В već smo razmatrali pitanje „Hoćemo li primeniti RAID na SSD“ na primeru Kingston diskova, ali smo to uradili samo u okviru nultog nivoa. U trenutnom članku ćemo analizirati mogućnosti korištenja profesionalnih i kućnih NVMe rješenja u najpopularnijim tipovima RAID nizova i govoriti o kompatibilnosti kontrolera. sa Kingston pogonima.
Zašto vam je potreban RAID na SSD-u?
Prednosti nizova za pohranu zasnovanih na SSD-u u odnosu na HDD nizove za pohranu uključuju brže vrijeme pristupa podacima na disku i superiorne performanse čitanja/pisanja. Međutim, idealne performanse RAID-a zasnovane na SSD-u zahtijevaju optimalnu kombinaciju procesora, keš memorije, softvera i hardvera. Kada svi ovi faktori savršeno rade zajedno, SSD RAID može uvelike nadmašiti uporedivu konfiguraciju koristeći tradicionalne HDD-ove.
Tipičan SSD troši manje energije od HDD-ova, tako da kada kombinujete veliki broj SSD-ova u RAID niz, ušteda energije u poređenju sa HDD RAID nizom može se takođe pretvoriti u niže troškove korporativnih računa za energiju.
Međutim, SSD RAID ima ograničenja i nedostatke, posebno višu cijenu po gigabajtu prostora u poređenju sa tvrdim diskovima uporedivog kapaciteta. A vrijeme između kvarova flash memorije ograničeno je na određeni broj ciklusa ponovnog pisanja. Odnosno, SSD diskovi imaju određeni vijek trajanja, koji ovisi o operaciji: što se više informacija na njima prepiše, brže će disk otkazati. S druge strane, poslovni SSD-ovi imaju pristojan životni vijek uporediv s mehaničkim tvrdim diskovima.
Kako Kingston SSD-ovi žive u RAID modu sa Broadcom kontrolerima
U ranim danima SSD-ova, RAID dizajn je imao mnogo nijansi. Uključujući i zbog upotrebe HDD-a manje otpornih na greške. SSD uređaji su mnogo pouzdaniji od svojih kolega zasnovanih na magnetnim diskovima. Kao što znamo, u SSD rešenjima nema pokretnih delova, pa su mehanička oštećenja svedena na nulu. Otkazivanje SSD uređaja usled prenapona je takođe malo verovatno, s obzirom da vas na nivou kućnog računara i bilo kog servera štite UPS, štitnici od prenapona, pa čak i napajanje.
U isto vrijeme, SSD uređaji imaju još jedan značajan plus: čak i ako su memorijske ćelije istrošene za pisanje, podaci se i dalje mogu čitati s njih, ali ako je magnetni disk oštećen, nažalost.
Danas je sasvim normalna praksa koristiti SSD rješenja u RAID nizovima različitih nivoa. Glavna stvar je odabrati prave SSD-ove, čija je latencija minimalna. I idealno, koristite SSD-ove istog proizvođača i istog modela kako ne biste završili sa gomilom diskova koji podržavaju različite vrste opterećenja i koji su izgrađeni na osnovu različitih tipova memorije, kontrolera i drugih tehnologija. Odnosno, ako odlučimo da kupimo četiri ili 16 NVMe SSD-ova od Kingstona za kreiranje RAID niza, bilo bi bolje da svi dolaze iz iste serije i raspona modela.
Usput, u citirali smo Broadcom kontrolere s razlogom kada smo govorili o NVMe SSD-u iz Kingstona. Činjenica je da se u uputstvima za ove uređaje odmah propisuju kompatibilni pogoni (uključujući rješenja spomenutog američkog SSD proizvođača), s kojima će kontroler raditi besprijekorno. Na ove informacije treba se osloniti kada birate paket kontroler-SSD za RAID.
