В ja hem considerat la qüestió de "Aplicarem RAID a SSD" utilitzant l'exemple de les unitats Kingston, però només ho vam fer dins del nivell zero. En l'article actual, analitzarem les opcions per utilitzar solucions NVMe professionals i domèstiques en els tipus més populars de matrius RAID i parlarem de la compatibilitat dels controladors. amb unitats Kingston.
Per què necessiteu RAID en un SSD?
Els avantatges de les matrius d'emmagatzematge basades en SSD sobre les matrius d'emmagatzematge d'HDD inclouen temps d'accés més ràpid a les dades de la unitat i un rendiment superior de lectura/escriptura. Tanmateix, un rendiment RAID ideal basat en SSD requereix una combinació òptima de processador, memòria cau, programari i maquinari. Quan tots aquests factors funcionen a la perfecció, un SSD RAID pot superar en gran mesura una configuració comparable utilitzant els HDD tradicionals.
Un SSD típic consumeix menys energia que els HDD, de manera que quan combineu un gran nombre d'SSD en una matriu RAID, l'estalvi d'energia en comparació amb una matriu RAID HDD també es pot traduir en costos més baixos en les factures d'energia corporativa.
Tanmateix, SSD RAID té limitacions i desavantatges, en particular el preu més elevat per gigabyte d'espai en comparació amb els discs durs de capacitat comparable. I el temps entre errors de memòria flaix es limita a un cert nombre de cicles de reescriptura. És a dir, les unitats SSD tenen una certa vida útil, que depèn de l'operació: com més informació s'hi sobreescriu, més ràpid fallarà la unitat. D'altra banda, els SSD empresarials tenen una vida útil decent comparable als discs durs mecànics.
Com viuen els SSD Kingston en mode RAID amb controladors Broadcom
Als primers dies dels SSD, els dissenys RAID tenien molts matisos. Inclòs per l'ús de discs durs menys tolerants a errors. Les unitats d'estat sòlid són molt més fiables que les seves contraparts basades en discs magnètics. Com sabem, no hi ha peces mòbils a les solucions SSD, de manera que els danys mecànics es redueixen a zero. La fallada de les unitats d'estat sòlid a causa de sobretensions també és poc probable, atès que a nivell d'un ordinador domèstic i qualsevol servidor, els SAI, els protectors de sobretensions i fins i tot una font d'alimentació et protegeixen.
Al mateix temps, les unitats d'estat sòlid tenen un altre avantatge important: encara que les cel·les de memòria estiguin esgotades per escriure, encara es poden llegir dades, però si el disc magnètic està danyat, per desgràcia.
Avui dia, és una pràctica força normal utilitzar solucions SSD en matrius RAID de diferents nivells. El més important és triar els SSD adequats, la latència dels quals és mínima. I, idealment, utilitzeu unitats SSD del mateix fabricant i del mateix model perquè no acabeu amb una barreja de unitats que admeten diferents tipus de càrregues i que es construeixen a partir de diferents tipus de memòria, controladors i altres tecnologies. És a dir, si decidim comprar quatre o 16 SSD NVMe de Kingston per crear una matriu RAID, seria millor que tots provinguin de la mateixa sèrie i gamma de models.
Per cert, en vam citar els controladors Broadcom per una raó quan vam parlar de SSD NVMe de Kingston. El fet és que els manuals d'aquests dispositius prescriuen immediatament unitats compatibles (incloses les solucions de l'esmentat fabricant nord-americà de SSD), amb les quals el controlador funcionarà perfectament. Cal confiar en aquesta informació quan escolliu un paquet de controlador-SSD per a RAID.
Analitzem el treball de SSD Kingston en els tipus de RAID més populars: "1", "5", "10", "50"
Per tant, el nivell RAID "zero" no proporciona redundància de dades, sinó que només augmenta el rendiment. El RAID 0 no ofereix cap protecció de dades, per la qual cosa no ho tindrem en compte dins del segment corporatiu. RAID 1, d'altra banda, proporciona una redundància completa, però només uns guanys de rendiment modests i, per tant, s'ha de tenir en compte si els guanys de rendiment no són una consideració principal a l'hora de construir una matriu RAID SSD.
RAID 1 basat en SSD Kingston i controladors Broadcom
Per tant, la matriu RAID de primer nivell basada en el controlador Broadcom MegaRAID 9460-16i combina de dues a 32 unitats Kingston, que són còpies les unes de les altres, i proporciona una redundància completa. Si quan s'utilitzen discs durs tradicionals, la velocitat d'escriptura i lectura de dades es va mantenir al nivell d'aquest mateix disc dur, aleshores utilitzant solucions SSD NVMe obtenim un augment de deu vegades en el rendiment. Sobretot pel que fa al temps d'accés a les dades. Per exemple, amb dos SSD NVMe Kingston DC1000M U.2 al servidor RAID 1, obtenim 350 IOPS de lectura aleatòria i 000 IOPS d'escriptura.
