В Oleme Kingstoni draivide näitel juba kaalunud küsimust "Kas rakendame SSD-l RAID-i", kuid tegime seda ainult nulltaseme piires. Käesolevas artiklis analüüsime professionaalsete ja koduste NVMe lahenduste kasutamise võimalusi populaarseimates RAID-massiivide tüüpides ning räägime kontrollerite ühilduvusest. Kingstoni draividega.
Miks vajate SSD-l RAID-i?
SSD-põhiste salvestusmassiivide eelisteks HDD-salvestusmassiivide ees on kiirem juurdepääsuaeg draivil olevatele andmetele ja suurepärane lugemis-/kirjutusjõudlus. Ideaalne SSD-põhine RAID-jõudlus nõuab aga protsessori, vahemälu, tarkvara ja riistvara optimaalset kombinatsiooni. Kui kõik need tegurid töötavad ideaalselt koos, võib SSD RAID oluliselt ületada võrreldavat konfiguratsiooni, mis kasutab traditsioonilisi kõvakettaid.
Tüüpiline SSD tarbib vähem energiat kui kõvakettad, nii et kui ühendate RAID-massiiviga suure hulga SSD-sid, võib energiasääst võrreldes HDD RAID-massiiviga tähendada ka väiksemaid ettevõtte energiaarvete kulusid.
SSD RAID-il on aga piiranguid ja puudusi, eelkõige kõrgem hind ruumi gigabaidi kohta võrreldes võrreldava võimsusega kõvaketastega. Ja välkmälu rikete vaheline aeg on piiratud teatud arvu ümberkirjutustsüklitega. See tähendab, et SSD-draividel on teatud kasutusiga, mis sõltub toimingust: mida rohkem teavet sellel üle kirjutatakse, seda kiiremini draiv ebaõnnestub. Teisest küljest on ettevõtete SSD-del korralik eluiga, mis on võrreldav mehaaniliste kõvaketastega.
Kuidas Kingstoni SSD-d Broadcomi kontrolleritega RAID-režiimis elavad
SSD-de algusaegadel oli RAID-i kujundustel palju nüansse. Sealhulgas vähem tõrketaluvusega kõvaketaste kasutamise tõttu. Tahkisdraivid on palju töökindlamad kui nende magnetketastel põhinevad kolleegid. Nagu me teame, pole SSD lahendustes liikuvaid osi, mistõttu mehaanilised kahjustused vähenevad nullini. Samuti on ebatõenäoline pooljuhtketaste rike voolutõusu tõttu, arvestades, et koduarvuti ja mis tahes serveri tasemel kaitsevad teid UPS, liigpingekaitsmed ja isegi toiteallikas.
Samas on pooljuhtdraividel veel üks märkimisväärne pluss: isegi kui mäluelemendid on kirjutamiseks kulunud, saab neist andmeid lugeda, aga kui magnetketas on kahjustatud, siis paraku.
Tänapäeval on üsna tavaline praktika SSD lahenduste kasutamine erineva tasemega RAID-massiivides. Peaasi on valida õiged SSD-d, mille latentsusaeg on minimaalne. Ja ideaaljuhul kasutage sama tootja ja sama mudeli SSD-sid, et te ei satuks draividesse, mis toetavad erinevat tüüpi koormusi ja on ehitatud erinevat tüüpi mälu, kontrollerite ja muude tehnoloogiate baasil. See tähendab, et kui otsustame RAID-massiivi loomiseks osta Kingstonilt neli või 16 NVMe SSD-d, oleks parem, kui need kõik pärinevad samast seeriast ja mudelivalikust.
Muide, sisse tsiteerisime põhjusega Broadcomi kontrollereid, kui rääkisime Kingstoni NVMe SSD-st. Fakt on see, et nende seadmete juhendites kirjutatakse kohe ette ühilduvad kettad (sh eelmainitud Ameerika SSD tootja lahendused), millega kontroller töötab laitmatult. Sellele teabele tuleks tugineda RAID-i jaoks kontrolleri-SSD paketi valimisel.
