Споделяме нашия опит, как се представят SSD в рамките на RAID и кое ниво на масив е по-изгодно

В минал материал вече разгледахме въпроса „Ще приложим ли RAID върху SSD“, използвайки примера на Kingston дискове, но го направихме само в рамките на нулевото ниво. В настоящата статия ще анализираме възможностите за използване на професионални и домашни NVMe решения в най-популярните видове RAID масиви и ще говорим за съвместимостта на контролера. Broadcom с дискове Kingston.

Защо се нуждаете от RAID на SSD?

Предимствата на базираните на SSD масиви за съхранение пред масивите за съхранение на HDD включват по-бързи времена за достъп до данните на устройството и превъзходна производителност при четене/запис. Въпреки това, идеалната SSD-базирана RAID производителност изисква оптимална комбинация от процесор, кеш, софтуер и хардуер. Когато всички тези фактори работят перфектно заедно, SSD RAID може значително да надмине сравнима конфигурация, използваща традиционни твърди дискове.

Типичният SSD консумира по-малко енергия от HDD, така че когато комбинирате голям брой SSD в RAID масив, спестяванията на енергия в сравнение с HDD RAID масив също могат да се превърнат в по-ниски разходи за корпоративни сметки за енергия.

SSD RAID обаче има ограничения и недостатъци, по-специално по-високата цена на гигабайт пространство в сравнение с твърдите дискове със сравним капацитет. И времето между отказите на флаш паметта е ограничено до определен брой цикли на презапис. Тоест, SSD устройствата имат определен експлоатационен живот, който зависи от операцията: колкото повече информация се презаписва върху него, толкова по-бързо устройството ще се повреди. От друга страна, корпоративните SSD имат приличен живот, сравним с механичните твърди дискове.

Как SSD на Kingston живеят в режим RAID с контролери Broadcom

В ранните дни на SSD дисковете дизайнът на RAID имаше много нюанси. Включително поради използването на по-малко устойчиви на грешки твърди дискове. Твърдотелните дискове са много по-надеждни от техните колеги, базирани на магнитни дискове. Както знаем, в SSD решенията няма движещи се части, така че механичните повреди са сведени до нула. Повредата на SSD дисковете поради пренапрежения в тока също е малко вероятна, като се има предвид, че на ниво домашен компютър и всеки сървър, UPS, защити от пренапрежение и дори захранване ви защитават.

В същото време твърдите дискове имат още един съществен плюс: дори ако клетките на паметта са износени за запис, данните все още могат да бъдат прочетени от тях, но ако магнитният диск е повреден, уви.

Днес е съвсем нормална практика да се използват SSD решения в RAID масиви от различни нива. Основното нещо е да изберете правилните SSD дискове, чиято латентност е минимална. И в идеалния случай използвайте SSD от един и същи производител и един и същи модел, за да не се окажете с смесица от устройства, които поддържат различни видове натоварвания и са изградени на базата на различни типове памет, контролери и други технологии. Тоест, ако решим да закупим четири или 16 NVMe SSD от Kingston, за да създадем RAID масив, би било по-добре всички да идват от една и съща серия и моделна гама.

Между другото, в последната статия цитирахме контролерите на Broadcom с причина, когато говорихме за NVMe SSD от Kingston. Факт е, че ръководствата за тези устройства веднага предписват съвместими устройства (включително решения от гореспоменатия американски производител на SSD), с които контролерът ще работи безупречно. На тази информация трябва да се разчита при избора на пакет контролер-SSD за RAID.

Анализираме работата на SSD Kingston в най-популярните типове RAID - “1”, “5”, “10”, “50”

И така, "нулевото" ниво на RAID не осигурява излишък на данни, а само увеличава производителността. RAID 0 не осигурява никаква защита на данните, така че няма да го разглеждаме в рамките на корпоративния сегмент. RAID 1, от друга страна, осигурява пълно резервиране, но само скромни печалби в производителността и следователно трябва да се има предвид, ако печалбите в производителността не са основно съображение при изграждането на SSD RAID масив.

RAID 1, базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

И така, RAID масивът от първо ниво, базиран на контролера Broadcom MegaRAID 9460-16i, комбинира от два до 32 Kingston диска, които са копия един на друг, и осигурява пълна резервираност. Ако при използване на традиционни твърди дискове скоростта на запис и четене на данни остава на нивото на този HDD, тогава с помощта на NVMe SSD решения получаваме десетократно увеличение на производителността. Особено по отношение на времето за достъп до данни. Например, с два Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD в сървър RAID 1, получаваме 350 000 произволни IOPS за четене и 75 000 IOPS за запис.

