מהו SSD VPS? הסבר על אחסון מבוסס פלאש לשרתים

מהו SSD VPS?

שרת SSD VPS הוא שרת וירטואלי פרטי שבו האחסון מבוסס על זיכרון פלאש במקום על דיסק קשיח מסתובב. SSD מייצג Solid State Drive: אמצעי אחסון הבנוי משבבי NAND flash, ללא חלקים נעים. VPS מייצג Virtual Private Server: פרוסה מבודדת של שרת פיזי, המריצה מערכת הפעלה עצמאית, ונמכרת לך כאילו הייתה שרת שלם. השילוב של השניים מבטיח דבר אחד: כאשר השרת קורא בלוק נתונים, אין צורך בתנועה מכנית כלשהי.

זוהי ההגדרה המלאה. כל מה שמופיע להלן עוסק במה שהמונח מחסיר, שכן הכיתוב "SSD hosting" בדף תמחור אינו מעיד כמעט על דבר בנוגע למערך האחסון שמאחוריו.

אם טרם הבנת את ההבדל בין VPS לבין מכונה וירטואלית רגילה, ההבדל בין VPS, VM ו-VPC הוא הדף המומלץ לקריאה תחילה.

מדוע ספקיות אחסון מפרסמות את מהירות האחסון במקום את נפחו

דף תוכניות מפרט ליבות CPU, זיכרון, נפח דיסק ורוחב פס, ואז מוסיף מילה אחת על הדיסק שאינה קשורה כלל לנפח. ספקיות עושות זאת כיוון שנפח האחסון חדל להיות הנתון המעניין ביותר כבר לפני שנים. שני המספרים שקובעים כיצד שרת ירגיש בפועל הם IOPS (מספר פעולות קלט/פלט בשנייה) ו־latency (הזמן שלוקח לפעולה אחת לחזור).

ההבדל המכני הוא הסיבה לכך. כונן קשיח שומר נתונים על פלטות מסתובבות וקורא אותם באמצעות ראש על זרוע נעה. כדי להגיע לבלוק במיקום אחר על הפלטה, הזרוע צריכה לבצע seek, ואז הדיסק צריך להסתובב עד שהסקטור הנכון יגיע אל מתחת לראש. ב־7200 סיבובים לדקה, חצי סיבוב אורך בממוצע כ־4 ms, וה־seek מוסיף עוד כמה מילי-שניות. בטכנולוגיית Flash אין זרוע ואין פלטה, לכן קריאה היא שליפה חשמלית שחוזרת בתוך עשרות מיקרו-שניות.

[
  {
    "device": "7200 rpm hard disk",
    "random_read_iops": "125",
    "read_latency_ms": 8
  },
  {
    "device": "SATA SSD",
    "random_read_iops": "90,000",
    "read_latency_ms": 0.15
  },
  {
    "device": "NVMe SSD",
    "random_read_iops": "600,000",
    "read_latency_ms": 0.08
  }
]

כונן קשיח של 7200 rpm מדורג בערך עבור 125 פעולות קריאה אקראיות של 4k בשנייה, וכל פעולת קריאה כזו אורכת כ-8 ms עד שהיא חוזרת. כונן NVMe מדורג קרוב ל-600,000 פעולות דומות, בערך ב-0.08 ms לכל פעולה. כונן SATA SSD שנמצא ביניהם מדורג קרוב ל-90,000. יש לקרוא נתונים אלו כסדרי גודל, ולא כאחוזי שיפור.

שתי אזהרות לגבי הנתונים הללו. אלו מפרטים טכניים שפורסמו עבור כוננים שלמים מכל סוג, כלומר מדובר בנתוני יצרן ולא בנתונים שנמדדו על גבי VPS. בנוסף, לעולם לא תקבלו כונן שלם: הנפח שלכם הוא חלק ממכשיר אחד, או חלק ממערך אחסון, שבו אתם חולקים את החומרה עם לקוחות אחרים.

