مرحبا هبر! في هذه المقالة ، سنخبرك ما إذا كان الأمر يستحق تنظيم مصفوفات RAID بناءً على حلول الحالة الصلبة SATA SSD و NVMe SSD ، وهل سيكون هناك ربح كبير من هذا؟ قررنا النظر في هذه المشكلة من خلال النظر في أنواع وأنواع وحدات التحكم التي تسمح بذلك ، بالإضافة إلى نطاق هذه التكوينات.
بطريقة أو بأخرى ، سمع كل واحد منا مرة واحدة على الأقل في حياتنا مثل هذه التعريفات مثل "RAID" و "RAID-array" و "RAID-controller" ، لكن بالكاد نعلق أهمية جدية على ذلك ، لأن كل هذا غير مرجح بالنسبة لشخص عادي PC boyar ممتع. لكن الجميع يريدون سرعات عالية من محركات الأقراص الداخلية وموثوقية عملهم. بعد كل شيء ، بغض النظر عن مدى قوة ملء الكمبيوتر ، فإن سرعة محرك الأقراص تصبح عنق زجاجة عندما يتعلق الأمر بالسرعة المدمجة للكمبيوتر والخادم.
كان هذا بالضبط حتى اللحظة التي تم فيها استبدال محركات الأقراص الثابتة التقليدية بمحركات الأقراص الصلبة NVMe SSD الحديثة بسعة مماثلة تبلغ 1 تيرابايت أو أكثر. وإذا كانت هناك في وقت سابق في أجهزة الكمبيوتر الشخصية حزم SATA SSD + زوجان من محركات الأقراص الثابتة الكبيرة ، فقد بدأوا اليوم في استبدالهم بحل آخر - NVMe SSD + زوجان من محركات أقراص SATA الضخمة. عندما يتعلق الأمر بخوادم الشركات والسحابة ، فقد انتقل العديد بالفعل بنجاح إلى محركات أقراص الحالة الصلبة SATA ، وذلك ببساطة لأنها أسرع من علب الصفيح العادية ويمكنها التعامل مع المزيد من الإدخال / الإخراج في نفس الوقت.
ومع ذلك ، فإن التسامح مع الخطأ في النظام لا يزال عند مستوى منخفض نسبيًا: لا يمكننا ، كما هو الحال في "معركة الوسطاء" ، التنبؤ بدقة تصل إلى أسبوع عندما يموت محرك أو محرك أقراص صلب آخر لمدة منذ وقت طويل. وإذا "ماتت" محركات الأقراص الصلبة تدريجيًا ، مما يتيح لك التعرف على الأعراض واتخاذ الإجراءات ، فإن محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة "تموت" على الفور وبدون سابق إنذار. والآن حان الوقت لمعرفة سبب الحاجة إلى كل هذا على الإطلاق؟ هل يستحق الأمر تنظيم مصفوفات RAID بناءً على حلول SATA SSD و NVMe SSD ، وهل سيكون هناك ربح كبير من ذلك؟
لماذا تحتاج إلى مصفوفة RAID؟
تشير كلمة "مجموعة" نفسها بالفعل إلى أنه يتم استخدام العديد من محركات الأقراص (HDD و SSD) لإنشائها ، والتي يتم دمجها باستخدام وحدة تحكم RAID والتي يتعرف عليها نظام التشغيل كمخزن بيانات واحد. المهمة العالمية التي يمكن أن تحلها مصفوفات RAID هي تقليل وقت الوصول إلى البيانات ، وزيادة سرعة القراءة / الكتابة والموثوقية ، والتي تتحقق بسبب القدرة على التعافي السريع في حالة الفشل. بالمناسبة ، ليس من الضروري استخدام RAID للنسخ الاحتياطية المنزلية. ولكن إذا كان لديك خادم منزلي خاص بك ، وتحتاج إلى وصول مستمر إليه على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ، فهذه مسألة أخرى.
