В Έχουμε ήδη εξετάσει το ερώτημα «Θα εφαρμόσουμε RAID σε SSD» χρησιμοποιώντας το παράδειγμα δίσκων Kingston, αλλά το κάναμε μόνο εντός του μηδενικού επιπέδου. Στο τρέχον άρθρο, θα αναλύσουμε τις επιλογές για τη χρήση επαγγελματικών και οικιακών λύσεων NVMe στους πιο δημοφιλείς τύπους συστοιχιών RAID και θα μιλήσουμε για συμβατότητα ελεγκτή. με δίσκους Kingston.
Γιατί χρειάζεστε το RAID σε έναν SSD;
Τα πλεονεκτήματα των συστοιχιών αποθήκευσης που βασίζονται σε SSD έναντι των συστοιχιών αποθήκευσης HDD περιλαμβάνουν ταχύτερους χρόνους πρόσβασης στα δεδομένα στη μονάδα δίσκου και ανώτερη απόδοση ανάγνωσης/εγγραφής. Ωστόσο, μια ιδανική απόδοση RAID που βασίζεται σε SSD απαιτεί έναν βέλτιστο συνδυασμό επεξεργαστή, κρυφής μνήμης, λογισμικού και υλικού. Όταν όλοι αυτοί οι παράγοντες συνεργάζονται άψογα, ένα SSD RAID μπορεί να ξεπεράσει σε μεγάλο βαθμό μια συγκρίσιμη διαμόρφωση χρησιμοποιώντας παραδοσιακούς σκληρούς δίσκους.
Ένας τυπικός SSD καταναλώνει λιγότερη ενέργεια από τους σκληρούς δίσκους, επομένως όταν συνδυάζετε μεγάλο αριθμό SSD σε μια συστοιχία RAID, η εξοικονόμηση ενέργειας σε σύγκριση με μια συστοιχία HDD RAID μπορεί επίσης να μεταφραστεί σε χαμηλότερο κόστος στους εταιρικούς λογαριασμούς ενέργειας.
Ωστόσο, το SSD RAID έχει περιορισμούς και μειονεκτήματα, ιδίως την υψηλότερη τιμή ανά gigabyte χώρου σε σύγκριση με σκληρούς δίσκους ανάλογης χωρητικότητας. Και ο χρόνος μεταξύ των αποτυχιών της μνήμης flash περιορίζεται σε έναν ορισμένο αριθμό κύκλων επανεγγραφής. Δηλαδή, οι μονάδες SSD έχουν μια ορισμένη διάρκεια ζωής, η οποία εξαρτάται από τη λειτουργία: όσο περισσότερες πληροφορίες αντικαθίστανται σε αυτές, τόσο πιο γρήγορα θα αποτύχει η μονάδα. Από την άλλη πλευρά, οι SSD για επιχειρήσεις έχουν αξιοπρεπή διάρκεια ζωής συγκρίσιμη με τους μηχανικούς σκληρούς δίσκους.
Πώς ζουν οι SSD της Kingston σε λειτουργία RAID με ελεγκτές Broadcom
Στις πρώτες μέρες των SSD, τα σχέδια RAID είχαν πολλές αποχρώσεις. Συμπεριλαμβανομένης της χρήσης σκληρών δίσκων λιγότερο ανθεκτικών σε σφάλματα. Οι μονάδες στερεάς κατάστασης είναι πολύ πιο αξιόπιστοι από τους αντίστοιχους που βασίζονται σε μαγνητικούς δίσκους. Όπως γνωρίζουμε, δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη στις λύσεις SSD, επομένως η μηχανική βλάβη μειώνεται στο μηδέν. Η αποτυχία των μονάδων στερεάς κατάστασης λόγω υπερτάσεων ρεύματος είναι επίσης απίθανη, δεδομένου ότι σε επίπεδο οικιακού υπολογιστή και οποιουδήποτε διακομιστή, σας προστατεύουν το UPS, τα προστατευτικά υπέρτασης, ακόμη και ένα τροφοδοτικό.
