Γεια σου Χαμπρ! Σε αυτό το άρθρο, θα σας πούμε αν αξίζει να οργανώσετε συστοιχίες RAID που βασίζονται σε λύσεις στερεάς κατάστασης SATA SSD και NVMe SSD και θα υπάρξει σοβαρό κέρδος από αυτό; Αποφασίσαμε να εξετάσουμε αυτό το ζήτημα εξετάζοντας τους τύπους και τους τύπους ελεγκτών που το επιτρέπουν, καθώς και το εύρος τέτοιων διαμορφώσεων.
Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, ο καθένας από εμάς τουλάχιστον μία φορά στη ζωή του ακούσαμε ορισμούς όπως "RAID", "RAID-array", "RAID-controller", αλλά δύσκολα απέδωσε σοβαρή σημασία σε αυτό, γιατί όλα αυτά είναι απίθανο για ένα συνηθισμένο PC boyar Ενδιαφέρον. Αλλά όλοι θέλουν υψηλές ταχύτητες από εσωτερικούς δίσκους και την αξιοπιστία της δουλειάς τους. Εξάλλου, όσο ισχυρό και αν είναι το γέμισμα του υπολογιστή, η ταχύτητα της μονάδας γίνεται εμπόδιο όταν πρόκειται για τη συνδυασμένη ταχύτητα του υπολογιστή και του διακομιστή.
Αυτό ήταν ακριβώς μέχρι τη στιγμή που οι παραδοσιακοί σκληροί δίσκοι αντικαταστάθηκαν από σύγχρονους NVMe SSD με συγκρίσιμη χωρητικότητα 1 TB ή περισσότερο. Και αν νωρίτερα στον υπολογιστή υπήρχαν πιο συχνά πακέτα SATA SSD + μερικοί μεγάλοι σκληροί δίσκοι, σήμερα αρχίζουν να αντικαθίστανται από μια άλλη λύση - NVMe SSD + μερικά μεγάλα SATA SSD. Όσον αφορά τους εταιρικούς διακομιστές και το cloud, πολλοί έχουν ήδη μεταβεί με επιτυχία σε SATA SSD, απλώς και μόνο επειδή είναι ταχύτεροι από τους κανονικούς τενεκέδες και μπορούν να χειριστούν περισσότερες εισόδους/εξόδους ταυτόχρονα.
Ωστόσο, η ανοχή σφαλμάτων του συστήματος εξακολουθεί να είναι σε αρκετά χαμηλό επίπεδο: δεν μπορούμε, όπως στη «Μάχη των Ψυχικών», να προβλέψουμε με ακρίβεια ακόμη και μίας εβδομάδας πότε η μία ή η άλλη μονάδα στερεάς κατάστασης θα πεθάνει για ένα πολύς καιρός. Και αν οι HDD «πεθαίνουν» σταδιακά, επιτρέποντάς σας να συλλάβετε τα συμπτώματα και να αναλάβετε δράση, τότε οι SSD «πεθαίνουν» αμέσως και χωρίς προειδοποίηση. Και τώρα ήρθε η ώρα να καταλάβουμε γιατί χρειάζονται όλα αυτά; Αξίζει τον κόπο να οργανώνουμε συστοιχίες RAID βασισμένες σε λύσεις SATA SSD και NVMe SSD και θα υπάρξει σοβαρό κέρδος από αυτό;
Γιατί χρειάζεστε μια συστοιχία RAID;
Η ίδια η λέξη "array" υποδηλώνει ήδη ότι για τη δημιουργία της χρησιμοποιούνται πολλές μονάδες δίσκου (HDD και SSD), οι οποίοι συνδυάζονται χρησιμοποιώντας έναν ελεγκτή RAID και αναγνωρίζονται από το λειτουργικό σύστημα ως ενιαία αποθήκευση δεδομένων. Η συνολική εργασία που μπορούν να επιλύσουν οι συστοιχίες RAID είναι η ελαχιστοποίηση του χρόνου πρόσβασης στα δεδομένα, η αύξηση της ταχύτητας ανάγνωσης/εγγραφής και της αξιοπιστίας, η οποία επιτυγχάνεται λόγω της δυνατότητας γρήγορης ανάκτησης σε περίπτωση αποτυχίας. Παρεμπιπτόντως, δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε το RAID για αντίγραφα ασφαλείας στο σπίτι. Αλλά αν έχετε τον δικό σας οικιακό διακομιστή, στον οποίο χρειάζεστε συνεχή πρόσβαση 24/7, τότε αυτό είναι άλλο θέμα.
