В otázku „Použijeme RAID na SSD“ jsme již zvažovali na příkladu disků Kingston, ale udělali jsme to pouze v rámci nulové úrovně. V aktuálním článku si rozebereme možnosti využití profesionálních i domácích NVMe řešení v nejoblíbenějších typech RAID polí a povíme si o kompatibilitě řadičů. s disky Kingston.
Proč potřebujete RAID na SSD?
Mezi výhody úložných polí založených na SSD oproti diskovým polím HDD patří rychlejší přístupová doba k datům na disku a vynikající výkon při čtení/zápisu. Ideální výkon RAID založený na SSD však vyžaduje optimální kombinaci procesoru, mezipaměti, softwaru a hardwaru. Když všechny tyto faktory dokonale spolupracují, může SSD RAID výrazně překonat srovnatelnou konfiguraci s tradičními HDD.
Typický SSD spotřebovává méně energie než HDD, takže když zkombinujete velké množství SSD v poli RAID, úspora energie ve srovnání s polem RAID HDD se může promítnout i do nižších nákladů na firemní účty za energii.
SSD RAID má však omezení a nevýhody, zejména vyšší cenu za gigabajt prostoru ve srovnání s pevnými disky srovnatelné kapacity. A doba mezi poruchami paměti flash je omezena na určitý počet přepisovacích cyklů. To znamená, že disky SSD mají určitou životnost, která závisí na provozu: čím více informací je na nich přepsáno, tím rychleji disk selže. Na druhou stranu podniková SSD mají slušnou životnost srovnatelnou s mechanickými pevnými disky.
Jak fungují Kingston SSD v režimu RAID s řadiči Broadcom
V počátcích SSD měly návrhy RAID mnoho nuancí. Včetně z důvodu použití méně odolných HDD. Jednotky SSD jsou mnohem spolehlivější než jejich protějšky založené na magnetických discích. Jak víme, v řešeních SSD nejsou žádné pohyblivé části, takže mechanické poškození je sníženo na nulu. Selhání jednotek SSD v důsledku přepětí je také nepravděpodobné, protože na úrovni domácího počítače a jakéhokoli serveru vás chrání UPS, přepěťové ochrany a dokonce i napájecí zdroj.
SSD disky mají zároveň další významné plus: i když jsou paměťové buňky opotřebované pro zápis, data z nich lze stále číst, ale pokud dojde k poškození magnetického disku, bohužel.
Dnes je zcela běžnou praxí použití SSD řešení v RAID polích různých úrovní. Hlavní je vybrat správná SSD, jejichž latence je minimální. A v ideálním případě používejte SSD od stejného výrobce a stejného modelu, abyste neskončili s houfem disků, které podporují různé typy zátěže a jsou postaveny na základě různých typů pamětí, řadičů a dalších technologií. To znamená, že pokud se rozhodneme zakoupit čtyři nebo 16 NVMe SSD od společnosti Kingston, abychom vytvořili pole RAID, bylo by lepší, kdyby všechny pocházely ze stejné řady a modelové řady.
Mimochodem, v Když jsme mluvili o NVMe SSD od Kingston, z nějakého důvodu jsme citovali řadiče Broadcom. Manuály k těmto zařízením totiž rovnou předepisují kompatibilní disky (včetně řešení od zmíněného amerického výrobce SSD), se kterými bude ovladač bezchybně fungovat. Na tyto informace byste se měli spolehnout při výběru balíčku řadič-SSD pro RAID.
Analyzujeme práci SSD Kingston v nejoblíbenějších typech RAID - „1“, „5“, „10“, „50“
Takže „nulová“ úroveň RAID neposkytuje redundanci dat, ale pouze zvyšuje výkon. RAID 0 neposkytuje vůbec žádnou ochranu dat, takže o něm nebudeme uvažovat v rámci firemního segmentu. Na druhé straně RAID 1 poskytuje plnou redundanci, ale pouze mírné zvýšení výkonu, a proto je třeba jej zvážit, pokud zvýšení výkonu není primárním faktorem při vytváření pole SSD RAID.
RAID 1 založený na discích Kingston SSD a řadičích Broadcom
Pole RAID první úrovně založené na řadiči Broadcom MegaRAID 9460-16i tedy kombinuje od dvou do 32 jednotek Kingston, které jsou navzájem kopiemi, a poskytuje úplnou redundanci. Pokud při použití tradičních HDD zůstala rychlost zápisu a čtení dat na úrovni právě tohoto HDD, pak pomocí řešení NVMe SSD získáme desetinásobný nárůst výkonu. Zejména z hlediska doby přístupu k datům. Například se dvěma SSD Kingston DC1000M U.2 NVMe v serverovém RAID 1 získáme 350 000 IOPS náhodného čtení a 75 000 IOPS zápisu.