هناك أكثر من عشرة مستويات من مصفوفات RAID ، كل منها يختلف في عدد محركات الأقراص المستخدمة فيه وله إيجابيات وسلبيات: على سبيل المثال ، RAID 0 يسمح لك بالحصول على أداء عالٍ دون التسامح مع الأخطاء ، RAID 1 يسمح لك بتعيين حتى الانعكاس التلقائي للبيانات دون زيادة السرعة ، ويجمع RAID 10 بين إمكانيات ما سبق. RAID 0 و 1 هما الأبسط (لأنهما لا يتطلبان حسابات برمجية) ، ونتيجة لذلك ، الأكثر شيوعًا. في النهاية ، يعتمد الاختيار لصالح مستوى RAID معين على المهام المخصصة لمجموعة الأقراص وقدرات وحدة تحكم RAID.
الصفحة الرئيسية مقابل Enterprise RAID: ما الفرق؟
أساس أي عمل حديث هو كميات كبيرة من البيانات التي يجب تخزينها بشكل آمن على خوادم الشركة. ومع ذلك ، كما أشرنا أعلاه ، يجب تزويدهم بإمكانية الوصول المستمر على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. من الواضح أنه ، إلى جانب الأجهزة ، يعد جزء البرنامج مهمًا أيضًا ، ولكن في هذه الحالة نتحدث عن المعدات التي تضمن تخزينًا ومعالجة موثوقين للمعلومات. لن ينقذ أي برنامج الشركة من الخراب إذا كانت المعدات "الحديدية" لا تتوافق مع المهام الموكلة إليها.
بالنسبة لهذه المهام ، تقدم أي شركة مصنعة للأجهزة ما يسمى بأجهزة الشركة. تمتلك كينجستون حلولًا قوية للحالة الصلبة في مواجهة طرازات SATA и ، بالإضافة إلى نماذج DC1000M U.2 NVMe و DCU1000 U.2 NVMe و DCP-1000 PCI-e NVMe المصممة للاستخدام في مراكز البيانات (مراكز معالجة البيانات) وأجهزة الكمبيوتر العملاقة. عادةً ما يتم استخدام صفيفات محركات الأقراص هذه جنبًا إلى جنب مع وحدات التحكم في الأجهزة.
بالنسبة للسوق الاستهلاكية (أي لأجهزة الكمبيوتر المنزلية وخوادم NAS) ، تتوفر محركات الأقراص مثل NVMe PCIe ، ولكن في هذه الحالة ليس من الضروري شراء جهاز تحكم. يمكنك تقييد نفسك على جهاز كمبيوتر شخصي أو خادم NAS مدمج في اللوحة الأم ، إلا إذا كنت تخطط بالطبع لتجميع خادم منزلي للمهام غير النمطية بنفسك (ابدأ استضافة منزلية صغيرة للأصدقاء ، على سبيل المثال). بالإضافة إلى ذلك ، لا تعني مصفوفات RAID المنزلية ، كقاعدة عامة ، وجود مئات وآلاف من محركات الأقراص ، حيث تقتصر على جهازين وأربعة وثمانية أجهزة (عادةً SATA).
أنواع وأنواع وحدات تحكم RAID
هناك ثلاثة أنواع من وحدات تحكم RAID بناءً على مبادئ تنفيذ مصفوفات RAID:
1. البرنامج ، حيث يقع التحكم في المصفوفة على وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الحيوية (أي أن تنفيذ كود البرنامج يحدث على المعالج).
2. مدمج ، أي مدمج في اللوحات الأم لجهاز كمبيوتر شخصي أو خادم NAS.
3. الأجهزة (المعيارية) ، وهي عبارة عن لوحات توسعة منفصلة لفتحات اللوحة الأم PCI / PCIe.
ما هو اختلافهم الأساسي عن بعضهم البعض؟ تعد وحدات التحكم في RAID البرمجية أدنى من وحدات التحكم RAID المدمجة والأجهزة من حيث الأداء والتسامح مع الخطأ ، ولكنها لا تتطلب أجهزة خاصة للتشغيل. ومع ذلك ، من المهم التأكد من أن معالج النظام المضيف قوي بما يكفي لتشغيل برنامج RAID دون التأثير سلبًا على أداء التطبيقات التي تعمل أيضًا على المضيف. وحدات التحكم المتكاملة ، كقاعدة عامة ، مجهزة بذاكرة التخزين المؤقت الخاصة بها وتستخدم قدرًا معينًا من موارد وحدة المعالجة المركزية.
