В мы ўжо разгледзелі пытанне аб тым "Ці прымянім RAID на SSD" на прыкладзе назапашвальнікаў Kingston, але зрабілі гэта толькі ў рамках нулявога ўзроўню. У бягучым артыкуле мы разбяром варыянты выкарыстання прафесійных і хатніх NVMe-рашэнняў у самых папулярных тыпах RAID-масіваў і раскажам аб сумяшчальнасці кантролераў. з назапашвальнікамі Kingston.
Навошта патрэбен RAID на SSD?
Перавагі масіваў захоўвання на аснове SSD у параўнанні з масівамі захоўвання на цвёрдых дысках уключаюць скарачэнне часу доступу да дадзеных на назапашвальніку і цудоўную прадукцыйнасць у аперацыях чытання/запісы. Аднак для ідэальнай прадукцыйнасці RAID'а на базе SSD патрабуецца аптымальнае спалучэнне працэсара, кэша, праграмнага і апаратнага забеспячэння. Калі ўсе гэтыя фактары ідэальна працуюць разам, RAID-масіў з SSD можа значна перасягнуць супастаўную канфігурацыю з ужываннем традыцыйных HDD.
Тыповы SSD спажывае менш энергіі, чым цвёрдыя дыскі, таму пры аб'яднанні вялікай колькасці цвёрдацельных назапашвальнікаў у RAID-масіў эканомія энергіі ў параўнанні з RAID-масіўам з HDD можа прывесці яшчэ і да зніжэння выдаткаў пры аплаце карпаратыўных рахункаў за электраэнергію.
Аднак SSD RAID мае абмежаванні і недахопы: у прыватнасці, больш высокі кошт за гігабайт прасторы ў параўнанні з цвёрдымі дыскамі супастаўнай ёмістасці. А час напрацоўкі флэш-памяці на адмову абмежаваны вызначанай колькасцю цыклаў перазапісу. Гэта значыць у SSD-назапашвальнікаў ёсць вызначаны тэрмін службы, які залежыць ад эксплуатацыі: чым актыўней перазапісваецца інфармацыя на ім, тым хутчэй назапашвальнік выйдзе са строю. З іншага боку, карпаратыўныя цвёрдацельныя назапашвальнікі маюць прыстойны тэрмін службы, супастаўны з механічнымі цвёрдымі кружэлкамі.
Як SSD Kingston жывуць у рэжыме RAID з кантролерамі Broadcom
На світанку з'яўлення SSD-назапашвальнікаў RAID-канструкцыі ўтойвалі ў сабе шмат нюансаў. У тым ліку з-за выкарыстання менш адмоваўстойлівых HDD-дыскаў. Цвёрдацельныя назапашвальнікі значна надзейней сваіх субратаў на аснове магнітных дыскаў. Як мы ведаем, у SSD-рашэннях няма якія рухаюцца элементаў, таму механічныя пашкоджанні зведзены да нуля. Вынахад цвёрдацельных назапашвальнікаў з ладу з прычыны скокаў напругі таксама малаверагодны, улічваючы, што на ўзроўні хатняга ПК і любога сервера вас засцерагаюць КБС, сеткавыя фільтры і нават блок сілкавання.
Пры гэтым у цвёрдацельных назапашвальнікаў ёсць яшчэ адзін істотны плюс: нават калі вочкі памяці знасяцца на запіс чытанне дадзеных з іх усё роўна можна будзе вырабіць, а вось пры пашкоджанні магнітнай кружэлкі нажаль.
На сённяшні дзень выкарыстоўваць SSD-рашэнні ў RAID-масівах розных узроўняў суцэль нармальная практыка. Галоўнае - выбіраць правільныя цвёрдацельныя назапашвальнікі, латэнтнасць якіх мінімальная. А яшчэ ў ідэале выкарыстоўваць SSD аднаго і таго ж вытворцы і адной і той жа мадэлі, каб не атрымалася мешаніна з назапашвальнікаў, якія падтрымліваюць розныя тыпы нагрузак і пабудаваных на базе розных тыпаў памяці, кантролераў і іншых тэхналогій. Гэта значыць, калі ўжо мы вырашылі закупіць для стварэння RAID-масіву чатыры ці 16 NVMe SSD кампаніі Kingston - хай лепш усе яны будуць з адной серыі і мадэльнага шэрагу.
