サーバー用のSSDまたはHDD

問題

ストレージに関する多くの議論を読み、SSDとクラシックHDDのどちらが優れているかを読みました。私はかなり混乱しています。HDDは依然として非常に好まれていますが、なぜですか？

アクティブストレージにはどちらが適していますか？たとえば、ディスクが常にアクティブなデータベースの場合はどうでしょうか？

SSDについて。

長所

• 彼らは静かです。
• 機械的ではありません。
• 最速。

短所

• もっと高い。

質問。

• SSDの1つのセルのライフサイクルを使用すると、どうなりますか？このセルだけでディスクが削減され、正常に動作しますか？
• 書き込むのに最適なファイルシステムは何ですか？ext4は連続してセルに保存するので良いですか？

HDDについて。

長所

• 安い。

短所

• 機械的な故障の場合、私は通常それを修復する方法はないと考えています。（確認してください。）
• 最も遅いですが、サーバーには通常HDDの速度で十分だと思います。

価格だけですか？なぜHDDが好まれるのですか？また、SSDはサーバーにとって本当に便利ですか？

私の仕事の1つの側面は、大規模なストレージシステム（「SAN」または「ストレージエリアネットワーク」とも呼ばれます）の設計と構築です。通常、SSDとHDDを組み合わせた階層型アプローチを使用します。

ただし、それぞれに特定の利点があります。

1. SSDはほとんどの場合、バイトあたりのコストが高くなっています。ギガバイトあたりのコストが0.068ドル/ GB USDの1万個のSAS 4kn HDDを入手できます。つまり、約280ドルで4 TBのドライブを入手できます。一方、SSDのギガバイトあたりのコストは通常​​、1ギガバイトあたり1ドルから10から20セントです。

2. RAIDを扱う場合、速度はそれほど重要ではなくなり、代わりにサイズと信頼性がより重要になります。HDDがSSDよりもはるかに安い12TB N + 2 RAIDシステムを構築できます。これは主にポイント1によるものです。

3. 適切に処理されると、HDDは交換と保守が非常に安くなります。バイトあたりのコストが低いため、障害によりHDDを別のものに交換する方が安価です。また、HDDの障害は通常、時間とデータの書き込みに関連しているため、RAIDアレイの再構築時にTBWを交換してもTBWが自動的に使用されることはありません。（確かに、再構築に使用されるTBWの割合は全体的に小さいですが、ポイントは立っています。）

4. SSD市場は比較的複雑です。サポートされている書き込みの最大数から最低までの4つの（この記事の執筆時点で現在の）主要な種類のSSDがあります：SLC、MLC、TLC、QLC。通常、SLCは最大数の合計書き込み（SSD寿命の主要な制限要因）をサポートしますが、QLCは通常最小数の合計書き込みをサポートします。

とはいえ、私が見た中で最も成功したストレージシステムは、両方のドライブが使用されている状態で階層化されています。個人的には、クライアントに推奨するすべてのストレージシステムは、一般に次の層に従います。

1. ティア1は通常（または複数の）RAID 10 SSDのみのティアです。データは常にティア1に書き込まれます。
2. ティア2は通常（または複数の）RAID 50または5 SSDのみのティアです。データはティア1からティア2にエージングされます。
3. ティア3は通常（または複数の）RAID 10 HDDのみのティアです。データはティア2からティア3にエージングされます。
4. ティア4は通常、RAID 6 HDDのみのティアのいくつかのグループです。データはティア3からティア4にエージングされます。ドライブ障害の最大限のサポートが得られるように、RAID 6グループを可能な限り小さくしています。

階層を増やすと、読み取り/書き込みのパフォーマンスが低下します。データは、ほとんどのデータが同じアクセス/変更頻度を共有する階層に伝播します。（つまり、データの読み取り/書き込みの頻度が高いほど、データが存在する階層が高くなります。）

そこに適切に設計されたファイバーチャネルをいくつか振りかけると、オンボードドライブよりも高いスループットを持つSANを実際に構築できます。

さて、あなたが言及するいくつかの特定のアイテムに：

SSDに関する質問

SSDの正確な動作方法、1つのセルのライフサイクルが終了した場合、それではどうなりますか？ディスクはこのセルだけで削減され、正常に動作しますか？それとも何が起こったのですか？