Υπάρχουν περισσότερα από δώδεκα επίπεδα συστοιχιών RAID, καθένα από τα οποία διαφέρει στον αριθμό των μονάδων δίσκου που χρησιμοποιούνται σε αυτό και έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του: για παράδειγμα, το RAID 0 σας επιτρέπει να έχετε υψηλή απόδοση χωρίς ανοχή σφαλμάτων, το RAID 1 σας επιτρέπει να ρυθμίστε τον αυτόματο κατοπτρισμό δεδομένων χωρίς αύξηση της ταχύτητας και το RAID 10 συνδυάζει τις δυνατότητες των παραπάνω. Τα RAID 0 και 1 είναι τα πιο απλά (γιατί δεν απαιτούν υπολογισμούς λογισμικού) και, ως εκ τούτου, τα πιο δημοφιλή. Τελικά, η επιλογή υπέρ ενός συγκεκριμένου επιπέδου RAID εξαρτάται από τις εργασίες που ανατίθενται στη συστοιχία δίσκων και τις δυνατότητες του ελεγκτή RAID.
Home vs. Enterprise RAID: Ποια είναι η διαφορά;
Η βάση κάθε σύγχρονης επιχείρησης είναι οι μεγάλες ποσότητες δεδομένων που πρέπει να αποθηκεύονται με ασφάλεια στους διακομιστές της εταιρείας. Κι όμως, όπως σημειώσαμε παραπάνω, πρέπει να τους παρέχεται συνεχής πρόσβαση 24/7. Είναι σαφές ότι, μαζί με το υλικό, σημαντικό είναι και το κομμάτι του λογισμικού, αλλά σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για εξοπλισμό που εξασφαλίζει αξιόπιστη αποθήκευση και επεξεργασία πληροφοριών. Κανένα λογισμικό δεν θα σώσει την εταιρεία από την καταστροφή εάν ο «σιδερένιος» εξοπλισμός δεν αντιστοιχεί στις εργασίες που του έχουν ανατεθεί.
Για αυτές τις εργασίες, οποιοσδήποτε κατασκευαστής υλικού προσφέρει τις λεγόμενες εταιρικές συσκευές. Η Kingston διαθέτει ισχυρές λύσεις στερεάς κατάστασης έναντι των μοντέλων SATA и , καθώς και τα μοντέλα DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe και DCP-1000 PCI-e NVMe που έχουν σχεδιαστεί για χρήση σε κέντρα δεδομένων (κέντρα επεξεργασίας δεδομένων) και υπερυπολογιστές. Συστοιχίες τέτοιων μονάδων δίσκου χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνδυασμό με ελεγκτές υλικού.
Για την καταναλωτική αγορά (δηλαδή για οικιακούς υπολογιστές και διακομιστές NAS), τέτοιες μονάδες δίσκου είναι διαθέσιμες ως NVMe PCIe, αλλά σε αυτήν την περίπτωση δεν είναι απαραίτητο να αγοράσετε έναν ελεγκτή υλικού. Μπορείτε να περιοριστείτε σε έναν υπολογιστή υπολογιστή ή διακομιστή NAS ενσωματωμένο στη μητρική πλακέτα, εκτός εάν φυσικά σκοπεύετε να συναρμολογήσετε μόνοι σας έναν οικιακό διακομιστή για άτυπες εργασίες (για παράδειγμα, ξεκινήστε ένα μικρό σπίτι φιλοξενίας για φίλους). Επιπλέον, οι συστοιχίες RAID στο σπίτι, κατά κανόνα, δεν υπονοούν την παρουσία εκατοντάδων και χιλιάδων μονάδων δίσκου, που περιορίζονται σε δύο, τέσσερις και οκτώ συσκευές (συνήθως SATA).