По отношение на скоростта на последователно четене, резултатите ще съответстват на характеристиките на устройството - 3200 MB / s. Но тъй като и двата NVMe SSD са в изправност, данните могат да се четат от тях едновременно, което прави операциите по четене доста бързи. Но скоростта на запис (за която се твърди, че е 2000 MB / s) ще бъде по-бавна, тъй като всяка операция за запис се изпълнява два пъти.

RAID 1 е идеален за малки бази данни или всяка друга среда, която изисква толерантност към грешки, но нисък капацитет. Дублирането на дискове е особено полезно при сценарии за възстановяване след бедствие (производителността е леко влошена), тъй като осигурява незабавно „реанимиране“ на важни данни, ако едно от устройствата в масива се повреди. Но тъй като това ниво на защита изисква удвояване на капацитета за съхранение на огледалните данни (100 TB ще изискват 200 TB място за съхранение), много корпоративни системи използват по-икономични опции за съхранение: RAID 5 и RAID 6.

RAID 5, базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

За да организираме RAID масив от пето ниво, се нуждаем от поне три диска, данните на които са подредени (циклично записани на всички дискове в масива), но не и дублирани. Когато ги организирате, трябва да вземете предвид тяхната по-сложна структура, тъй като тук се появява такова понятие като „контролна сума“ (или „паритет“). Тази концепция означава логическата алгебрична функция XOR (известна още като изключително „ИЛИ“), която диктува използването на минимум три устройства в масива (максимум - 32). В този случай информацията за паритет се записва на всички "дискове" в масива.

За масив от четири Kingston DC500R SATA SSD с капацитет от 3,84 TB всеки получаваме 11,52 TB пространство и 3,84 за контролни суми. И ако комбинирате 16 Kingston DC1000M U.2 NVMe дискове с капацитет от 7,68 TB в RAID от ниво 115,2, ще научим 7,68 TB със загуба от 5 TB. Както можете да видите, колкото повече дискове, толкова по-добре в крайна сметка. Освен това е по-добре, защото колкото повече дискове са в RAID 0, толкова по-висока е общата производителност на запис. И линейното четене ще достигне нивото на RAID XNUMX.

Дискова група RAID 5 осигурява висока пропускателна способност (особено за големи файлове) и излишък с минимална загуба на мощност. Този тип организация на масиви е най-подходящ за мрежи, които изпълняват много малки входно/изходни (I/O) операции едновременно. Но не трябва да го използвате за задачи, които изискват голям брой операции за запис за малки или малки блокове.
Има още един нюанс: ако поне едно от NVMe устройствата се повреди, RAID 5 преминава в режим на влошаване и отказът на друго устройство за съхранение може да стане критичен за всички данни. Ако едно устройство в масива се повреди, RAID контролерът използва информацията за паритет, за да създаде отново всички липсващи данни.

RAID 10, базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

И така, RAID 0 ни осигурява двойно увеличение на скоростта и времето за достъп, а RAID 1 осигурява надеждност. В идеалния случай те биха били комбинирани и тук на помощ идва RAID 10 (или 1 + 0). "Десет" се сглобява от четири SATA SSD или NVMe устройства (максимум - 32) и предполага масив от "огледала", броят на устройствата в които винаги трябва да бъде кратен на четири. Данните в този масив се записват с помощта на фиксирано разделяне на блокове (както в случая на RAID 0) и ивици между устройствата, разпръсквайки копия в „устройствата“ в масив RAID 1. И с възможност за достъп до множество групи устройства в в същото време RAID 10 показва висока производителност.

Тъй като RAID 10 е в състояние да разделя данни в множество огледални двойки, това означава, че може да толерира отказ на едно устройство в двойка. Въпреки това, ако и двете огледални двойки (т.е. и четирите устройства) се повредят, ще има неизбежна загуба на данни. В резултат на това получаваме и добра отказоустойчивост и надеждност. Но имайте предвид, че подобно на RAID 1, масивът от десето ниво използва само половината от общия капацитет и следователно е скъпо решение. И също така труден за настройка.

RAID 10 е подходящ за използване със складове за данни, които изискват 100% излишък на огледални дискови групи, както и повишената I/O производителност на RAID 0. Това е най-доброто решение за средно големи бази данни или всяка среда, която изисква по-висока толерантност към грешки отколкото RAID 5.

RAID 50, базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

Комбиниран масив, подобен на RAID от ниво 5, който е масив от ниво 50, изграден от масиви от ниво 5. Както и преди, основната цел на този масив е да постигне удвоена производителност, като същевременно поддържа надеждността на данните в масивите RAID XNUMX. В същото време RAID XNUMX осигурява подобрена производителност при запис и по-добра защита на данните от стандартния RAID XNUMX в случай на повреда на устройството , а също така е способен на по-бързо възстановяване в случай на повреда на едно от устройствата.