Analüüsime SSD Kingstoni tööd kõige populaarsemates RAID-tüüpides - “1”, “5”, “10”, “50”
Niisiis, "null" RAID-tase ei anna andmete koondamist, vaid suurendab ainult jõudlust. RAID 0 ei paku üldse andmekaitset, seega ei käsitle me seda ettevõtete segmendis. RAID 1 seevastu pakub täielikku liiasust, kuid ainult mõõdukat jõudluse kasvu ning seetõttu tuleks seda kaaluda, kui jõudluse suurenemine ei ole SSD RAID-massiivi loomisel esmatähtis.
RAID 1, mis põhineb Kingstoni SSD-del ja Broadcomi kontrolleritel
Niisiis ühendab Broadcom MegaRAID 9460-16i kontrolleril põhinev esimese taseme RAID-massiivi kaks kuni 32 Kingstoni draivi, mis on üksteise koopiad, ja tagab täieliku liiasuse. Kui traditsioonilisi HDD-sid kasutades jäi andmete kirjutamise ja lugemise kiirus just selle HDD tasemele, siis NVMe SSD lahendusi kasutades saame jõudluses kümnekordse tõusu. Eriti andmetele juurdepääsu aja osas. Näiteks kahe Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD-ga serveri RAID 1-s saame 350 000 juhusliku lugemise IOPS-i ja 75 000 kirjutamise IOPS-i.
Järjestikuse lugemiskiiruse osas vastavad tulemused draivi omadustele - 3200 MB / s. Aga kuna mõlemad NVMe SSD-d on töökorras, siis saab neist korraga andmeid lugeda, mis teeb lugemistoimingud üsna kiireks. Kuid kirjutamiskiirus (väidetavalt 2000 MB / s) on aeglasem, kuna iga kirjutusoperatsioon tehakse kaks korda.
RAID 1 sobib ideaalselt väikeste andmebaaside või muu keskkonna jaoks, mis nõuab tõrketaluvust, kuid väikest mahtu. Draivi peegeldamine on eriti kasulik katastroofi taastamise stsenaariumide korral (jõudlus on veidi halvenenud), kuna see tagab oluliste andmete kohese "elustamise", kui üks massiivi draividest ebaõnnestub. Kuid kuna see kaitsetase nõuab peegeldatud andmete salvestusmahu kahekordistamist (100 TB nõuaks 200 TB salvestusruumi), kasutavad paljud ettevõttesüsteemid säästlikumaid salvestusvõimalusi: RAID 5 ja RAID 6.
RAID 5, mis põhineb Kingstoni SSD-del ja Broadcomi kontrolleritel
Viienda taseme RAID-massiivi korraldamiseks vajame vähemalt kolme draivi, mille andmed on põimitud (kirjutatakse tsükliliselt kõigile massiivi draividele), kuid mitte dubleeritud. Nende korraldamisel tuleks arvesse võtta nende keerukamat struktuuri, kuna siin ilmub selline mõiste nagu "kontrollsumma" (või "paarsus"). See mõiste tähendab loogilist algebralist XOR-funktsiooni (ehk eksklusiivne "OR"), mis määrab massiivi vähemalt kolme draivi kasutamise (maksimaalselt 32). Sel juhul kirjutatakse paarsusteave kõigile massiivi "ketastele".
Nelja Kingstoni DC500R SATA SSD-ketta massiivi jaoks, mille igaühe maht on 3,84 TB, saame 11,52 TB ruumi ja 3,84 kontrollsummade jaoks. Ja kui kombineerite 16 Kingstoni DC1000M U.2 NVMe draivi mahuga 7,68 TB 115,2. taseme RAID-i, saame teada 7,68 TB 5 TB kaotusega. Nagu näete, mida rohkem sõite, seda parem lõpuks. See on ka parem, sest mida rohkem draive on RAID 0-s, seda suurem on üldine kirjutamisjõudlus. Ja lineaarne lugemine jõuab RAID XNUMX tasemele.
RAID 5 kettarühm tagab suure läbilaskevõime (eriti suurte failide puhul) ja koondamise minimaalse toitekaoga. Seda tüüpi massiivikorraldus sobib kõige paremini võrkudele, mis sooritavad korraga palju väikeseid sisend/väljund (I / O) toiminguid. Kuid te ei tohiks seda kasutada ülesannete jaoks, mis nõuavad väikeste või väikeste plokkide jaoks suurt hulka kirjutamistoiminguid.