Pokud jde o rychlost sekvenčního čtení, výsledky budou odpovídat charakteristikám disku – 3200 MB/s. Jelikož jsou ale oba NVMe SSD v provozuschopném stavu, lze z nich číst data současně, díky čemuž jsou operace čtení poměrně rychlé. Ale rychlost zápisu (udávaná 2000 MB/s) bude nižší, protože každá operace zápisu se provádí dvakrát.
RAID 1 je ideální pro malé databáze nebo jakékoli jiné prostředí, které vyžaduje odolnost proti chybám, ale nízkou kapacitu. Zrcadlení disku je užitečné zejména ve scénářích obnovy po havárii (výkon je mírně snížen), protože poskytuje okamžitou „resuscitaci“ důležitých dat, pokud jeden z disků v poli selže. Ale protože tato úroveň ochrany vyžaduje zdvojnásobení úložné kapacity zrcadlených dat (100 TB by vyžadovalo 200 TB úložiště), mnoho podnikových systémů používá ekonomičtější možnosti úložiště: RAID 5 a RAID 6.
RAID 5 založený na discích Kingston SSD a řadičích Broadcom
K uspořádání RAID pole páté úrovně potřebujeme alespoň tři disky, na kterých jsou data prokládána (cyklicky zapisována na všechny disky v poli), ale ne duplikována. Při jejich organizování je třeba vzít v úvahu jejich složitější strukturu, protože se zde objevuje takový koncept jako „kontrolní součet“ (nebo „parita“). Tento koncept znamená logickou algebraickou funkci XOR (aka exkluzivní "OR"), která určuje použití minimálně tří jednotek v poli (maximálně - 32). V tomto případě jsou informace o paritě zapsány na všechny "disky" v poli.
Pro pole čtyř Kingston DC500R SATA SSD s kapacitou každého 3,84 TB získáme 11,52 TB prostoru a 3,84 pro kontrolní součty. A pokud zkombinujete 16 disků Kingston DC1000M U.2 NVMe s kapacitou 7,68 TB do RAID úrovně 115,2, dozvíme se 7,68 TB se ztrátou 5 TB. Jak vidíte, čím více pohonů, tím lépe ve finále. Je to také lepší, protože čím více disků v RAID 0, tím vyšší je celkový výkon zápisu. A lineární čtení dosáhne úrovně RAID XNUMX.
Skupina disků RAID 5 poskytuje vysokou propustnost (zejména pro velké soubory) a redundanci s minimální ztrátou energie. Tento typ organizace pole je nejvhodnější pro sítě, které provádějí mnoho malých vstupně-výstupních (I/O) operací současně. Ale neměli byste jej používat pro úlohy, které vyžadují velký počet operací zápisu pro malé nebo malé bloky.
Je tu ještě jedna nuance: pokud selže alespoň jeden z NVMe disků, RAID 5 přejde do degradačního režimu a selhání jiného úložného zařízení se může stát kritickým pro všechna data. Pokud jeden disk v poli selže, řadič RAID použije informace o paritě k opětovnému vytvoření chybějících dat.
RAID 10 založený na discích Kingston SSD a řadičích Broadcom
RAID 0 nám tedy poskytuje dvojnásobné zvýšení rychlosti a doby přístupu a RAID 1 poskytuje spolehlivost. V ideálním případě by byly kombinovány a zde přichází na pomoc RAID 10 (nebo 1 + 0). "Deset" je sestaveno ze čtyř SATA SSD nebo NVMe disků (maximálně - 32) a zahrnuje pole "zrcadel", přičemž počet disků musí být vždy násobkem čtyř. Data v tomto poli jsou zapisována pomocí pevného rozdělení bloků (jako v případě RAID 0) a stripingu mezi disky, čímž se kopie rozprostírají po „discích“ v poli RAID 1. A se schopností přistupovat k více skupinám disků na RAID 10 zároveň vykazuje vysoký výkon.
Vzhledem k tomu, že RAID 10 je schopen prokládat data přes více zrcadlených párů, znamená to, že může tolerovat selhání jednoho disku v páru. Pokud však oba páry zrcadlení (tj. všechny čtyři jednotky) selžou, dojde nevyhnutelně ke ztrátě dat. Výsledkem je také dobrá odolnost proti chybám a spolehlivost. Mějte však na paměti, že stejně jako RAID 1 pole desáté úrovně využívá pouze polovinu celkové kapacity, a proto je drahé řešení. A také náročné na nastavení.
RAID 10 je vhodný pro použití s datovými sklady, které vyžadují 100% redundanci zrcadlených skupin disků, stejně jako zvýšený I/O výkon RAID 0. Je to nejlepší řešení pro středně velké databáze nebo jakékoli prostředí, které vyžaduje vyšší odolnost proti chybám než RAID 5.
RAID 50 založený na discích Kingston SSD a řadičích Broadcom
Kombinované pole podobné RAID úrovně 5, což je pole úrovně 50 vytvořené z polí úrovně 5. Stejně jako dříve je hlavním cílem tohoto pole dosáhnout dvojnásobného výkonu při zachování spolehlivosti dat v polích RAID XNUMX. RAID XNUMX zároveň poskytuje lepší výkon zápisu a lepší ochranu dat než standardní RAID XNUMX v případě selhání disku a je také schopen rychlejší obnovy v případě selhání jednoho z disků.
