Hallo Habr! In hierdie artikel sal ons jou vertel of dit die moeite werd is om RAID-skikkings te organiseer gebaseer op SATA SSD en NVMe SSD vaste toestand-oplossings, en sal daar 'n ernstige wins hieruit wees? Ons het besluit om na hierdie kwessie te kyk deur die tipes en tipes beheerders wat dit toelaat, sowel as die omvang van sulke konfigurasies, te oorweeg.
Op die een of ander manier het elkeen van ons ten minste een keer in ons lewens sulke definisies soos "RAID", "RAID-skikking", "RAID-beheerder" gehoor, maar dit het skaars ernstige belang hieraan geheg, want dit alles is onwaarskynlik vir 'n gewone PC boyar Interessant. Maar almal wil hoë spoed van interne dryf en die betroubaarheid van hul werk hê. Na alles, maak nie saak hoe kragtig die vulling van die rekenaar is nie, die spoed van die aandrywer word 'n bottelnek wanneer dit kom by die gekombineerde spoed van die rekenaar en die bediener.
Dit was presies tot die oomblik toe tradisionele HDD's vervang is deur moderne NVMe SSD's met 'n vergelykbare kapasiteit van 1 TB of meer. En as daar vroeër in rekenaars meer dikwels bondels SATA SSD + 'n paar ruim HDD's was, begin hulle vandag vervang word deur 'n ander oplossing - NVMe SSD + 'n paar ruim SATA SSD's. Wat korporatiewe bedieners en die wolk betref, het baie reeds suksesvol na SATA SSD's oorgeskakel, bloot omdat hulle vinniger as gewone blikkies is en terselfdertyd meer I/O kan hanteer.
Die fouttoleransie van die stelsel is egter steeds op 'n redelike lae vlak: ons kan nie, soos in die "Battle of Psychics", met 'n akkuraatheid van selfs tot 'n week voorspel wanneer die een of ander vaste-toestand-dryf vir 'n lang tyd. En as HDD's geleidelik "sterf", sodat jy die simptome kan opspoor en optree, dan "sterf" SSD's onmiddellik en sonder waarskuwing. En nou is dit tyd om uit te vind hoekom dit alles enigsins nodig is? Is dit die moeite werd om RAID-skikkings te organiseer gebaseer op SATA SSD- en NVMe SSD-oplossings, en sal daar 'n ernstige wins hieruit wees?
Hoekom het jy 'n RAID-skikking nodig?
Die woord "skikking" self impliseer reeds dat verskeie aandrywers (HDD en SSD) gebruik word om dit te skep, wat gekombineer word met 'n RAID-beheerder en deur die bedryfstelsel as 'n enkele databerging erken word. Die globale taak wat RAID-skikkings kan oplos, is om datatoegangstyd te minimaliseer, lees-/skryfspoed en betroubaarheid te verhoog, wat bereik word as gevolg van die vermoë om vinnig te herstel in geval van mislukking. Terloops, dit is nie nodig om RAID vir tuisrugsteun te gebruik nie. Maar as jy jou eie tuisbediener het, waartoe jy konstante toegang benodig 24/7, dan is dit 'n ander saak.
Daar is meer as 'n dosyn vlakke van RAID-skikkings, wat elkeen verskil in die aantal aandrywers wat daarin gebruik word en het sy voor- en nadele: byvoorbeeld, RAID 0 laat jou toe om hoë werkverrigting te kry sonder fouttoleransie, RAID 1 laat jou toe om stel outomatiese dataspieëling op sonder om spoed te verhoog, en RAID 10 kombineer die moontlikhede van bogenoemde. RAID 0 en 1 is die eenvoudigste (omdat hulle nie sagteware-berekeninge benodig nie) en as gevolg daarvan die gewildste. Uiteindelik hang die keuse ten gunste van 'n spesifieke RAID-vlak af van die take wat aan die skyfskikking toegewys is en die vermoëns van die RAID-beheerder.
Home vs Enterprise RAID: Wat is die verskil?
Die basis van enige moderne besigheid is groot hoeveelhede data wat veilig op maatskappybedieners gestoor moet word. En tog, soos ons hierbo opgemerk het, moet hulle 24/7 van konstante toegang voorsien word. Dit is duidelik dat, saam met hardeware, die sagteware-deel ook belangrik is, maar in hierdie geval praat ons van toerusting wat betroubare berging en verwerking van inligting verseker. Geen sagteware sal die maatskappy van ondergang red as die "yster" toerusting nie ooreenstem met die take wat aan hom opgedra is nie.
