Dönen diskler (HDD) neden vSAN ESA ile kullanılamıyor? Son dönemdeki sunucu ve depolama donanımı sıkıntısı müşterileri maliyetleri düşürmenin her yolunu düşünmeye itti ve bu soru zaman zaman gündeme geliyor. Bazı müşteriler uygulamalarının çok yüksek performans istemediğini, bu yüzden dönen disklerin vSAN ESA’da yeterli olabileceğini düşünüyor. VMware’in cevabı net: dönen diskler vSAN ESA ile çalışmaz ve desteklenmez. Bu yazı nedenini anlatıyor.
Dönen disk kullanma fikri, kurumsal depolama sistemlerindeki eski kullanımlarından geliyor. vSAN OSA hibrit yapılandırmaları ve hibrit depolama dizileri gibi sistemler, gelen yazmaları dönen diske yazmadan önce tamponlamak için daha yüksek performanslı NAND flash kullanıyordu. Dönemin donanımını ve o mimari için tasarlanmış yazılımı yansıtan yenilikçi bir yaklaşımdı. Peki bugün neden iyi bir yaklaşım değil?
Eski medya, bus protokolleri ve mimarilerin sorunu
2000’lerin başından beri dönen diskler SATA ya da SAS arayüzleri kullanıyordu. SATA, depolama komutlarını iletmek için seri ATA komut setini; SAS ise SCSI’yi kullanıyordu. İkisi de manyetik plakalar, okuma kafası mekanizması ve mantık kartı gibi bu cihazların özelliklerine ve sınırlarına göre tasarlanmıştı. SATA daha çok tüketici, SAS ise kurumsal kullanım içindi; 2010’ların başında hızla büyüyen sanallaştırma ortamları depolama satıcılarını maliyetleri düşürmeye zorladı. Ama görmezden gelinemeyecek sınırlar vardı.
Fizik. Dönen diskler her zaman binlerce devirle dönen bir plakanın ve veriyi okuyup yazan manyetik kafaların fiziksel sınırlarına bağlı kaldı ve kalacak. İster 7.200 RPM SATA, ister 10.000 ya da 15.000 RPM SAS diskler olsun, dönme gecikmesi performansta ciddi bir iyileşmeyi engelledi. Depolama çözümleri veriyi birden fazla diske dağıtmak gibi yöntemlerle bu sınırların etrafından dolanmaya çalıştı, ama bu çok emek isteyip küçük kazançlar sağladı.
Protokoller. SATA ve SAS dönen medya için tasarlandığı için komut setleri karmaşıktı ve bir okuma ya da yazma komutunu işlemek gereksiz miktarda CPU döngüsü tüketiyordu. SATA half-duplex, yani iletişim aynı anda tek yönde olabiliyor; bekleyen I/O komutları için de çok düşük bir sınırı var: en fazla 32 komutluk tek bir kuyruk (queue depth 32). SAS full-duplex ve kuyruk derinliği 256, ama aynı temel sorunlardan muzdarip. Asıl sorunlar SAS ve SATA NAND flash ile kullanılmaya başlanınca ortaya çıktı; dönen diskin fiziksel sınırları ortadan kalkınca protokollerin zayıflıkları NAND flash’ın yeteneklerini kısıtlar hale geldi.
Mimari. SAS ve SATA cihazları fiziksel bir host bus adapter’a (HBA, depolama denetleyicisi) bağlanıyor ve I/O komutları bu denetleyiciden geçiyor. Paylaşımlı bir depolama ortamında bu harici denetleyici birden fazla cihazdan sorumlu olabiliyor ve tüm I/O trafiğini tek bir noktadan geçiriyor. Bu hem zaten yavaş cihazlar için ortak bir darboğaz oluşturuyor hem de başka sorunları gizliyordu. Darboğaz özellikle SSD’ler devreye girince can sıkıcı hale geldi; NAND flash’ın performansı çoğu zaman bus protokolü, HBA ya da ikisi birden yüzünden kısıtlandı. vSAN ESA’nın SAS ya da SATA tabanlı flash cihazları desteklememesinin bir nedeni de bu.