لكن الأجهزة تحتوي على ذاكرة تخزين مؤقت ومعالج متكامل لتنفيذ خوارزميات البرامج. عادةً ما تسمح لك بتنفيذ جميع أنواع مستويات RAID ودعم عدة أنواع من محركات الأقراص في وقت واحد. على سبيل المثال ، يمكن توصيل أجهزة SATA و SAS و NVMe بوحدات تحكم أجهزة Broadcom الحديثة في نفس الوقت ، مما يسمح لك بعدم تغيير وحدة التحكم عند ترقية الخوادم: على وجه الخصوص ، عند الانتقال من SATA SSD إلى NVMe SSD ، لا تفعل وحدات التحكم يجب أن تتغير.
في الواقع ، في هذه الملاحظة ، اقتربنا من تصنيف وحدات التحكم نفسها. إذا كانت هناك ثلاثة أوضاع ، فلا بد من وجود أوضاع أخرى؟ في هذه الحالة ، ستكون الإجابة على هذا السؤال بالإيجاب. اعتمادًا على الوظائف والإمكانيات ، يمكن تقسيم وحدات تحكم RAID إلى عدة أنواع:
1. وحدات تحكم عادية مع وظيفة RAID
في التسلسل الهرمي بأكمله ، هذا هو أبسط وحدة تحكم تسمح لك بدمج HDD و SSD في مصفوفات RAID من المستويات "0" أو "1" أو "0 + 1". برمجيًا ، يتم تنفيذ ذلك على مستوى البرامج الثابتة. ومع ذلك ، يصعب التوصية باستخدام مثل هذه الأجهزة في قطاع الشركات ، لأنها تفتقر إلى ذاكرة التخزين المؤقت ولا تدعم مصفوفات من المستويات "5" و "3" وما إلى ذلك. ولكن بالنسبة للخادم المنزلي للمبتدئين ، فهي مناسبة تمامًا.
2. إقران وحدات التحكم مع وحدات تحكم RAID الأخرى
يمكن إقران هذا النوع من وحدات التحكم بوحدات تحكم اللوحة الأم المدمجة. يتم تنفيذ ذلك وفقًا للمبدأ التالي: تتولى وحدة تحكم RAID المنفصلة حل المهام "المنطقية" ، وتتولى وحدة التحكم المدمجة وظائف تبادل البيانات بين محركات الأقراص. ولكن هناك تحذير: التشغيل المتوازي لوحدات التحكم هذه ممكن فقط على اللوحات الأم المتوافقة ، مما يعني أن نطاقها ضيق للغاية.
3. وحدات تحكم RAID المستقلة
تحتوي هذه الحلول المنفصلة على جميع الشرائح اللازمة للعمل مع خوادم فئة المؤسسات ، مع BIOS'om وذاكرة التخزين المؤقت والمعالج لتصحيح الأخطاء بسرعة وحساب المجموع الاختباري. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تلبي معايير عالية من الموثوقية من حيث التصنيع ولديها وحدات ذاكرة عالية الجودة.
4. وحدات تحكم RAID الخارجية
ليس من الصعب تخمين أن جميع وحدات التحكم المذكورة أعلاه داخلية ويتم تشغيلها من خلال موصل PCIe الخاص باللوحة الأم. ماذا يقول؟ وأن فشل اللوحة الأم يمكن أن يؤدي إلى أخطاء في تشغيل مصفوفة RAID وفقدان البيانات. وحدات التحكم الخارجية خالية من سوء الفهم هذا ، حيث يتم وضعها في علبة منفصلة مع مصدر طاقة مستقل. من حيث الموثوقية ، توفر وحدات التحكم هذه أعلى مستوى من تخزين البيانات.
و Microsemi Adaptec و Intel و IBM و Dell و Cisco ليست سوى بعض الشركات التي تقدم حاليًا وحدات تحكم RAID للأجهزة.