Vir hierdie take bied enige hardewarevervaardiger sogenaamde korporatiewe toestelle aan. Kingston het kragtige vastestofoplossings in die gesig van SATA-modelle и , sowel as DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe en DCP-1000 PCI-e NVMe-modelle wat ontwerp is vir gebruik in datasentrums (dataverwerkingsentrums) en superrekenaars. Skikkings van sulke aandrywers word gewoonlik saam met hardewarebeheerders gebruik.
Vir die verbruikersmark (dit wil sê vir tuisrekenaars en NAS-bedieners), is sulke aandrywers beskikbaar soos NVMe PCIe, maar in hierdie geval is dit nie nodig om 'n hardewarebeheerder te koop nie. Jy kan jouself beperk tot 'n rekenaar of NAS-bediener wat in die moederbord ingebou is, tensy jy natuurlik van plan is om self 'n tuisbediener vir atipiese take saam te stel (begin byvoorbeeld 'n klein huishuisvesting vir vriende). Daarbenewens impliseer tuis-RAID-skikkings, as 'n reël, nie die teenwoordigheid van honderde en duisende dryf nie, wat beperk is tot twee, vier en agt toestelle (gewoonlik SATA).
Tipes en tipes RAID-beheerders
Daar is drie tipes RAID-beheerders gebaseer op die beginsels van die implementering van RAID-skikkings:
1. Sagteware, waarin die beheer van die skikking op die SVE en DRAM val (dit wil sê die uitvoering van die programkode vind op die verwerker plaas).
2. Geïntegreer, dit wil sê, ingebou in die moederborde van 'n rekenaar of NAS-bediener.
3. Hardeware (modulêr), wat diskrete uitbreidingsborde vir PCI/PCIe-moederbordgleuwe is.
Wat is hul fundamentele verskil van mekaar? Sagteware RAID-beheerders is minderwaardig as geïntegreerde en hardeware RAID-beheerders in terme van werkverrigting en fouttoleransie, maar hulle benodig nie spesiale hardeware vir werking nie. Dit is egter belangrik om te verseker dat die gasheerstelsel se verwerker kragtig genoeg is om die RAID-sagteware te laat loop sonder om die werkverrigting van toepassings wat ook op die gasheer loop, negatief te beïnvloed. Geïntegreerde beheerders is as 'n reël toegerus met hul eie kasgeheue en gebruik 'n sekere hoeveelheid SVE-hulpbronne.
Maar die hardeware het beide hul eie kasgeheue en 'n geïntegreerde verwerker vir die uitvoering van sagteware-algoritmes. Gewoonlik laat hulle jou toe om allerhande RAID-vlakke te implementeer en verskeie soorte dryf op een slag te ondersteun. Byvoorbeeld, SATA-, SAS- en NVMe-toestelle kan terselfdertyd aan moderne Broadcom-hardewarebeheerders gekoppel word, wat jou toelaat om nie die beheerder te verander wanneer jy bedieners opgradeer nie: veral wanneer jy van SATA SSD na NVMe SSD beweeg, kan beheerders nie verander moet word.
Eintlik, op hierdie noot, het ons die tipologie van die beheerders self benader. As daar drie modusse is, moet daar 'n paar ander wees? In hierdie geval sal die antwoord op hierdie vraag bevestigend wees. Afhangende van die funksies en vermoëns, kan RAID-beheerders in verskeie tipes verdeel word:
1. Gewone beheerders met RAID-funksie
In die hele hiërargie is dit die eenvoudigste kontroleerder wat jou toelaat om HDD en SSD te kombineer in RAID-skikkings van vlakke "0", "1" of "0 + 1". Programmaties word dit op die firmwarevlak geïmplementeer. Sulke toestelle kan egter beswaarlik aanbeveel word vir gebruik in die korporatiewe segment, want hulle het nie 'n kas nie en ondersteun nie skikkings van vlakke "5", "3", ens. Maar vir 'n intreevlak-tuisbediener is hulle baie geskik.
2. Beheerders gepaard met ander RAID-beheerders
Hierdie tipe beheerder kan met geïntegreerde moederbordbeheerders gepaar word. Dit word volgens die volgende beginsel geïmplementeer: 'n diskrete RAID-beheerder neem die oplossing van "logiese" take oor, en die ingeboude een neem die funksies van data-uitruiling tussen aandrywers oor. Maar daar is 'n voorbehoud: parallelle werking van sulke beheerders is slegs moontlik op versoenbare moederborde, wat beteken dat hul omvang ernstig vernou is.