Ταυτόχρονα, οι μονάδες στερεάς κατάστασης έχουν ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα: ακόμα κι αν τα κελιά μνήμης έχουν φθαρεί για εγγραφή, τα δεδομένα μπορούν να διαβαστούν από αυτά, αλλά αν ο μαγνητικός δίσκος είναι κατεστραμμένος, δυστυχώς.
Σήμερα, είναι φυσιολογική πρακτική η χρήση λύσεων SSD σε συστοιχίες RAID διαφορετικών επιπέδων. Το κύριο πράγμα είναι να επιλέξετε τους κατάλληλους SSD, των οποίων η καθυστέρηση είναι ελάχιστη. Και ιδανικά, χρησιμοποιήστε SSD του ίδιου κατασκευαστή και του ίδιου μοντέλου, έτσι ώστε να μην καταλήξετε με ένα πλήθος δίσκων που υποστηρίζουν διαφορετικούς τύπους φορτίων και είναι κατασκευασμένα με βάση διαφορετικούς τύπους μνήμης, ελεγκτές και άλλες τεχνολογίες. Δηλαδή, αν αποφασίσουμε να αγοράσουμε τέσσερις ή 16 NVMe SSD από την Kingston για να δημιουργήσουμε μια συστοιχία RAID, θα ήταν καλύτερα να προέρχονται όλοι από την ίδια σειρά και σειρά μοντέλων.
Παρεμπιπτόντως, στο αναφέραμε τους ελεγκτές Broadcom για κάποιο λόγο όταν μιλήσαμε για το NVMe SSD από το Kingston. Το γεγονός είναι ότι τα εγχειρίδια για αυτές τις συσκευές προβλέπουν αμέσως συμβατούς δίσκους (συμπεριλαμβανομένων λύσεων από τον προαναφερθέντα αμερικανικό κατασκευαστή SSD), με τους οποίους ο ελεγκτής θα λειτουργεί άψογα. Αυτές οι πληροφορίες πρέπει να βασίζονται κατά την επιλογή μιας δέσμης ελεγκτή-SSD για RAID.
Αναλύουμε το έργο του SSD Kingston στους πιο δημοφιλείς τύπους RAID - "1", "5", "10", "50"
Έτσι, το «μηδενικό» επίπεδο RAID δεν παρέχει πλεονασμό δεδομένων, αλλά αυξάνει μόνο την απόδοση. Το RAID 0 δεν παρέχει καθόλου προστασία δεδομένων, επομένως δεν θα το εξετάσουμε στο εταιρικό τμήμα. Το RAID 1, από την άλλη πλευρά, παρέχει πλήρη πλεονασμό, αλλά μόνο μέτρια κέρδη απόδοσης, και ως εκ τούτου θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη εάν τα κέρδη απόδοσης δεν αποτελούν πρωταρχικό μέλημα κατά την κατασκευή μιας συστοιχίας RAID SSD.
RAID 1 που βασίζεται σε Kingston SSD και ελεγκτές Broadcom
Έτσι, η συστοιχία RAID πρώτου επιπέδου που βασίζεται στον ελεγκτή Broadcom MegaRAID 9460-16i συνδυάζει από δύο έως 32 μονάδες Kingston, οι οποίες είναι αντίγραφα μεταξύ τους και παρέχει πλήρη πλεονασμό. Εάν κατά τη χρήση παραδοσιακών σκληρών δίσκων, η ταχύτητα εγγραφής και ανάγνωσης δεδομένων παρέμεινε στο επίπεδο αυτού του σκληρού δίσκου, τότε χρησιμοποιώντας λύσεις NVMe SSD έχουμε δεκαπλάσια αύξηση στην απόδοση. Ειδικά όσον αφορά τον χρόνο πρόσβασης στα δεδομένα. Για παράδειγμα, με δύο SSD Kingston DC1000M U.2 NVMe στον διακομιστή RAID 1, λαμβάνουμε 350 IOPS τυχαίας ανάγνωσης και 000 IOPS εγγραφής.