أوضاع تشغيل وحدات تحكم RAID SAS / SATA / NVMe
الغرض الأساسي من وحدات تحكم HBA و RAID ثلاثية الأوضاع (أو وحدات التحكم مع وظيفة Tri-Mode) هو إنشاء RAID للأجهزة المستندة إلى NVMe. يمكن لوحدات تحكم سلسلة 9400 من Broadcom القيام بذلك: على سبيل المثال ، . إنه ينتمي إلى نوع مستقل من وحدات تحكم RAID ، ومجهز بأربعة موصلات SFF-8643 ، وبفضل دعم Tri-Mode ، يسمح لك بتوصيل محركات SATA / SAS و NVMe في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك ، فهي أيضًا واحدة من أكثر وحدات التحكم كفاءة في استخدام الطاقة في السوق (تستهلك فقط 17 واطًا من الطاقة ، بينما أقل من 1,1 واط لكل من المنافذ الـ 16).
واجهة الاتصال هي PCI Express x8 الإصدار 3.1 ، والذي يسمح بعرض نطاق ترددي يصل إلى 64 جيجابت / ثانية (من المتوقع وجود وحدات تحكم لـ PCI Express 2020 في عام 4.0). تعتمد وحدة التحكم ذات 16 منفذًا على شريحة ثنائية النواة و 72 بت DDR4-2133 SDRAM (4 جيجابايت) ، بالإضافة إلى القدرة على توصيل ما يصل إلى 240 محرك أقراص SATA / SAS ، أو ما يصل إلى 24 جهاز NVMe. فيما يتعلق بتنظيم مصفوفات RAID ، يتم دعم المستويات "0" و "1" و "5" و "6" بالإضافة إلى "10" و "50" و "60". بالمناسبة ، ذاكرة التخزين المؤقت ووحدات التحكم الأخرى في سلسلة 9400 محمية من انقطاع التيار الكهربائي بواسطة وحدة CacheVault CVPM05 الاختيارية.
تعتمد تقنية الوضع الثلاثي على وظيفة تحويل بيانات SerDes: تحويل البيانات التسلسلية في واجهات SAS / SATA إلى شكل متوازي في PCIe NVMe والعكس صحيح. أي أن وحدة التحكم تتفاوض على السرعات والبروتوكولات للعمل بسلاسة مع أي من أنواع أجهزة التخزين الثلاثة. يوفر هذا طريقة سلسة لتوسيع نطاق البنى التحتية لمركز البيانات: يمكن للمستخدمين استخدام NVMe دون تغييرات كبيرة في تكوينات النظام الأخرى.
ومع ذلك ، عند التخطيط للتكوينات باستخدام محركات أقراص NVMe ، يجدر التفكير في أن حلول NVMe تستخدم 4 ممرات PCIe للاتصال ، مما يعني أن كل محرك أقراص يستخدم جميع خطوط منافذ SFF-8643. اتضح أنه لا يمكن توصيل سوى أربعة محركات أقراص NVMe مباشرة بوحدة التحكم MegaRAID 9460-16i. أو حدد نفسك بحلين من حلول NVMe أثناء توصيل ثمانية محركات أقراص SAS في نفس الوقت (انظر مخطط الاتصال أدناه).
يوضح الشكل استخدام الموصل "0" (C0 / Connector 0) والموصل "1" لاتصالات NVMe ، بالإضافة إلى الموصلات "2" و "3" لاتصالات SAS. يمكن عكس هذا الترتيب ، ولكن يجب توصيل كل محرك أقراص x4 NVMe باستخدام خطوط الجوار. يتم تعيين أوضاع تشغيل وحدة التحكم من خلال أدوات تكوين StorCLI أو البنية التحتية للواجهة البشرية (HII) ، والتي تعمل في بيئة UEFI.
الوضع الافتراضي هو ملف تعريف "PD64" (يدعم فقط SAS / SATA). كما قلنا أعلاه ، هناك ثلاثة ملفات تعريف إجمالاً: "وضع SAS / SATA فقط" (PD240 / PD64 / PD 16) ، و "وضع NVMe فقط" (PCIe4) والوضع المختلط ، حيث يمكن لجميع أنواع محركات الأقراص العمل: " PD64 -PCIe4 "(دعم لـ 64 قرصًا فعليًا وافتراضيًا مع 4 محركات أقراص NVMe). في الوضع المختلط ، يجب أن تكون قيمة ملف التعريف المحدد كما يلي - "ProfileID = 13". بالمناسبة ، يتم حفظ ملف التعريف المحدد كقائد ولا تتم إعادة تعيينه حتى عند الرجوع إلى إعدادات المصنع عبر الأمر Set Factory Defaults. يمكن تغييره يدويًا فقط.