3. Onafhanklike RAID-beheerders
Hierdie diskrete oplossings bevat aan boord al die nodige skyfies om met ondernemingsklasbedieners te werk, met hul eie BIOS'om, kasgeheue en verwerker vir vinnige foutkorreksie en kontrolesomberekening. Boonop voldoen hulle aan hoë standaarde van betroubaarheid in terme van vervaardiging en het hulle hoëgehalte geheuemodules.
4. Eksterne RAID-beheerders
Dit is nie moeilik om te raai dat al die beheerders wat hierbo gelys is, intern is en deur die moederbord se PCIe-aansluiting aangedryf word nie. Wat sê dit? En dat die mislukking van die moederbord kan lei tot foute in die werking van die RAID-skikking en dataverlies. Eksterne beheerders is vry van hierdie misverstand, aangesien hulle in 'n aparte geval met 'n onafhanklike kragtoevoer geplaas word. Wat betroubaarheid betref, bied hierdie beheerders die hoogste vlak van databerging.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell en Cisco is net 'n paar van die maatskappye wat tans hardeware RAID-beheerders aanbied.
Bedryfsmodusse van RAID-beheerders SAS/SATA/NVMe
Die primêre doel van drie-modus HBA- en RAID-beheerders (of beheerders met drie-modus-funksionaliteit) is om NVMe-gebaseerde hardeware RAID te skep. Broadcom se 9400-reeks beheerders kan dit doen: byvoorbeeld, . Dit behoort aan 'n onafhanklike tipe RAID-beheerders, is toegerus met vier SFF-8643-verbindings en, danksy Tri-Mode-ondersteuning, kan jy SATA/SAS- en NVMe-aandrywers gelyktydig koppel. Boonop is dit ook een van die mees energiedoeltreffende beheerders op die mark (verbruik slegs 17 watt krag, terwyl dit minder as 1,1 watt vir elk van die 16 poorte is).
Die verbindingskoppelvlak is PCI Express x8 weergawe 3.1, wat 'n bandwydte van 64 Gb/s moontlik maak (beheerders vir PCI Express 2020 word in 4.0 verwag). Die 16-poort kontroleerder is gebaseer op 'n 2-kern chip en 72-bis DDR4-2133 SDRAM (4 GB), sowel as die vermoë om tot 240 SATA / SAS-aandrywers, of tot 24 NVMe-toestelle te koppel. Wat die organisering van RAID-skikkings betref, word vlakke "0", "1", "5" en "6", sowel as "10", "50" en "60" ondersteun. Terloops, die kasgeheue en ander beheerders in die 9400-reeks word deur die opsionele CacheVault CVPM05-module teen kragonderbrekings beskerm.
Die driemodus-tegnologie is gebaseer op die SerDes-dataomskakelingsfunksie: omskakeling van reeksdata in SAS / SATA-koppelvlakke na parallelle vorm in PCIe NVMe en omgekeerd. Dit wil sê, die beheerder onderhandel snelhede en protokolle om naatloos met enige van die drie tipes bergingstoestelle te werk. Dit bied 'n naatlose manier om datasentrum-infrastruktuur te skaal: gebruikers kan NVMe gebruik sonder groot veranderinge aan ander stelselkonfigurasies.
Wanneer u egter konfigurasies met NVMe-aandrywers beplan, is dit die moeite werd om te oorweeg dat NVMe-oplossings 4 PCIe-bane gebruik om aan te sluit, wat beteken dat elke aandrywer al die SFF-8643-poortlyne gebruik. Dit blyk dat slegs vier NVMe-aandrywers direk aan die MegaRAID 9460-16i-beheerder gekoppel kan word. Of beperk jouself tot twee NVMe-oplossings terwyl jy agt SAS-aandrywers op dieselfde tyd verbind (sien die verbindingsdiagram hieronder).
Die figuur toon die gebruik van koppelstuk "0" (C0 / Koppelstuk 0) en koppelstuk "1" vir NVMe-verbindings, sowel as verbindings "2" en "3" vir SAS-verbindings. Hierdie rangskikking kan omgekeer word, maar elke x4 NVMe-aandrywer moet met behulp van buurlyne verbind word. Die beheerder-bedryfsmodusse word ingestel deur die StorCLI- of Human Interface Infrastructure (HII)-konfigurasienutsprogramme, wat in 'n UEFI-omgewing loop.
