Salam, Habr! Bu məqalədə biz SATA SSD və NVMe SSD bazasında RAID array-lar təşkil etmənin dəyərini müzakirə edəcəyik və bunun ciddi bir fayda verib-verməyəcəyini öyrənəcəyik. Biz bu sualı araşdırmağa qərar verdik, bunun üçün müxtəlif növ və tipli kontrollerləri daxil edərək, bu cür konfiqurasiyaların tətbiq sahələrini nəzərdən keçirəcəyik.
Bir şəkildə, hər birimiz həyatımızın bir dövründə “RAID”, “RAID array”, “RAID kontrolleri” kimi anlayışları eşitmişik, lakin bunun ciddiliyinə çox da qiymət verməmişik, çünki adi kompüter istifadəçisi üçün bunlar maraqsızdır. Ancaq daxili verilənlərin yüksək sürəti və onların etibarlılığı hər kəsin arzusudur. Axı, kompüterin nə qədər güclü olursa olsun, depolama sürətinin ümumi performans baxımından dar yer olması mümkündür.
Bu, ənənəvi HDD-lərin yerini müasir NVMe SSD-lər 1 TB-dan çox yaddaş tutumuna bənzədikdə təxminən doğru idi. Əvvəllər kompüterlərdə SATA SSD + bir neçə böyük HDD birləşmələri daha çox istifadə olunurdusa, indi bunun yerini NVMe SSD + bir neçə böyük SATA SSD-lər alır. Korporativ serverlər və 'buludlar' barəsində təkcə SATA SSD-lərlə uğurla keçmişlər, çünki onlar adi `kassetlərə` nisbətən daha sürətlidirlər və eyni anda daha çox girişi/çıxışı işləyə bilərlər.
Ancaq sistemin etibarlılığı hələ də kifayət qədər aşağıdır: biz 'Ekstrasenslərin döyüşü' kimi bir anda müəyyən edə bilmirik ki, nə vaxt o və ya bu SSD uzun müddət yaşamağı dayandıracaq. HDD-lər getdikcə 'ölür', bu zaman simptomları müəyyən edib tədbir görmək mümkündür; amma SSD-lər 'ölür' birdən-birə və xəbərdarlıq etmədən. İndi sual meydana çıxır: Bütün bunlar niyə lazımdır? SATA SSD və NVMe SSD bazasında RAID array-lar təşkil etməyə dəyərmi və bunun ciddi faydası olacaqmı?
RAID array-ın nə üçün lazımdır?
Kəlmə 'array' özü bir neçə depolama cihazının (HDD və SSD) RAID kontrolleri ilə birləşdirilərək, əməliyyat sisteminə tək bir verilənlər anbarı kimi tanınmasını nəzərdə tutur. RAID array-larının açıq məqsədi verilənlərə daxil olma müddətinin minimuma endirilməsi, oxuma/yazma sürətinin artırılması və zamanında əksilmələrdə tez bərpa imkanlarının təmin edilməsi ilə etibarlılığın artırılmasıdır. Qeyd etmək lazımdır ki, evdəki yedəklər üçün RAID istifadə etmək heç də mütləq deyil. Ancaq evdəki serverin 24/7 davamlı erişimi lazım olduqda, bu artıq başqa bir vəziyyətdir.
RAID array levels exceed a dozen, each varying in the number of drives used and having its own advantages and disadvantages: for instance, RAID 0 provides high performance without redundancy, RAID 1 facilitates automatic data mirroring without speed enhancement, and RAID 10 combines the features of the former. RAID 0 and 1 are the simplest (since they don't require software calculations) and, consequently, the most popular. Ultimately, the choice of a particular RAID level depends on the tasks assigned to the disk array and the capabilities of the RAID controller.
Consumer and corporate RAID: what's the difference?
The foundation of any modern business is large volumes of data that must be securely stored on company servers. Furthermore, as previously noted, constant access 24/7 must be ensured. It is clear that along with the hardware, the software component is also important, however, in this case, we are discussing equipment that ensures reliable data storage and processing. No software can save a company from bankruptcy if the hardware does not meet the tasks assigned to it.
For these tasks, any hardware manufacturer offers so-called enterprise devices. For Kingston, these are powerful solid-state solutions in the form of SATA models. və , as well as NVMe models DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe, and DCP-1000 PCI-e, intended for use in data centers (DC) and supercomputers. Arrays of such drives are typically used in conjunction with hardware controllers.