Όσον αφορά τη διαδοχική ταχύτητα ανάγνωσης, τα αποτελέσματα θα ταιριάζουν με τα χαρακτηριστικά της μονάδας - 3200 MB / s. Επειδή όμως και οι δύο NVMe SSD είναι σε κατάσταση λειτουργίας, τα δεδομένα μπορούν να διαβαστούν ταυτόχρονα από αυτά, γεγονός που καθιστά τις λειτουργίες ανάγνωσης αρκετά γρήγορες. Αλλά η ταχύτητα εγγραφής (υποστηρίζεται ότι είναι 2000 MB / s) θα είναι πιο αργή, επειδή κάθε λειτουργία εγγραφής εκτελείται δύο φορές.
Το RAID 1 είναι ιδανικό για μικρές βάσεις δεδομένων ή οποιοδήποτε άλλο περιβάλλον που απαιτεί ανοχή σφαλμάτων αλλά χαμηλή χωρητικότητα. Ο κατοπτρισμός μονάδας είναι ιδιαίτερα χρήσιμος σε σενάρια ανάκτησης καταστροφής (η απόδοση είναι ελαφρώς υποβαθμισμένη), επειδή παρέχει άμεση "αναζωογόνηση" σημαντικών δεδομένων σε περίπτωση βλάβης μιας από τις μονάδες δίσκου στη συστοιχία. Επειδή όμως αυτό το επίπεδο προστασίας απαιτεί διπλασιασμό της χωρητικότητας αποθήκευσης των κατοπτρισμένων δεδομένων (100 TB θα απαιτούσαν 200 TB αποθήκευσης), πολλά εταιρικά συστήματα χρησιμοποιούν πιο οικονομικές επιλογές αποθήκευσης: RAID 5 και RAID 6.
RAID 5 που βασίζεται σε Kingston SSD και ελεγκτές Broadcom
Για να οργανώσουμε έναν πίνακα RAID πέμπτου επιπέδου, χρειαζόμαστε τουλάχιστον τρεις μονάδες δίσκου, τα δεδομένα των οποίων είναι παρεμβαλλόμενα (κυκλικά γραμμένα σε όλες τις μονάδες δίσκου της συστοιχίας), αλλά όχι διπλά. Κατά την οργάνωσή τους, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η πιο περίπλοκη δομή τους, καθώς εδώ εμφανίζεται μια τέτοια έννοια όπως το «άθροισμα ελέγχου» (ή «ισοτιμία»). Αυτή η έννοια σημαίνει τη λογική αλγεβρική συνάρτηση XOR (γνωστή και ως αποκλειστική "OR"), η οποία υπαγορεύει τη χρήση τουλάχιστον τριών μονάδων δίσκου στον πίνακα (μέγιστο - 32). Σε αυτήν την περίπτωση, οι πληροφορίες ισοτιμίας εγγράφονται σε όλους τους "δίσκους" του πίνακα.
Για μια σειρά τεσσάρων SSD Kingston DC500R SATA με χωρητικότητα 3,84 TB έκαστος, έχουμε 11,52 TB χώρου και 3,84 για αθροίσματα ελέγχου. Και αν συνδυάσετε 16 μονάδες Kingston DC1000M U.2 NVMe με χωρητικότητα 7,68 TB σε ένα RAID επιπέδου 115,2, θα μάθουμε 7,68 TB με απώλεια 5 TB. Όπως μπορείτε να δείτε, όσο περισσότεροι δίσκοι, τόσο το καλύτερο στο τέλος. Είναι επίσης καλύτερο γιατί όσο περισσότερες μονάδες δίσκου στο RAID 0, τόσο υψηλότερη είναι η συνολική απόδοση εγγραφής. Και η γραμμική ανάγνωση θα φτάσει στο επίπεδο του RAID XNUMX.
Μια ομάδα δίσκων RAID 5 παρέχει υψηλή απόδοση (ειδικά για μεγάλα αρχεία) και πλεονασμό με ελάχιστη απώλεια ενέργειας. Αυτός ο τύπος οργάνωσης συστοιχιών είναι ο καταλληλότερος για δίκτυα που εκτελούν πολλές μικρές λειτουργίες εισόδου/εξόδου (I / O) ταυτόχρονα. Αλλά δεν πρέπει να το χρησιμοποιείτε για εργασίες που απαιτούν μεγάλο αριθμό λειτουργιών εγγραφής για μικρά ή μικρά μπλοκ.