Analiziramo rad SSD Kingstona u najpopularnijim tipovima RAID-a - “1”, “5”, “10”, “50”
Dakle, "nulti" RAID nivo ne obezbeđuje redundantnost podataka, već samo povećava performanse. RAID 0 uopšte ne pruža nikakvu zaštitu podataka, tako da ga nećemo razmatrati u okviru korporativnog segmenta. RAID 1, s druge strane, pruža potpunu redundantnost, ali samo skromne dobitke u performansama, i stoga ga treba uzeti u obzir ako povećanje performansi nije primarni faktor prilikom izgradnje SSD RAID niza.
RAID 1 baziran na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Dakle, RAID niz prvog nivoa baziran na Broadcom MegaRAID 9460-16i kontroleru kombinuje od dva do 32 Kingston diska, koji su kopije jedni drugih, i pruža potpunu redundantnost. Ako je pri korištenju tradicionalnih HDD-a brzina pisanja i čitanja podataka ostala na nivou ovog HDD-a, onda korištenjem NVMe SSD rješenja dobivamo desetostruko povećanje performansi. Posebno u pogledu vremena pristupa podacima. Na primjer, sa dva Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD-a u serverskom RAID-u 1, dobijamo 350 IOPS za nasumično čitanje i 000 IOPS za pisanje.
Što se tiče brzine sekvencijalnog čitanja, rezultati će odgovarati karakteristikama drajva - 3200 MB/s. Ali pošto su oba NVMe SSD-a u radnom stanju, podaci se mogu čitati sa njih u isto vreme, što čini operacije čitanja prilično brzim. Ali brzina pisanja (za koju se tvrdi da je 2000 MB/s) bit će sporija, jer se svaka operacija pisanja izvodi dva puta.
RAID 1 je idealan za male baze podataka ili bilo koje drugo okruženje koje zahtijeva toleranciju grešaka, ali mali kapacitet. Preslikavanje diska je posebno korisno u scenarijima oporavka od katastrofe (performanse su blago smanjene) jer omogućava trenutnu "oživljavanje" važnih podataka ako jedan od diskova u nizu pokvari. Ali pošto ovaj nivo zaštite zahteva udvostručenje kapaciteta skladištenja preslikanih podataka (100 TB bi zahtevalo 200 TB prostora za skladištenje), mnogi sistemi preduzeća koriste ekonomičnije opcije skladištenja: RAID 5 i RAID 6.
RAID 5 baziran na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Za organizaciju RAID niza petog nivoa potrebna su nam najmanje tri diska, podaci na kojima se prepliću (ciklički upisuju na sve diskove u nizu), ali ne i dupliraju. Prilikom njihovog organiziranja treba uzeti u obzir njihovu složeniju strukturu, jer se ovdje pojavljuje koncept kao što je "kontrolna suma" (ili "paritet"). Ovaj koncept znači logičku algebarsku funkciju XOR (tzv. ekskluzivno "OR"), koja diktira upotrebu najmanje tri pogona u nizu (maksimalno - 32). U ovom slučaju, informacije o paritetu se upisuju na sve "diskove" u nizu.
Za niz od četiri Kingston DC500R SATA SSD-a sa kapacitetom od 3,84 TB svaki, dobijamo 11,52 TB prostora i 3,84 za kontrolne sume. A ako kombinujete 16 Kingston DC1000M U.2 NVMe disk jedinica kapaciteta 7,68 TB u RAID nivoa 115,2, naučićemo 7,68 TB uz gubitak od 5 TB. Kao što vidite, što više pogona, to bolje na kraju. Takođe je bolje jer što je više diskova u RAID 0, to su veće ukupne performanse pisanja. A linearno čitanje će dostići nivo RAID XNUMX.
RAID 5 disk grupa pruža visoku propusnost (posebno za velike datoteke) i redundantnost uz minimalan gubitak energije. Ova vrsta organizacije niza je najprikladnija za mreže koje istovremeno izvode mnogo malih ulazno/izlaznih (I/O) operacija. Ali ne biste ga trebali koristiti za zadatke koji zahtijevaju veliki broj operacija pisanja za male ili male blokove.