For the consumer market (that is, for home PCs and NAS servers), drives such as NVMe PCIe are available, but in this case, purchasing a hardware controller is not mandatory. You can rely on the integrated one in the motherboard of the PC or NAS server, unless, of course, you plan to assemble a home server for atypical tasks (like setting up a small home hosting for friends, for example). Additionally, home RAID arrays typically do not involve hundreds or thousands of drives, limited to two, four, and eight devices (more often SATA).
Types and categories of RAID controllers
There are three types of RAID controllers based on RAID array implementation principles:
1. Software, where the management of the array relies on the CPU and DRAM (meaning that the execution of the software code occurs on the processor).
2. Integrated, meaning built into the motherboards of PCs or NAS servers.
3. Hardware (modular), which are discrete expansion boards for PCI/PCIe slots on system boards.
Onların arasındaki temel fark nedir? Yazılımsal RAID denetleyicileri, entegre ve donanımsal olanlara kıyasla performans ve dayanıklılık açısından dezavantajlıdır, ancak çalışmaları için özel donanıma ihtiyaç duymazlar. Ancak, RAID yazılımını çalıştırmak için ana sistemin işlemcisinin yeterince güçlü olduğundan emin olmak önemlidir, böylece ev sahibi üzerinde çalışan uygulamaların performansına olumsuz etkisi olmaz. Entegre denetleyiciler genellikle kendi bellek önbellekleri ile donatılmıştır ve belirli miktarda CPU kaynağı kullanmaktadırlar.
Donanım denetleyicileri ise hem kendi bellek önbelleklerine hem de yazılımsal algoritmaları çalıştırmak için entegre bir işlemciye sahiptir. Genellikle her türlü RAID düzeyini uygulama imkanı sunarlar ve aynı anda birden fazla depolama türünü desteklerler. Örneğin, modern Broadcom donanım denetleyicilerine aynı anda SATA, SAS ve NVMe cihazları bağlanabilir, bu da sunucularınızı yükseltirken denetleyiciyi değiştirmeden devam etmenizi sağlar: özellikle SATA SSD'den NVMe SSD'ye geçerken denetleyicilerin değiştirilmesine gerek kalmaz.
Aslında, bu noktada denetleyicilerin tipolojisine gelmiş bulunuyoruz. Eğer üç modlu olanlar varsa, başka türleri de olmalı mı? Bu durumda cevabımız evettir. RAID denetleyicilerinin işlevleri ve yeteneklerine bağlı olarak birkaç türe ayrılması mümkündür:
1. RAID işlevine sahip standart denetleyiciler
Bu hiyerarşide en basit denetleyici olup, HDD ve SSD'leri "0", "1" veya "0+1" düzeylerinde RAID dizileri olarak birleştirmeye olanak tanır. Bu, yazılım düzeyinde firmware ile gerçekleştirilir. Ancak bu tür cihazların kurumsal sektörde kullanılması pek tavsiye edilmez, çünkü önbellek yoktur ve "5", "3" gibi düzeylerde diziler desteklenmez. Ancak giriş seviyesi bir ev sunucusu için oldukça uygundur.
2. Diğer RAID denetleyicileri ile birlikte çalışan denetleyiciler
Bu tür denetleyiciler, anakartlardaki entegre denetleyicilerle birlikte çalışabilir. Bu prensip şu şekilde gerçekleştirilir: ayrık RAID denetleyici 'mantıksal' görevleri üstlenirken, entegre olan depolayıcılar arasındaki veri alışverişi işlevini üstlenir. Ancak bir detay var: Bu denetleyicilerin paralel çalışması yalnızca uyumlu sistem kartlarında mümkündür, bu nedenle kullanım alanları ciddi şekilde daralmaktadır.
3. Bağımsız RAID denetleyicileri
Bu diskret həllər, korporativ səviyyəli serverlərin işləməsi üçün lazım olan bütün çipləri özündə daşıyır, öz BIOS, keşik yaddaş və sürətli səhv düzəltmə və yoxlama cəmi hesablama prosessoruna malikdir. Həmçinin, istehsal standartlarına uyğun yüksək etibarlılıq səviyyəsinə və yüksək keyfiyyətli yaddaş modullarına malikdir.
