Che cos'è un SSD VPS e perché è più veloce

Che cos'è un SSD VPS?

Un SSD VPS è un server privato virtuale il cui disco utilizza memoria flash invece di un disco rigido rotante. SSD significa solid-state drive: uno spazio di archiviazione costruito con chip flash NAND e privo di parti mobili interne. VPS significa virtual private server: una porzione isolata di una macchina host fisica, che esegue un proprio sistema operativo e viene venduta come se fosse un server completo. Insieme, queste due sigle indicano una caratteristica precisa. Quando il server legge un blocco di dati, non deve prima spostare alcun componente meccanico.

Questa è l'intera definizione. Il resto riguarda ciò che l'etichetta non specifica, perché la dicitura "SSD hosting" in una pagina con i prezzi dice ben poco sull'array di storage utilizzato.

Se stai ancora cercando di capire in cosa differisca un VPS da una semplice macchina virtuale, la differenza tra un VPS, una VM e una VPC è la pagina migliore da leggere per prima.

Perché gli host indicano la velocità dello storage invece delle sue dimensioni

Una pagina di un piano elenca core CPU, memoria, dimensioni del disco e larghezza di banda, poi aggiunge una parola relativa al disco che non indica affatto una dimensione. Gli host lo fanno perché da anni la capacità non è più il dato più significativo dello storage. I due valori che determinano la reattività di un server sono gli IOPS (operazioni di input/output al secondo) e la latenza (il tempo necessario perché una singola operazione restituisca una risposta).

La differenza meccanica è il motivo. Un hard disk conserva i dati su piatti rotanti e li legge con una testina montata su un braccio mobile. Per raggiungere un blocco in un altro punto del piatto, il braccio deve eseguire la ricerca e il disco deve poi ruotare finché il settore corretto si trova sotto la testina. A 7200 giri al minuto, una mezza rotazione richiede in media circa 4 ms, a cui si aggiungono diversi millisecondi per la ricerca. La memoria flash non ha né braccio né piatto, quindi una lettura è una ricerca elettrica che restituisce il risultato in decine di microsecondi.

[
  {
    "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
  }
]

Un hard disk a 7200 rpm è indicato per circa 125 letture casuali 4k al secondo, e ciascuna di queste letture impiega circa 8 ms per restituire una risposta. Un'unità NVMe è indicata per circa 600,000 delle stesse letture, con un tempo di circa 0.08 ms per lettura. L'SSD SATA intermedio è indicato per circa 90,000. Considerate questi valori come ordini di grandezza, non come una percentuale di miglioramento.

Questi dati richiedono due precisazioni. Sono specifiche pubblicate per unità complete di ciascuna classe, quindi sono valori riportati nelle schede tecniche dei produttori e non misurazioni eseguite su un VPS. Inoltre, non si dispone mai di un'unità completa: il volume è una porzione di un dispositivo o di un array e condivide l'hardware con altri clienti.

Le due colonne rispondono anche a domande diverse, quindi devono essere lette insieme. La latenza indica quanto tempo si attende per una singola operazione. Gli IOPS indicano quante operazioni l'unità può elaborare contemporaneamente. La memoria flash raggiunge valori elevati di IOPS grazie al parallelismo, perché molti chip flash gestiscono molte richieste contemporaneamente mentre una coda profonda li mantiene occupati. Un programma a thread singolo che invia una lettura, attende il risultato e poi invia quella successiva non raggiungerà mai il valore massimo del grafico. Vedrà invece il valore della colonna della latenza.

SSD, NVMe, SATA e PCIe: quattro termini per quattro livelli diversi

Gli acquirenti confondono questi termini perché ciascuno descrive una parte diversa del sistema.

• SSD è il supporto. Indica che i dati risiedono su chip di memoria flash NAND anziché su piatti magnetici.
• SATA è un'interfaccia progettata nell'epoca dei dischi meccanici. Raggiunge al massimo 6 Gbit/s, pari a circa 550 MB/s di velocità effettiva, e la relativa coda dei comandi può contenere 32 comandi in attesa.
• NVMe (non-volatile memory express) è un protocollo progettato specificamente per la memoria flash. Supporta numerose code, ciascuna con migliaia di comandi, così più core della CPU possono comunicare con l'unità contemporaneamente senza condividere un'unica coda stretta.
• PCIe (peripheral component interconnect express) è il bus su cui opera NVMe, dello stesso tipo di canali a cui si collega una scheda grafica.

Quindi, un SSD SATA e un SSD NVMe memorizzano entrambi i dati su memoria flash. La differenza è l'interfaccia utilizzata. Un SSD SATA è comunque molto più veloce di qualsiasi disco rigido, ma la coda di 32 comandi limita la quantità di lavoro parallelo che può gestire, mentre il lavoro parallelo è proprio il punto di forza della memoria flash. La scelta più conveniente dipende dal carico di lavoro; la scelta tra SSD NVMe e SATA analizza correttamente questo aspetto.

Flash locale o storage collegato alla rete?

Due configurazioni molto diverse vengono vendute con lo stesso termine.