Postoji još jedna nijansa: ako barem jedan od NVMe diskova pokvari, RAID 5 prelazi u degradacijski režim i kvar drugog uređaja za skladištenje može postati kritičan za sve podatke. Ako jedan disk u nizu pokvari, RAID kontroler koristi informacije o paritetu da ponovo kreira sve podatke koji nedostaju.
RAID 10 baziran na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Dakle, RAID 0 nam pruža dvostruko povećanje brzine i vremena pristupa, a RAID 1 pruža pouzdanost. U idealnom slučaju, oni bi bili kombinovani, a tu RAID 10 (ili 1 + 0) dolazi u pomoć. "Desetka" je sastavljena od četiri SATA SSD ili NVMe diska (maksimalno - 32) i podrazumijeva niz "ogledala", broj diskova u kojima uvijek mora biti višekratnik četiri. Podaci u ovom nizu se zapisuju korištenjem fiksnog blok particioniranja (kao u slučaju RAID-a 0) i razvlačenja između diskova, širenjem kopija po "drijevima" u nizu RAID 1. I sa mogućnošću pristupa više grupa diskova na Istovremeno, RAID 10 pokazuje visoke performanse.
Budući da je RAID 10 sposoban razmjenjivati podatke u više zrcalnih parova, to znači da može tolerirati kvar jednog diska u paru. Međutim, ako oba para ogledala (tj. sva četiri diska) pokvare, doći će do neizbježnog gubitka podataka. Kao rezultat, dobijamo i dobru toleranciju na greške i pouzdanost. Ali imajte na umu da, kao i RAID 1, niz desetog nivoa koristi samo polovinu ukupnog kapaciteta, te je stoga skupo rješenje. I takođe je teško postaviti.
RAID 10 je pogodan za upotrebu sa skladištima podataka koja zahtevaju 100% redundantnost preslikanih disk grupa, kao i povećane I/O performanse RAID 0. To je najbolje rešenje za baze podataka srednje veličine ili bilo koje okruženje koje zahteva veću toleranciju grešaka nego RAID 5.
RAID 50 baziran na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Kombinovani niz sličan RAID-u nivoa 5, koji je niz nivoa 50 izgrađen od nizova nivoa 5. Kao i ranije, glavni cilj ovog niza je postići dvostruko bolje performanse uz održavanje pouzdanosti podataka u nizovima RAID XNUMX. U isto vrijeme, RAID XNUMX pruža poboljšane performanse pisanja i bolju zaštitu podataka od standardnog RAID XNUMX u slučaju kvara diska , a također je sposoban za brži oporavak u slučaju kvara jednog od diskova.
Grupa disk jedinica RAID 50 dijeli podatke na manje blokove, a zatim ih razdvaja na svaki niz RAID 5. Grupa disk jedinica RAID 5 također dijeli podatke na manje blokove, izračunava paritet, izvodi logičku operaciju ILI na blokovima, a zatim izvodi operacije upisa u blok podataka i parnosti za svaki disk u grupi diskova.
I dok se performanse neizbježno smanjuju ako jedan od diskova pokvari, to nije toliko značajno kao kod RAID 5 niza, budući da jedan kvar pogađa samo jedan od nizova, ostavljajući drugi potpuno funkcionalan. U stvari, RAID 50 može preživjeti do osam kvarova HDD/SSD/NVMe pogona ako je svaki neuspjeli "disk" u zasebnom RAID 5 nizu.
RAID 50 se najbolje koristi za aplikacije koje zahtijevaju visoku pouzdanost i moraju obraditi veliki broj zahtjeva uz održavanje visokih brzina prijenosa podataka i niže troškove pogona od RAID 10. Međutim, pošto je za postavljanje RAID 50 niza potrebno najmanje šest diskova , trošak nije u potpunosti isključen kao faktor. Jedan nedostatak RAID 50 je taj što mu je, kao i RAID 5, potreban složeni kontroler: kao što je u prošlom članku od Broadcoma.