Pel que fa a la velocitat de lectura seqüencial, els resultats coincidiran amb les característiques de la unitat: 3200 MB/s. Però com que els dos SSD NVMe funcionen, les dades es poden llegir alhora, cosa que fa que les operacions de lectura siguin bastant ràpides. Però la velocitat d'escriptura (afirmada que és de 2000 MB/s) serà més lenta, perquè cada operació d'escriptura es realitza dues vegades.
RAID 1 és ideal per a bases de dades petites o qualsevol altre entorn que requereixi tolerància a errors però amb poca capacitat. La rèplica d'unitats és especialment útil en escenaris de recuperació de desastres (el rendiment es veu lleugerament degradat) perquè proporciona una "reanimació" instantània de dades importants si una de les unitats de la matriu falla. Però com que aquest nivell de protecció requereix duplicar la capacitat d'emmagatzematge de les dades reflectides (100 TB requeririen 200 TB d'emmagatzematge), molts sistemes empresarials utilitzen opcions d'emmagatzematge més econòmiques: RAID 5 i RAID 6.
RAID 5 basat en SSD Kingston i controladors Broadcom
Per organitzar una matriu RAID de cinquè nivell, necessitem almenys tres unitats, les dades en què s'entrellacen (escriudes cíclicament a totes les unitats de la matriu), però no duplicades. A l'hora d'organitzar-los, cal tenir en compte la seva estructura més complexa, ja que aquí apareix un concepte com "checksum" (o "paritat"). Aquest concepte significa la funció XOR algebraica lògica (també conegut com "OR" exclusiu), que dicta l'ús d'un mínim de tres unitats a la matriu (màxim - 32). En aquest cas, la informació de paritat s'escriu a tots els "discs" de la matriu.
Per a una matriu de quatre SSD Kingston DC500R SATA amb una capacitat de 3,84 TB cadascun, obtenim 11,52 TB d'espai i 3,84 per a sumes de comprovació. I si combineu 16 unitats NVMe Kingston DC1000M U.2 amb una capacitat de 7,68 TB en un RAID de nivell 115,2, aprendrem 7,68 TB amb una pèrdua de 5 TB. Com podeu veure, com més unitats, millor al final. També és millor perquè com més unitats en RAID 0, més gran serà el rendiment d'escriptura general. I la lectura lineal arribarà al nivell de RAID XNUMX.
Un grup de discos RAID 5 proporciona un alt rendiment (especialment per a fitxers grans) i redundància amb una pèrdua d'energia mínima. Aquest tipus d'organització de matrius és el més adequat per a xarxes que realitzen moltes petites operacions d'entrada/sortida (E/S) alhora. Però no l'heu d'utilitzar per a tasques que requereixin un gran nombre d'operacions d'escriptura per a blocs petits o petits.
Hi ha un matís més: si almenys una de les unitats NVMe falla, RAID 5 entra en mode de degradació i la fallada d'un altre dispositiu d'emmagatzematge pot esdevenir fonamental per a totes les dades. Si una unitat de la matriu falla, el controlador RAID utilitza la informació de paritat per recrear les dades que falten.
RAID 10 basat en SSD Kingston i controladors Broadcom
Així, RAID 0 ens proporciona un doble augment de velocitat i temps d'accés, i RAID 1 proporciona fiabilitat. L'ideal seria combinar-los, i aquí el RAID 10 (o 1 + 0) ve al rescat. "Ten" està muntat a partir de quatre unitats SSD SATA o NVMe (màxim - 32) i implica una matriu de "miralls", el nombre de unitats en què sempre ha de ser múltiple de quatre. Les dades d'aquesta matriu s'escriuen utilitzant particions de blocs fixos (com en el cas de RAID 0) i separació entre unitats, repartint còpies per les "unitats" d'una matriu RAID 1. I amb la possibilitat d'accedir a diversos grups de unitats a la al mateix temps, RAID 10 mostra un alt rendiment.
Atès que RAID 10 és capaç de dividir dades en múltiples parells de reflex, això vol dir que pot tolerar la fallada d'una unitat d'una parella. Tanmateix, si els dos parells reflectits (és a dir, les quatre unitats) fallen, es produirà una pèrdua de dades inevitable. Com a resultat, també obtenim una bona tolerància a fallades i fiabilitat. Però tingueu en compte que, com el RAID 1, la matriu de desè nivell utilitza només la meitat de la capacitat total i, per tant, és una solució cara. I també difícil de muntar.
RAID 10 és adequat per al seu ús amb magatzems de dades que requereixen una redundància del 100% dels grups de discos reflectits, així com l'augment del rendiment d'E/S de RAID 0. És la millor solució per a bases de dades de mida mitjana o qualsevol entorn que requereixi una major tolerància a errors. que RAID 5.
RAID 50 basat en SSD Kingston i controladors Broadcom
Una matriu combinada similar al nivell 5 RAID, que és una matriu de nivell 50 construïda a partir de matrius de nivell 5. Com abans, l'objectiu principal d'aquesta matriu és aconseguir el doble de rendiment mantenint la fiabilitat de les dades a les matrius RAID XNUMX. Al mateix temps, RAID XNUMX proporciona un rendiment d'escriptura millorat i una millor protecció de dades que el RAID XNUMX estàndard en cas de fallada de la unitat. , i també és capaç d'una recuperació més ràpida en cas de fallada d'una de les unitats.
