RAID algoritmi su predstavljeni javnosti davne 1987. godine. Oni su do danas ostali najpopularnija tehnologija za zaštitu i ubrzanje pristupa podacima u području skladištenja informacija. Ali doba IT tehnologije, koja je prešla granicu od 30 godina, prije nije zrelost, već starost. Razlog je napredak, koji neumoljivo donosi nove mogućnosti. U vrijeme kada praktično nije bilo drugih diskova osim HDD-ova, RAID algoritmi su omogućili najefikasnije korištenje dostupnih resursa za pohranu. Međutim, pojavom SSD-ova situacija se radikalno promijenila. Sada je RAID kada radite sa SSD diskovima već "omča" za njihove performanse. Stoga, da bi se otključao puni potencijal karakteristika brzine SSD-a, jednostavno je neophodan potpuno drugačiji pristup radu s njima.
Pored očiglednih razlika između HDD-a i SSD-a u principima rada, ove vrste medija imaju još jednu važnu karakteristiku: bilo koji tvrdi disk može prepisati bilo koji podatak sa granularnošću od jednog bloka (danas je to najčešće 4KB). Za SSD, proces ponovnog pisanja je mnogo složeniji postupak:
- Promijenjeni podaci se kopiraju na novu lokaciju. U ovom slučaju, granularnost je isti blok, ali se sastoji od nekoliko stranica i ima veličinu od 256KB - 4MB. One. pri promjeni istih 4KB potrebno je između ostalog kopirati i sve susjedne stranice koje čine jedan blok.
- Označite "stare" blokove kao neiskorištene, kako bi ih potom mogao izbrisati sakupljač smeća.
Sekvencijalno upisivanje/prepisivanje na SSD
U slučaju sekvencijalnog pisanja/prepisivanja, ova karakteristika SSD-a ne igra veliku ulogu u pogledu njegovih performansi, jer blokovi se nalaze u blizini, a sakupljač smeća prilično dobro radi svoj posao u pozadini. Ali u stvarnom životu, a još više u Enterprise segmentu, slučajni pristup podacima najčešće se koristi za SSD. I ovi podaci se zapisuju na nasumične lokacije na diskovima.
Što se više podataka upisuje na SSD, sakupljaču smeća je teže raditi, jer se fragmentacija uvelike povećava. Kao rezultat toga, dolazi trenutak kada proces čišćenja diska prestaje biti "pozadina": performanse SSD-a značajno opadaju, jer značajan dio zauzima Garbage Collector.
Prava lokacija podataka na SSD-u tokom svakodnevne upotrebe
Da biste ilustrirali učinak rada sakupljača smeća, ovisno o načinu snimanja na pogon, možete provesti najjednostavnije testove: sekvencijalno i nasumično pisanje u blokovima od 4KB na disku od 100 GB. (Izvor – kompanija )
Performanse sekvencijalnog pisanja
Performanse slučajnog pisanja
Kao što se vidi iz testova, pad performansi može dostići i više od dva puta. A ovo je samo jedan pogon. Kada koristite SSD kao dio RAID grupe, broj operacija ponovnog pisanja se značajno povećava zbog rada sa paritetom.
Općenito, zbog ovih karakteristika rada SSD-a, za njih postoji parametar kao što je pojačanje pisanja. Ovo je omjer količine podataka upisanih na pogon i količine podataka koje je host stvarno poslao. A za najpopularniji RAID5 ovaj koeficijent je ~3.5.
Kao rezultat toga, sistemi sa klasičnim RAID-om u osnovi koriste SSD-ove samo ~10% njihove stvarne brzine i slabo se povećavaju u performansama kada se broj diskova poveća na više od desetine.
Također napominjemo da prekomjerne operacije pisanja ne samo da smanjuju performanse SSD-a, već i smanjuju njegov daleko od beskonačnog resursa, čime se skraćuje vijek trajanja pogona.
, koji je srž svih AccelStor proizvoda, precizno je dizajniran kao alternativa klasičnim RAID algoritmima pri radu sa SSD-ovima. Inovativnost tehnologije je zapažena i raznim patentima i nagradama (uključujući i Flash Memory Summit 2016), i rezultatima nezavisnih testova (na primjer, SPC1).
Essence sastoji se od pretvaranja svih dolaznih zahtjeva za pisanje, uglavnom slučajnog tipa, u skup blokova koji je što je moguće sličniji sekvencijalnom načinu pisanja sa stanovišta pogona. Kao rezultat toga, snimanje na SSD se odvija u najudobnijem načinu rada za njih, a rezultirajuće performanse premašuju bilo koji sistem sa klasičnim RAID-om.