Lo storage locale indica che le unità flash si trovano nello stesso host fisico del VPS. Una richiesta attraversa PCIe all'interno di una singola macchina e torna direttamente indietro. Per questo la latenza rimane nell'ordine delle decine di microsecondi.

Lo storage collegato alla rete indica che il disco virtuale si trova in un cluster di storage separato, spesso Ceph o una SAN (storage area network), e che ogni operazione di lettura e scrittura attraversa la rete per raggiungerlo. I provider lo chiamano di solito "cloud block storage" o "elastic volumes". La memoria flash è reale. Anche il passaggio sulla rete è reale e viene aggiunto a ogni singola operazione. Di conseguenza, la latenza raggiunge le centinaia alte di microsecondi o i pochi millisecondi, invece delle decine di microsecondi.

Nessuna delle due opzioni è sbagliata. Lo storage di rete resiste al guasto di un host perché i dati non si trovavano su quell'host. Il provider può avviare il server su altro hardware e il disco lo segue. Il local NVMe è più veloce ed è legato a una singola macchina fisica. Un guasto hardware su quella macchina richiede quindi un ripristino dal backup. Chiedete quale opzione usa il piano. Quasi nessuno lo fa.

La differenza su un server reale

Il lavoro sui server consiste soprattutto in piccole operazioni di lettura e scrittura casuali, non in trasferimenti sequenziali lunghi. Per questo il valore in MB/s indicato nel materiale di marketing è il numero meno utile della pagina.

• Commit del database. Un database che garantisce la durabilità chiama fsync quando esegue il commit di una transazione, quindi attende che l'unità confermi che i dati siano stati realmente salvati. Su un disco rigido, questa attesa dura millisecondi e limita un database di piccole dimensioni a poche centinaia di commit al secondo. Su memoria flash, la stessa attesa dura una frazione di millisecondo. È qui che la differenza è maggiore, sia che si utilizzi PostgreSQL, MySQL o SQLite come database di produzione.
• Installazione dei pacchetti. apt install decomprime migliaia di file piccoli e li sincronizza sul disco durante l'operazione. Quasi nessuna di queste operazioni è sequenziale, quindi le prestazioni dipendono dagli IOPS.
• Download delle immagini dei container. docker pull scarica dalla rete livelli compressi, quindi li estrae in migliaia di file piccoli. Il download è limitato dalla rete. L'estrazione è limitata dal disco; su un volume lento, è questa la fase che richiede più attesa.
• Avvio e riavvio. L'avvio legge un kernel e un initramfs, quindi centinaia di file unit e librerie condivise distribuiti nel volume.

Nessuna di queste operazioni è una lettura sequenziale di grandi dimensioni. Un volume che trasferisce dati a 500 MB/s ma gestisce solo 3,000 IOPS continuerà a sembrare lento durante un docker compose pull, perché l'attesa viene conteggiata per file, non per megabyte.

Perché la dicitura "SSD cloud hosting" in una pagina dei prezzi dice quasi nulla

Il termine descrive il supporto e non aggiunge altro. Non indica quale interfaccia utilizza l'unità e non specifica se l'unità si trova nello stesso computer del server. Inoltre, non indica il limite massimo che il piano può raggiungere.

Questo limite è l'aspetto più importante e quello pubblicizzato meno. I provider impongono limiti a IOPS e throughput per volume, perché un singolo host serve molti clienti e un vicino senza limiti può saturare le risorse disponibili per gli altri. Un limite di alcune migliaia di IOPS su hardware capace di raggiungere centinaia di migliaia è normale e trasparente, ma non compare nella descrizione del piano. Due piani possono riportare entrambi "SSD", mentre uno utilizza NVMe locale senza un limite per volume e l'altro utilizza un volume condiviso in cluster limitato a 3,000 IOPS.

I limiti hanno due forme. Un limite sostenuto è un tetto fisso che non cambia mai. Un limite burst offre una capacità di base ridotta e crediti che consentono di superarla per un certo periodo; i crediti si ricaricano mentre il volume è inattivo. Un limite burst può dare risultati eccellenti in un test di cinque minuti, per poi ridursi alla capacità di base durante un'importazione del database o un ripristino di grandi dimensioni. Se un provider indica un valore elevato, chiedi per quanto tempo puoi mantenerlo.

Come verificare cosa ti ha realmente assegnato il tuo VPS

Dal guest puoi vedere solo le informazioni che l'hypervisor espone.

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

Sostituisci vda con il nome del dispositivo lsblk visualizzato per il disco. Il file ROTA e il file rotational restituiscono 0 quando al kernel è stato comunicato che il dispositivo non è rotazionale, e 1 quando gli è stato comunicato il contrario. Un disco virtuale imposta questo flag in base a ciò che annuncia l'hypervisor, quindi descrive il dispositivo virtuale e non l'hardware fisico sottostante. MODEL è in genere vuoto per un disco virtio come vda, oppure contiene una stringa generica come QEMU HARDDISK su un controller SATA emulato. I guest non sono progettati per vedere l'array dell'host e infatti non lo vedono.

