NVMe, SATA SSD и HDD на VPS: в чём разница и что важно

Чем NVMe отличается от SATA SSD и HDD?

NVMe и SATA SSD - оба твердотельные накопители на флеш-памяти, разница в том, как они подключены к процессору. SATA SSD работает через тот же интерфейс SATA и протокол AHCI, что и жёсткие диски (HDD), и наследует их ограничения. NVMe (NVM Express) - протокол, созданный специально для флеш-памяти: накопитель подключается напрямую к шине PCIe. HDD - механический диск с вращающимися пластинами и головкой, которой нужно физически переместиться к данным.

Интерфейс: PCIe против SATA

SATA III передаёт до 6 Гбит/с, а после служебного кодирования остаётся около 600 МБ/с - это потолок любого SATA SSD, каким бы быстрым ни был сам флеш. NVMe-накопитель обычно занимает четыре линии PCIe, и потолок задаёт поколение шины: около 4 ГБ/с у PCIe 3.0, около 8 ГБ/с у PCIe 4.0 и около 16 ГБ/с у PCIe 5.0. Это теоретическая пропускная способность канала, реальные накопители до неё не дотягивают, но разница с SATA всё равно кратная.

Очереди команд: AHCI и NVMe

AHCI проектировался для жёстких дисков, у которых одна головка и обрабатывать много запросов параллельно нет смысла: одна очередь глубиной 32 команды. Спецификация NVMe допускает до 65 535 очередей ввода-вывода по 65 536 команд в каждой, и каждое ядро процессора может работать со своей очередью без блокировок. На сервере, где одновременно пишут база данных, веб-сервер и логи, это и даёт NVMe преимущество под параллельной нагрузкой.

Почему для сервера важнее IOPS и задержка, чем МБ/с?

Большинство серверных задач читают и пишут не большие файлы подряд, а тысячи мелких кусочков в случайных местах диска. Здесь решают IOPS - сколько операций в секунду выдерживает диск - и задержка каждой операции, а линейные гигабайты в секунду почти не видны.

• Базы данных (PostgreSQL, MySQL) читают страницы индексов и таблиц блоками по несколько килобайт и ждут fsync при каждой фиксации транзакции - задержка диска прямо добавляется ко времени запроса.
• Сборки и пакетные менеджеры (npm install, компиляция, docker build) создают и читают десятки тысяч мелких файлов.
• Сайты и CMS под нагрузкой одновременно читают файлы, пишут сессии, кэш и логи - это параллельные мелкие операции.
• Бэкапы, раздача больших файлов, видео - редкий случай, где важна именно последовательная скорость в МБ/с.

Сравнение NVMe, SATA SSD и HDD

Термины

NVMe (NVM Express)

Протокол обмена с накопителями на флеш-памяти через шину PCIe: много параллельных очередей команд и минимальные накладные расходы.

AHCI

Протокол контроллера SATA, созданный для жёстких дисков: одна очередь глубиной 32 команды.

IOPS

Операций ввода-вывода в секунду: сколько отдельных запросов на чтение или запись выдерживает диск. Обычно меряют на блоках 4 КБ.

Задержка (latency)

Время от отправки запроса к диску до ответа. У HDD измеряется миллисекундами, у SSD - микросекундами.

Глубина очереди (queue depth)

Сколько запросов к диску отправлено и ещё не выполнено. Чем больше параллельных запросов держит диск, тем выше его IOPS под нагрузкой.

Как узнать, какой диск у вашего VPS?

Внутри виртуальной машины видно виртуальное устройство, а не физический накопитель: диск называется vda или sda, а флаг ROTA в lsblk (1 - вращающийся диск, 0 - нет) зависит от того, как его описал гипервизор, и может показывать 1 даже на NVMe. Надёжнее замерить поведение диска: задержку на одиночных запросах и IOPS под очередью.

lsblk -d -o name,rota,size
sudo apt install -y fio
cd ~
# задержка: случайное чтение 4 КБ по одному запросу
fio --name=lat --filename=fio-test --size=1G --direct=1 --ioengine=libaio --rw=randread --bs=4k --iodepth=1 --runtime=30 --time_based
# IOPS: то же, но с очередью из 64 запросов
fio --name=iops --filename=fio-test --size=1G --direct=1 --ioengine=libaio --rw=randread --bs=4k --iodepth=64 --runtime=30 --time_based
rm fio-test

В выводе fio смотрите на IOPS= и среднюю задержку clat: сотни IOPS и миллисекунды задержки - это HDD, десятки и сотни тысяч IOPS при задержке в десятки-сотни микросекунд - SSD. Учтите, что провайдер может ограничивать IOPS на виртуальный диск. Полный набор тестов процессора, диска и сети - в статье «Как проверить производительность VPS».

PCIe 4.0 и PCIe 5.0 на платформах Tihost

Поколение PCIe задаёт платформа: процессор AMD Ryzen 9 5950X (Германия, Финляндия) поддерживает PCIe 4.0, Ryzen 9 9950X (Польша) - PCIe 5.0. Это возможности процессоров, а не характеристики конкретных дисков; подробнее о различиях - в сравнении Ryzen 9 5950X и 9950X.

NVMe во всех тарифах Tihost

Во всех конфигурациях Tihost диск - NVMe, объём от 40 до 450 ГБ в зависимости от тарифа; HDD и SATA SSD в тарифах нет. Сервер разворачивается примерно за 2 минуты после оплаты, внутри - KVM с полным root-доступом, так что диск можно сразу проверить fio. Что ещё входит в каждый сервер - в обзоре возможностей VPS Tihost.