Skupina disků RAID 50 rozdělí data na menší bloky a poté je rozdělí napříč každým polem RAID 5. Skupina disků RAID 5 zase také rozdělí data na menší bloky, vypočítá paritu, provede logickou operaci OR na blocích a poté provádí operace zápisu datových bloků a paritní operace pro každý disk ve skupině disků.
A i když se výkon nevyhnutelně sníží, pokud selže jeden z disků, není to tak významné jako u pole RAID 5, protože jedna porucha postihne pouze jedno z polí a druhé zůstane plně funkční. Ve skutečnosti může RAID 50 přežít až osm selhání disku HDD/SSD/NVMe, pokud je každý neúspěšný „disk“ v samostatném poli RAID 5.
RAID 50 se nejlépe používá pro aplikace, které vyžadují vysokou spolehlivost a musí zpracovávat vysoký počet požadavků při zachování vysoké rychlosti přenosu dat a nižších nákladů na disky než RAID 10. Protože je však pro nastavení pole RAID 50 zapotřebí minimálně šest disků náklady nejsou jako faktor zcela vyloučeny. Jednou nevýhodou RAID 50 je, že stejně jako RAID 5 potřebuje komplexní řadič: jako např v posledním článku od společnosti Broadcom.
Za zmínku také stojí, že RAID 50 využívá méně místa na disku než RAID 5 kvůli přidělení kapacity pro uložení paritních záznamů. Stále má však více využitelného prostoru než jiné úrovně RAID, zejména ty, které používají zrcadlení. S minimálním požadavkem na šest disků může být RAID 50 nákladnou volbou, ale místo na disku navíc ospravedlňuje náklady tím, že chrání podniková data. Tento typ pole se doporučuje pro data, která vyžadují vysokou spolehlivost úložiště, vysoké rychlosti požadavků, vysoké přenosové rychlosti a vysokou kapacitu úložiště.
RAID 6 a RAID 60: nezapomněli jsme ani na ně
Protože jsme mluvili o polích páté a padesáté úrovně, bylo by hříchem nezmínit takové typy organizace polí, jako jsou RAID 6 a RAID 60.
Výkon RAID 6 je podobný jako RAID 5, ale zde je alespoň dvěma diskům dána parita, což umožňuje poli přežít výpadek dvou disků bez ztráty dat (v RAID 5 je tato situace vysoce nežádoucí). To má za následek vyšší spolehlivost. Jinak je vše stejné jako v poli páté úrovně: v případě selhání jednoho nebo dvou disků použije řadič RAID paritní bloky k obnovení všech chybějících informací. Pokud selžou dva disky, obnova neproběhne současně: nejprve se znovu oživí první disk a poté druhý. Provedou se tedy dvě operace obnovy dat.
Je snadné uhodnout, že pokud RAID 50 je pole úrovně 60 polí úrovně 6, pak RAID 50 je pole úrovně 8 polí úrovně 16, o kterém jsme právě mluvili. To znamená, že tato organizace úložiště RAID umožňuje přežít ztrátu dvou SSD v každé skupině disků RAID XNUMX. Princip fungování je podobný tomu, o kterém jsme hovořili v části RAID XNUMX, ale počet selhání, které Pole úrovně XNUMX vydrží růst z XNUMX na XNUMX disků. Obvykle se taková pole používají pro online zákaznický servis, který vyžaduje vysokou odolnost proti chybám.
Shrnutí:
Ačkoli zrcadlení poskytuje větší odolnost proti chybám než RAID 50/60, vyžaduje také mnohem více místa. Vzhledem k tomu, že se množství dat zdvojnásobí, ve skutečnosti získáte pouze 50 % celkové kapacity disků nainstalovaných na serveru pro záznam a ukládání informací. Výběr mezi RAID 50/60 a RAID 10 bude pravděpodobně záviset na dostupných rozpočtech, kapacitě serveru a vašich potřebách na ochranu dat. Navíc náklady vystupují do popředí, když mluvíme o řešeních SSD (firemní i spotřebitelská třída).
Stejně důležité je, že nyní s jistotou víme, že RAID na bázi SSD je zcela bezpečným řešením a běžnou praxí dnešního podnikání. V rámci domácího použití je také důvod přejít na NVMe, pokud to rozpočty dovolí. A pokud máte stále otázku, proč je to všechno potřeba, vraťte se na začátek článku - již jsme na to podrobně odpověděli.
Tento článek byl připraven s podporou našich kolegů z Broadcomu, kteří poskytují své řadiče inženýrům Kingston k testování s disky SATA/SAS/NVMe podnikové třídy. Díky této přátelské symbióze nemusí zákazníci pochybovat o spolehlivosti a stabilitě disků Kingston s HBA a RAID řadiči z výroby. .
Více informací o produktech Kingston naleznete na společnost.
Zdroj: www.habr.com