SSD VPS ni nini na inafanyaje kazi?

SSD VPS ni nini?

SSD VPS ni seva ya kibinafsi ya mtandaoni (virtual private server) ambayo diski yake inatumia kumbukumbu ya flash badala ya diski ngumu inayozunguka. SSD inasimamia solid state drive: hifadhi iliyojengwa kwa chip za NAND flash, bila sehemu zozote zinazohamia ndani. VPS inasimamia virtual private server: kipande kimoja kilichotengwa cha mashine halisi ya seva, kinachoendesha mfumo wake wa uendeshaji, na kuuzwa kwako kana kwamba ni seva nzima. Ukiunganisha maneno hayo mawili, lebo hiyo huahidi jambo moja. Seva yako inaposoma kizuizi cha data, hakuna sehemu ya mitambo inayohitaji kusonga kwanza.

Hiyo ndiyo ufafanuzi mzima. Kila kitu hapa chini kinahusu kile ambacho lebo hiyo haikielezi, kwa sababu maneno "SSD hosting" kwenye ukurasa wa bei hayatoi maelezo mengi kuhusu mfumo wa hifadhi uliopo nyuma yake.

Ikiwa bado unajaribu kuelewa jinsi VPS inavyotofautiana na mashine ya kawaida ya mtandaoni (virtual machine), tofauti kati ya VPS, VM na VPC ndio ukurasa bora zaidi wa kusoma kwanza.

Kwa nini watoa huduma hutangaza kasi ya hifadhi badala ya ukubwa wa hifadhi

Ukurasa wa mpango huorodhesha cores za CPU, kumbukumbu, ukubwa wa diski na bandwidth, kisha huongeza neno moja kuhusu diski ambalo si ukubwa hata kidogo. Watoa huduma hufanya hivyo kwa sababu uwezo wa kuhifadhi uliacha kuwa namba ya kuvutia kuhusu hifadhi miaka mingi iliyopita. Namba mbili zinazoamua jinsi seva inavyofanya kazi ni IOPS (input/output operations per second) na latency (muda ambao operesheni moja huchukua kurudi).

Tofauti ya kimitambo ndiyo sababu. Hard disk huhifadhi data kwenye sahani zinazozunguka na kuisoma kwa kutumia kichwa kilicho kwenye mkono unaosogea. Ili kufikia block mahali pengine kwenye sahani, mkono lazima utafute (seek), kisha diski lazima izunguke hadi sekta sahihi ifike chini ya kichwa. Kwa mzunguko wa 7200 kwa dakika, nusu mzunguko huchukua wastani wa 4 ms, na utafutaji huongeza muda zaidi. Flash haina mkono wala sahani, kwa hivyo usomaji ni utafutaji wa umeme unaorudi ndani ya makumi ya microseconds.

[
  {
    "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
  }
]

Hard disk ya 7200 rpm hukadiriwa kwa takriban 125 random 4k reads kwa sekunde, na moja ya usomaji huo huchukua takriban 8 ms kurudi. NVMe drive hukadiriwa karibu na 600,000 ya usomaji uleule, kwa takriban 0.08 ms kila mmoja. SATA SSD iliyo katikati yao hukadiriwa karibu na 90,000. Soma namba hizo kama viwango vya ukubwa, si kama asilimia ya uboreshaji.

Maonyo mawili kuhusu data hiyo. Hizi ni vipimo vilivyochapishwa kwa ajili ya drive nzima za kila daraja, kwa hivyo ni takwimu za karatasi za watengenezaji na si kitu kilichopimwa kwenye VPS. Na huwezi kupata drive nzima: volume yako ni sehemu ya kifaa kimoja, au sehemu ya array, iliyokaa karibu na wateja wengine kwenye maunzi yaleyale.