שתי העמודות עונות גם על שאלות שונות, לכן יש לקרוא אותן יחד. ה־latency הוא הזמן שבו אתם ממתינים לפעולה אחת. ה־IOPS הוא מספר הפעולות שהכונן יכול לעבד בו-זמנית. טכנולוגיית Flash מגיעה לנתוני ה-IOPS הגבוהים שלה בזכות מקביליות, כיוון ששבבי Flash רבים עונים לבקשות רבות בבת אחת בעוד תור עמוק שומר עליהם עסוקים. תוכנית בעלת thread יחיד שמבצעת קריאה אחת, ממתינה לה, ורק אז מבצעת את הבאה, לעולם לא תראה את הקצה העליון של הטבלה הזו. היא תראה במקום זאת את עמודת ה-latency.

SSD, NVMe, SATA ו-PCIe: ארבע מילים בארבע שכבות שונות

קונים נוטים להתבלבל בין מונחים אלו כיוון שכל אחד מהם מתאר חלק אחר במערכת.

• SSD הוא המדיום. המשמעות היא שהנתונים מאוחסנים על שבבי NAND flash ולא על פלטות מגנטיות.
• SATA הוא ממשק שתוכנן בעידן הדיסקים המכניים. הוא מוגבל ל-6 Gbit/s, שהם כ-550 MB/s של תפוקה בפועל, ותור הפקודות שלו מכיל 32 פקודות ממתינות.
• NVMe (ראשי תיבות של non-volatile memory express) הוא פרוטוקול שנכתב במיוחד עבור זיכרון פלאש. הוא תומך בתורים רבים המכילים אלפי פקודות כל אחד, כך שליבות CPU מרובות יכולות לתקשר עם הכונן בו-זמנית מבלי לחלוק תור צר יחיד.
• PCIe (ראשי תיבות של peripheral component interconnect express) הוא האפיק (bus) שעליו רץ NVMe, אותו סוג של נתיבים שאליהם מתחבר כרטיס גרפי.

לפיכך, גם SSD בתקן SATA וגם SSD בתקן NVMe מאחסנים נתונים על גבי פלאש. ההבדל ביניהם הוא בממשק שבו הם משתמשים. כונן SATA SSD עדיין מהיר משמעותית מכל דיסק קשיח, אך תור של 32 פקודות מגביל את כמות העבודה המקבילית שהוא יכול לבצע, ועבודה מקבילית היא בדיוק מה שזיכרון פלאש מצטיין בו. השאלה עבור מה כדאי לשלם תלויה בעומס העבודה שלכם, והמאמר ההחלטה בין NVMe ל-SATA SSD מנתח זאת לעומק.

אחסון מקומי (Local) או אחסון מחובר לרשת (Network Attached)?

שני פתרונות שונים בתכלית נמכרים תחת אותו שם.

אחסון מקומי (Local storage) משמעו שכונני ה-flash נמצאים בתוך אותו מארח פיזי שבו רץ ה-VPS שלכם. בקשה עוברת דרך PCIe בתוך מכונה אחת וחוזרת מיד, וזו הסיבה שהשהיה (latency) נשארת בטווח של עשרות מיקרו-שניות.

אחסון מחובר לרשת (Network attached storage) משמעו שהדיסק הווירטואלי שלכם נמצא באשכול אחסון נפרד, לרוב Ceph או SAN (רשת אחסון), וכל פעולת קריאה או כתיבה חוצה רשת כדי להגיע אליו. ספקי שירות מכנים זאת בדרך כלל "cloud block storage" או "elastic volumes". ה-flash הוא אמיתי. גם המעבר ברשת הוא אמיתי, והוא מתווסף לכל פעולה בודדת, כך שהשהיה מגיעה למאות מיקרו-שניות או למילי-שניות בודדות, במקום לעשרות.