On veel üks nüanss: kui vähemalt üks NVMe-draividest ebaõnnestub, läheb RAID 5 degradatsioonirežiimi ja mõne teise salvestusseadme rike võib muutuda kõigi andmete jaoks kriitiliseks. Kui massiivi üks draiv ebaõnnestub, kasutab RAID-kontroller puuduvate andmete taasloomiseks paarsusteavet.
RAID 10, mis põhineb Kingstoni SSD-del ja Broadcomi kontrolleritel
Seega pakub RAID 0 meile kahekordset kiirust ja juurdepääsuaega ning RAID 1 tagab töökindluse. Ideaalis oleks need kombineeritud ja siin tuleb appi RAID 10 (või 1 + 0). "Kümme" on kokku pandud neljast SATA SSD- või NVMe-draivist (maksimaalselt 32) ja see tähendab "peeglite" massiivi, milles olevate draivide arv peab alati olema neljakordne. Selle massiivi andmed on kirjutatud, kasutades fikseeritud plokkide jaotust (nagu RAID 0 puhul) ja draivide vahel triibutamist, levitades koopiaid RAID 1 massiivi "draividele". Ja võimalusega pääseda juurde mitmele draivirühmale samal ajal näitab RAID 10 suurt jõudlust.
Kuna RAID 10 on võimeline triibutama andmeid mitme peegeldatud paari vahel, tähendab see, et see talub paaris ühe draivi rikkeid. Kui aga mõlemad peegelpaarid (st kõik neli draivi) ebaõnnestuvad, tekib paratamatu andmete kadu. Tänu sellele saame ka hea veataluvuse ja töökindluse. Kuid pidage meeles, et sarnaselt RAID 1-ga kasutab kümnenda taseme massiiv vaid poole koguvõimsusest ja on seetõttu kallis lahendus. Ja ka keeruline seadistada.
RAID 10 sobib kasutamiseks andmeladudega, mis nõuavad peegeldatud kettarühmade 100% liiasust, aga ka RAID 0 suurenenud I/O jõudlust. See on parim lahendus keskmise suurusega andmebaasidele või mis tahes keskkonnale, mis nõuab suuremat veataluvust. kui RAID 5.
RAID 50, mis põhineb Kingstoni SSD-del ja Broadcomi kontrolleritel
Kombineeritud massiiv, mis sarnaneb 5. taseme RAID-iga, mis on 50. taseme massiiv, mis on ehitatud 5. taseme massiividest. Nagu varemgi, on selle massiivi peamine eesmärk saavutada kahekordne jõudlus, säilitades samal ajal andmete usaldusväärsuse RAID XNUMX massiivides. Samal ajal pakub RAID XNUMX paremat kirjutamisjõudlust ja paremat andmekaitset kui tavaline RAID XNUMX draivi rikke korral ja on ka võimeline kiiremini taastuma ühe draivi rikke korral.
RAID 50 draivirühm jagab andmed väiksemateks plokkideks ja seejärel ribadeks iga RAID 5 massiivi vahel. RAID 5 draivirühm omakorda jagab andmed väiksemateks plokkideks, arvutab paarsuse, sooritab plokkidel loogilise VÕI-toimingu ja seejärel teostab andmeplokkide kirjutamis- ja paarsusoperatsioone iga kettarühma ketta jaoks.
Ja kuigi jõudlus halveneb paratamatult, kui üks draividest ebaõnnestub, pole see nii oluline kui RAID 5 massiivi puhul, kuna üks rike mõjutab ainult ühte massiivi, jättes teise täielikult toimivaks. Tegelikult võib RAID 50 üle elada kuni kaheksa HDD/SSD/NVMe draivi riket, kui iga rikkis "ketas" asub eraldi RAID 5 massiivis.
RAID 50 on kõige parem kasutada rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt töökindlust ja peavad töötlema suurt hulka päringuid, säilitades samal ajal kõrge andmeedastuskiiruse ja madalamad draivikulud kui RAID 10. Kuna aga RAID 50 massiivi seadistamiseks on vaja vähemalt kuut draivi , ei ole kulu kui tegur täielikult välistatud. RAID 50 üks puudus on see, et sarnaselt RAID 5-ga vajab see keerulist kontrollerit: näiteks viimases artiklis Broadcomilt.
