Jagame kogemust, kuidas SSD-d RAID-is oma välimust näitavad ja milline massiivi tase on kasulikum.

V eelnevas materjalis oleme juba arutanud küsimust, kas “RAID on SSD-l rakendatav” Kingston'i mäluseadmete näitel, kuid tegime seda ainult nulltasemel. Käesolevas artiklis vaatame lähemalt professionaalsete ja koduste NVMe lahenduste kasutamise võimalusi kõige populaarsemates RAID-massiivides ning räägime kontrollerite ühilduvusest Broadcom Kingston'i mäluseadmetega.

Milleks on SSD-l RAID vajalik?

SSD-põhiste salvestusmassiivide eelised võrreldes kõvakettaga salvestusmassiividega hõlmavad andmete ligipääsu aja vähenemist mäluseadmest ning suurepärast jõudlust lugemis-/kirjutamisoperatsioonide käigus. Kuid SSD-põhise RAID-i ideaalne jõudlus nõuab optimaalset kombinatsiooni protsessorist, vahemälust, tarkvarast ja riistvarast. Kui kõik need tegurid töötavad koos ideaalselt, võib SSD RAID-massiiv märkimisväärselt ületada võrdse konfiguratsiooni, milles kasutatakse traditsioonilisi HDD-sid.

Tüüpiline SSD tarbib vähem energiat kui kõvakettad, mistõttu suures hulgas tahkete mäluseadmete ühendamine RAID-massiiviks võib energiakulude kokkuhoiule kaasa tuua ka kokkuhoidu ettevõtte elektriarvetel võrreldes HDD RAID-massiiviga.

Siiski on SSD RAID-il piiranguid ja puudusi: eelkõige kõrgem hind gigabaidi kohta võrreldes samas mahus kõvakettadega. Ja flash-mälu tööea aeg on piiratud teatud kirjutustsüklite arvuga. See tähendab, et SSD-seadmetel on kindel eluiga, mis sõltub kasutamisest: mida aktiivsemalt teavet sellele kirjutatakse, seda kiiremini seade rikneb. Teisest küljest on ettevõtte tahkete mäluseadmete eluiga piisavalt pikk, et see oleks võrreldav mehaaniliste kõvaketaste omaga.

Kuidas SSD Kingston elavad RAID-režiimis Broadcomi kontrolleritega

SSD-ideede ilmumise alguses sisaldasid RAID-struktuurid palju nüansse. Sealhulgas tulenevalt vähem usaldusväärsete HDD-diskide kasutamisest. Tahkete kõvaketaste usaldusväärsus on magnetketastega võrreldes oluliselt suurem. Nagu me teame, puuduvad SSD-lahendustes liikuvad osad, seega on mehaanilised kahjustused minimaalseteks. Tahkete kõvaketaste rike pingetõusude tõttu on samuti vähetõenäoline, arvestades, et kodu PC-s ja igas serveris kaitsevad teid UPS-id, võrgufiltrid ja isegi toiteplokid.

Samuti on tahkete kõvaketaste puhul veel üks suur eelis: isegi kui mälurakke kulutatakse kirjutamise jaoks – andmete lugemine neist on endiselt võimalik, kuid magnetketta kahjustumise korral – kahjuks mitte.

Tänapäeval on SSD-lahenduste kasutamine erinevatel RAID-tasemetel täiesti normaalne praktika. Peamine on valida õiged tahkfdiskid, mille latentsus on minimaalne. Ideaalis tuleks kasutada SSD-sid, mis on ühe ja sama tootja ja mudeliga, et vältida koostisosade segunemist, mis toetavad erinevaid koormusi ja on valmistatud erinevatest mälutüüpide, kontrollerite ja muude tehnoloogiate põhjal. See tähendab, et kui me otsustame soetada RAID-kogumi jaoks neli või 16 NVMe SSD-d ettevõttelt Kingston, siis on parem, kui kõik need kuuluvad ühte seeriasse ja mudeliritta.