אף אחת מהאפשרויות אינה שגויה. אחסון רשתי שורד את מותו של מארח, כיוון שהנתונים מעולם לא היו על אותו מארח: הספק יכול להפעיל את השרת שלכם על חומרה אחרת והדיסק ילווה אותו. NVMe מקומי הוא מהיר יותר וקשור למכונה פיזית אחת, לכן כשל חומרה שם משמעו שחזור מגיבוי. בררו באיזה סוג אחסון משתמשת התוכנית שלכם. כמעט אף אחד לא עושה זאת.

איך מרגיש ההבדל בביצועים בשרת אמיתי

עבודה של שרת מורכבת ברובה מקריאות וכתיבות אקראיות קטנות, ולא מהעברות רציפות וארוכות. זו הסיבה שנתון ה-MB/s שמופיע בחומרי השיווק הוא הנתון הפחות שימושי בדף.

• ביצוע Commit למסד נתונים. מסד נתונים שמבטיח עמידות (durability) קורא ל-fsync בכל פעם שמתבצע commit לטרנזקציה, ואז ממתין לכונן שיאשר שהנתונים אכן נשמרו. בכונן קשיח (HDD) המתנה זו נמשכת מילי-שניות, מה שמגביל מסד נתונים קטן למאות בודדות של commit בשנייה. בזיכרון פלאש, אותה המתנה נמשכת שבריר מילי-שנייה. כאן הפער הוא המשמעותי ביותר, בין אם אתם מריצים PostgreSQL, MySQL או SQLite כמסד נתונים בסביבת ייצור.
• התקנת חבילות. apt install פורס אלפי קבצים קטנים ומסנכרן אותם לכונן תוך כדי עבודה. כמעט אף חלק בתהליך הזה אינו רציף, ולכן הוא מוגבל על ידי IOPS.
• משיכת תמונות מכולה (Container images). docker pull מושך שכבות דחוסות דרך הרשת ואז מחלץ אותן לאלפי קבצים קטנים. ההורדה מוגבלת על ידי רוחב הפס של הרשת. החילוץ מוגבל על ידי הכונן, ובנפח אחסון איטי, החילוץ הוא החלק שבו תצטרכו להמתין.
• עלייה ואתחול (Boot and reboot). תהליך העלייה קורא את ה-kernel ואת ה-initramfs, ולאחר מכן מאות קובצי unit קטנים וספריות משותפות הפזורים על גבי הכונן.

אף אחד מאלה אינו קריאה רציפה גדולה. כונן שמסוגל להזרים 500 MB/s אך מספק רק 3,000 IOPS עדיין ירגיש איטי במהלך docker compose pull, כיוון שההמתנה נמדדת לפי קובץ, ולא לפי מגה-בייט.

מדוע המונח "SSD cloud hosting" בדף מחירון כמעט אינו אומר דבר

המונח מתאר את אמצעי האחסון ותו לא. הוא אינו מציין באיזה ממשק הכונן משתמש, ואינו מבהיר אם הכונן נמצא פיזית באותו שרת שבו רץ השרת שלכם. הוא גם לא מציין מהו תקרת הביצועים המותרת בתוכנית שלכם.

התקרה הזו היא הנתון החשוב ביותר, אך הוא זה שמפורסם הכי פחות. ספקיות מגבילות IOPS ותעבורת נתונים (throughput) לכל כרך (volume), כיוון ששרת מארח אחד משרת לקוחות רבים, ולקוח "שכן" ללא הגבלה עלול להכביד על השאר. הגבלה של כמה אלפי IOPS על חומרה שמסוגלת למאות אלפים היא סטנדרטית והוגנת, אך היא אינה מופיעה בתיאור התוכנית. שתי תוכניות יכולות להציג את הכיתוב "SSD", בעוד שאחת מבוססת על NVMe מקומי ללא הגבלה לכל כרך, והשנייה על כרך באשכול משותף המוגבל ל-3,000 IOPS.