Υπάρχει μια ακόμη απόχρωση: εάν τουλάχιστον μία από τις μονάδες NVMe αποτύχει, το RAID 5 μεταβαίνει σε λειτουργία υποβάθμισης και η αποτυχία μιας άλλης συσκευής αποθήκευσης μπορεί να γίνει κρίσιμη για όλα τα δεδομένα. Εάν μια μονάδα δίσκου στη συστοιχία αποτύχει, ο ελεγκτής RAID χρησιμοποιεί τις πληροφορίες ισοτιμίας για να δημιουργήσει εκ νέου τυχόν δεδομένα που λείπουν.
RAID 10 που βασίζεται σε Kingston SSD και ελεγκτές Broadcom
Έτσι, το RAID 0 μας παρέχει διπλάσια αύξηση της ταχύτητας και του χρόνου πρόσβασης και το RAID 1 παρέχει αξιοπιστία. Στην ιδανική περίπτωση, θα συνδυάζονταν και εδώ το RAID 10 (ή 1 + 0) έρχεται στη διάσωση. Το "Ten" συναρμολογείται από τέσσερις μονάδες SATA SSD ή NVMe (μέγιστο - 32) και υποδηλώνει μια σειρά από "κάτοπτρα", ο αριθμός των δίσκων στις οποίες πρέπει πάντα να είναι πολλαπλάσιο των τεσσάρων. Τα δεδομένα σε αυτόν τον πίνακα γράφονται με χρήση διαμερισμάτων σταθερού μπλοκ (όπως στην περίπτωση του RAID 0) και διαχωρισμού μεταξύ των μονάδων δίσκου, διασποράς αντιγράφων στους "δίσκους" σε μια συστοιχία RAID 1. Και με τη δυνατότητα πρόσβασης σε πολλές ομάδες δίσκων στο Την ίδια στιγμή, το RAID 10 παρουσιάζει υψηλή απόδοση.
Δεδομένου ότι το RAID 10 είναι ικανό να διαγράφει δεδομένα σε πολλαπλά ζεύγη κατοπτρισμού, αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ανεχθεί την αποτυχία μιας μονάδας σε ένα ζεύγος. Ωστόσο, εάν και τα δύο ζεύγη καθρέφτη (δηλαδή και οι τέσσερις μονάδες δίσκου) αποτύχουν, θα υπάρξει αναπόφευκτη απώλεια δεδομένων. Ως αποτέλεσμα, έχουμε επίσης καλή ανοχή σφαλμάτων και αξιοπιστία. Λάβετε όμως υπόψη ότι, όπως το RAID 1, η συστοιχία δέκατου επιπέδου χρησιμοποιεί μόνο το ήμισυ της συνολικής χωρητικότητας και επομένως είναι μια ακριβή λύση. Και επίσης δύσκολο να ρυθμιστεί.
Το RAID 10 είναι κατάλληλο για χρήση με αποθήκες δεδομένων που απαιτούν 100% πλεονασμό ομάδων αντικατοπτρισμένων δίσκων, καθώς και την αυξημένη απόδοση εισόδου/εξόδου του RAID 0. Είναι η καλύτερη λύση για μεσαίου μεγέθους βάσεις δεδομένων ή οποιοδήποτε περιβάλλον που απαιτεί υψηλότερη ανοχή σφαλμάτων από το RAID 5.
RAID 50 που βασίζεται σε Kingston SSD και ελεγκτές Broadcom
Ένας συνδυασμένος πίνακας παρόμοιος με το RAID επιπέδου 5, ο οποίος είναι ένας πίνακας επιπέδου 50 που δημιουργήθηκε από συστοιχίες επιπέδου 5. Όπως και πριν, ο κύριος στόχος αυτής της συστοιχίας είναι να επιτύχει διπλάσια απόδοση διατηρώντας παράλληλα την αξιοπιστία των δεδομένων στις συστοιχίες RAID XNUMX. Ταυτόχρονα, το RAID XNUMX παρέχει βελτιωμένη απόδοση εγγραφής και καλύτερη προστασία δεδομένων από το τυπικό RAID XNUMX σε περίπτωση αστοχίας μονάδας , και είναι επίσης ικανό για ταχύτερη ανάκτηση σε περίπτωση βλάβης μιας από τις μονάδες δίσκου.