• 両方のドライブタイプは通常、多数の「スペア」セルで設計されています。つまり、アクセスできない「余分な」スペースがあり、セルが死んだ場合に失敗をサポートします。（IIRCは7-10％です。）これは、単一の「セル」（HDD上のセクター）が死んだ場合、「予備」が使用されることを意味します。両方のドライブのSMART診断ユーティリティを使用して、このステータスを確認できます。

書くのに最適なソリューション（ファイルシステム）は何ですか？ext4はセルに連続的に保存されるため、良いと思いますか？

• SSDの場合、これはまったく無関係です。通常、アクセス時間は線形であるため、セルの配置は重要ではありません。

HDDに関する質問

機械的な故障の場合、それを修復する方法はありませんか（正しいですか）？

• 部分的に不正確です。HDDは実際、ほとんどの障害状況でデータを簡単に回復できます。（注：簡単ではなく、簡単だと言いました。）専用の機器が必要ですが、ここでの成功率はかなり高いようです。プラッタは、多くの場合、ドライブが停止している場合にデータを回復できる特別な機器によってHDD自体から読み取ることができます。

最も遅いですが、サーバーの使用にはHDDの速度で十分なので、速度はそれほど重要ではないと思いますか？

• 通常、RAIDを使用する場合、全体の速度を上げることができる速度ペアリングRAIDセットアップを使用できるため、単一ドライブの速度はそれほど重要ではありません。（RAID 0、5、6が頻繁に使用され、多くの場合タンデムで使用されます。）高いIOを持つデータベースの場合、非常に慎重に設計されない限り、HDDは通常十分ではありません。データベースグレードのIOには、SLC書き込み集約型SSDが必要です。

HDDはまだかなり好まれています

それは...ですか？それが正直であるかどうかはわかりません。

現在、HDDはかなりの価格で大きなサイズで提供されていますが、それは否定できません。また、人々はSSDよりも長いデータ保持のためにそれらを信頼していると思います。また、SSDは一度に完全に死ぬ傾向がありますが、HDDはより予測可能な方法で死ぬ傾向があるため、必要に応じて最初にデータを取得する時間が長くなる可能性があります。

しかし、そうでなければ、SSDはほとんどの用途で前進します-ブートペアが必要です、R1の2つの500GB SATAは地球を犠牲にしません、DBの使用のためにあなたは本当にSSDを打ち負かすことはできませんとにかく高耐久モデル）。バックアップには、非常に大規模なデータセットと同じ7.2k HDDを使用できます（実際、昨年の初めにこの要件だけで4,000個以上の10TB HDDを購入しました）。

ホットなすべてのソリッドステート：インタラクティブな使用、データベース、あらゆるオンライン。冷たくないアーカイブやアクセス頻度の低いデータ専用の、安価なウォームストレージとしてのスピンドル。特に、バックアップがテープにアーカイブされる前のステージング領域のHDD。

ホットとコールドのメディアタイプが異なることも、ある程度の多様性に役立ちます。ブランドのSSDコントローラーのデータ損失の欠陥は、オンラインデータとバックアップデータの両方を取り出すと、さらに悪化します。ありそうもないが、スピンドルとテープはとにかく安いので、なぜリスクを取るのか。

アレイが冗長でバックアップされている限り、特定のデバイスの障害モードは重要ではありません。通常、手順は、障害の兆候があるドライブを交換することです。壊滅的な障害が本番サービスに影響を与えないテストシステムでそれらを修復してみてください。

ファイルシステムは個人の好みの問題です。SSDに最適化されたファイルシステムがありますが、あなたが知っていて修復できるものがより重要かもしれません。

SSDの大きな利点は速度と信頼性です。しかし、汚い小さな秘密の1つは、SSDが持つ書き込みサイクルの数が限られていることです。データベースサーバーやメールサーバーなど、ハードドライブの書き込みアクティビティが多いサーバーを構築する場合は、耐久性の高い、より高価なSSDが必要になります。

NANDフラッシュには3つのタイプがあります

• TLC
• MLC
• SLC

TLCは主に、書き込みサイクルがほとんどないWebサーバーまたはアーカイブサーバー用に設計されています。MLCは、少量のデータベースサーバーのように、読み取りサイクルと書き込みサイクルが混在するサーバー用です。SLCは、大容量データベースサーバーのように読み取り/書き込みサイクルが多いサーバー向けに設計されています。

