Ciao Habr! In questu articulu, vi diceremu s'ellu vale a pena urganizà arrays RAID basati in SATA SSD è NVMe SSD suluzioni à u statu solidu, è ci sarà un prufittu seriu da questu? Avemu decisu di guardà stu prublema cunsiderendu i tipi è i tipi di cuntrolli chì permettenu questu, è ancu u scopu di tali cunfigurazioni.
In un modu o l'altru, ognunu di noi almenu una volta in a nostra vita hà intesu definizioni cum'è "RAID", "RAID-array", "RAID-controller", ma à pena attribuisce una seria impurtanza à questu, perchè tuttu questu hè improbabile per un ordinariu. PC boiar Interessante. Ma tutti volenu alta velocità da unità internu è l'affidabilità di u so travagliu. Dopu tuttu, ùn importa quantu putente hè u riempimentu di l'urdinatore, a velocità di l'unità diventa un collu di buttiglia quandu si tratta di a velocità cumminata di u PC è u servitore.
Questu era esattamente finu à u mumentu chì i HDD tradiziunali sò stati rimpiazzati da SSD NVMe muderni cù una capacità paragunabile di 1 TB o più. E se prima in i PC ci era più spessu bundle di SATA SSD + un paru di HDD capacious, oghje cumincianu à esse rimpiazzati da una altra suluzione - NVMe SSD + un paru di SSD SATA capacious. Quandu si tratta di servitori corporativi è di u nuvulu, assai sò digià trasladati cù successu à SSD SATA, solu perchè sò più veloci di i latti di latta regulare è ponu trattà più I / O à u stessu tempu.
Tuttavia, a tolleranza à i difetti di u sistema hè sempre à un livellu abbastanza bassu: ùn pudemu micca, cum'è in a "Battaglia di Psichi", predichendu cù una precisione ancu finu à una settimana quandu unu o un altru unità di u solidu morirà per un longu tempu. È se i HDD "morrenu" gradualmente, chì vi permettenu di catturà i sintomi è agisce, allora i SSD "morrenu" immediatamente è senza avvisu. È avà hè u tempu di capisce perchè tuttu questu hè necessariu? Vale a pena urganizà arrays RAID basati nantu à SATA SSD è soluzioni SSD NVMe, è ci sarà un prufittu seriu da questu?
Perchè avete bisognu di un array RAID?
A parolla "array" stessu implica digià chì parechji unità (HDD è SSD) sò usati per creà, chì sò cumminati cù un controller RAID è ricunnisciuti da u SO cum'è un unicu almacenamiento di dati. U compitu glubale chì l'array RAID ponu risolve hè di minimizzà u tempu d'accessu à i dati, aumentendu a velocità di lettura / scrittura è affidabilità, chì hè ottenuta per via di a capacità di ricuperà rapidamente in casu di fallimentu. Per via, ùn hè micca necessariu di utilizà RAID per a copia di salvezza di casa. Ma s'è vo avete u vostru servitore di casa, à quale avete bisognu d'accessu constantemente 24/7, allora questu hè una altra materia.
Ci hè più di una decina di livelli di arrays RAID, chì ognuna differisce in u nùmeru di unità utilizati in questu è hà i so vantaghji è cuntrariu: per esempiu, RAID 0 permette di ottene un rendimentu altu senza tolleranza di difetti, RAID 1 permette di fà. cunfigurà un mirroring automaticu di dati senza aumentà a velocità, è RAID 10 combina e pussibilità di quì sopra. RAID 0 è 1 sò i più simplici (perchè ùn anu micca bisognu di calculi di software) è, in u risultatu, i più populari. In ultimamente, l'scelta in favore di un livellu RAID particulari dipende da i travaglii assignati à l'array di discu è e capacità di u controller RAID.
Home vs. Enterprise RAID: Chì hè a Differenza?
A basa di ogni affari mudernu hè una grande quantità di dati chì deve esse guardatu in modu sicuru in i servitori di a cumpagnia. Eppuru, cum'è avemu nutatu sopra, anu da esse furnitu cù un accessu constante 24/7. Hè chjaru chì, cù u hardware, a parte di u software hè ancu impurtante, ma in questu casu parlemu di l'equipaggiu chì assicura un almacenamentu affidabile è u processu di l'infurmazioni. Nisun software salvarà a cumpagnia da a ruina se l'equipaggiu di "ferru" ùn currisponde micca à i travaglii assignati.