Τύποι και τύποι ελεγκτών RAID
Υπάρχουν τρεις τύποι ελεγκτών RAID που βασίζονται στις αρχές της εφαρμογής συστοιχιών RAID:
1. Λογισμικό, στο οποίο ο έλεγχος της συστοιχίας πέφτει στη CPU και στη DRAM (δηλαδή, η εκτέλεση του κώδικα προγράμματος γίνεται στον επεξεργαστή).
2. Ενσωματωμένο, δηλαδή, ενσωματωμένο στις μητρικές πλακέτες ενός υπολογιστή υπολογιστή ή διακομιστή NAS.
3. Υλικό (modular), που είναι διακριτές πλακέτες επέκτασης για υποδοχές μητρικής πλακέτας PCI/PCIe.
Ποια είναι η θεμελιώδης διαφορά τους μεταξύ τους; Λογισμικό Οι ελεγκτές RAID είναι κατώτεροι από τους ενσωματωμένους και υλικούς ελεγκτές RAID όσον αφορά την απόδοση και την ανοχή σφαλμάτων, αλλά δεν απαιτούν ειδικό υλικό για τη λειτουργία τους. Ωστόσο, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι ο επεξεργαστής του συστήματος κεντρικού υπολογιστή είναι αρκετά ισχυρός ώστε να εκτελεί το λογισμικό RAID χωρίς να επηρεάζει αρνητικά την απόδοση των εφαρμογών που εκτελούνται επίσης στον κεντρικό υπολογιστή. Οι ενσωματωμένοι ελεγκτές, κατά κανόνα, είναι εξοπλισμένοι με τη δική τους μνήμη cache και χρησιμοποιούν συγκεκριμένο αριθμό πόρων CPU.
Αλλά τα hardware έχουν και τη δική τους μνήμη cache και έναν ενσωματωμένο επεξεργαστή για την εκτέλεση αλγορίθμων λογισμικού. Συνήθως σας επιτρέπουν να εφαρμόσετε όλα τα είδη επιπέδων RAID και να υποστηρίζετε πολλούς τύπους μονάδων δίσκου ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, οι συσκευές SATA, SAS και NVMe μπορούν να συνδεθούν ταυτόχρονα σε σύγχρονους ελεγκτές υλικού Broadcom, κάτι που σας επιτρέπει να μην αλλάζετε τον ελεγκτή κατά την αναβάθμιση διακομιστών: ειδικότερα, όταν μετακινείστε από SATA SSD σε NVMe SSD, οι ελεγκτές δεν το κάνουν πρέπει να αλλάξουν.
Στην πραγματικότητα, σε αυτό το σημείωμα, προσεγγίσαμε την τυπολογία των ίδιων των ελεγκτών. Εάν υπάρχουν τρεις τρόποι λειτουργίας, πρέπει να υπάρχουν και άλλοι; Σε αυτή την περίπτωση, η απάντηση στο ερώτημα αυτό θα είναι καταφατική. Ανάλογα με τις λειτουργίες και τις δυνατότητες, οι ελεγκτές RAID μπορούν να χωριστούν σε διάφορους τύπους:
1. Συνήθεις ελεγκτές με λειτουργία RAID
Σε ολόκληρη την ιεραρχία, αυτός είναι ο απλούστερος ελεγκτής που σας επιτρέπει να συνδυάσετε HDD και SSD σε συστοιχίες RAID επιπέδων "0", "1" ή "0 + 1". Προγραμματικά, αυτό υλοποιείται σε επίπεδο υλικολογισμικού. Ωστόσο, τέτοιες συσκευές δύσκολα μπορούν να προταθούν για χρήση στο εταιρικό τμήμα, επειδή δεν διαθέτουν προσωρινή μνήμη και δεν υποστηρίζουν συστοιχίες επιπέδων "5", "3" κ.λπ. Αλλά για έναν οικιακό διακομιστή εισαγωγικού επιπέδου, είναι αρκετά κατάλληλοι.