SSDとHDD間の主な要因は、アプリケーションと予算です。完璧な世界では、SLC SSDハードドライブは標準的なHDDを時代遅れにしますが、私たちはまだそこにいません。

HDDは依然として非常に好まれていますが、なぜですか？

それは、誰と話をするか、彼らの背景（管理、IT、販売など）、および議論がどの種類のサーバーに関連しているかに依存します。HDDは一般に1バイトあたり1桁安くなりますが、より多くの電力を使用し、ほとんど常に低速で、ワークロードに依存します。

ほとんどの場合、コストと一定量のサーバーに収まるストレージの量になります。1台のSSDで5ディスクRAIDアレイのパフォーマンスが得られる場合、SSDはおそらくはるかに安価であり、電力の何分の1かを使用しますが、ストレージの1/10を取得することもできます。

アクティブストレージにはどちらが適していますか？

これが複雑になる場所であり、多くの人が複雑さをスキップして、知っているHDDだけを使用する理由です。

SSDにはさまざまなグレードがあり、セルに書き込むことができるデータの量に制限がありますが、これはホストが書き込むデータの量とは異なります。少量のデータを書き込むと、最終的にセルに大量に書き込むことになります。これは書き込み増幅と呼ばれ、耐久性の低いドライブをすぐに殺すことができます。

SSDセルは、nビットを格納するために、セルごとに2 ^ nの電圧レベルを必要とするため、格納できるビットの量に基づいて名前が付けられます。TLC（トリプルビット）は、これらのビットに対処するために8つの電圧レベルを必要とします。一般に、セルあたりのビットのレベルを上げるたびに、セルの耐久性が3〜10倍低下します。以下のために、例えば、SLCドライブは全ての細胞を、細胞が死ぬ前に、100000回、企業eMLC 30000回、MLC 10000、TLC 5000、QLC 1000に書き込むことができます。

アナリストのジム・ハンディが引用したように、SSDセル技術には世代的な改善があり、リソグラフィと3D NANDは従来の2D NANDに比べて密度とパフォーマンスが向上しています。

SSDは、実際にはアドレス指定されたセルに直接書き込むのではなく、セルのブロックに書き込みます。このようにして、ブロックはより一貫した量のセル書き込みを行い、セルが許容範囲から外れると、ブロック全体が不良としてマークされ、データが新しいブロックに移動されます。SSDの耐久性は、セルタイプ、使用可能なスペアブロックの数、エラー修正のオーバーヘッドの量、ドライブがキャッシュとアルゴリズムを使用して書き込み増幅を削減する方法に基づいています。製造業者が不良としてマークする許容範囲も関係します。エンタープライズドライブは、いずれかがまだ完全に機能していても、ブロックをコンシューマドライブよりも早く不良としてマークします。

エンタープライズグレードの「高書き込み」SSDは、SLCまたはeMLCセルに基づいており、大量のスペアブロックがあり、通常、電源が失われたときにキャッシュがディスクにフラッシュできるようにするためのキャパシターを備えた大きなキャッシュを備えています。

また、高速アクセス時間を必要とするファイルサーバーなどの「高読み取り」アプリケーション用の耐久性がはるかに低いドライブもあります。耐久性が低下する代わりにバイトあたりのコストが低く、セルタイプが異なり、スペアエリアが少ないなどです。 「高書き込み」ドライブの耐久性は5％しかありませんが、正しく使用した場合は必要ありません。

たとえば、常にディスクがアクティブなデータベースの場合はどうでしょうか？

私のデータベースは小さく、断続的な読み取りはアクセスの95％であり、そのほとんどはRAMにキャッシュされ、SSDと同じくらいHDDでもほぼ高速です。大きい場合、システムに十分なRAMがなく、SSDがアクセス時間に大きな違いをもたらし始めます。

また、SSDを使用すると、バックアップとリカバリの順序が大幅に短縮されます。私のDBは、バックアップから約10分で低速のSSDに、または約11秒で非常に高速なSSDに復元しましたが、HDDへのバックアップは約25分でした。それは少なくとも2桁であり、ワークロードに応じて大きな違いを生むことができます。文字通り、1日目には支払いが可能です。