Групата устройства RAID 50 разделя данните на по-малки блокове и след това ги разделя във всеки масив RAID 5. Групата устройства RAID 5 от своя страна също разделя данните на по-малки блокове, изчислява паритета, извършва логическа операция ИЛИ върху блоковете и след това изпълнява операции за запис на блок данни и паритет за всеки диск в дисковата група.

И докато производителността неизбежно се влошава, ако едно от устройствата се повреди, това не е толкова значително, колкото в RAID 5 масив, тъй като една повреда засяга само един от масивите, оставяйки другия напълно функционален. Всъщност RAID 50 може да преживее до осем повреди на HDD/SSD/NVMe устройства, ако всеки повреден „диск“ е в отделен RAID 5 масив.

RAID 50 се използва най-добре за приложения, които изискват висока надеждност и трябва да обработват голям брой заявки, като същевременно поддържат високи скорости на трансфер на данни и по-ниски разходи за дискове от RAID 10. Въпреки това, тъй като са необходими минимум шест диска за настройка на RAID 50 масив , цената не е напълно изключена като фактор. Един недостатък на RAID 50 е, че подобно на RAID 5 той се нуждае от сложен контролер: като напр. споменати от нас в последната статия MegaRAID 9460-16i от Broadcom.

Също така си струва да се отбележи, че RAID 50 има по-малко използване на дисково пространство от RAID 5 поради разпределението на капацитета за съхранение на записи за паритет. Въпреки това, той все още има повече използваемо пространство в сравнение с други нива на RAID, особено тези, които използват дублиране. С минимално изискване от шест диска, RAID 50 може да бъде скъпа опция, но допълнителното дисково пространство оправдава разходите, като защитава корпоративните данни. Този тип масив се препоръчва за данни, които изискват висока надеждност на съхранение, високи скорости на заявки, високи скорости на трансфер и голям капацитет за съхранение.

RAID 6 и RAID 60: не сме забравили и за тях

Тъй като говорихме за масиви от пето и петдесето ниво, би било грях да не споменаваме такива видове организация на масиви като RAID 6 и RAID 60.

Производителността на RAID 6 е подобна на RAID 5, но тук се дава паритет на поне два диска, което позволява на масива да оцелее при отказ на два диска без загуба на данни (в RAID 5 тази ситуация е крайно нежелателна). Това води до по-висока надеждност. В противен случай всичко е същото като в масива от пето ниво: в случай на повреда на един или два диска, RAID контролерът използва блокове за паритет, за да пресъздаде цялата липсваща информация. Ако две устройства се повредят, възстановяването не се извършва едновременно: първо първото устройство се реанимира, след това второто. Така се извършват две операции по възстановяване на данни.

Лесно е да се досетите, че ако RAID 50 е масив от ниво 60 от масиви от ниво 6, тогава RAID 50 е масив от ниво 8 от масиви от ниво 16, за които току-що говорихме. Това означава, че тази организация на RAID съхранение ви позволява да оцелеете при загуба на два SSD във всяка група устройства RAID XNUMX. Принципът на работа е подобен на този, за който говорихме в раздела RAID XNUMX, но броят на повреди, които a масивът от ниво XNUMX може да издържи нарастване от XNUMX до XNUMX диска. Обикновено такива масиви се използват за онлайн обслужване на клиенти, което изисква висока отказоустойчивост.

Обобщаване:

Въпреки че дублирането осигурява по-голяма устойчивост на грешки от RAID 50/60, то също така изисква много повече място. Тъй като количеството данни се удвоява, вие всъщност получавате само 50% от общия капацитет на инсталираните в сървъра устройства за запис и съхранение на информация. Изборът между RAID 50/60 и RAID 10 най-вероятно ще зависи от наличните бюджети, капацитета на сървъра и вашите нужди за защита на данните. Освен това цената излиза на преден план, когато говорим за SSD решения (както корпоративни, така и потребителски клас).

Също толкова важно е, че вече знаем със сигурност, че базираният на SSD RAID е напълно безопасно решение и нормална практика за днешния бизнес. Като част от домашната употреба също има причина да преминете към NVMe, ако бюджетите позволяват. И ако все още имате въпрос, защо е необходимо всичко това, върнете се в началото на статията - вече сме отговорили подробно.

Тази статия е подготвена с подкрепата на нашите колеги от Broadcom, които предоставят своите контролери на инженерите на Kingston за тестване със SATA/SAS/NVMe устройства от корпоративен клас. Благодарение на тази приятелска симбиоза, клиентите не трябва да се съмняват в надеждността и стабилността на устройствата Kingston с HBA и RAID контролери от производството. Broadcom.

Повече информация за продуктите на Kingston можете да намерите на официален сайт компания.

Източник: www.habr.com