Safu wima mbili pia hujibu maswali tofauti, kwa hivyo zisome pamoja. Latency ni muda unaosubiri operesheni moja. IOPS ni idadi ya operesheni ambazo drive inaweza kufanyia kazi kwa wakati mmoja. Flash hufikia takwimu zake za juu za IOPS kupitia parallelism, kwa sababu chips nyingi za flash hujibu maombi mengi kwa wakati mmoja wakati foleni ndefu ikiwaweka busy. Programu ya single-threaded inayotoa ombi moja la kusoma, ikasubiri, kisha ikatoa lingine haitawahi kuona kilele cha chati hiyo. Badala yake, huona safu wima ya latency.

SSD, NVMe, SATA na PCIe: maneno manne katika matabaka manne tofauti

Wanunuzi huchanganya maneno haya kwa sababu kila moja linaelezea sehemu tofauti ya mfumo.

• SSD ni kifaa cha kuhifadhia data. Inamaanisha data inakaa kwenye chip za NAND flash badala ya diski za sumaku.
• SATA ni kiolesura (interface), kilichoundwa katika enzi ya diski za mitambo. Kina ukomo wa 6 Gbit/s, ambayo ni takriban 550 MB/s ya throughput halisi, na foleni yake ya amri (command queue) inashikilia amri 32 kwa wakati mmoja.
• NVMe (non-volatile memory express) ni itifaki iliyoandikwa mahususi kwa ajili ya flash. Inaauni foleni nyingi zinazoshikilia maelfu ya amri kila moja, hivyo cores kadhaa za CPU zinaweza kuwasiliana na diski kwa wakati mmoja bila kushiriki foleni moja finyu.
• PCIe (peripheral component interconnect express) ni basi (bus) ambalo NVMe hutumia, aina ileile ya njia (lanes) ambazo kadi ya michoro (graphics card) huchomekwa.

Kwa hivyo, SATA SSD na NVMe SSD zote huhifadhi data kwenye flash. Zinatafautiana katika kiolesura wanachotumia. SATA SSD bado ni ya haraka zaidi kuliko diski yoyote ngumu, lakini ile foleni ya amri 32 hupunguza kiasi cha kazi za sambamba (parallel work) inazoweza kufanya, na kazi za sambamba ndizo hasa ambazo flash inafanya vizuri. Ni ipi inayostahili kulipiwa inategemea mzigo wako wa kazi, na uamuzi kati ya NVMe na SATA SSD huchambua hilo kikamilifu.

Hifadhi ya ndani (local flash) au hifadhi ya mtandao (network attached storage)?

Mipangilio miwili tofauti sana huuzwa kwa kutumia neno moja.

Hifadhi ya ndani (Local storage) inamaanisha kuwa flash drives ziko ndani ya seva ileile ya kimwili (physical host) kama VPS yako. Ombi husafiri kupitia PCIe ndani ya mashine moja na kurudi moja kwa moja, ndiyo maana latency hubaki katika makumi ya microseconds.

Hifadhi ya mtandao (Network attached storage) inamaanisha kuwa diski yako ya mtandaoni (virtual disk) inaishi kwenye nguzo tofauti ya hifadhi, mara nyingi Ceph au SAN (storage area network), na kila usomaji na uandikaji huvuka mtandao ili kuifikia. Watoa huduma kwa kawaida huiita hii "cloud block storage" au "elastic volumes". Flash ni ya kweli. Safari ya mtandao pia ni ya kweli, na huongezwa kwa kila operesheni moja, kwa hivyo latency hufikia mamia ya juu ya microseconds au milliseconds chache badala ya makumi.

Hakuna jibu lisilo sahihi kati ya haya. Hifadhi ya mtandao hupona kifo cha seva (host), kwa sababu data haikuwahi kuwa kwenye seva hiyo: mtoa huduma anaweza kuanzisha seva yako kwenye maunzi mengine na diski huifuata. Local NVMe ni ya haraka zaidi na imefungwa kwenye mashine moja ya kimwili, kwa hivyo hitilafu ya maunzi hapo inamaanisha kurejesha data kutoka kwenye backup. Uliza ni ipi mpango fulani unatumia. Karibu hakuna mtu anayefanya hivyo.