大量の小さな書き込みがあるデータベースは、消費者グレードのTLCドライブを数時間で殺す可能性があります。

また、SSDはサーバーにとって本当に便利ですか？

絶対に、アプリケーションに正しいドライブタイプとグレードが選択されている場合、それを間違えると災害になる可能性があります。

私のサーバーは、いくつかのデータベースに加えて、高読み取りネットワークストレージ、高書き込みセキュリティフッテージストレージ、混合読み取り書き込みファイルストレージとクライアントバックアップを実行しています。サーバーには、バルクネットワークストレージとNVR用のHDDのRAID-6アレイ、MySQL用の単一の高性能MLC SSD、およびクライアントとデータベースのバックアップと高速アクセスネットワークストレージ用のRAID-5の3つのコンシューマTLCドライブがあります。

SSD RAIDの書き込み速度はHDD RAIDとほぼ同じ速度ですが、ランダムアクセスの読み取り速度はSSD RAIDの10倍以上です。繰り返しになりますが、これはコンシューマTLC SSDですが、シーケンシャル書き込み速度はギガビットLANの約3倍速いため、過負荷になることはありません。また、リモートアクセス中にシステムがローカルバックアップを行う場合は、十分なオーバーヘッドがあります。

ほとんどのSSD は、数秒でデータを消去できるインスタントセキュアイレース（ISE）も提供しますが、その機能を備えていないHDDでは数時間または数日かかりますが、ISEを提供する傾向があるエンタープライズグレードのHDDはわずかですが、もっと一般的。これは、ドライブを廃止または再利用する場合に非常に便利です。

書くのに最適なソリューション（ファイルシステム）は何ですか？

データのタイプと必要なファイルシステム機能のタイプに依存します。EXT4とBTRFSのみを使用しています（スナップショットとチェックサムが必要です）。ファイルシステムのオーバーヘッドにより、使用可能なスペースが減少し、SSDの寿命がわずかに短くなる可能性があります。BTRFSはチェックサムおよびその他の機能のオーバーヘッドが高く、スナップショットは多くのスペースを使用します。

機械的な故障の場合、それを修復する方法はありませんか（正しいですか）？

ドライブの種類に関係なく、死んだドライブでデータの回復を行う必要がありましたか？非常に高価になる可能性があるため、階層型バックアップ、メインストレージ上のRAID、別のデバイスまたはマシン上でローカルにバージョン管理されたバックアップを作成し、オフサイトまたはクラウドに同期することをお勧めします。1 TBのクラウドストレージは月額5ドルで、HDDでのデータ復旧には2ポンドかかります。また、SSDの故障は復旧が不可能な場合があります。バックアップを行って修理を忘れてください。

どちらも。

書き込み負荷のためにSSDが死ぬのをまだ見ていません（この場合は読み取り専用になるはずです）。過熱やファームウェアのバグなど、他の理由で死なないというわけではありません。

そして、私は死んだHDDを見ました。実際にはもっとたくさんあります。

信頼性についてはそんなに。

場合によっては、混合RAID1（HDD + SSD）を作成することが理にかなっています。この方法により、両方に関連する障害モードをヘッジし、SSD読み取りパフォーマンスを維持できます。

それ以外の場合、ファイルシステムのジャーナルのみにSSDを使用するのが理にかなっています-HDDの2倍の書き込みパフォーマンスが得られ（書き込みの半分とシークの半分を節約できるため）、通常、SSDを悪用してもリスクはありません死ぬ。Ext4はジャーナルをかなり優雅に失います。

考慮すべき2つの主な要因は次のとおりです。

• パフォーマンス（アクセス時間とスループット）
• ギガバイトあたりのコスト

SSDは、パフォーマンスの観点からHDDを水中から吹き飛ばします。高いスループットと短いアクセス時間を必要とする場合、SSDに勝るものはありません。

ただし、SSDのギガバイトあたりのコストは、HDDのコストよりもはるかに高くなります。大量のストレージが必要で、スループットやアクセス時間がそれほど重要でない場合、HDDに勝るものはありません。

スループット（帯域幅）の数値は、適切なRAIDレベルによって助長される場合があります（ただし、ドライブがバックログされてキューイングが問題にならない限り、アクセス時間はそれほど多くありません）。