Η ομάδα μονάδων δίσκου RAID 50 χωρίζει τα δεδομένα σε μικρότερα μπλοκ και στη συνέχεια τα απογυμνώνει σε κάθε συστοιχία RAID 5. Η ομάδα μονάδων δίσκου RAID 5 με τη σειρά της διαιρεί επίσης τα δεδομένα σε μικρότερα μπλοκ, υπολογίζει την ισοτιμία, εκτελεί μια λειτουργία λογικής OR στα μπλοκ και στη συνέχεια εκτελεί λειτουργίες εγγραφής και ισοτιμίας μπλοκ δεδομένων για κάθε δίσκο στην ομάδα δίσκων.
Και ενώ η απόδοση υποβαθμίζεται αναπόφευκτα εάν ένας από τους δίσκους αποτύχει, δεν είναι τόσο σημαντικός όσο σε μια συστοιχία RAID 5, καθώς μια αποτυχία επηρεάζει μόνο μία από τις συστοιχίες, αφήνοντας την άλλη πλήρως λειτουργική. Στην πραγματικότητα, το RAID 50 μπορεί να επιβιώσει έως και οκτώ αποτυχίες μονάδας HDD/SSD/NVMe εάν κάθε αποτυχημένος "δίσκος" βρίσκεται σε ξεχωριστή συστοιχία RAID 5.
Το RAID 50 χρησιμοποιείται καλύτερα για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αξιοπιστία και πρέπει να διεκπεραιώνουν μεγάλο αριθμό αιτημάτων διατηρώντας υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων και χαμηλότερο κόστος μονάδας δίσκου από το RAID 10. Ωστόσο, δεδομένου ότι απαιτούνται τουλάχιστον έξι μονάδες δίσκου για τη ρύθμιση μιας συστοιχίας RAID 50 , το κόστος δεν αποκλείεται εντελώς ως παράγοντας. Ένα μειονέκτημα του RAID 50 είναι ότι, όπως το RAID 5, χρειάζεται έναν πολύπλοκο ελεγκτή: όπως π.χ. στο τελευταίο άρθρο από την Broadcom.
Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι το RAID 50 έχει μικρότερη χρήση χώρου στο δίσκο από το RAID 5 λόγω της κατανομής χωρητικότητας για τη διατήρηση των εγγραφών ισοτιμίας. Ωστόσο, εξακολουθεί να έχει περισσότερο χρησιμοποιήσιμο χώρο από άλλα επίπεδα RAID, ειδικά αυτά που χρησιμοποιούν mirroring. Με ελάχιστη απαίτηση έξι μονάδων δίσκου, το RAID 50 μπορεί να είναι μια δαπανηρή επιλογή, αλλά ο επιπλέον χώρος στο δίσκο δικαιολογεί το κόστος προστατεύοντας τα εταιρικά δεδομένα. Αυτός ο τύπος συστοιχίας συνιστάται για δεδομένα που απαιτούν υψηλή αξιοπιστία αποθήκευσης, υψηλούς ρυθμούς αιτημάτων, υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς και υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης.
RAID 6 και RAID 60: δεν τα έχουμε ξεχάσει ούτε αυτά
Εφόσον μιλήσαμε για συστοιχίες του πέμπτου και του πεντηκοστού επιπέδου, θα ήταν αμαρτία να μην αναφέρουμε τέτοιους τύπους οργάνωσης συστοιχιών όπως το RAID 6 και το RAID 60.