Svi SSD-ovi u AccelStor sistemima podijeljeni su u dvije simetrične FlexiRemap® grupe. Veličina grupe ovisi o modelu i kreće se od 5-11 diskova. Za toleranciju grešaka unutar grupe, paritet se koristi slično kao RAID5. Obje grupe se koriste zajedno za formiranje zajedničkog skladišnog prostora. Stoga će rezultujuća tolerancija grešaka biti slična RAID50 nizu koji se sastoji od dvije grupe: sistem može izdržati kvar do dva SSD-a, ali ne više od jednog u svakoj FlexiRemap® grupi.
Svi dolazni zahtjevi za pisanje su podijeljeni u blokove od 4KB, koji se zapisuju u kružnom načinu rada u obje FlexiRemap® grupe. Istovremeno, sistem stalno prati potražnju za snimljenim blokovima, pokušavajući snimiti slične blokove što bliže jedan drugome kada se mijenjaju. Ispada da je to virtuelni analog deljenja, ako se izrazi u terminima sistema za skladištenje. U ovom slučaju, rad sakupljača smeća je uvelike olakšan: na kraju krajeva, neiskorišteni blokovi uvijek će biti u blizini.
Vredi napomenuti Za razliku od proizvoda konkurenata, oni ne koriste funkcionalnost keširanja dolaznih zahtjeva u RAM-u kontrolera. Svi dolazni blokovi podataka se odmah upisuju na SSD. Host prima potvrdu o uspješnom snimanju tek nakon što su podaci fizički smješteni na diskove. RAM samo pohranjuje tabele postavljanja blokova na SSD kako bi se ubrzao pristup i odredio gdje da se upiše sljedeći blok podataka. Naravno, radi pouzdanosti, kopije ovih tabela nalaze se na samim medijima. Kao rezultat toga, AccelStor sistemima nije potrebna nikakva keš zaštita u obliku baterije/kondenzatora (međutim, mogućnost komunikacije sa UPS-om je dostupna za „meko” isključivanje u slučaju problema sa napajanjem).
Zahvaljujući ovom pristupu organizovanju snimanja, sakupljač smeća je u stanju da radi u pozadini bez značajnog uticaja na brzinu drajvova, što na kraju omogućava da se do 90% performansi SSD-a iskoristi unutar sistema. Upravo je to razlog za visoke IOPS stope u AccelStor sistemima u poređenju sa All Flash, koji se zasnivaju na RAID algoritmima.
Još jedna važna karakteristika FlexiRemap® tehnologije je značajno smanjenje redundantnog upisivanja na SSD diskove. Dakle, faktor pojačanja pisanja za AccelStor sisteme iznosi samo 1.3, što, prevedeno na zajednički jezik, znači povećanje radnog vijeka drajvova u odnosu na RAID5 za više od 2.5 puta!
Zahvaljujući stalnom praćenju politike postavljanja podataka na SSD-ove od strane sistema, svi diskovi se podjednako troše. Ovaj pristup vam omogućava da predvidite njihov vijek trajanja i unaprijed pošaljete signal administratoru o iscrpljenju resursa za snimanje.
Jasno je da SSD diskovi mogu pokvariti. U tom slučaju, sistem će odmah početi obnavljanje na jedan od diskova vruće rezerve. Ovo uzrokuje da grupa FlexiRemap® u degradiranom stanju postane samo za čitanje, a svi zahtjevi za pisanje se usmjeravaju na drugu grupu. Ovaj zaštitni mehanizam je predviđen da ubrza operaciju rekonstrukcije i smanji vjerovatnoću kvara drugog pogona unutar iste grupe. Nije tajna da tokom rekonstrukcije svi diskovi u grupi doživljavaju povećano opterećenje zbog smetnji od operacija čitanja, pisanja i vraćanja na vruću rezervu. Ovo povećava vjerovatnoću ponovnog kvara diska. I što je više operacija pisanja, to će rekonstrukcija duže trajati.
Kada se proces popravke završi i FlexiRemap® grupa se vrati u normalu, doći će do male iskrivljenosti resursa za pisanje između dvije grupe. Stoga, da bi ga uskladili, naknadne operacije pisanja će češće padati na vraćenu grupu (naravno, na način da konačna performansa sistema ne trpi mnogo).
Nije moguće povećati performanse svih Flash sistema zasnovanih na RAID algoritmima iznad određenih vrednosti (~280K IOPS@4K nasumično upisivanje) čak ni kada se koriste složeni sistemi za keširanje. Tehnologija FlexiRemap®, zahvaljujući potpuno drugačijem pristupu organizovanju prostora za skladištenje, ne samo da lako prevazilazi ovu barijeru, već istovremeno produžava životni vek SSD diskova nekoliko puta. Dakle, sistemi imaju ozbiljne prednosti među svim Flash nizovima na mnogim frontovima (IOPS/$, GB/$, TCO, ROI), što ih čini idealnim kandidatima za ključne pozicije u korisničkim data centrima za rješavanje resursno intenzivnih zadataka.
izvor: www.habr.com