Jinsi tofauti inavyohisi kwenye seva halisi

Kazi ya seva mara nyingi huhusisha usomaji na uandikaji mdogo wa nasibu, si uhamishaji mrefu wa mfululizo. Ndiyo maana takwimu ya MB/s inayopatikana kwenye matangazo ya biashara ndiyo namba isiyo na manufaa zaidi kwenye ukurasa.

• Database commits. Database inayohakikisha uimara hupiga fsync wakati transaction inapokamilika, kisha husubiri diski ithibitishe kuwa data imehifadhiwa kikamilifu. Kwenye hard disk, kusubiri huko huchukua milisekunde, jambo linalopunguza uwezo wa database ndogo kufikia mamia machache ya commits kwa sekunde. Kwenye flash, kusubiri huko ni sehemu ndogo ya milisekunde. Hapa ndipo pengo linapokuwa kubwa zaidi, iwe unaendesha PostgreSQL, MySQL au SQLite kama database ya uzalishaji.
• Package installs. apt install hufungua maelfu ya faili ndogo na kuzisawazisha kwenye diski kadiri inavyoendelea. Karibu kazi hiyo yote si ya mfululizo, kwa hivyo inategemea IOPS.
• Container image pulls. docker pull huchota matabaka yaliyobanwa kupitia mtandao na kisha kuyafungua kuwa maelfu ya faili ndogo. Upakuaji hutegemea mtandao. Ufunguaji hutegemea diski, na kwenye volume ya polepole, ufunguaji ndio sehemu unayokaa na kusubiri.
• Boot na reboot. Kuanzisha mfumo husoma kernel na initramfs, kisha mamia ya unit files ndogo na maktaba zilizoshirikiwa zilizotawanyika kwenye volume.

Hakuna hata moja kati ya hizo inayohusisha usomaji mkubwa wa mfululizo. Volume inayotiririsha 500 MB/s huku ikitoa 3,000 IOPS pekee bado itahisiwa kuwa polepole wakati wa docker compose pull, kwa sababu muda wa kusubiri huhesabiwa kwa kila faili, si kwa kila megabyte.

Kwa nini "SSD cloud hosting" kwenye ukurasa wa bei haikupi maelezo ya kutosha

Neno hili linaelezea tu aina ya kifaa cha kuhifadhia data na linaishia hapo. Halisemi chochote kuhusu kiolesura (interface) kinachotumiwa na diski hiyo, wala kama diski hiyo iko kwenye mashine moja na seva yako. Pia halisemi chochote kuhusu kikomo cha utendaji ambacho mpango wako unaruhusiwa kufikia.

Kikomo hicho ndicho cha muhimu zaidi na ndicho kinachotangazwa kidogo zaidi. Watoa huduma huweka ukomo wa IOPS na throughput kwa kila volume, kwa sababu mwenyeji mmoja huhudumia wateja wengi na jirani asiyewekewa ukomo anaweza kuwanyima wengine rasilimali. Ukomo wa maelfu machache ya IOPS kwenye vifaa vinavyoweza kufikia mamia ya maelfu ni jambo la kawaida na la kweli, lakini halionekani kwenye maelezo ya mpango. Mipango miwili inaweza yote kusema "SSD" wakati mmoja ukiwa ni NVMe ya ndani isiyo na ukomo kwa kila volume, na mwingine ukiwa ni volume ya cluster inayoshirikiwa na yenye ukomo wa 3,000 IOPS.

Vikomoo huja katika aina mbili. Ukomo wa kudumu (sustained cap) ni kikomo cha kawaida ambacho hakibadiliki. Ukomo wa muda (burst cap) hukupa msingi wa chini pamoja na mikopo (credits) inayokuruhusu kuvuka kikomo hicho kwa muda, na mikopo hiyo hujijaza upya wakati volume haitumiki. Ukomo wa muda huonekana bora sana katika jaribio la dakika tano, kisha hushuka hadi kwenye msingi wakati wa kuingiza data kwenye database au kufanya restore kubwa. Ikiwa mtoa huduma anataja namba kubwa, uliza ni muda gani unaruhusiwa kudumisha kasi hiyo.