2. Ελεγκτές σε σύζευξη με άλλους ελεγκτές RAID
Αυτός ο τύπος ελεγκτή μπορεί να συνδυαστεί με ενσωματωμένους ελεγκτές μητρικής πλακέτας. Αυτό υλοποιείται σύμφωνα με την ακόλουθη αρχή: ένας διακριτός ελεγκτής RAID αναλαμβάνει την επίλυση «λογικών» εργασιών και ο ενσωματωμένος αναλαμβάνει τις λειτουργίες ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ μονάδων δίσκου. Υπάρχει όμως μια προειδοποίηση: η παράλληλη λειτουργία τέτοιων ελεγκτών είναι δυνατή μόνο σε συμβατές μητρικές πλακέτες, πράγμα που σημαίνει ότι το πεδίο εφαρμογής τους περιορίζεται σοβαρά.
3. Ανεξάρτητοι ελεγκτές RAID
Αυτές οι διακριτές λύσεις περιέχουν όλα τα απαραίτητα τσιπ για εργασία με διακομιστές εταιρικής κλάσης, με το δικό τους BIOS, μνήμη cache και επεξεργαστή για γρήγορη διόρθωση σφαλμάτων και υπολογισμό αθροίσματος ελέγχου. Επιπλέον, πληρούν υψηλά πρότυπα αξιοπιστίας όσον αφορά την κατασκευή και διαθέτουν μονάδες μνήμης υψηλής ποιότητας.
4. Εξωτερικοί ελεγκτές RAID
Δεν είναι δύσκολο να μαντέψει κανείς ότι όλοι οι ελεγκτές που αναφέρονται παραπάνω είναι εσωτερικοί και τροφοδοτούνται μέσω της υποδοχής PCIe της μητρικής πλακέτας. Τι λέει? Και ότι η αποτυχία της μητρικής πλακέτας μπορεί να οδηγήσει σε σφάλματα στη λειτουργία της συστοιχίας RAID και απώλεια δεδομένων. Οι εξωτερικοί ελεγκτές είναι απαλλαγμένοι από αυτή την παρεξήγηση, καθώς τοποθετούνται σε ξεχωριστή θήκη με ανεξάρτητο τροφοδοτικό. Όσον αφορά την αξιοπιστία, αυτοί οι ελεγκτές παρέχουν το υψηλότερο επίπεδο αποθήκευσης δεδομένων.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell και Cisco είναι μερικές μόνο από τις εταιρείες που προσφέρουν επί του παρόντος ελεγκτές RAID υλικού.
Τρόποι λειτουργίας ελεγκτών RAID SAS/SATA/NVMe
Ο πρωταρχικός σκοπός των ελεγκτών τριπλής λειτουργίας HBA και RAID (ή ελεγκτών με λειτουργικότητα Tri-Mode) είναι η δημιουργία RAID υλικού που βασίζεται σε NVMe. Οι ελεγκτές της σειράς 9400 της Broadcom μπορούν να το κάνουν αυτό: για παράδειγμα, . Ανήκει σε έναν ανεξάρτητο τύπο ελεγκτών RAID, είναι εξοπλισμένο με τέσσερις υποδοχές SFF-8643 και, χάρη στην υποστήριξη Tri-Mode, σας επιτρέπει να συνδέετε δίσκους SATA/SAS και NVMe ταυτόχρονα. Επιπλέον, είναι επίσης ένας από τους πιο ενεργειακά αποδοτικούς ελεγκτές στην αγορά (καταναλώνει μόνο 17 watt ισχύος, ενώ λιγότερο από 1,1 watt για καθεμία από τις 16 θύρες).