Η απόδοση του RAID 6 είναι παρόμοια με το RAID 5, αλλά εδώ δίνεται ισοτιμία σε τουλάχιστον δύο μονάδες δίσκου, γεγονός που επιτρέπει στη συστοιχία να επιβιώσει από την αποτυχία δύο μονάδων δίσκων χωρίς απώλεια δεδομένων (στο RAID 5, αυτή η κατάσταση είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητη). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη αξιοπιστία. Διαφορετικά, όλα είναι ίδια όπως στον πίνακα πέμπτου επιπέδου: σε περίπτωση αποτυχίας ενός ή δύο δίσκων, ο ελεγκτής RAID χρησιμοποιεί μπλοκ ισοτιμίας για να δημιουργήσει ξανά όλες τις πληροφορίες που λείπουν. Εάν δύο μονάδες δίσκου αποτύχουν, η ανάκτηση δεν πραγματοποιείται ταυτόχρονα: πρώτα, η πρώτη μονάδα δίσκου ανανεώνεται και μετά η δεύτερη. Έτσι, εκτελούνται δύο λειτουργίες ανάκτησης δεδομένων.
Είναι εύκολο να μαντέψει κανείς ότι αν το RAID 50 είναι μια συστοιχία επιπέδου 60 με συστοιχίες επιπέδου 6, τότε το RAID 50 είναι μια συστοιχία επιπέδου 8 συστοιχιών επιπέδου 16 για την οποία μόλις μιλήσαμε. Δηλαδή, αυτή η οργάνωση αποθήκευσης RAID σάς επιτρέπει να επιβιώσετε από την απώλεια δύο SSD σε κάθε ομάδα μονάδων δίσκου RAID XNUMX. Η αρχή λειτουργίας είναι παρόμοια με αυτήν που μιλήσαμε στην ενότητα RAID XNUMX, αλλά ο αριθμός των αστοχιών που Η συστοιχία επιπέδου XNUMX μπορεί να αντέξει αυξήσεις από XNUMX έως XNUMX μονάδες δίσκου. Συνήθως, τέτοιες συστοιχίες χρησιμοποιούνται για την ηλεκτρονική εξυπηρέτηση πελατών, η οποία απαιτεί υψηλή ανοχή σφαλμάτων.
Ανακεφαλαίωση:
Αν και το mirroring παρέχει μεγαλύτερη ανοχή σφαλμάτων από το RAID 50/60, απαιτεί επίσης πολύ περισσότερο χώρο. Εφόσον ο όγκος των δεδομένων διπλασιάζεται, στην πραγματικότητα λαμβάνετε μόνο το 50% της συνολικής χωρητικότητας των μονάδων δίσκου που είναι εγκατεστημένες στον διακομιστή για την εγγραφή και την αποθήκευση πληροφοριών. Η επιλογή μεταξύ RAID 50/60 και RAID 10 πιθανότατα θα εξαρτηθεί από τους διαθέσιμους προϋπολογισμούς, τη χωρητικότητα του διακομιστή και τις ανάγκες προστασίας δεδομένων σας. Επιπλέον, το κόστος έρχεται στο προσκήνιο όταν μιλάμε για λύσεις SSD (τόσο εταιρικής όσο και καταναλωτικής κατηγορίας).
Εξίσου σημαντικό, γνωρίζουμε πλέον με βεβαιότητα ότι το RAID που βασίζεται σε SSD είναι μια απολύτως ασφαλής λύση και μια συνήθης πρακτική για τις σημερινές επιχειρήσεις. Ως μέρος της οικιακής χρήσης, υπάρχει επίσης λόγος να μεταβείτε στο NVMe, εάν το επιτρέπουν οι προϋπολογισμοί. Και αν εξακολουθείτε να έχετε μια ερώτηση, γιατί χρειάζονται όλα αυτά, επιστρέψτε στην αρχή του άρθρου - το έχουμε ήδη απαντήσει λεπτομερώς.
Αυτό το άρθρο ετοιμάστηκε με την υποστήριξη των συναδέλφων μας στην Broadcom, οι οποίοι παρέχουν τους ελεγκτές τους σε μηχανικούς της Kingston για δοκιμή με μονάδες SATA/SAS/NVMe επιχείρησης. Χάρη σε αυτή τη φιλική συμβίωση, οι πελάτες δεν χρειάζεται να αμφιβάλλουν για την αξιοπιστία και τη σταθερότητα των μονάδων Kingston με ελεγκτές HBA και RAID από την παραγωγή. .
Περισσότερες πληροφορίες για τα προϊόντα Kingston μπορείτε να βρείτε στη διεύθυνση της εταιρείας.
Πηγή: www.habr.com