Per questi compiti, ogni fabricatore di hardware offre i cosiddetti dispositi corporativi. Kingston hà putenti suluzioni à u statu solidu in faccia à i mudelli SATA и , è ancu i mudelli DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe è DCP-1000 PCI-e NVMe pensati per l'usu in centri di dati (centri di trattamentu di dati) è supercomputer. Arrays di tali unità sò generalmente utilizati in cunghjunzione cù i controller hardware.
Per u mercatu di u cunsumadore (vale à dì, per i PC di casa è i servitori NAS), tali unità sò dispunibuli cum'è NVMe PCIe, ma in questu casu ùn hè micca necessariu cumprà un controller hardware. Pudete limità à un servitore PC o NAS integratu in a scheda madre, salvu chì, di sicuru, pensate di assemblà un servitore di casa per i travaglii atipici stessu (inizià un picculu alloghju in casa per l'amichi, per esempiu). Inoltre, l'arrays RAID di casa, in regula, ùn implicanu micca a prisenza di centinaie è millaie di unità, essendu limitati à dui, quattru è ottu dispositi (di solitu SATA).
Tipi è tipi di controller RAID
Ci sò trè tippi di controller RAID basatu nantu à i principii di implementazione di array RAID:
1. Software, in quale u cuntrollu di l'array casca nantu à u CPU è a DRAM (vale à dì, l'esekzione di u codice di u prugramma si trova nantu à u processatore).
2. Integratu, vale à dì, integratu in i motherboards di un servitore PC o NAS.
3. Hardware (modulari), chì sò schede di espansione discrete per slots di scheda madre PCI / PCIe.
Chì ghjè a so differenza fundamentale l'una di l'altru? I cuntrolli RAID di software sò inferjuri à i controller RAID integrati è hardware in quantu à u rendiment è a toleranza di difetti, ma ùn anu micca bisognu di hardware speciale per u funziunamentu. Tuttavia, hè impurtante per assicurà chì u processore di u sistema di l'ospite hè abbastanza putente per eseguisce u software RAID senza avè un impattu negativu in u rendiment di l'applicazioni chì sò ancu in esecuzione nantu à l'ospite. I cuntrolli integrati, in regula, sò dotati di a so propria memoria cache è utilizanu una certa quantità di risorse CPU.
Ma i hardware anu a so propria memoria cache è un processore integratu per eseguisce algoritmi di software. Di solitu permettenu di implementà ogni tipu di livelli RAID è sustene parechji tippi di unità à una volta. Per esempiu, i dispositi SATA, SAS è NVMe ponu esse cunnessi à i cuntrolli di hardware Broadcom muderni à u stessu tempu, chì permettenu micca di cambià u controller quandu aghjurnà i servitori: in particulare, quandu si move da SATA SSD à NVMe SSD, i cuntrolli ùn anu micca. deve esse cambiatu.
In verità, nantu à sta nota, avemu avvicinatu à a tipologia di i cuntrolli stessi. S'ellu ci sò trè modi, ci deve esse altri? In questu casu, a risposta à sta quistione serà in l'affirmative. Sicondu e funzioni è capacità, i cuntrolli RAID ponu esse divisi in parechji tipi:
1. Controller ordinariu cù funzione RAID
In tutta a ghjerarchia, questu hè u controller più simplice chì permette di cumminà HDD è SSD in arrays RAID di livelli "0", "1" o "0 + 1". Programmatically, questu hè implementatu à u nivellu di firmware. Tuttavia, tali dispusitivi ùn ponu esse ricumandati per l'usu in u segmentu corporativu, perchè ùn mancanu di cache è ùn sustene micca array di livelli "5", "3", etc. Ma per un servitore di casa di livellu d'entrata, sò abbastanza adattati.
2. Controllers paired with other RAID controllers
Stu tipu di controller pò esse assuciatu cù controller integrati di a scheda madre. Questu hè implementatu secondu u principiu seguente: un controller RAID discretu ripiglià a suluzione di i travaglii "logici", è u integratu assume e funzioni di scambiu di dati trà unità. Ma ci hè una caveat: u funziunamentu parallelu di tali cuntrolli hè pussibile solu nantu à i motherboards compatibili, chì significa chì u so scopu hè seriamente ristrettu.