El grup d'unitats RAID 50 divideix les dades en blocs més petits i després les separa a cada matriu RAID 5. Al seu torn, el grup d'unitats RAID 5 també divideix les dades en blocs més petits, calcula la paritat, realitza una operació OR lògica als blocs i després realitza operacions d'escriptura i paritat de blocs de dades per a cada disc del grup de discos.
I encara que el rendiment es degrada inevitablement si una de les unitats falla, no és tan important com en una matriu RAID 5, ja que una fallada només afecta una de les matrius, deixant l'altra completament operativa. De fet, el RAID 50 pot sobreviure fins a vuit errors de la unitat HDD/SSD/NVMe si cada "disc" fallat es troba en una matriu RAID 5 independent.
RAID 50 s'utilitza millor per a aplicacions que requereixen una gran fiabilitat i han de processar un gran nombre de sol·licituds mantenint unes taxes de transferència de dades elevades i uns costos de unitat més baixos que RAID 10. No obstant això, com que es requereix un mínim de sis unitats per configurar una matriu RAID 50 , el cost no s'exclou completament com a factor. Un desavantatge de RAID 50 és que, com RAID 5, necessita un controlador complex: com ara en el darrer article de Broadcom.
També val la pena assenyalar que RAID 50 utilitza menys espai en disc que RAID 5 a causa de l'assignació de capacitat per mantenir registres de paritat. Tanmateix, encara té més espai utilitzable que altres nivells RAID, especialment aquells que utilitzen la rèplica. Amb un requisit mínim de sis unitats, RAID 50 pot ser una opció costosa, però l'espai de disc addicional justifica el cost protegint les dades corporatives. Aquest tipus de matriu es recomana per a dades que requereixen una gran fiabilitat d'emmagatzematge, altes taxes de sol·licitud, altes taxes de transferència i gran capacitat d'emmagatzematge.
RAID 6 i RAID 60: tampoc ens hem oblidat d'ells
Com que hem parlat de matrius dels nivells cinquè i cinquanta, seria un pecat no esmentar tipus d'organització de matrius com RAID 6 i RAID 60.
El rendiment de RAID 6 és similar al RAID 5, però aquí almenys dues unitats tenen paritat, la qual cosa permet que la matriu sobrevisqui a la fallada de dues unitats sense perdre dades (en RAID 5, aquesta situació és molt indesitjable). Això es tradueix en una major fiabilitat. En cas contrari, tot és igual que a la matriu de cinquè nivell: en cas de fallada d'un o dos discs, el controlador RAID utilitza blocs de paritat per recrear tota la informació que falta. Si dues unitats fallen, la recuperació no es produeix simultàniament: primer, es reanima la primera unitat i després la segona. Així, es realitzen dues operacions de recuperació de dades.
És fàcil endevinar que si RAID 50 és una matriu de nivell 60 de matrius de nivell 6, aleshores RAID 50 és una matriu de nivell 8 de matrius de nivell 16 de la qual acabem de parlar. És a dir, aquesta organització de l'emmagatzematge RAID permet sobreviure a la pèrdua de dos SSD en cada grup de unitats RAID XNUMX. El principi de funcionament és similar al que hem parlat a l'apartat RAID XNUMX, però el nombre de fallades que un La matriu de nivell XNUMX pot suportar creixements de XNUMX a XNUMX unitats. Normalment, aquestes matrius s'utilitzen per al servei d'atenció al client en línia, que requereix una alta tolerància a errors.
Resumint:
Tot i que la rèplica proporciona més tolerància a errors que RAID 50/60, també requereix molt més espai. Com que la quantitat de dades es duplica, en realitat només obteniu el 50% de la capacitat total de les unitats instal·lades al servidor per gravar i emmagatzemar informació. Escollir entre RAID 50/60 i RAID 10 probablement dependrà dels pressupostos disponibles, de la capacitat del servidor i de les vostres necessitats de protecció de dades. A més, el cost passa a primer lloc quan parlem de solucions SSD (tant de classe corporativa com de consumidor).
Igualment important, ara sabem del cert que el RAID basat en SSD és una solució completament segura i una pràctica normal per al negoci actual. Com a part de l'ús domèstic, també hi ha un motiu per canviar a NVMe, si els pressupostos ho permeten. I si encara teniu una pregunta, per què és necessari tot això, torneu al principi de l'article: ja ho hem respost amb detall.
Aquest article es va preparar amb el suport dels nostres col·legues de Broadcom, que proporcionen els seus controladors als enginyers de Kingston per fer proves amb unitats SATA/SAS/NVMe de classe empresarial. Gràcies a aquesta simbiosi amigable, els clients no han de dubtar de la fiabilitat i l'estabilitat de les unitats Kingston amb controladors HBA i RAID de producció. .
Podeu trobar més informació sobre els productes de Kingston a companyia.
Font: www.habr.com