NVMe ve modern NAND flash
NVMe, tamamen katı hal depolama için tasarlanmış ve depolama cihazlarının yeteneklerini kökten değiştiren bir arayüz spesifikasyonu. 2010’ların başında dönen disklerin günlerinin sayılı olduğu, flash üzerinde SATA ve SAS deneyiminin de bir sonraki büyük darboğazın arayüz olacağını gösterdiği belliydi. NVMe bu sorunları şöyle çözüyor:
- NVMe cihazları doğrudan PCIe bus’ına takılıyor; bu da çok büyük veri aktarımına izin veriyor. 4 lane kullanan bir PCIe Gen 5 cihaz yaklaşık 16 GB/s throughput sağlayabiliyor.
- Her NVMe cihazının üzerinde kendi denetleyicisi var; paylaşımlı bir HBA kullanılmıyor ve paylaşımlı denetleyicinin darboğaz etkisi ortadan kalkıyor.
- Büyük derinlikte çoklu kuyruklar: Her NVMe cihazındaki denetleyici, her biri 64.000 komuta kadar derinlikte 64.000’e kadar kuyruk destekleyebiliyor.
- Flash için tasarlanmış sade bir komut seti, SAS ve SATA’nın teknik borcunu büyük ölçüde ortadan kaldırıp kaynak tüketimini azaltıyor.
- NVMe katı hal depolamayı varsayıyor; en çok NAND flash ile kullanılıyor ama 3D XPoint gibi teknolojilerle de kullanıldı.
Bu farklar sayesinde NVMe, I/O başına SATA’nın yaklaşık üçte biri, SAS’ın ise üçte biri ile yarısı arasında CPU yükü kullanıyor. Darboğaz etkisini ortadan kaldırdığı için de yüksek paralellik sağlıyor; hem yüksek performans veriyor hem de bu performansın neredeyse her kullanım seviyesinde tutarlı kalmasını sağlıyor.
Not: vSAN ESA sadece doğrudan PCIe bus’ına takılan NVMe cihazlarını destekliyor; Tri-Mode denetleyiciler desteklenmiyor.
Performans ve veri erişilebilirliği
Medya ve protokol sınırları göz önüne alındığında, dönen diskler NVMe’ye göre rastgele throughput’ta 10.000 kata kadar, rastgele IOPS’ta 10.000 kattan fazla ve gecikmede 2.000 kata kadar daha yavaş olabiliyor. Performans sadece iş yüklerinin beklenen seviyede çalışması meselesi değil, veri erişilebilirliğini de etkiliyor. vSAN veriyi yüksek erişilebilirlik için host’lara dağıtıyor ve kendi kendini onarma yeteneği, planlı ya da plansız bir olayda veriyi zamanında başka host’lara taşımaya ya da yeniden oluşturmaya dayanıyor. Bu işlemler için depolama performansının 2.000’de biri ile 10.000’de biri arasında olması, ağ performansınızı aynı oranda düşürmek gibi; basit bir host tahliyesi bile dakikalar yerine günler sürebilir.
Maliyet karşılaştırması
Dönen diskleri vSAN ESA’da kullanma fikrinin arkasında maliyet ve bulunabilirlik var. Ama asıl dikkat edilmesi gereken gerçek şu: dönen diskler veri merkezindeki production iş yükleri için anlamlı şekilde kullanılamayacak kadar yetersiz olduğu için ucuz ve kolay bulunuyor. Yani kimse onları istemiyor ve piyasa fiyatları da bunu yansıtıyor.