Considera quindi il flag solo un'indicazione e misura tutto il resto. Esegui un test casuale 4k con fio su un file del volume, usando la queue depth effettivamente impiegata dalla tua applicazione, e prolungalo abbastanza da consumare eventuali crediti di burst. Eseguire correttamente il benchmark di un VPS contiene i comandi fio e gli errori comuni che producono risultati troppo favorevoli.

Tre domande da porre al provider prima dell'acquisto

1. Lo storage è locale all'hypervisor o è collegato tramite rete? La risposta stabilisce la latenza minima e determina cosa accade ai dati quando si verifica un guasto dell'host fisico. Un provider che risponde in modo chiaro ha valutato questo aspetto.
2. Qual è il limite di IOPS sul mio volume? Chiedi un numero. «Illimitato» e «di livello enterprise» non sono numeri. Se non esiste davvero alcun limite, chiedi cosa impedisce a un vicino sullo stesso host di occupare l'intero array durante la finestra di backup.
3. Il limite è sostenuto o consente dei burst? Se consente dei burst, chiedi il valore di base e la durata del burst. Il valore di base è quello con cui dovrà operare il job notturno, quindi è il riferimento su cui pianificare.

Le celle flash si usurano e il problema riguarda anche te?

Le celle flash accettano un numero limitato di cicli di scrittura. Per questo le unità pubblicano un valore di resistenza espresso in TBW (terabyte scritti) o DWPD (scritture dell'unità al giorno). L'unità distribuisce le scritture in modo uniforme tra le celle. Questo processo si chiama wear levelling. Inoltre, mantiene blocchi di riserva da usare per sostituire le celle che si guastano. Su un VPS, l'usura è un problema del provider. Il provider monitora i contatori SMART delle proprie unità e sostituisce l'hardware prima che venga raggiunto il valore di resistenza. Il tuo problema è precedente alla tecnologia flash. Un'unità non è un backup. Neppure la ridondanza sotto il tuo volume è un backup, perché replica una cancellazione con la stessa fedeltà con cui replica i dati.

Il compromesso reale riguarda il prezzo per gigabyte. La tecnologia flash costa più dei dischi magnetici per gigabyte. Per questo, a parità di prezzo, un piano SSD offre in genere meno capacità di un piano con disco rigido. Se ti serve molto spazio per contenuti multimediali o archivi, mantieni piccolo il volume veloce e colloca i dati in blocco su uno spazio più economico. Questa è anche la configurazione corretta per conservare i backup fuori dal server. Per capire come lo storage incide sul resto dei costi, quanto costa realmente un VPS analizza le singole voci.

FAQ

Un VPS SSD è la stessa cosa di un VPS NVMe?

Ogni VPS NVMe è un VPS SSD, perché le unità NVMe usano memoria flash. Il contrario non vale. Un piano pubblicizzato come "SSD" può usare un SSD SATA, cioè memoria flash collegata tramite un'interfaccia progettata per i dischi meccanici, con una coda di 32 comandi e un limite vicino a 550 MB/s. Entrambi sono molto più veloci di un disco rigido. Se la differenza è importante per il carico di lavoro, chiedi al provider quale tipo di unità usa il piano invece di dedurlo dal nome del piano.

Un VPS SSD rende più veloce il mio sito web?

Rende più veloci le operazioni su disco, e solo quelle. Una pagina che esegue diverse query al database per ogni richiesta diventa più veloce, perché queste query e i relativi commit sono operazioni di I/O casuali di piccole dimensioni. Una pagina servita dalla memoria o da una cache non accede mai al disco durante l'invio, quindi cambia molto poco. Misura quale parte della richiesta è lenta prima di pagare dello storage per risolvere il problema.

Come posso verificare se il mio VPS usa davvero storage SSD?

Dal guest non puoi verificare l'hardware fisico. lsblk -d -o NAME,ROTA mostra ciò che il dispositivo virtuale dichiara, ma il valore è deciso dall'hypervisor, quindi un valore 0 è un'indicazione, non una prova. La verifica pratica consiste nell'eseguire una misurazione: esegui fio con un carico di letture casuali da 4k per diversi minuti e osserva la latenza riportata. Letture casuali con latenza nell'ordine di pochi millisecondi indicano dischi rotanti o un volume di rete congestionato. Latenze nell'ordine di decine di microsecondi indicano memoria flash locale.

Lo storage SSD collegato alla rete è peggiore dell'NVMe locale?

È più lento per operazione e presenta modalità di errore diverse. Il tempo di andata e ritorno della rete viene aggiunto a ogni lettura e scrittura, quindi la latenza è maggiore anche se entrambi usano memoria flash. In compenso, i dati non risiedono su un singolo host fisico. Un guasto dell'host non rende quindi indisponibile il volume. Inoltre, per il provider, snapshot e migrazione live sono più semplici. Scegli la memoria flash locale per un database sensibile alla latenza. Scegli lo storage di rete quando la disponibilità del volume è più importante dei microsecondi.