Jinsi ya kukagua kile VPS yako ilichokupa kihalisi

Kutoka ndani ya mfumo mgeni (guest), unaweza kuona tu kile ambacho hypervisor inakuambia.

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

Badilisha vda na jina la kifaa lsblk lililochapishwa kwa ajili ya diski yako. ROTA na faili ya rotational husoma 0 wakati kernel imeambiwa kuwa kifaa si cha kuzunguka (non-rotational), na 1 wakati imeambiwa kinyume chake. Diski ya mtandao (virtual disk) huweka alama hiyo kulingana na kile ambacho hypervisor inatangaza, kwa hivyo inaelezea kifaa cha mtandao na si maunzi halisi yaliyo chini yake. MODEL kwa kawaida huwa tupu kwa diski ya virtio kama vile vda, au kamba ya kawaida kama QEMU HARDDISK kwenye kidhibiti cha SATA kilichoigizwa (emulated). Mifumo mgeni haikusudiwi kuona safu (array) ya mwenyeji (host), na haiioni.

Kwa hivyo, chukulia alama hiyo kama dokezo na pima mengine yote. Endesha jaribio la 4k la nasibu kwa kutumia fio dhidi ya faili kwenye ujazo (volume), kwa kina cha foleni (queue depth) ambacho programu yako hutumia kihalisi, na uendeshe kwa muda mrefu wa kutosha kumaliza mkopo wowote wa kasi ya muda mfupi (burst credit). Kupima utendaji wa VPS ipasavyo ina amri za fio na makosa ya kawaida yanayozalisha namba za kuvutia zisizo za kweli.

Maswali matatu ya kumuuliza mtoa huduma kabla ya kununua

1. Je, hifadhi (storage) iko kwenye hypervisor yenyewe, au imeunganishwa kupitia mtandao? Jibu la swali hili huweka kiwango cha chini cha latency yako, na huamua hatima ya data yako pale seva pangishi (physical host) inapofeli. Mtoa huduma anayejibu hili kwa uwazi amelifanyia kazi suala hilo.
2. Je, kikomo cha IOPS kwenye volume yangu ni kipi? Ulizia namba kamili. "Unlimited" na "enterprise grade" si namba. Ikiwa kweli hakuna kikomo, uliza ni nini kinachozuia mtumiaji mwingine kwenye seva hiyo hiyo kutumia rasilimali zote za diski wakati wa kipindi chake cha backup.
3. Je, kikomo hicho ni cha kudumu au cha muda mfupi (burst)? Ikiwa ni cha muda mfupi, uliza kuhusu kiwango cha msingi (baseline) na muda ambao burst hiyo hudumu. Kiwango cha msingi ndicho kitakachotumiwa na kazi zako za usiku, hivyo ndicho unachopaswa kukizingatia katika mipango yako.

Je, flash huisha muda wake, na je, hilo ndilo tatizo lako?

Seli za flash hukubali idadi ndogo ya mizunguko ya uandishi (write cycles), kwa hivyo viendeshi huchapisha ukadiriaji wa uimara (endurance rating) katika TBW (terabytes written) au DWPD (drive writes per day). Kiendeshi husambaza uandishi kwa usawa kwenye seli zake, jambo linaloitwa wear levelling, na huhifadhi vizuizi vya ziada (spare blocks) ili kuchukua nafasi ya seli zinazofeli. Kwenye VPS, uchakavu ni tatizo la mtoa huduma: wao hufuatilia vihesabio vya SMART kwenye viendeshi vyao na kubadilisha maunzi kabla ya ukadiriaji kuisha. Tatizo lako ni la zamani kuliko flash. Kiendeshi si chelezo (backup), na redundancy chini ya volume yako si chelezo pia, kwa sababu hunakili ufutaji kwa uaminifu kama inavyonakili data.