Die verstekmodus is "PD64"-profiel (ondersteun slegs SAS/SATA). Soos ons hierbo gesê het, is daar drie profiele in totaal: "SAS / SATA only mode" (PD240 / PD64 / PD 16), "NVMe only mode" (PCIe4) en gemengde modus, waarin alle soorte aandrywers kan werk: " PD64 -PCIe4" (ondersteuning vir 64 fisiese en virtuele skywe met 4 NVMe-aandrywers). In gemengde modus moet die waarde van die gespesifiseerde profiel die volgende wees - "ProfileID=13". Terloops, die geselekteerde profiel word as 'n leier gestoor en word nie teruggestel nie, selfs wanneer jy terugrol na die fabrieksinstellings via die Stel Fabrieksinstellings-opdrag. Dit kan slegs met die hand verander word.
Moet ek 'n RAID-skikking op 'n SSD skep?
Dus, ons het reeds verstaan dat RAID-skikkings die sleutel tot hoë werkverrigting is. Maar is SSD RAID die moeite werd vir tuis- en korporatiewe gebruik? Baie skeptici sê dat die toename in spoed nie so betekenisvol is dat dit op NVMe-aandrywers onklaar raak nie. Maar is dit regtig so? Skaars. Die grootste beperking op die gebruik van 'n SSD in RAID (beide by die huis en op korporatiewe vlak) is dalk net die prys. Hou daarvan of nie, die koste van 'n gigagreep HDD-spasie is baie goedkoper.
Die koppeling van veelvuldige vastetoestand-"aandrywers" aan 'n RAID-beheerder om 'n verskeidenheid SSD's in sekere konfigurasies te skep, kan 'n groot impak op werkverrigting hê. Moet egter nie vergeet dat maksimum werkverrigting beperk word deur die deurset van die RAID-beheerder self nie. Die RAID-vlak wat die beste werkverrigting bied, is RAID 0.
'n Tipiese RAID 0-opstelling met twee SSD's, wat 'n vaste blokkeer- en stroopmetode tussen SSD's gebruik, sal die werkverrigting verdubbel (in vergelyking met die spoed van 'n enkele SSD). Terselfdertyd sal 'n RAID 0-skikking met vier SSD's reeds vier keer vinniger wees as die stadigste SSD in die skikking (afhangende van die bandwydtelimiet op die SSD RAID-beheerdervlak).
Gebaseer op eenvoudige rekenkunde, is SATA SSD ongeveer 3 keer vinniger as 'n tradisionele SATA HDD. NVMe-oplossings is selfs meer doeltreffend - 10 keer of meer. Gestel twee HDD's in 'n RAID 50-vlak verdubbel die werkverrigting met 6%, twee SATA SSD's is 20x vinniger en twee NVMe SSD's is 2000x vinniger. In die besonder, 'n enkele Kingston KC3200 NVMe PCIe-aandrywer kan opeenvolgende lees- en skryfspoed van tot 0 MB/s bereik, wat in RAID 6-formaat 'n indrukwekkende 4 GB/s sal bereik. En die lees-/skryfspoed van ewekansige blokke van 350 KB groot sal verander van 000 700 IOPS na 000 XNUMX IOPS. Maar ... terselfdertyd bied "nul" RAID ons nie oortolligheid nie.
Daar kan gesê word dat berging oortolligheid gewoonlik nie by die huis vereis word nie, so RAID 0 word inderdaad die mees geskikte RAID-konfigurasie vir SSD's. Dit is 'n betroubare manier om 'n aansienlike prestasie-hupstoot te kry as 'n alternatief vir die gebruik van tegnologieë soos Intel Optane- gebaseerde SSD's. En hier is hoe SSD-oplossings optree in die gewildste RAID-tipes ("1", "5", "10", "50") - ons sal in ons volgende artikel praat.
Hierdie artikel is voorberei met die ondersteuning van ons kollegas by Broadcom, wat hul beheerders aan Kingston-ingenieurs verskaf vir toetsing met ondernemingsklas SATA/SAS/NVMe-aandrywers. Danksy hierdie vriendelike simbiose hoef klante nie te twyfel aan die betroubaarheid en stabiliteit van Kingston-aandrywers met HBA- en RAID-beheerders vanaf produksie nie. .
Meer inligting oor Kingston-produkte kan gevind word maatskappy.
Bron: will.com