קצב של 93 ג'יגהביט בקריאה, ו-40 ג'יגהביט בכתיבה. עכשיו תנסו לדמיין מערכת VDI לאלפי משתמשים ואיך זה יעבוד, וכן – יש Initiators ללינוקס, Windows ול-VMWare כבר כיום.

כמובן שחובבי מיקרוסופט לא ישארו בצד ואם הם רוצים להקים לעצמם Target מבוסס Windows Storage Server אז הם יצטרכו להמתין קצת לגירסה הבאה.

לסיכום: דיברתי כאן על דיסקים SSD, על תקשורת שגבוהה בהרבה מ-10 ג'יגהביט, על NVME-OF (ממש על קצה המזלג). הטכנולוגיה קיימת כבר כיום (חברת Mellanox  כבר דוחפת ומדגימה אותה), אבל שום חברה לא עוברת מהיום למחר לטכנולוגיה חדשה שמצריכה החלפת מתגים וכרטיסי רשת ורכישה רצינית של NVME SSD ושרתים לכך. אלו דברים שלוקחים זמן, לפעמים שנים – אבל זהו הכיוון שהשוק ל-Data Center עובר אליו. חברות סטורג' רבות ישמחו למכור לכם את הפתרון לאחסון מחר בבוקר, אבל לפחות מבחינת TCO ו-ROI (ואם החברה מוכנה לאמץ מעט ראש פתוח) אני ממליץ לחשוב על פתרון בניה עצמית. הוא הרבה יותר קל ממה שרבים נוטים לחשוב (סתם דוגמא: הוא הרבה יותר קל מאשר הקמה וניהול של שרת ZFS) והוא פתרון שיכול להיות Scale Out די בקלות וזול בהרבה אם חושבים להרחיב – מאשר פתרון קנייני.

מוגש כחומר למחשבה 🙂