3. Controller RAID indipendenti
Queste soluzioni discrete cuntenenu à bordu tutti i chips necessarii per travaglià cù i servitori di classe impresa, cù u so propiu BIOS'om, memoria cache è processore per a correzione rapida d'errore è u calculu di checksum. Inoltre, rispondenu à un altu standard di affidabilità in quantu à a fabricazione è anu moduli di memoria d'alta qualità.
4. Controller RAID esterni
Ùn hè micca difficiule d'invintà chì tutti i cuntrolli elencati sopra sò interni è sò alimentati da u connettore PCIe di a scheda madre. Chì dice ? È chì u fallimentu di a scheda madre pò purtà à errori in u funziunamentu di l'array RAID è a perdita di dati. I cuntrolli esterni sò liberi da stu malintesi, postu chì sò posti in un casu separatu cù una fonte di energia indipendente. In termini di affidabilità, questi cuntrolli furnisce u più altu livellu di almacenamiento di dati.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell, è Cisco sò solu alcune di e cumpagnie chì attualmente offrenu controller RAID hardware.
Modi operativi di i cuntrolli RAID SAS / SATA / NVMe
U scopu primariu di i controller HBA è RAID tri-mode (o cuntrolli cù funziunalità Tri-Mode) hè di creà RAID hardware basatu in NVMe. I cuntrolli di a serie 9400 di Broadcom ponu fà questu: per esempiu, . Appartene à un tipu indipendente di controller RAID, hè furnutu cù quattru connettori SFF-8643 è, grazia à u supportu Tri-Mode, permette di cunnette SATA / SAS è NVMe unità simultaneamente. Inoltre, hè ancu unu di i cuntrolli più efficienti di l'energia in u mercatu (cunsumendu solu 17 watts di putenza, mentre chì menu di 1,1 watts per ognunu di i 16 porti).
L'interfaccia di cunnessione hè PCI Express x8 versione 3.1, chì permette una larghezza di banda di 64 Gb / s (i cuntrolli per PCI Express 2020 sò previsti in 4.0). U controller 16-port hè basatu annantu à un chip 2-core è 72-bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB), è ancu a capacità di cunnette finu à 240 unità SATA / SAS, o finu à 24 dispositi NVMe. In quantu à l'urganizazione di arrays RAID, i livelli "0", "1", "5" è "6", è ancu "10", "50" è "60" sò supportati. Per via, a memoria cache è altri cuntrolli in a serie 9400 sò prutetti da fallimenti di energia da u modulu opcional CacheVault CVPM05.
A tecnulugia tri-mode hè basatu annantu à a funzione di cunversione di dati SerDes: cunvertisce dati seriali in interfacce SAS / SATA in forma parallela in PCIe NVMe è viceversa. Vale à dì, u controller negozia velocità è protokolli per travaglià perfettamente cù qualsiasi di i trè tippi di dispositi di almacenamento. Questu furnisce una manera perfetta per scala l'infrastrutture di u centru di dati: l'utilizatori ponu utilizà NVMe senza grandi cambiamenti in altre cunfigurazioni di u sistema.
In ogni casu, quandu pianificate cunfigurazioni cù unità NVMe, vale a pena cunsiderà chì e soluzioni NVMe utilizanu 4 PCIe lanes per cunnette, chì significa chì ogni unità usa tutte e linee di portu SFF-8643. Risulta chì solu quattru unità NVMe ponu esse cunnessi direttamente à u controller MegaRAID 9460-16i. O limitatevi à duie soluzioni NVMe mentre cunnette ottu unità SAS à u stessu tempu (vede u schema di cunnessione sottu).
A figura mostra l'usu di u connector "0" (C0 / Connector 0) è u connector "1" per e cunnessione NVMe, è ancu i connettori "2" è "3" per e cunnessione SAS. Stu arrangiamentu pò esse invertitu, ma ogni unità x4 NVMe deve esse cunnessu cù e linee vicine. I modi operativi di u controller sò stabiliti attraversu l'utilità di cunfigurazione StorCLI o Human Interface Infrastructure (HII), chì funziona in un ambiente UEFI.