هل يجب أن أقوم بإنشاء مجموعة RAID على SSD؟
لذا ، فقد فهمنا بالفعل أن مصفوفات RAID هي مفتاح الأداء العالي. ولكن هل SSD RAID يستحق كل هذا العناء للاستخدام المنزلي والشركات؟ يقول العديد من المتشككين أن الزيادة في السرعة ليست مهمة لدرجة تعطل محركات أقراص NVMe. ولكن هل هو حقا كذلك؟ بالكاد. قد يكون السعر هو أكبر حد لاستخدام SSD في RAID (سواء في المنزل أو على مستوى الشركة). سواء أعجبك ذلك أم لا ، فإن تكلفة جيجابايت من مساحة محرك الأقراص الثابتة أرخص بكثير.
يمكن أن يكون لتوصيل "محركات أقراص" ذات حالة صلبة متعددة بجهاز تحكم RAID لإنشاء مجموعة من محركات أقراص الحالة الصلبة في تكوينات معينة تأثير كبير على الأداء. ومع ذلك ، لا تنس أن الحد الأقصى للأداء مقيد بسعة وحدة تحكم RAID نفسها. مستوى RAID الذي يقدم أفضل أداء هو RAID 0.
سيؤدي إعداد RAID 0 النموذجي مع اثنين من SSDs ، والذي يستخدم طريقة حظر وتقسيم ثابتة بين محركات SSD ، إلى مضاعفة الأداء (مقارنة بسرعات SSD واحد). في الوقت نفسه ، سيكون صفيف RAID 0 الذي يحتوي على أربعة محركات أقراص صلبة (SSD) أسرع أربع مرات من أبطأ SSD في المصفوفة (اعتمادًا على حد النطاق الترددي على مستوى وحدة تحكم SSD RAID).
استنادًا إلى العمليات الحسابية البسيطة ، فإن محرك أقراص SATA SSD أسرع بثلاث مرات من محرك الأقراص الثابتة SATA التقليدي. تعد حلول NVMe أكثر كفاءة - 3 مرات أو أكثر. إذا افترضنا أن محركي أقراص ثابتة (HDD) في مستوى RAID 10 يضاعف الأداء بنسبة 50٪ ، فإن اثنين من محركات أقراص الحالة الصلبة SATA أسرع 6 مرات ، ومحركا أقراص NVMe SSD أسرع بمقدار 20 مرة. على وجه الخصوص ، يمكن لمحرك أقراص Kingston KC2000 NVMe PCIe الوصول إلى سرعات قراءة وكتابة متسلسلة تصل إلى 3200 ميجابايت / ثانية ، والتي ستصل بتنسيق RAID 0 إلى 6 جيجابايت / ثانية. وستتحول سرعة القراءة / الكتابة للكتل العشوائية التي يبلغ حجمها 4 كيلوبايت من 350 IOPS إلى 000 IOPS. لكن ... في الوقت نفسه ، لا توفر لنا RAID "صفر" التكرار.
يمكن القول أنه في المنزل ، عادةً ما يكون التكرار في التخزين غير مطلوب ، لذلك يصبح RAID 0 بالفعل تكوين RAID الأكثر ملاءمة لمحركات أقراص الحالة الصلبة. هذه طريقة موثوقة للحصول على تعزيز كبير في الأداء كبديل لاستخدام تقنيات مثل Intel Optane- سواقات SSD. وإليك كيفية عمل حلول SSD في أكثر أنواع RAID شيوعًا ("1" ، "5" ، "10" ، "50") - سنتحدث في مقالتنا التالية.
تم إعداد هذه المقالة بدعم من زملائنا في Broadcom ، الذين يوفرون وحدات التحكم الخاصة بهم لمهندسي Kingston للاختبار باستخدام محركات أقراص SATA / SAS / NVMe من فئة المؤسسات. بفضل هذا التعايش الودي ، لا يتعين على العملاء الشك في موثوقية واستقرار محركات Kingston المزودة بوحدات تحكم HBA و RAID من الإنتاج. .
يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول منتجات Kingston شركة.
المصدر: www.habr.com