Biashara unayofanya kwa kweli ni bei kwa kila gigabyte. Flash hugharimu zaidi kwa kila gigabyte kuliko diski zinazozunguka (spinning disks), kwa hivyo mpango wa SSD kwa kawaida huuza uwezo mdogo kuliko mpango wa hard disk kwa bei sawa. Ikiwa unahitaji nafasi kubwa kwa ajili ya media au kumbukumbu, weka volume ya haraka ikiwa ndogo na uweke kiasi kikubwa mahali pengine pa bei nafuu, ambayo pia ndiyo njia sahihi ya kuweka chelezo nje ya seva. Kuhusu jinsi uhifadhi unavyokaa ndani ya gharama nyingine, gharama halisi ya VPS huchanganua vipengele hivyo.

FAQ

Je, SSD VPS ni kitu kimoja na NVMe VPS?

Kila NVMe VPS ni SSD VPS, kwa sababu drive za NVMe ni za aina ya flash. Kinyume chake si kweli. Mpango unaotangazwa kama "SSD" unaweza kuwa SATA SSD, ambayo ni flash iliyo nyuma ya interface iliyoundwa kwa ajili ya diski za mitambo, ikiwa na queue ya amri 32 na ukomo wa karibu 550 MB/s. Zote mbili ni za haraka zaidi kuliko diski ngumu (HDD). Ikiwa tofauti kati yao ni muhimu kwa kazi yako, muulize mtoa huduma ni ipi inayotumiwa na mpango huo badala ya kutegemea jina la mpango.

Je, SSD VPS hufanya tovuti yangu kuwa ya haraka zaidi?

Hufanya kazi ya diski kuwa ya haraka, na kazi ya diski pekee. Ukurasa unaoendesha queries kadhaa za database kwa kila ombi huwa wa haraka, kwa sababu queries hizo na commits zake ni I/O ndogo za nasibu (random). Ukurasa unaotolewa kutoka kwenye kumbukumbu (memory) au cache haugusi diski wakati wa kutoka, kwa hivyo haubadiliki sana. Pima sehemu ipi ya ombi ni ya polepole kabla ya kulipia hifadhi ili kurekebisha tatizo hilo.

Ninawezaje kuangalia kama VPS yangu inatumia hifadhi ya SSD kweli?

Ukiwa ndani ya mfumo wa mgeni (guest) huwezi kuthibitisha maunzi (hardware) halisi. lsblk -d -o NAME,ROTA huonyesha kile kifaa cha mtandaoni kinachotangaza, na hypervisor ndiyo huamua thamani hiyo, kwa hivyo 0 hapo ni dokezo badala ya uthibitisho. Ukaguzi wa kivitendo ni kipimo: endesha fio na mzigo wa kazi wa random 4k read kwa dakika kadhaa na uangalie latency inayoripotiwa. Random reads za tarakimu moja ya millisecond huashiria diski zinazozunguka au network volume iliyojaa. Makumi ya microseconds huashiria flash ya ndani (local flash).

Je, hifadhi ya SSD iliyounganishwa kwenye mtandao ni mbaya zaidi kuliko NVMe ya ndani?

Ni ya polepole kwa kila operesheni na inafeli kwa njia tofauti. Muda wa safari ya mtandao (network round trip) huongezwa kwa kila usomaji na uandikaji, kwa hivyo latency huwa juu ingawa zote mbili ni flash. Kwa kubadilishana, data yako haikai kwenye host moja ya kimwili, kwa hivyo kufeli kwa host hakuchukui volume hiyo pamoja nayo, na snapshots pamoja na live migration ni rahisi zaidi kwa mtoa huduma. Chagua flash ya ndani kwa database inayohitaji latency ndogo. Chagua hifadhi ya mtandao wakati uhai wa volume ni muhimu zaidi kuliko microseconds.