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Mantendo a performance e a resistência via Excesso de Provisionamento (OP)

Para evitar uma situação onde o SSD está com máxima capacidade de páginas inválidas, o excesso de provisionamento é usado pela função de coleta de lixo da controladora do SSD como uma área de trabalho temporária para controlar fusões programadas de páginas válidas e recuperar blocos com máxima capacidade de páginas inválidas (ou excluídas).

As páginas/blocos recuperados são então adicionados à capacidade de excesso de provisionamento para acomodar operações de gravação da controladora do SSD e maximizar a performance durante o pico de carga do tráfego, já que o impacto causado no desempenho para ler, apagar, modificar e gravar todas as páginas válidas de volta em um bloco já parcialmente cheio contendo páginas inválidas pode ser uma tarefa lenta.

A coleta de lixo opera independentemente do sistema operacional e é acionada automaticamente durante os períodos de baixa atividade, periodicamente ou lançando-se o respectivo comando TRIM de controle do conjunto de dados ATA para programar uma coleta de lixo.

Um número sempre disponível de blocos vazios através da capacidade de excesso de provisionamento ajuda a manter um nivelamento de desgaste efetivo no Flash NAND à medida que a controladora do SSD redistribui com inteligência as operações de gravação por todas as células de memória Flash NAND, sem causar impacto no desempenho geral do SSD durante picos de tráfego da carga.

Além disso, o comando TRIM de controle do conjunto de dados ATA pode aumentar o espaço disponível no SSD recuperando páginas inválidas e capacidade do usuário não utilizada.

Para entender os efeitos de OP, iremos examinar os SSDs empresariais Kingston, os SSDs DC400, como ilustração. Esses SSDs possuem capacidades de até 1,8TB e permitem aos usuários utilizar a ferramenta de Gerenciamento de SSD da Kingston para ajustar o excesso de provisionamento (OP). Ajustando o tamanho de OP, podemos ver os resultados na performance e na resistência ao usar níveis de OP de 7% ou mais.

Capacidade da unidade formatada Tamanho do excesso de provisionamento (OP) Largura de banda para leitura/gravação sequencial (MB/s) IOPS de leitura/gravação randômica constante de 4k TBW
(JEDEC Enterprise [1])
DWPD[2]
400GB 28% OP 555 / 535 85K / 35K 422TB 0.57
480GB 7% OP 555 / 535 85K / 11K 257TB 0.30
800GB 28% OP 555 / 530 78K / 32K 860TB 0.58
960GB 7% OP 555 / 520 78K / 11K 564TB 0.32
1.600GB 28% OP 555 / 510 78K / 32K 1678TB 0.57
1800GB 14% OP
(Mais leitura)*
555 / 500 67K / 18K 1432TB 0.43

Figura 3 Excesso de Provisionamento com base em capacidade e classe de aplicação

Na Figura 3, comparamos as diferentes capacidades correlacionadas do DC400 (400/480GB, 800/960GB, 1600/1800GB) com diferentes níveis de OP.

Quando comparamos cada capacidade, podemos observar o seguinte:

  • As unidades com maior capacidade (menor OP) em cada par podem conservar as mesmas velocidades de transferência (largura de banda), mas os IOPS de gravação randômica são substancialmente reduzidos. Isso significa que unidades com menor OP terão bom desempenho em aplicações de leitura intensiva, mas podem ficar mais lentas em aplicações de gravação intensiva comparadas a unidades com 28% de OP.
  • Menor excesso de provisionamento também significa que o TBW (total de bytes gravados) em Terabytes em cada unidade será menor. Quanto maior o percentual de OP, maior será a duração do SSD. Um DC400 de 960GB pode acomodar até 564TB de dados gravados, enquanto que o DC400 de 800GB pode alcançar 860TBW. Os números de TBW são calculados pela Kingston utilizando as cargas de trabalho JEDEC como referência [1].
  • Quando os números de TBW são transformados em Gravações da Unidade por Dia (DWPD) durante o período de garantia, podemos observar que as unidades com 28% de OP quase alcançam o dobro da quantidade de gravações por dia. É por isso que um OP de 28% é recomendado para aplicações mais intensivas em gravação.

References

  1. JESD219: Solid-State Drive (SSD) Endurance Workloads, JEDEC Committee (http://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd219a). These Client and Enterprise workloads represent a standard for the industry to rate their SSDs and derive the rated TBW supported by their SSDs. Note that your workload could vary and the rated TBW specifications may be above or below your workload’s over time, due to the unique WAF from your application.

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