Samuti väärib märkimist, et RAID 50 kasutab vähem kettaruumi kui RAID 5, kuna paarsuskirjete hoidmiseks on eraldatud maht. Sellel on siiski rohkem kasutatavat ruumi kui teistel RAID-tasemetel, eriti neil, mis kasutavad peegeldamist. Kuue draivi miinimumnõudega võib RAID 50 olla kulukas valik, kuid lisakettaruum õigustab kulusid ettevõtte andmete kaitsmisega. Seda tüüpi massiivi soovitatakse andmete jaoks, mis nõuavad suurt salvestuskindlust, suurt päringukiirust, suurt edastuskiirust ja suurt salvestusmahtu.
RAID 6 ja RAID 60: me pole ka neid unustanud
Kuna oleme rääkinud viienda ja viiekümnenda taseme massiividest, oleks patt jätta mainimata sellised massiivikorraldused nagu RAID 6 ja RAID 60.
RAID 6 jõudlus on sarnane RAID 5-ga, kuid siin antakse vähemalt kahele draivile paarsus, mis võimaldab massiivi kahe draivi rikke üle elada ilma andmeid kaotamata (RAID 5 puhul on see olukord väga ebasoovitav). Selle tulemuseks on suurem töökindlus. Muidu on kõik sama, mis viienda taseme massiivi puhul: ühe või kahe ketta rikke korral loob RAID-kontroller paarsusplokkide abil kogu puuduva teabe uuesti. Kui kaks draivi ebaõnnestuvad, ei toimu taastamist korraga: esiteks reanimeeritakse esimene draiv, seejärel teine. Seega tehakse kaks andmete taastamise toimingut.
Lihtne on arvata, et kui RAID 50 on 60. taseme massiiv 6. taseme massiividest, siis RAID 50 on 8. taseme massiiv 16. taseme massiividest, millest just rääkisime. See tähendab, et selline RAID-salvestusruumi korraldus võimaldab teil üle elada kahe SSD-ketta kadumise igas RAID XNUMX draivide rühmas. Tööpõhimõte on sarnane sellele, millest me rääkisime RAID XNUMX jaotises, kuid rikete arv, mida XNUMX. taseme massiiv talub kasvu XNUMX-lt XNUMX-le. Tavaliselt kasutatakse selliseid massiive veebipõhiseks klienditeeninduseks, mis nõuab kõrget tõrketaluvust.
Summeerida:
Kuigi peegeldamine tagab suurema veataluvuse kui RAID 50/60, nõuab see ka palju rohkem ruumi. Kuna andmemaht on kahekordistunud, saate tegelikult ainult 50% serverisse installitud draivide kogumahust teabe salvestamiseks ja salvestamiseks. RAID 50/60 ja RAID 10 vahel valimine sõltub suure tõenäosusega saadaolevast eelarvest, serveri võimsusest ja teie andmekaitsevajadustest. Pealegi tuleb SSD-lahendustest (nii ettevõtte- kui ka tarbijaklassist) rääkides esile kulu.
Sama oluline on see, et me teame nüüd kindlalt, et SSD-l põhinev RAID on täiesti turvaline lahendus ja tänapäeva äris tavapärane praktika. Kodukasutuse raames on ka põhjust NVMe-le üle minna, kui eelarved lubavad. Ja kui teil on endiselt küsimus, miks seda kõike vaja on, minge tagasi artikli algusesse - oleme sellele juba üksikasjalikult vastanud.
See artikkel on koostatud meie Broadcomi kolleegide toel, kes pakuvad Kingstoni inseneridele oma kontrollereid katsetamiseks ettevõtteklassi SATA/SAS/NVMe draividega. Tänu sellele sõbralikule sümbioosile ei pea kliendid kahtlema tootmisest pärit HBA- ja RAID-kontrolleritega Kingstoni draivide töökindluses ja stabiilsuses. .
Lisateavet Kingstoni toodete kohta leiate aadressilt ettevõte.
Allikas: www.habr.com