הגבלות מגיעות בשתי צורות. הגבלה קבועה (sustained cap) היא תקרה אחידה שאינה משתנה. הגבלת "פרץ" (burst cap) מעניקה לכם בסיס נמוך בתוספת נקודות זכות המאפשרות לחרוג ממנו לזמן מוגבל; נקודות אלו נצברות מחדש כאשר הכרך אינו בשימוש. הגבלת פרץ נראית מצוין בבדיקה של חמש דקות, אך הביצועים צונחים לרמת הבסיס באמצע ייבוא מסד נתונים או שחזור קבצים גדול. אם ספקית מציינת מספר גבוה, שאלו למשך כמה זמן מותר לכם לשמור עליו.

כיצד לבדוק מה ה-VPS שלכם מספק בפועל

מתוך המכונה האורחת (guest), ניתן לראות רק את מה שה-hypervisor מציג לכם.

lsblk -d -o NAME,ROTA,MODEL,SIZE
cat /sys/block/vda/queue/rotational

החליפו את vda בשם ההתקן lsblk שהודפס עבור הדיסק שלכם. ROTA וקובץ ה-rotational יציגו 0 כאשר ה-kernel קיבל חיווי שההתקן אינו מסתובב (non-rotational), ו-1 כאשר קיבל חיווי הפוך. דיסק וירטואלי מגדיר את הדגל הזה לפי מה שה-hypervisor מפרסם, לכן הוא מתאר את ההתקן הווירטואלי ולא את החומרה הפיזית שמתחתיו. MODEL בדרך כלל ריק עבור דיסק מסוג virtio כמו vda, או מכיל מחרוזת גנרית כמו QEMU HARDDISK בבקר SATA מדומיין. מכונות אורחות אינן אמורות לראות את מערך האחסון של המארח (host), והן אכן לא רואות אותו.

לכן, התייחסו לדגל כאל רמז בלבד ובצעו מדידות בפועל. הריצו בדיקת 4k אקראית עם fio כנגד קובץ בנפח הכונן, בעומק תור (queue depth) שהיישום שלכם באמת משתמש בו, והריצו אותה מספיק זמן כדי לנצל את כל מכסת ה-burst. המדריך ביצוע Benchmarking תקין ל-VPS מכיל את פקודות ה-fio והטעויות הנפוצות שמניבות תוצאות מטעות.

שלוש שאלות שיש לשאול ספק לפני רכישה

1. האם האחסון מקומי ל-hypervisor, או שהוא מחובר ברשת? התשובה קובעת את רף השיהוי (latency) המינימלי, ומכריעה מה יעלה בגורל הנתונים שלכם כאשר מארח פיזי קורס. ספק שעונה על כך בבהירות הוא ספק שנתן את דעתו על הנושא.
2. מהי מגבלת ה-IOPS על ה-volume שלי? בקשו מספר. "ללא הגבלה" ו-"דרגת ארגון" (enterprise grade) אינם מספרים. אם באמת אין מגבלה, שאלו מה מונע משכן על אותו מארח להשתלט על כל המערך במהלך חלון הגיבוי שלו.
3. האם המגבלה היא קבועה או מבוססת burst? אם מדובר ב-burst, בקשו את ערך הבסיס (baseline) ואת משך ה-burst. ערך הבסיס הוא הנתון שעמו תעבוד המשימה הלילית שלכם, ולכן עליו יש להתבסס בתכנון.

האם זיכרון Flash נשחק, והאם זו הבעיה שלך?

תאי Flash מקבלים מספר מוגבל של מחזורי כתיבה, לכן יצרני כוננים מפרסמים דירוג עמידות ב־TBW (טרה-בייט שנכתבו) או ב־DWPD (מספר כתיבות מלאות לכונן ביום). הכונן מפזר את הכתיבות באופן שווה בין התאים, תהליך הנקרא wear levelling, והוא מחזיק בלוקים רזרביים כדי להחליף תאים שכשלו. ב־VPS, השחיקה היא בעיה של ספק התשתית: הם מנטרים את נתוני ה־SMART בכוננים שלהם ומחליפים חומרה לפני שהדירוג מסתיים. הבעיה שלך ישנה יותר מזיכרון Flash. כונן אינו גיבוי, ויתירות (redundancy) בנפח האחסון שלך אינה גיבוי גם היא, כיוון שהיא מעתיקה מחיקה באותה נאמנות שבה היא מעתיקה נתונים.

