RAID-algoritmid tutvustati avalikkusele kauges 1987. aastal. Tänaseni on need andmete kaitse ja juurdepääsu kiirus tehnoloogia kõige nõudlikumad lahendused. Siiski, üle 30 aasta vanune IT-tehnoloogia ei tähenda mitte nii palju küpsust, vaid pigem vananemist. Seda on põhjustanud progress, mis toob endaga kaasa uusi võimalusi. Ajal, mil praktiliselt ei olnud muid salvestusseadmeid peale HDD-de, võimaldasid RAID-algoritmid olemasolevate salvestusressursside kõige tõhusama kasutamise. Kuid SSD-de ilmumisega muutus olukord kardinaalselt. Täna on RAID SSD-de kasutamisel pigem „tükkideks löömine” nende jõudlusele. Seetõttu on SSD-de täispotentsiaali avamiseks vajalik täiesti erinev lähenemine nende kasutamisele.
Lisaks HDD ja SSD tööpõhimõtete selgetele erinevustele on nende salvestusseadmete vahel veel üks oluline omadus: iga kõvaketas saab üle kirjutada mis tahes andmeid ühe ploki täpsusega (praegu on see enamasti 4 KB). SSD-de puhul on aga üle kirjutamise protsess palju keerulisem.
- Muudetud andmed kopeeritakse uude asukohta. Siiski on granulaarsus sama plokk, kuid see koosneb mitmest lehelt ja selle suurus on 256 KB — 4 MB. See tähendab, et kui need sama 4 KB muutuvad, tuleb kopeerida ka kõik naaberküljed, mis moodustavad ühe ploki.
- «Vananenud» plokid tuleb märgistada kasutamata seisundisse, et seejärel kustutada need „prügikoguja” (Garbage Collector) poolt.
Järjestikune kirjutamine/ülekirjutamine SSD-l
Juhul, kui andmed kirjutatakse järjestikku, ei oma SSD tööplaani muutmine suurt tähtsust, kuna plokid asuvad lähedal ning "jäätmekogumis" täidab oma kohustusi edukalt taustal. Kuid reaalses elus, eriti ettevõtte segmentides, kasutatakse SSD-de puhul sageli juhuslikku juurdepääsu andmetele ja need andmed kirjutatakse juhuslikesse kohtadesse salvestisetes.
Mida rohkem andmeid SSD-le kirjutatakse, seda keerulisem on jäätmekogujal töötada, kuna fragmentatsioon kasvab oluliselt. Selle tulemusena jõuab kätte hetk, mil salvestise puhastamine ei ole enam "taustaprotsess": SSD jõudlus langeb märkimisväärselt, kuna märkimisväärne osa sellest võtab endale jäätmekoguja.
Reaalsed andmete asukohad SSD-l igapäevases kasutuses
Kuna illustreerida jäätmekogumise mõju sõltuvalt salvestusrežiimist, saab teha lihtsaid teste: järjestikune ja juhuslik kirjutamine 4KB plokkides 100GB salvestisse. (Allikas – ettevõte )
Jõudlus järjestikulisel kirjutamisel
Juhusliku kirjutamise jõudlus
Nagu testidest näha, võib jõudluse langus ulatuda rohkem kui kahekordseks. Ja see on ainult üksik externa. Kui kasutada SSD-d RAID-grupis, tõuseb ülekirjutamise operatsioonide arv märgatavalt, tänu pariteedi tööle.
Tegelikult, tänu nendele SSD-de töö omadustele, kehtib nende kohta selline näitaja nagu kirjutamiskoefitsient (write amplification). See on andmete mahus, mida host saadab, ja andmete mahus, mis talve tegelikult süstib üldiselt. Ja kõige populaarsema RAID5 puhul on see koefitsient ~3.5.
Lõppkokkuvõttes kasutavad traditsioonilised RAID-süsteemid SSD-de tõelisest kiirusest vaid ~10% ja nende jõudlus ei skaala hästi, kui lisada rohkem kui tosin seadistust.
Samuti tasub märkida, et üleliigsed kirjutamisoperatsioonid mitte ainult ei vähenda SSD jõudlust, vaid vähendavad ka selle kaugeltki mitte lõpmatut resurssi, lühendades seega seadme eluiga.
, mis on AccelStori kõigi toodete süda, on välja töötatud SSD-dele alternatiiviks traditsioonilistele RAID algoritmidele. Tehnoloogia innovaatilisus on tunnustatud erinevate patentide ja auhindadega (sealhulgas Flash Memory Summit 2016-l) ning iseseisvate testide tulemustega (näiteks SPC1).
Tühi koosneb kõigi kirjutamise päringute, eelkõige juhuslike päringute, muutmisest blokiks, mis sarnaneb võimalikult palju järjestikuse kirjutamise režiimile, arvestades salvestusseadet. Tulemuseks on SSD-de kirjutamine nende maksimaalselt mugavas režiimis ning lõppvõimekus ületab igasuguseid traditsioonilise RAID süsteeme.