Η διεπαφή σύνδεσης είναι PCI Express x8 έκδοση 3.1, η οποία επιτρέπει εύρος ζώνης 64 Gb / s (ελεγκτές για το PCI Express 2020 αναμένονται το 4.0). Ο ελεγκτής 16 θυρών βασίζεται σε ένα τσιπ 2 πυρήνων και 72-bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB), καθώς και δυνατότητα σύνδεσης έως και 240 μονάδων SATA / SAS ή έως και 24 συσκευών NVMe. Όσον αφορά την οργάνωση συστοιχιών RAID, υποστηρίζονται τα επίπεδα "0", "1", "5" και "6", καθώς και "10", "50" και "60". Παρεμπιπτόντως, η προσωρινή μνήμη και άλλοι ελεγκτές της σειράς 9400 προστατεύονται από διακοπές ρεύματος από την προαιρετική μονάδα CacheVault CVPM05.
Η τεχνολογία tri-mode βασίζεται στη λειτουργία μετατροπής δεδομένων SerDes: μετατροπή σειριακών δεδομένων σε διασυνδέσεις SAS / SATA σε παράλληλη μορφή στο PCIe NVMe και αντίστροφα. Δηλαδή, ο ελεγκτής διαπραγματεύεται ταχύτητες και πρωτόκολλα για να λειτουργεί απρόσκοπτα με οποιονδήποτε από τους τρεις τύπους συσκευών αποθήκευσης. Αυτό παρέχει έναν απρόσκοπτο τρόπο κλιμάκωσης των υποδομών κέντρων δεδομένων: οι χρήστες μπορούν να χρησιμοποιούν το NVMe χωρίς σημαντικές αλλαγές σε άλλες διαμορφώσεις συστήματος.
Ωστόσο, όταν σχεδιάζετε διαμορφώσεις με μονάδες NVMe, αξίζει να λάβετε υπόψη ότι οι λύσεις NVMe χρησιμοποιούν 4 λωρίδες PCIe για σύνδεση, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε μονάδα δίσκου χρησιμοποιεί όλες τις γραμμές θυρών SFF-8643. Αποδεικνύεται ότι μόνο τέσσερις μονάδες NVMe μπορούν να συνδεθούν απευθείας στον ελεγκτή MegaRAID 9460-16i. Ή περιοριστείτε σε δύο λύσεις NVMe ενώ συνδέετε οκτώ μονάδες SAS ταυτόχρονα (δείτε το διάγραμμα σύνδεσης παρακάτω).
Το σχήμα δείχνει τη χρήση του βύσματος "0" (C0 / Connector 0) και του βύσματος "1" για συνδέσεις NVMe, καθώς και των βυσμάτων "2" και "3" για τις συνδέσεις SAS. Αυτή η διάταξη μπορεί να αντιστραφεί, αλλά κάθε μονάδα x4 NVMe πρέπει να συνδεθεί χρησιμοποιώντας γραμμές γειτόνων. Οι τρόποι λειτουργίας του ελεγκτή ρυθμίζονται μέσω των βοηθητικών προγραμμάτων διαμόρφωσης StorCLI ή Human Interface Infrastructure (HII), τα οποία εκτελούνται σε περιβάλλον UEFI.
Η προεπιλεγμένη λειτουργία είναι το προφίλ "PD64" (υποστηρίζεται μόνο SAS/SATA). Όπως είπαμε παραπάνω, υπάρχουν συνολικά τρία προφίλ: «Λειτουργία μόνο SAS / SATA» (PD240 / PD64 / PD 16), «Λειτουργία μόνο NVMe» (PCIe4) και μικτή λειτουργία, στην οποία μπορούν να λειτουργήσουν όλοι οι τύποι μονάδων δίσκου: PD64 -PCIe4" (υποστήριξη για 64 φυσικούς και εικονικούς δίσκους με 4 μονάδες NVMe). Σε μικτή λειτουργία, η τιμή του καθορισμένου προφίλ πρέπει να είναι η ακόλουθη - "ProfileID=13". Παρεμπιπτόντως, το επιλεγμένο προφίλ αποθηκεύεται ως ηγέτης και δεν επαναφέρεται ακόμη και όταν επιστρέψετε στις εργοστασιακές ρυθμίσεις μέσω της εντολής Ορισμός εργοστασιακών προεπιλογών. Μπορεί να αλλάξει μόνο χειροκίνητα.