Дарэчы, у мы нездарма прыводзілі ў прыклад кантролеры Broadcom, калі казалі аб NVMe SSD ад Kingston. Справа ў тым, што ў мануалах да гэтых прылад адразу прапісваюцца сумяшчальныя назапашвальнікі (уключаючы рашэнні ад вышэйзгаданага амерыканскага вытворцы SSD), з якімі кантролер будзе працаваць без нараканняў. На гэтую інфармацыю і трэба абапірацца пры выбары звязка "кантролер-SSD" для RAID.
Разбіраны працу SSD Kingston у самых папулярных тыпах RAID – "1", "5", "10", "50"
Такім чынам, "нулявы" ўзровень RAID не забяспечвае надмернасці дадзеных, а толькі павялічвае прадукцыйнасць. Ніякай абароны дадзеных RAID 0 не падае наогул, таму ў рамках карпаратыўнага сегмента мы яго разглядаць не будзем. RAID 1, з іншага боку, забяспечвае поўную надмернасць, але толькі сціплы прырост прадукцыйнасці, і таму яго варта разглядаць у тым выпадку, калі падвышэнне прадукцыйнасці не з'яўляецца асноватворным фактарам пры стварэнні RAID-масіва з SSD.
RAID 1 на базе SSD Kingston і кантролераў Broadcom
Такім чынам, RAID-масіў першага ўзроўня на базе кантролера Broadcom MegaRAID 9460-16i аб'ядноўвае ад двух да 32 назапашвальнікаў Kingston, якія з'яўляюцца копіямі адзін аднаго, і забяспечвае поўную надмернасць. Калі пры выкарыстанні традыцыйных HDD хуткасць запісу і чытанні дадзеных заставалася на ўзроўні гэтага самага HDD, то з выкарыстаннем NVMe SSD-рашэнняў мы атрымліваем дзесяціразовы прырост прадукцыйнасці. Асабліва па частцы часу доступу да дадзеных. Напрыклад, з двума SSD Kingston DC1000M U.2 NVMe у серверным RAID 1 мы атрымаем 350 IOPS пры чытанні выпадковых дадзеных і 000 75 IOPS пры запісе.
У стаўленні паслядоўнай хуткасці чытання вынікі будуць адпавядаць характарыстыкам назапашвальніка — 3200 Мбайт/з. Але, паколькі абодва NVMe SSD знаходзяцца ў працоўным стане, дадзеныя могуць счытвацца з іх адначасова, што робіць аперацыі чытання даволі хуткімі. А вось хуткасць запісу (заяўленая складае 2000 Мбайт/з) будзе павольней, таму што кожная аперацыя запісу выконваецца двойчы.
Масіў RAID 1 ідэальна падыходзіць для невялікіх баз дадзеных або любога іншага асяроддзя, якая патрабуе адмоваўстойлівасці, але невялікі ёмістасці. Люстраное капіраванне назапашвальнікаў асабліва выбаўляе ў сцэнарах аварыйнага аднаўлення (прадукцыйнасць пры гэтым крыху пагаршаецца), паколькі забяспечвае імгненную "рэанімацыю" важных дадзеных, калі адзін з назапашвальнікаў у масіве выходзіць са строю. Але, паколькі гэты ўзровень абароны патрабуе падваення ёмістасці для захоўвання люстраной копіі дадзеных (для захоўвання 100 Тбайт запатрабуецца 200 Тбайт месца), у шматлікіх карпаратыўных сістэмах выкарыстоўваюцца больш эканамічныя варыянты захоўвання: RAID 5 і RAID 6.