Kõik SSD-d AccelStori süsteemides jagatakse kaheks sümmeetriliseks grupiks FlexiRemap®. Grupi suurus sõltub mudelist ja varieerub 5–11 salvestusseadmest. Rikkestabiilsuse tagamiseks kasutatakse grupis pariteeti nagu RAID5. Mõlemat gruppi kasutatakse koos, luues ühise salvestusruumi. Seetõttu on lõplik rikkestabiilsus sarnane RAID50 massiivile, mis koosneb kahest grupist: süsteem suudab taluda kahe SSD rikkest, kuid mitte rohkem kui ühe iga FlexiRemap® grupis.
Kõik sisenevad salvestusettepanekud jagunevad 4KB suurusteks plokkideks, mis salvestatakse round robin režiimis mõlemasse FlexiRemap® grupisse. Samal ajal jälgib süsteem pidevalt salvestatud plokkide nõudlust, püüdes nende muutumisel salvestada sarnased plokid võimalikult lähedale üksteisele. Tulemuseks on virtuaalne analoog tüürimisest, kui väljendada andmemälu terminitega. Sel juhul lihtsustab oluliselt prügikoguja tööd: mittekasutatavad plokid paiknevad pidevalt koos.
Oluline on märkida, et erinevalt konkurentide toodetest ei kasuta nad sissetulevate päringute vahemälu funktsionaalsust RAM-is. Kõik sisenevad andmeplokid kirjutatakse koheselt SSD-le. Host saab kinnituse eduka kirje kohta ainult pärast andmete füüsilist asetust salvestisse. RAM-is hoitakse vaid plokkide asukoha tabelid SSD-l, et kiirendada juurde pääsemist ja määrata, kuhu järgmine andmeplokk kirjutada. Loomulikult on nende tabelite koopiad olemas ka salvestites endis. Seetõttu ei vaja AccelStori süsteemid ühtegi vahemälu kaitset akude/kondensaatorite vormis (siiski on olemas võimalus ühenduda UPS-iga madala energia katkestuse korral "pehme" väljalülitamise jaoks).
Sellise lähenemise tõttu andmete kirjutamise korraldamisele suudab «prügikorja» tõeliselt töötada taustal, mõjutamata oluliselt salvestite kiirus, mis võimaldab süsteemil utiliseerida kuni 90% SSD jõudlusest. Just selles seisneb AccelStori süsteemide kõrged IOPS näitajad võrreldes All Flash lahendustega, mis põhinevad RAID algoritmidel.
FlexiRemap® tehnoloogia oluline omadus on ka märkimisväärne üleliigsete kirjutamisoperatsioonide vähendamine SSD-l. Seega on kirjutamisvõimendus (write amplification) AccelStori süsteemides vaid 1.3, mis tähendab, et võrreldes RAID5-ga pikendab see salvestusseadmete eluiga enam kui 2.5 korda!
Andmete paigutamise poliitika pideva jälgimise tõttu SSD-l kuluvad kõik salvestusseadmed ühtlaselt. Selline lähenemine võimaldab prognoosida nende eluiga ja eelnevalt anda administraatorile märku kirjutamisressursi lõppemisest.
On selge, et SSD-d võivad ebaõnnestuda. Sel juhul alustab süsteem viivitamatult taastamist ühele hot spare kettale. Samal ajal läheb FlexiRemap® rühm, mis on degrades olekus, "ainult lugemise" režiimi, ja kõik kirjutamisettepanekud suunatakse teisele rühmale. Selline kaitsemehhanism on ette nähtud, et kiirendada taastamisprotsessi ja vähendada tõenäosust, et veel üks seade sama rühma raames ebaõnnestub. Ehkki pole saladus, et taastamise ajal kogevad kõik seadmed grupi koostisosana suurenenud koormust lugemise, kirjutamise ja hot spare taastamise toimingute vahelise sekkumise tõttu. Seega suureneb veel ühe ketta rikkeoht. Ja mida rohkem kirjutamistoiminguid, seda kauem taastamine kestab.
Pärast taastamisprotsessi lõpetamist ja FlexiRemap® rühma normaalsesse olekusse naasmist tekib väike tasakaalustamatus kirjutamisressurssides kahe rühma vahel. Seetõttu, et seda tasakaalu saavutada, suunatakse tulevased kirjutamisettepanekud sagedamini taastatud rühmale (loomulikult nii, et süsteemi lõplik jõudlus ei kannataks liiga palju).
All Flash süsteemide jõudluse, mis põhineb RAID-algoritmidel, suurendamine üle teatud näitajate (~280K IOPS@4K juhusliku kirjutamise) ei õnnestu isegi keeruliste vahemälu süsteemide kasutamisel. FlexiRemap® tehnoloogia, tänu täiesti erinevale lähenemisele salvestusruumi korraldamisel, mitte ainult ei ületa seda barjääri, vaid ka suurendab SSD eluiga mitmekordseks. Nii et süsteemid omavad tõsiseid eeliseid All Flash maatriksite seas paljudes valdkondades (IOPS/$, GB/$, TCO, ROI), muutes need ideaalseteks kandidaatideks võtmepositsioonideks kliendi andakeskustes ressursside intensiivsete ülesannete lahendamiseks.
Allikas: habr.com