הפשרה שאתה עושה בפועל היא מחיר לגיגה-בייט. זיכרון Flash יקר יותר לגיגה-בייט מדיסקים מסתובבים, לכן תוכנית SSD בדרך כלל מציעה פחות נפח אחסון מתוכנית של דיסק קשיח באותו מחיר. אם אתה זקוק לנפח גדול עבור מדיה או ארכיונים, שמור על הנפח המהיר קטן והעבר את האחסון הגדול למקום זול יותר, שזו גם הדרך הנכונה לשמירת גיבויים מחוץ לשרת. לגבי האופן שבו האחסון משתלב בשאר החשבונית, מה העלות האמיתית של VPS מפרק את סעיפי העלויות.

FAQ

האם SSD VPS זהה ל־NVMe VPS?

כל NVMe VPS הוא למעשה SSD VPS, כיוון שכונני NVMe מבוססים על זיכרון פלאש. ההפך אינו נכון. תוכנית שמשווקת כ־"SSD" עשויה להשתמש ב־SATA SSD, שהוא זיכרון פלאש מאחורי ממשק שתוכנן במקור עבור דיסקים מכניים, עם תור של 32 פקודות ותקרה של כ־550 MB/s. שני הסוגים מהירים משמעותית מדיסק קשיח. אם הפער ביניהם משמעותי לעומס העבודה שלכם, בררו מול הספק באיזה סוג כונן מדובר במקום להסתמך על שם התוכנית.

האם SSD VPS הופך את האתר שלי למהיר יותר?

הוא מאיץ פעולות דיסק בלבד. דף שמריץ כמה שאילתות מסד נתונים בכל בקשה יפעל מהר יותר, כיוון ששאילתות אלו וה־commits שלהן מבוססים על I/O אקראי קטן. דף שמוגש מהזיכרון או מתוך מטמון (cache) אינו ניגש לדיסק בתהליך ההגשה, ולכן השיפור יהיה זניח. מדדו איזה חלק בבקשה הוא האיטי לפני שאתם משלמים על אחסון כדי לפתור זאת.

איך אוכל לבדוק אם ה־VPS שלי באמת משתמש באחסון SSD?

מתוך המכונה הווירטואלית לא ניתן לאמת את החומרה הפיזית. הפקודה lsblk -d -o NAME,ROTA מציגה את מה שההתקן הווירטואלי מצהיר עליו, וההיפרווייזר הוא שקובע ערך זה, לכן 0 שם הוא רמז בלבד ולא הוכחה. הבדיקה המעשית היא מדידה: הריצו את fio עם עומס עבודה של קריאה אקראית בבלוקים של 4k למשך כמה דקות ובדקו את ה־latency המדווח. קריאות אקראיות בטווח של ספרה אחת במילי-שניות מעידות על דיסקים מסתובבים או על נפח אחסון רשתי עמוס. עשרות מיקרו-שניות מעידות על פלאש מקומי.

האם אחסון SSD מחובר לרשת פחות טוב מ־NVMe מקומי?

הוא איטי יותר לכל פעולה וצורת הכשל שלו שונה. זמן הלוך-חזור ברשת מתווסף לכל קריאה ולכל כתיבה, ולכן ה־latency גבוה יותר למרות ששניהם מבוססים על פלאש. בתמורה, הנתונים שלכם אינם נמצאים על מארח פיזי יחיד, כך שכשל במארח אינו גורר אובדן של הנפח, ופעולות כמו snapshots ו־live migration קלות יותר לביצוע עבור הספק. בחרו בפלאש מקומי עבור מסד נתונים הרגיש ל־latency. בחרו באחסון רשתי כאשר שרידות הנפח חשובה יותר ממיקרו-שניות.