Takođe je vredno napomenuti da RAID 50 koristi manje prostora na disku od RAID 5 zbog alokacije kapaciteta za čuvanje paritetnih zapisa. Međutim, i dalje ima više korisnog prostora od drugih nivoa RAID-a, posebno onih koji koriste preslikavanje. Uz minimalni zahtjev od šest diskova, RAID 50 može biti skupa opcija, ali dodatni prostor na disku opravdava trošak zaštitom korporativnih podataka. Ovaj tip niza se preporučuje za podatke koji zahtijevaju visoku pouzdanost skladištenja, visoke stope zahtjeva, visoke brzine prijenosa i veliki kapacitet pohrane.
RAID 6 i RAID 60: ni na njih nismo zaboravili
Pošto smo govorili o nizovima petog i pedesetog nivoa, greh bi bio ne spomenuti takve vrste organizacije nizova kao što su RAID 6 i RAID 60.
Performanse RAID-a 6 su slične RAID-u 5, ali ovdje su barem dva diska dobila paritet, što omogućava nizu da preživi kvar dva diska bez gubitka podataka (u RAID-u 5 ova situacija je krajnje nepoželjna). Ovo rezultira većom pouzdanošću. Inače, sve je isto kao u nizu petog nivoa: u slučaju kvara jednog ili dva diska, RAID kontroler koristi paritetne blokove da ponovo kreira sve informacije koje nedostaju. Ako dva diska pokvare, oporavak se ne događa istovremeno: prvo se reanimira prvi disk, a zatim drugi. Tako se izvode dvije operacije oporavka podataka.
Lako je pretpostaviti da ako je RAID 50 niz nivoa 60 nivoa 6, onda je RAID 50 niz nivoa 8 nivoa 16 o kojem smo upravo govorili. Odnosno, ovakva organizacija RAID skladištenja omogućava vam da preživite gubitak dva SSD-a u svakoj grupi RAID XNUMX diskova. Princip rada je sličan onom o kojem smo govorili u odjeljku RAID XNUMX, ali broj kvarova koji Nivo nivoa XNUMX može izdržati porast od XNUMX do XNUMX diskova. Obično se takvi nizovi koriste za online korisničku uslugu, što zahtijeva visoku toleranciju grešaka.
Sažimanje:
Iako zrcaljenje pruža veću toleranciju grešaka od RAID 50/60, ono takođe zahteva mnogo više prostora. Pošto je količina podataka udvostručena, zapravo dobijate samo 50% ukupnog kapaciteta diskova instaliranih na serveru za snimanje i skladištenje informacija. Odabir između RAID 50/60 i RAID 10 najvjerovatnije će ovisiti o dostupnim budžetima, kapacitetu servera i vašim potrebama zaštite podataka. Štaviše, cijena dolazi do izražaja kada govorimo o SSD rješenjima (kako korporativna tako i potrošačka klasa).
Jednako važno, sada sigurno znamo da je RAID baziran na SSD-u potpuno sigurno rješenje i normalna praksa za današnje poslovanje. Kao dio kućne upotrebe, postoji i razlog za prelazak na NVMe, ako budžeti dozvoljavaju. A ako i dalje imate pitanje zašto je sve to potrebno, vratite se na početak članka - već smo detaljno odgovorili.
Ovaj članak je pripremljen uz podršku naših kolega iz Broadcoma, koji daju svoje kontrolere Kingstonovim inženjerima za testiranje sa SATA/SAS/NVMe diskovima poslovne klase. Zahvaljujući ovoj prijateljskoj simbiozi, kupci ne moraju sumnjati u pouzdanost i stabilnost Kingston diskova sa HBA i RAID kontrolerima iz proizvodnje. .
Više informacija o Kingston proizvodima možete pronaći na kompanija.
izvor: www.habr.com