4. Xarici RAID Nəzarətçiləri
Aydındır ki, yuxarıda sadalanan bütün nəzarətçilər daxili şəxslərdir və ana platanın PCIe portu vasitəsilə enerji alırlar. Bu, nə deməkdir? Bu, ana platanın sıradan çıxmasının RAID massivinin işləməsində və məlumatların itirilməsində səhvlərə səbəb ola biləcəyini göstərir. Xarici nəzarətçilər isə, ayrı bir korpusda və müstəqil enerji blokları ilə yerləşdikləri üçün bu problemlərdən azaddır. Etibarlılıq baxımından bu cür nəzarətçilər məlumatların saxlanması üçün ən yüksək səviyyəni təmin edirlər.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell və Cisco — hazırda aparat RAID nəzarətçiləri təqdim edən bəzi şirkətlərdir.
RAID nəzarətçilərinin SAS/SATA/NVMe İş Modelləri
Üçmodlu HBA və RAID nəzarətçilərinin (yəni Tri-Mode xüsusiyyətinə malik nəzarətçilərin) əsas vəzifəsi NVMe əsasında aparat RAID yaratmaqdır. Broadcom şirkətinin 9400 seriyalı nəzarətçiləri bunu edə bilir: məsələn, . Bu, müstəqil tip RAID nəzarətçisi olub, dörd SFF-8643 portu ilə təchiz olunub və Tri-Mode dəstəyi sayəsində eyni anda SATA/SAS və NVMe saxlama cihazlarını birləşdirir. Həmçinin, bu, bazardakı ən enerji səmərəli nəzarətçilərdən biridir (sadəcə 17 Vat enerji istehlak edir, 16 portun hər biri üçün isə 1,1 Vat-dan az).
Qoşulma interfeysi PCI Express x8 versiya 3.1-dir ki, bu da 64 Gbit/s-lik ötürmə qabiliyyətini təmin edir (2020-ci ildən PCI Express 4.0 üçün nəzarətçilərin meydana gəlməsi gözlənilir). 16 portlu nəzarətçinin əsasında 2 nüvəli çip və 72-bitlik DDR4-2133 SDRAM (4 GiBayt) yerləşir, həmçinin 240 ədəd SATA/SAS və ya 24 NVMe cihazını qoşmaq imkanı mövcuddur. RAID massivlərinin təşkili baxımından “0”, “1”, “5” və “6”, eləcə də “10”, “50” və “60” səviyyələri dəstəklənir. Qeyd edək ki, və 9400 seriyasındakı digər nəzarətçilərin keşik yaddaşı gərginlik sıçrayışlarından qorumaq üçün əlavə CacheVault CVPM05 modulu ilə təmin edilib.
Üç rejimli texnologiyanın əsasını SerDes məlumatların çevrilmə funksiyası təşkil edir: SAS/SATA interfeyslərindəki ardıcıl məlumatların PCIe NVMe-də paralel formaya və əksinə çevrilməsi. Yəni, kontrol cihazı üç tip saxlama cihazı ilə problemsiz işləmək üçün sürətləri və protokolları uyğunlaşdırır. Bu, data mərkəzinin infrastrukturlarını genişləndirmək üçün kesintisiz bir yol təqdim edir: istifadəçilər digər sistem konfiqurasiyalarında əhəmiyyətli dəyişiklik etmədən NVMe-dən istifadə edə bilərlər.
Lakin NVMe sürücülərlə konfiqurasiyaların planlaşdırılması zamanı unutmayın ki, NVMe həlləri 4 PCIe xəttindən istifadə edir, bu da hər bir sürücünün SFF-8643 portlarının bütün xəttlərini işə saldığını bildirir. Beləliklə, birbaşa MegaRAID 9460-16i kontrol cihazına yalnız dörd NVMe sürücü qoşula bilər. Yoxsa eyni zamanda səkkiz SAS sürücüsü qoşularkən yalnız iki NVMe həlli ilə məhdudlaşmalısınız (aşağıdakı qoşulma sxeminə baxın).
Şəkildə «0» (C0 / Connector 0) və «1» NVMe qoşulmaları üçün, eləcə də «2» və «3» SAS qoşulmaları üçün istifadə olunan konnektorlar göstərilir. Bu düzülüş tərsinə dəyişdirilə bilər, lakin hər bir x4 NVMe sürücüsü qonşu xətlərin istifadəsi ilə qoşulmalıdır. Kontrol cihazının iş rejimləri StorCLI və ya UEFI mühitində işləyən İnsan İnterfeysi İnfrastruktur (HII) konfiqurasiya proqramları vasitəsilə müəyyən edilir.