小さいデータセットの読み取りアクセス時間の数値は、適切なキャッシング（つまり、サーバーにより多くのRAMを配置すること）によって助けられる場合があります。ただし、書き込みには役立ちません（ただし、コントローラーまたはディスクのバッテリーバックアップRAMキャッシュは例外です）。

ですから、それはすべてあなたのユースケースに本当に依存しています。多くの容量を必要とするが、アクセス時間や帯域幅をあまり気にしないバックアップ/アーカイブサーバーは、HDDを使用した方が良いでしょう。トラフィックの多いデータベースサーバーはSSDを好みます。間に...依存します。

どんな状況でも：

• バックアップが必要です。ドライブ（SSDまたはHDD）が故障するかどうかは問題ではなく、いつ問題になるかです。

• サーバーに何らかの重要性がある場合は、何らかのRAIDで稼働時間を維持し、データを保護する必要があります。RAIDは通常、パフォーマンスにも役立ちます。要件に大きく依存します（これもパフォーマンスとコストの妥協点です）。

既に述べたように、大きな違いはGBあたりの価格とランダムIOのパフォーマンスです。

たとえば、Seagate Exos 16 TBを例にとると、〜550 $で、コマンドは0,034 $ / GBです。エントリーレベル（速度的に）のMicron 5200 ECO 7.68 TBと〜1300 $の価格で比較すると、結果として0.14 $ / GBの比率になります。HDDは5倍安く、2倍も大きくなります。一方、SSDのランダムIOのパフォーマンスは非常に優れていますが、キャッチ：消費電力が保護されたライトバックキャッシュを持たないコンシューマーSSDは、同期ランダムIOリッチワークロード（例：データベース、仮想マシン）に対して非常に遅い（HDDと同じくらい遅い） ）。これは非常に重要なポイントであり、オンラインレビューではほとんど分析されません。エンタープライズSSDは、電力損失保護としてほとんど一義的にコンデンサを使用しますが、非常に高い読み取りおよび書き込みランダムIOを備えているため、この脆弱性の影響を受けません。

上記から、SSDがハイエンドの15Kおよび10K SASディスクを殺した理由を理解できます。これらは同等のコストではるかに優れたパフォーマンスを提供します（15Kディスクは特に高価でした）。一方、7.2K HDDは大容量ストレージシステムで非常に強力な基盤を持っています。

Intel Optane（NANDではなくXpointに基づいています）は速度と耐久性の両方で独自のクラスに属し、1 GBあたり非常に高い価格がかかります：100 GB Optane P4801xは260ドルを超え、GBあたりのコストは> 2.6ドル、HDDと比較して80倍以上。このため、多くの場合、「アプリケーションアクセラレータ」またはログ/ジャーナルデバイスとして使用されます。

これらの理由から、最新のSANおよびサーバーは、多くの場合、階層型またはキャッシュ型のストレージサブシステムを使用しました。

• 階層型システムでは、ホットデータを高速層（SSD）に、コールドデータを低速層（HDD）に配置します。このようなシステムでは、合計ストレージスペースは高速層と低速層の合計です。ただし、これらは静的にパーティション分割されています。コールドデータが突然ホットになった場合は、高速層に移動されるまで待つ必要があります。さらに、高速層は低速層と同じくらい耐久性がなければなりません。

• キャッシュベースのシステムでは、すべてのデータが低速のHDDに保存され、ホットデータが（移動ではなく）コピーされるSSDの動的キャッシュが追加されています。つまり、このようなシステムの合計ストレージスペースは、低速層が提供するものと同じですが、動的キャッシュの柔軟性が追加されています。キャッシュベースのシステムでは、高速層は安価で安価なSSDで構成できます。

フラッシュベースのSSDに最適なファイルシステムは何ですか？素朴な答えは「書き込みが少ないもの」になりますが、現実には、高度なファイルシステム技術は特定の実装に基づいて非常に大幅な書き込み増幅につながるCoWアプローチに基づいています（つまり：ZFSおよびWALF EXT4やXFSなどよりも多く書く予定です）。純粋な「書き込み不要」の観点から言えば、EXT4とXFSを倒すことは難しいと思います（特に、これらの古典的なファイルシステムでも高速スナップショットを可能にするlvmthinに裏打ちされている場合）。ただし、追加のデータ保護の保証と、ZFSによっておろされたlz4圧縮が本当に気に入っています。

