Погодная станция на неделю без человека: интервал против ресурса

Уезжая с дачи на неделю, я оставил станцию с DHT22 и картой на два гигабайта писать погоду. Вернулся к трём сценариям, знакомым теперь наизусть: файл кончился на второй день из-за лишней колонки, которую я не посчитал; карта жива, но половина недели числится потерянными кластерами после пары отключений света; и лучший вариант — всё работает, только непонятно, почему и надолго ли. Все три отличает не везение, а один параметр, который надо посчитать до отъезда: интервал записи. Расчёт занимает вечер один раз, а экономит и сезон, и карту: оба диагноза из моего списка — и переполнение, и рассыпавшаяся разметка — вскрылись бы на бумаге за полчаса.

Здесь — планирование автономной недели по цифрам. Суточный объём: сколько станция пишет за день и что это значит для карты на два гигабайта. Ресурс: сколько циклов стирания-записи переживают флеш-ячейки, что делает wear leveling и при каком интервале ресурс перестаёт быть страшилкой. Стратегия: пакетный flush, файл на сутки, ротация и короткий чек-лист перед отъездом. Питание и сон с батарейки — отдельная тема, её разобрал в уроке про даталоггер со сном; карту здесь интересует только то, как часто в неё пишут. Расчёт ниже устроен так, чтобы его можно было повторить на салфетке: длина строки, интервал, ёмкость, ресурс — четыре числа, больше не нужно.

Базовый логгер с DHT и шапкой CSV собран в уроке про DHT-логгер; штамп времени и имя файла по дате ставит отдельный урок про DS3231. Считаю, что станция пишет и штампует, и говорю только о бюджете: байтах, циклах и днях.

Посчитаем станцию из трёх показаний: температура, влажность, давление, всё со штампом. Строка CSV со штампом и тремя числами — около 40 байт с переводом строки. Интервал 60 секунд даёт 1440 строк в сутки, это 56 килобайт. Неделя — 0,4 мегабайта, месяц — 1,7. Карта на 2 ГБ при таком темпе заполнится лет через сто, и даже агрессивные десять секунд — 576 КБ в сутки, 17 МБ в месяц — оставляют запас на годы. Отсюда первый практический вывод: на классической погодной станции объём карты не проблема вовсе; проблема начинается там, где интервал падает в десятки миллисекунд или к логу подмешивают звук и картинки. Обратный пересчёт работает так же: карта на 8 ГБ при десяти секундах проживает по объёму лет двадцать — вопрос уже не в ёмкости, а в том, нужен ли файл, в котором найти что-то сложнее, чем собрать заново.

Арифметику делают до запуска, а не по факту: карта, заполненная под завязку, перестаёт принимать записи, и последняя строка лога молчит о причине так же, как молчала первая. Суточные объёмы для текстового и байтового форматов я считал в уроке про текст против бинарника — формулы те же, подставьте свою длину строки и свой интервал. И не забывайте про шапку: файл, открывающийся без заголовка, к весу в байтах добавляет минуту недоумения при каждом открытии.

Флеш-ячейка переживает ограниченное число циклов стирания-записи. По паспортам памяти порядок такой: TLC-ячейки, на которых сидят почти все потребительские карты, — порядка тысячи-трёх тысяч циклов, MLC — в разы больше, SLC — десятки тысяч. Пугающее «сто тысяч циклов» из старых статей относилось к SLC и ранним спецификациям; современная карта — это TLC плюс контроллер с износораспределением. Цифры у производителей плавают в разы, поэтому точное значение ищите в паспорте своей карты, а не в первой попавшейся статье. Честнее смотреть на класс карты, а не только на тип ячеек: одна и та же ёмкость живёт вдвое дольше у среднего бренда, чем у самой дешёвой полки.

Страх «логгер убьёт карту за год» снимается делением. Строка в секунду — это 86 400 секторных записей в сутки, около 31 миллиона за год. Карта на 2 ГБ — примерно четыре миллиона секторов по 512 байт; при тысяче циклов контроллер может распределить по ним порядка четырёх миллиардов записей. Деля одно на другое, получаем сотню с лишним лет. Wear leveling при этом не мешает, а помогает: контроллер распределяет износ по всему массиву, и append-only лог, который пишет всегда в конец, изнашивает карту ровнее любого другого сценария. Ресурс становится реальной заботой на интервалах в десятки миллисекунд — там счёт уже на месяцы. Проверьте расчёт на своей карте за сутки теста: расхождение с этой арифметикой в разы означает, что в строке сидит поле, которое вы не посчитали.

Интервал задаёт не только объём, но и защищённость записи. Пакетный режим копит строки в оперативке и выталкивает их на карту разом: одна операция записи на дюжину строк вместо дюжины отдельных — меньше окно, в котором обрыв портит хвост файла, и меньше лишних секторных перезаписей. Механику и цену подхода разобрал в уроке про пакетную запись; для недели без человека это первый пункт плана. Окно уязвимости считается элементарно: длина пакета умножить на интервал — при минутном интервале и пакете в дюжину строк худший случай стоит двенадцати минут погоды, и не более. Компромисс честный: сбой между flush-ами стоит до дюжины строк — на погоде с минутным интервалом это невидимо.

Второй пункт — файл на сутки с именем из даты, как в уроке про DS3231-штампы: сбой одного дня не тянет за собой весь архив, а поиск «что было в четверг вечером» превращается в открытие одного файла. Третий — ротация по размеру из урока про циклическую запись: карта не переполняется молча, старое уступает место новому по вашему правилу. Таймеры всего этого собираются на millis без единого delay, как в уроке про millis вместо delay — delay в логгере скрадывает и интервал, и проверку переполнения, и реакцию на пропажу карты. Порядок приёмов не случайный: пакет защищает строку, сутки изолируют день, ротация страхует объём — три независимых пояса обороны.

В планировщике крутите pot и жмите кнопку: при интервале в секунду неделя наберёт 605 тысяч строк и 24 мегабайта, при минуте — десять тысяч строк и 400 килобайт. Финальная строка после седьмого дня — та самая расплата: карта заполнится через сотни суток, ресурс ячеек кончится через столетия. При интервале в секунду ведите журнал глазами: восемьдесят шесть тысяч строк в сутки — уже не журнал, а сырьё для программы; минута возвращает файлу человеческий размер. Цифры грубые, паспорт карты их не отменяет, но порядок величин держат, а этого достаточно, чтобы назначить интервал спокойно и не возвращаться к вопросу посреди недели.

Граница метода: расчёт предполагает append-only лог и честное износораспределение контроллера. Журнал, который перезаписывается на месте через seek в середину, изнашивает карту заметно быстрее, а у noname-карты с уценённым контроллером заявленный ресурс — лотерея. Брендовая карта нижней ценовой полки дешевле, чем сезон без архива, — на этом моя щедрость к случайным картам заканчивается.