Varsayılan rejim «PD64» profilidir (yalnız SAS / SATA dəstəyi). Yuxarıda qeyd etdiyimiz kimi, cəmi üç profil var: «SAS/SATA yalnız rejimi» (PD240 / PD64 / PD 16), «NVMe yalnız rejimi» (PCIe4) və bütün tipli sürücülərin işləyə biləcəyi qarışıq rejim: «PD64-PCIe4» (64 fiziki və virtual diskə 4 NVMe sürücüsü dəstəyi). Qarışıq rejimdə təyin olunan profilin dəyəri belə olmalıdır – «ProfileID=13». Qeyd edək ki, seçilmiş profil əsas profil kimi saxlanılır və Fabrikaya Qayıt əmri ilə geri qaytarıldıqda belə sıfırlanmaz. Onu yalnız əl ilə dəyişmək mümkündür.
SSD-də RAID qurmaq lazımdırmı?
Beləliklə, artıq RAID arraylərinin yüksək performansın təminatı olduğunu anladıq. Lakin evdə və şirkət istifadəsi üçün sərt disklərdən RAID yaratmaq lazım mı? Bir çox skeptiklər sürət artımının NVMe sürücülərinə çox pul xərcləməyə dəyər olmadığını iddia edirlər. Bütün bunlar gerçəkdə belədirmi? Şübhəsiz ki, deyil. SSD-lərin RAID-də istifadəsini məhdudlaşdıran yeganə faktor qiymətdir. Nəticədə, HDD-də bir giqabayt sahəsinin qiyməti əhəmiyyətli dərəcədə daha ucuzdur.
Bir RAID nəzarətçisinə bir neçə SSD “disk” qoşmaq, müəyyən konfiqurasiyalarda SSD-dən ibarət bir sahə yaradaraq performansa böyük təsir göstərə bilər. Lakin unutmaq olmaz ki, maksimal performans RAID nəzarətçisinin özünün band genişliyi ilə məhdudlaşır. Ən yaxşı sürət təqdim edən RAID səviyyəsi RAID 0-dır.
İki SSD diskdən ibarət adi RAID 0 təşkil etmək, məlumatların sabit bloklara bölünməsi və bu blokların SSD-lər arasında növbə ilə paylanması metodu ilə, performansı iki dəfə artıracaq (bir SSD ilə müqayisədə). Bu zaman RAID 0 sahəsi dörd SSD-dən ibarət olduqda, ən yavaş SSD-nin performansından dört dəfə daha sürətli olacaq (bu, RAID SSD nəzarətçisinin band genişliyi məhdudiyyətindən asılıdır).
Sadə hesablamalardan çıxsak, SATA SSD-ləri ənənəvi SATA HDD-lərdən təxminən 3 dəfə daha sürətlidir. NVMe həlləri isə daha səmərəli - 10 dəfə və daha artıqdır. RAID 0-da iki disk, performansı iki dəfə artıraraq 50% yüksəldəcək, iki SATA SSD isə 6 dəfə daha sürətli, iki NVMe SSD isə 20 dəfə daha sürətli olacaq. xüsusi olaraq, Kingston KC2000 NVMe PCIe bir SSD, ardıcıl oxuma və yazma sürətinin 3200 MB/s-yə qədər çata biləcəyini nümayiş etdirir, bu, RAID 0 formatında 6 GB/s-ə qədər yaranacaq. 4 KB-lıq təsadüfi blokların oxuma/yazma sürəti 350,000 IOPS-dan 700,000 IOPS-a yüksələcək. Lakin... eyni zamanda “sıfır” RAID bizə redundans təqdim etmir.
Ev şəraitində saxlanma üçün redundans adətən lazım olmur, ona görə də SSD üçün ən uyğun RAID konfiqurasiyası həqiqətən də RAID 0 olur. Bu, Intel Optane bazasında olan SSD-lərlə müqayisədə performansı əhəmiyyətli şəkildə artırmağın etibarlı bir yoludur. SSD həllərinin ən məşhur RAID tiplərində (“1”, “5”, “10”, “50”) necə davranacağını isə növbəti məqaləmizdə müzakirə edəcəyik.
Bu məqalə Kingston-a SATA/SAS/NVMe korporativ səviyyəli sürücüləri sınaq üçün verən Broadcom-dan olan həmkarlarımızın dəstəyi ilə hazırlanmışdır. Bu dostluq simbiozu sayəsində müştərilər Kingston sürücülərinin HBA və RAID nəzarətçiləri ilə etibarlı və sabit işləməsinə şübhə etməməlidirlər. .
Kingston məhsulları haqqında əlavə məlumatı tapa bilərsiniz. şirkəti.
Mənbə: habr.com