Eski arayüzlerle birlikte dönen diskler o kadar yetersizdi ki vSAN OSA hibrit yapılandırmaları erasure coding, deduplication ve compression gibi gelişmiş alan verimliliği özelliklerini destekleyemiyordu. Bu, TB başına maliyet karşılaştırmasını tamamen değiştiriyor. Basit bir örnek için NVMe’nin piyasa fiyatının dönen diskin 8 katı olduğunu varsayalım:
- Dönen disk: Dayanıklılık için alan verimli erasure coding yerine basit aynalama kullanılması gerektiği için her birim veri 3 kat kapasite tüketiyor; satır içi sıkıştırma ya da global deduplication da kullanılamıyor.
- NVMe: Her birim veri dayanıklılık için sadece 1,5 kat kapasite tüketiyor. Sıkıştırma ve deduplication sonrası mütevazı bir 4:1 veri azaltma oranı varsayıldığında, dayanıklı şekilde saklanan veri orijinal boyutunun sadece 0,375’i kadar yer kaplıyor.
| Kapasite birimi başına fiyat | Saklanan veri | Dayanıklılık sonrası tüketim | Veri azaltma sonrası tüketim | Dayanıklı saklanan veri birimi başına efektif maliyet | |
|---|---|---|---|---|---|
| Dönen disk | 1 $ | 1 | 3 | 3 | 3 $ |
| NVMe | 8 $ | 1 | 1,5 | 0,375 (4:1) | 3 $ |
Örnekte efektif maliyet aynı çıkıyor, ama NVMe binlerce kat daha hızlı ve tutarlı. Bu çok basitleştirilmiş teorik bir karşılaştırma; dönen disklerle kurulan bir sistemde sadece önbellek için flash cihazlar, ek depolama denetleyicileri ve fiziksel sınırlar yüzünden daha fazla cihaz, dolayısıyla daha fazla alan ve güç gerekecekti. NAND sıkıntısı geçtiğinde, çok daha düşük yeteneklere sahip eski donanıma yatırım yapmak uzun vadede iyi bir karar gibi görünmeyecek.
Depolama maliyetini doğru şekilde düşürmek
vSAN ESA, NVMe cihazlarla daha az fiziksel donanımla daha fazla veri saklamanızı sağlayacak şekilde tasarlandı:
- I/O darboğazı yaratan ve maliyet ekleyen harici depolama denetleyicileri yok.
- vSAN ESA’daki tüm cihazlar kapasiteye katkı sağlıyor; ayrı önbellek cihazı yok.
- Optimize edilmiş sıkıştırma ve global deduplication.
- Optimal erasure coding.
- Performans hedeflerine ulaşmak için daha az host, cihaz, ağ ve güç gereksinimi.
vSAN ESA ayrıca daha düşük maliyetli Read-Intensive NVMe cihazlarını ve bazı kullanım senaryoları için yüksek yoğunluklu, düşük maliyetli QLC depolama cihazlarını destekliyor.
Peki dönen diskleri neden vSAN OSA ile kullanmıyoruz? vSAN OSA’nın all-flash yapılandırmaları desteklenmeye devam ediyor, ama hibrit cluster’ların kullanımdan kaldırılacağı VCF 9.0 sürüm notlarında duyuruldu.
Yazının en ikna edici kısmı maliyet tablosu: erasure coding ve veri azaltma hesaba katıldığında NVMe’nin 8 kat pahalı olduğu varsayımında bile dayanıklı saklanan veri başına maliyet eşitleniyor. Gerçekte veri azaltma oranı iş yüküne göre 4:1’in altında da kalabilir, bu yüzden kendi verinizle hesap yapmak önemli. Donanım sıkıntısı yaşayan ekipler için asıl pratik öneri, dönen diske dönmek yerine Read-Intensive NVMe ya da QLC gibi daha ucuz flash seçeneklerine bakmak. Hibrit vSAN OSA kullananların da kullanımdan kaldırma duyurusunu planlarına dahil etmesi gerekiyor.