U modu predeterminatu hè u prufilu "PD64" (soporta solu SAS / SATA). Comu avemu dettu sopra, ci sò trè profili in totale: "Modu solu SAS / SATA" (PD240 / PD64 / PD 16), "Modu solu NVMe" (PCIe4) è modalità mistu, in quale tutti i tipi di unità ponu travaglià: " PD64 -PCIe4" (supportu per 64 dischi fisici è virtuali cù 4 unità NVMe). In u modu mista, u valore di u prufilu specificatu deve esse u seguente - "ProfileID = 13". Per via, u prufilu sceltu hè salvatu cum'è un capu è ùn hè micca resettatu ancu quandu torna à i paràmetri di fabbrica via u cumandimu Set Factory Defaults. Pò esse cambiatu solu manualmente.
Deve creà un array RAID in un SSD?
Dunque, avemu digià capitu chì e matrici RAID sò a chjave per un altu rendiment. Ma vale a pena SSD RAID per l'usu domesticu è corporativu? Parechji scettichi dicenu chì l'aumentu di a velocità ùn hè micca cusì significativu per andà in ruttu nantu à e unità NVMe. Ma hè veramente cusì ? Appena. A più grande limitazione per utilizà un SSD in RAID (in casa è à u livellu corporativu) pò esse solu u prezzu. Li piace o micca, u costu di un gigabyte di spaziu HDD hè assai più prezzu.
Cunnettendu parechje "unità" di u solidu à un controller RAID per creà una serie di SSD in certe cunfigurazioni pò avè un impattu enormu nantu à u rendiment. Tuttavia, ùn vi scurdate chì u rendiment massimu hè limitatu da u throughput di u controller RAID stessu. U livellu RAID chì offre u megliu rendimentu hè RAID 0.
Una cunfigurazione tipica di RAID 0 cù dui SSD, chì usa un metudu fissu di bloccu è strisce trà i SSD, duppiarà u rendiment (in paragone cù a velocità di una sola SSD). À u listessu tempu, un array RAID 0 cù quattru SSD serà digià quattru volte più veloce di u SSD più lento in l'array (secondu u limitu di larghezza di banda à u nivellu di controller SSD RAID).
Basatu nantu à aritmetica simplice, SATA SSD hè circa 3 volte più veloce di un HDD SATA tradiziunale. E soluzioni NVMe sò ancu più efficaci - 10 volte o più. Assumindu dui HDD in un livellu RAID 50 radduppia u rendiment da 6%, dui SSD SATA sò 20x più veloci è dui SSD NVMe sò 2000x più veloci. In particulare, una sola unità Kingston KC3200 NVMe PCIe pò ghjunghje à una velocità sequenziale di lettura è scrittura di finu à 0 MB / s, chì in u formatu RAID 6 ghjunghje à un impressionante 4 GB / s. È a velocità di lettura / scrittura di blocchi aleatorii di 350 KB di dimensione passerà da 000 700 IOPS à 000 XNUMX IOPS. Ma... à u listessu tempu, "zero" RAID ùn ci furnisce micca redundancy.
Si pò dì chì in casa, a redundanza di almacenamentu ùn hè di solitu micca necessariu, cusì RAID 0 diventa veramente a cunfigurazione RAID più adatta per i SSD.Questu hè un modu affidabile per ottene un impulsu significativu di rendiment cum'è una alternativa à l'usu di tecnulugia cum'è Intel Optane- SSD basati. È eccu cumu si cumportanu e soluzioni SSD in i tipi RAID più populari ("1", "5", "10", "50") - parlemu in u nostru prossimu articulu.
Questu articulu hè statu preparatu cù u sustegnu di i nostri culleghi di Broadcom, chì furnisce i so cuntrolli à l'ingegneri di Kingston per pruvà cù unità SATA / SAS / NVMe di classe enterprise. Grazie à questa simbiosi amichevule, i clienti ùn anu micca dubbitu di l'affidabilità è a stabilità di i drive Kingston cù i controller HBA è RAID da a produzzione. .
Più infurmazione nantu à i prudutti Kingston ponu esse truvati sucietà.
Source: www.habr.com