それでは、サーバーの業務にSSDストレージが本当に必要ですか？場合によります：

• 複数のTBのデータを安価に保存する必要がある場合は、HDD（またはせいぜい安価な民生用SSD）が最適です。

• ほとんどシーケンシャルなワークロード（ファイルサーバーなど）がある場合、SSDは必要ありません。

• ワークロードがランダムIOリッチの場合、SSDから大きな利益を得ます。

• fsync-heavy書き込みパターンがある場合、エンタープライズSSD（または電力損失保護ライトバックキャッシュを備えた強力なRAIDコントローラー）が最善の策であり、コストが高くなります。

ここでの簡単な答え：SSDを使用して、大規模で迅速なデータ操作（ビデオ編集など）を実行するサーバーを構築する場合などの高速パフォーマンスデータに使用します

低速のアーカイブストレージにはHHDを使用します。

一般に、HDDはギガあたりのコストがSSDよりも低いにもかかわらず、SSDよりも信頼性が低くなります。

機密データが保存されている場合は、バックアップにssdとhddの使用を検討してください。

静寂は必ずしも良いとは限りません。道路上の電気自動車が静かすぎるように。HDDアクセスノイズはセキュリティを提供することができます（映画を見ているときに職場のperforceサーバーへの侵入をどのように検出したか。

私はこのように見て、

サーバーを構築しているサービスは何ですか？

LDAP / AUTH / Printingなどのインフラストラクチャサービスでサービスを提供している場合、主にメモリの問題でお金を節約し、HDD（7.2kまたは10kはraid 1 SSDブートデバイス）を使用し、メモリの負荷をかけます。

必ずファイルサーバーにバッテリーバックアップフラッシュRAIDコントローラーを使用してください。ディスクではなく、コントローラーによってコミットされる書き込みによってHDDを効率的に使用できます。

データサービスDBなどの場合、SSD RAIDを使用して高スループットを実現しますが、HDDを使用してコストを制御します。たとえば、一部のDBは、高速の書き込み速度を必要としないか、または高コストのストレージの使用を保証するためにIOPを実行するだけではありません。

結局のところ、お金とCFO /ファイナンスディレクター/ VPファイナンスにかかっています。

SSDは明らかに最高であり、より良くなり、より安くなり続けますが、今日はより高価です。

HDDは、シーケンシャルストレージタスクに適しています。

• データベースログファイル
• ビデオストレージ
• バックアップボリューム（バルク）
• 仮想マシンのスナップショット

HDDは遅延の影響を受けにくいタスクにも適しています。

• ファイルのアーカイブ（個別）
• とにかくメモリで実行するのに十分小さい小さなデータベース
• OS以外のソフトウェアファイル（SSDがいっぱいになっている場合）

サーバーの場合、予算があれば、SSDでそれを埋めることができます。さらに、上記の不完全なリストを使用すると、HDDと混合することで費用を節約できます。

RAID、および階層化はこの質問の範囲を超えており、他にも多くの質問があると確信しています。

SSDのライフサイクルに関しては、（Samsung Evo Pro（消費者製品）を読んだことが、予想よりもずっと長く続いたことを覚えています）。個々のセルは時間の経過とともに確実に破損する可能性がありますが、ディスク全体が破損するわけではありません。セルの寿命は、書き込みの量に関連しています。そのセルに。SSDコントローラーは、時間の経過とともに書き込みを複数のセルに分散します。SSDが99％満杯で、残りのスペースが大量の書き込みで使用される場合、その残りのスペースはより早く消耗します。

必要がある場合

1. 追加メモリ用にマウントされたファイルベースのスワップ
2. ビデオチャットまたはビデオストリーミングまたはビデオ処理
3. 大きな単一ファイルにつながる処理

HDDはより信頼性が高い
SSDでは上書きが遅いようです

SSDは素晴らしいです！
1つの小さなキャビネット/ラックにエクサバイト/ヨタバイトの物理ストレージの革命をもたらしました

大きな窒素クーラーを設置でき、小さなスペースで純粋な保管ラックを提供できます

SSDキャッシュは、別のレベルへのキャッシュを可能にする、もう1つの驚くほど高速な読み取りテクノロジーです