RAID 5 на базе SSD Kingston і кантролераў Broadcom
Для арганізацыі RAID-масіва пятага ўзроўня нам запатрабуецца прынамсі тры назапашвальніка, дадзеныя на якіх чаргуюцца (цыклічна запісваюцца на ўсе назапашвальнікі ў масіве), але не дублююцца. Пры іх арганізацыі варта ўлічваць іх больш складаную прыладу, бо тут з'яўляецца такое паняцце, як "кантрольная сума" (ці ж "цотнасць"). Пад гэтым паняццем маецца на ўвазе лагічная алгебраічная функцыя XOR (яна ж выняткоўвалае "АБО"), якая і дыктуе выкарыстанне мінімум трох назапашвальнікаў у масіве (максімум - 32). Пры гэтым інфармацыя аб цотнасці запісваецца на ўсе "дыскі" у масіве.
Для масіва з чатырох SATA SSD-назапашвальнікаў Kingston DC500R з ёмістасцю па 3,84 Тбайт кожны, мы атрымаем 11,52 Тбайт прасторы і 3,84 для кантрольных сум. А калі аб'яднаць у RAID пятага ўзроўню 16 NVMe-назапашвальнікаў Kingston DC1000M U.2 з ёмістасцю 7,68 Тбайт – павучым 115,2 Тбайт са стратай 7,68 Тбайт. Як бачыце, чым больш назапашвальнікаў, тым у выніку лепш. Лепш яшчэ і таму, што чым больш назапашвальнікаў у RAID 5, тым вышэй сумарная прадукцыйнасць пры аперацыях запісу. А лінейнае чытанне будзе дасягаць узроўня RAID 0.
Група дыскаў RAID 5 забяспечвае высокую прапускную здольнасць (асабліва для вялікіх файлаў) і надмернасць з мінімальнай стратай магутнасці. Лепш за ўсё такі тып арганізацыі масіва падыходзіць для сетак, якія выконваюць шмат невялікіх аперацый уводу-вываду (I / O) адначасова. А вось выкарыстоўваць яго для задач, якія патрабуюць вялікай колькасці аперацый запісу невялікіх ці невялікіх блокаў, не варта.
Ёсць і яшчэ адзін нюанс: пры адмове хоць бы аднаго з NVMe-назапашвальнікаў, RAID 5 пераходзіць у рэжым дэградацыі і вынахад з ладу яшчэ адной прылады захоўвання можа стаць крытычным для ўсіх дадзеных. У выпадку збою аднаго назапашвальніка ў масіве RAID-кантролер выкарыстае інфармацыю аб цотнасці для ўзнаўлення ўсіх якія адсутнічаюць дадзеных.
RAID 10 на базе SSD Kingston і кантролераў Broadcom
Такім чынам, RAID 0 дае нам двухразовы прырост хуткасці і часу доступу, а RAID 1 забяспечвае надзейнасць. У ідэале б іх сумясціць, і тут на дапамогу прыходзіць RAID 10 (ці ж 1+0). "Дзясятка" збіраецца з чатырох SATA SSD-або NVMe-назапашвальнікаў (максімум - 32) і мае на ўвазе масіў з "люстэркаў", колькасць назапашвальнікаў у якім заўсёды павінна быць кратна чатыром. Дадзеныя ў гэтым масіве запісваюцца пасродкам разбіцця на фіксаваныя блокі (як у выпадку з RAID 0) і чаргаванні паміж назапашвальнікамі, размяркоўваючы копіі паміж "дыскамі" у масіве RAID 1. А дзякуючы магчымасці адначасовага доступу да некалькіх груп дыскаў, RAID 10 паказвае высокую прадукцыйнасць.
Бо RAID 10 здольны размяркоўваць дадзеныя па некалькіх люстраным парам, гэта азначае, што ён можа дапушчаць збой аднаго назапашвальніка ў пары. Аднак у выпадку збою абедзвюх люстраных пар (гэта значыць усіх чатырох назапашвальнікаў) адбудзецца непазбежная страта дадзеных. У выніку мы таксама атрымліваем добрую адмоваўстойлівасць і надзейнасць. Але варта мець на ўвазе, што, як і RAID 1, масіў дзясятага ўзроўня выкарыстоўвае толькі палову сумарнай ёмістасці, а таму з'яўляецца дарагім рашэннем. Ды яшчэ і складаным у наладзе.