Πρέπει να δημιουργήσω μια συστοιχία RAID σε έναν SSD;
Έτσι, έχουμε ήδη καταλάβει ότι οι συστοιχίες RAID είναι το κλειδί για την υψηλή απόδοση. Αξίζει όμως το SSD RAID για οικιακή και εταιρική χρήση; Πολλοί σκεπτικιστές λένε ότι η αύξηση της ταχύτητας δεν είναι τόσο σημαντική ώστε να καταρρεύσει στους δίσκους NVMe. Είναι όμως όντως έτσι; Μετά βίας. Ο μεγαλύτερος περιορισμός στη χρήση ενός SSD στο RAID (τόσο στο σπίτι όσο και σε εταιρικό επίπεδο) μπορεί να είναι μόνο η τιμή. Είτε σας αρέσει είτε όχι, το κόστος ενός gigabyte χώρου στον σκληρό δίσκο είναι πολύ φθηνότερο.
Η σύνδεση πολλαπλών "drive" στερεάς κατάστασης σε έναν ελεγκτή RAID για τη δημιουργία μιας σειράς SSD σε ορισμένες διαμορφώσεις μπορεί να έχει τεράστιο αντίκτυπο στην απόδοση. Ωστόσο, μην ξεχνάτε ότι η μέγιστη απόδοση περιορίζεται από την απόδοση του ίδιου του ελεγκτή RAID. Το επίπεδο RAID που προσφέρει την καλύτερη απόδοση είναι το RAID 0.
Μια τυπική ρύθμιση RAID 0 με δύο SSD, η οποία χρησιμοποιεί μια σταθερή μέθοδο αποκλεισμού και διαχωρισμού μεταξύ των SSD, θα διπλασιάσει την απόδοση (σε σύγκριση με τις ταχύτητες ενός μόνο SSD). Ταυτόχρονα, μια συστοιχία RAID 0 με τέσσερις SSD θα είναι ήδη τέσσερις φορές ταχύτερη από την πιο αργή SSD στη συστοιχία (ανάλογα με το όριο εύρους ζώνης σε επίπεδο ελεγκτή SSD RAID).
Με βάση την απλή αριθμητική, ο SATA SSD είναι περίπου 3 φορές ταχύτερος από έναν παραδοσιακό σκληρό δίσκο SATA. Οι λύσεις NVMe είναι ακόμη πιο αποτελεσματικές - 10 φορές ή περισσότερες. Υποθέτοντας ότι δύο σκληροί δίσκοι σε επίπεδο RAID 50 διπλασιάζουν την απόδοση κατά 6%, δύο SATA SSD είναι 20 φορές πιο γρήγοροι και δύο NVMe SSD είναι 2000 φορές πιο γρήγοροι. Συγκεκριμένα, μια μονάδα Kingston KC3200 NVMe PCIe μπορεί να φτάσει σε διαδοχικές ταχύτητες ανάγνωσης και εγγραφής έως και 0 MB/s, οι οποίες σε μορφή RAID 6 θα φτάσουν τα εντυπωσιακά 4 GB/s. Και η ταχύτητα ανάγνωσης/εγγραφής τυχαίων μπλοκ μεγέθους 350 KB θα μετατραπεί από 000 IOPS σε 700 IOPS. Αλλά... ταυτόχρονα, το «μηδενικό» RAID δεν μας παρέχει πλεονασμό.
Μπορεί να ειπωθεί ότι στο σπίτι, συνήθως δεν απαιτείται πλεονασμός αποθήκευσης, επομένως το RAID 0 γίνεται πράγματι η πιο κατάλληλη διαμόρφωση RAID για SSD. Αυτός είναι ένας αξιόπιστος τρόπος για να επιτύχετε σημαντική ώθηση απόδοσης ως εναλλακτική λύση στη χρήση τεχνολογιών όπως η Intel Optane- βασισμένοι SSD. Και εδώ είναι πώς συμπεριφέρονται οι λύσεις SSD στους πιο δημοφιλείς τύπους RAID ("1", "5", "10", "50") - θα μιλήσουμε στο επόμενο άρθρο μας.
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. .
Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα προϊόντα Kingston της εταιρείας.
Πηγή: www.habr.com