RAID 10 падыходзіць для выкарыстання са сховішчамі дадзеных, якім патрабуецца 100-адсоткавая надмернасць груп люстраных кружэлак, а таксама падвышаная прадукцыйнасць уводу-высновы RAID 0. Гэта лепшае рашэнне для баз дадзеных сярэдняга памеру або любога асяроддзя, якая патрабуе больш высокай адмоваўстойлівасці, чым у RAID 5.
RAID 50 на базе SSD Kingston і кантролераў Broadcom
Камбінаваны масіў, аналагічны RAID'у дзясятага ўзроўня, які ўяўляе сабой масіў нулявога ўзроўня, створаны з масіваў пятага ўзроўня. Як і ў папярэднім выпадку, асноўная мэта дадзенага масіва складаецца ў атрыманні падвоенай прадукцыйнасці пры захаванні надзейнасці дадзеных у масівах RAID 5. Пры гэтым RAID 50 забяспечвае падвышаную прадукцыйнасць запісу і лепшую абарону дадзеных, чым стандартны RAID 5 у выпадку збою дыска, а таксама здольны да хутчэйшаму аднаўленню ў выпадку адмовы аднаго з назапашвальнікаў.
Група дыскаў RAID 50 разбівае дадзеныя на драбнейшыя блокі, а затым размяркоўвае іх на кожны масіў RAID 5. Група кружэлак RAID 5, у сваю чаргу, таксама разбівае дадзеныя на драбнейшыя блокі, вылічае цотнасць, вырабляе лагічную аперацыю OR для блокаў, а затым выконвае аперацыі запісы ў блокі дадзеных і кантролю цотнасці для кожнага дыска ў групе дыскаў.
І хоць прадукцыйнасць непазбежна змяншаецца ў выпадку збою аднаго з назапашвальнікаў, гэта не гэтак істотна, як у масіве RAID 5, паколькі адзін збой уплывае толькі на адзін з масіваў, пакідаючы іншы цалкам працаздольным. На самай справе RAID 50 можа вытрымаць да васьмі адмоў HDD/SSD/NVMe-назапашвальніка, калі кожны які адмовіў "дыск" знаходзіцца ў асобным масіве RAID 5.
RAID 50 лепш за ўсё выкарыстоўваць для прыкладанняў, якім патрабуецца высокая надзейнасць і якія павінны апрацоўваць вялікую колькасць запытаў пры захаванні высокай хуткасці перадачы дадзеных і ніжэйшага кошту назапашвальнікаў, чым у масіве RAID 10. Аднак, паколькі для налады масіва RAID 50 патрабуецца мінімум шэсць назапашвальнікаў, кошт не поўнасцю выключаецца як фактар. Адным з недахопаў RAID 50 з'яўляецца тое, што, як і RAID 5, яму патрэбен складаны кантролер: такі як у мінулым артыкуле ад Broadcom.
Варта таксама адзначыць, што RAID 50 мае менш выкарыстоўванай дыскавай прасторы, чым RAID 5, з-за вылучэнні ёмістасці для ўтрымання запісаў кантролю цотнасці. Тым не менш, ён усё яшчэ мае больш карыснага прасторы, чым іншыя ўзроўні RAID, асабліва тыя, якія выкарыстоўваюць люстраванне. Пры мінімальным патрабаванні ў шэсць дыскаў RAID 50 можа быць дарагім варыянтам, але дадатковая дыскавая прастора апраўдвае выдаткі, абараняючы карпаратыўныя дадзеныя. Гэты тып масіва рэкамендуецца для працы з дадзенымі, якія патрабуюць высокай надзейнасці захоўвання, высокай частаты запытаў, высокай хуткасці перадачы і вялікай ёмістасці для размяшчэння.
RAID 6 і RAID 60: пра іх мы таксама не забыліся
Раз ужо мы пагаварылі аб масівах пятага і пяцідзесятага ўзроўняў, грэх не згадаць і аб такіх тыпах арганізацыі масіваў як RAID 6 і RAID 60.
Прадукцыйнасць RAID 6 аналагічная RAID 5, але тут ужо мінімум два назапашвальнікі аддаюцца пад кантроль цотнасці, што дазваляе масіву перажыць выйсце з ладу двух назапашвальнікаў без страты дадзеных (у RAID 5 такая сітуацыя вельмі непажаданая). Дзякуючы гэтаму забяспечваецца больш высокая надзейнасць. У астатнім усё гэтак жа, як і ў масіве пятага ўзроўня: у выпадку збою аднаго або двух дыскаў кантролер RAID выкарыстоўвае блокі цотнасці для ўзнаўлення ўсёй недастатковай інфармацыі. Пры збоі двух назапашвальнікаў аднаўленне адбываюцца не адначасова: спачатку рэанімуецца першы назапашвальнік, затым - другі. Такім чынам, выконваюцца дзве аперацыі па аднаўленні даных.
Няцяжка здагадацца, што, калі RAID 50 уяўляе сабою масіў нулявога ўзроўня з масіваў пятага ўзроўня, то RAID 60 – гэта масіў нулявога ўзроўня з масіваў шостага ўзроўня, пра якія мы толькі што распавялі. Гэта значыць такая арганізацыя RAID-сховішчы дазваляе перажыць страту двух SSD у кожнай групе назапашвальнікаў RAID 6. Прынцып працы падобны з тым, пра які мы расказвалі ў раздзеле пра RAID 50, але колькасць збояў, якія можа вытрымаць масіў шасцідзесятага ўзроўню, вырастае з 8 да 16 назапашвальнікаў. Звычайна такія масівы выкарыстоўваюцца для анлайн-абслугоўвання кліентаў, якое патрабуе высокай адмоваўстойлівасці.
Падводзім вынікі:
Нягледзячы на тое, што люстраванне забяспечвае большую адмоваўстойлівасць, чым RAID 50/60, яно таксама патрабуе значна больш месца. Паколькі колькасць дадзеных падвойваецца, вы фактычна атрымліваеце толькі 50% ад агульнай ёмістасці ўсталяваных у серверы назапашвальнікаў для запісу і захоўванні інфармацыі. Выбар паміж RAID 50/60 і RAID 10, хутчэй за ўсё, будзе залежаць ад наяўных бюджэтаў, ёмістасці сервера і вашых запатрабаванняў у абароне дадзеных. Прычым кошт выходзіць на першы план, калі мы гаворым аб SSD-рашэннях (як карпаратыўнага, так і спажывецкага класа).
Не менш важна, што зараз мы сапраўды ведаем - RAID на базе SSD цалкам бяспечнае рашэнне і нармальная практыка для сучаснага бізнесу. У рамках хатняга ўжывання таксама ёсць рацыя пераходзіць на NVMe, калі дазваляюць бюджэты. А калі ў вас яшчэ засталося пытанне, навошта ж усё гэта трэба, вярніцеся да пачатку артыкула - мы ўжо падрабязна адказалі на яго.
Дадзены артыкул падрыхтавана пры падтрымцы нашых калег з Broadcom, якія падаюць свае кантролеры інжынерам Kingston для тэставання з назапашвальнікамі SATA/SAS/NVMe карпаратыўнага класа. Дзякуючы гэтаму сяброўскаму сімбіёзу, кліентам не даводзіцца сумнявацца ў надзейнасці і стабільнасці працы назапашвальнікаў Kingston c HBA-і RAID-кантролерамі вытворчасці. .
Дадатковую інфармацыю аб прадуктах Kingston можна знайсці на кампаніі.
Крыніца: habr.com