Muide, kaustas eelmisel artiklil Me ei toonud asjata näitena Broadcomi kontrollerit, kui rääkisime Kingstonis NVMe SSD-dest. Asi on selles, et nende seadmete manuaalides on kohe kirjas ühilduvad mälupulgad (sealhulgas lahendused eelmainitud Ameerika SSD-tootjalt), millega kontroller töötab probleemideta. Sellele teabele tuleks tugineda, kui valida „kontroller-SSD“ kombinatsioon RAID-ile.

Analüüsime Kingston SSD-de tööd kõige populaarsemates RAID-tüüpidest - “1”, “5”, “10”, “50”

Seega, RAID "null" tase ei paku andmete võrreldavust, vaid ainult jõudluse suurendamist. RAID 0 ei paku mingit andmekaitset, seetõttu ei pea me seda ettevõtete segmentis arvesse. RAID 1, teiselt poolt, tagab täieliku andmete üleliiguse, kuid vaid tagasihoidliku jõudluse kasvu, mistõttu tuleks seda kaaluda juhul, kui jõudluse tõus ei ole RAID-massiivi loomisel SSD-de hulgast peamine tegur.

RAID 1 Kingston SSD-de ja Broadcomi kontrollerite baasil

Seega, RAID 1 massiiv Broadcom MegaRAID 9460-16i kontrolleri baasil ühendab kaks kuni 32 Kingstoni draivi, mis on omavahel koopiad, pakkudes täielikku üleliigust. Kui traditsiooniliste HDD-de kasutamisel jäi andmete lugemise ja kirjutamise kiirus SDRD tasemele, siis NVMe SSD-lahenduste kasutamisel saavutame kümnekordse jõudluse kasvu. Eriti andmete ligipääsu osas. Näiteks kahel Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD-l RAID 1 serveris saame 350 000 IOPS juhuslike andmete lugemisel ja 75 000 IOPS kirjutamisel.

Järjestelmäkonfiguraatiossa lukunopeuden tulokset vastaavat tallennuslaitteen erityispiirteitä — 3200 MB/s. Kuitenkin, koska molemmat NVMe SSD:t ovat toiminnassa, tietoja voidaan lukea niistä samanaikaisesti, mikä tekee lukutoiminnoista melko nopeita. Kirjoitusnopeus (joka on ilmoitettu 2000 MB/s) on kuitenkin hitaampi, koska jokainen kirjoitusoperaatio suoritetaan kahdesti.

RAID 1 -järjestelmä sopii täydellisesti pienille tietokannoille tai muille ympäristöille, joissa tarvitaan vikasietoisuutta, mutta pieniä tallennuskapasiteetteja. Levyjen peilaus on erityisen hyödyllistä hätätilanteiden palautuksissa (suorituskyky heikkenee hieman), koska se tarjoaa välittömän „elvytyksen” tärkeille tiedoille, jos jokin levy järjestelmässä epäonnistuu. Koska tämä suojataso vaatii kuitenkin tallennuskapasiteetin kaksinkertaistamista peilattujen tietojen tallentamista varten (esimerkiksi 100 TB:n tallentamiseen tarvitaan 200 TB:n tilaa), monissa yritysjärjestelmissä käytetään taloudellisempia tallennusvaihtoehtoja: RAID 5 ja RAID 6.

SSD Kingstoniin perustuva RAID 5 ja Broadcom-ohjaimet

RAID 5 kujundamiseks on meil vaja vähemalt kolme salvestusseadet, kus andmed vahelduvad (tsükliliselt kirjutatakse kõikide seadmete vahel), kuid ei dubleeru. Nende seadmete ülesehitamisel tuleb arvesse võtta nende keerukamat struktuuri, kuna siinkohal tuleb sisse mõisted nagu "kontrollsummad" (või "paaritus"). Selle all mõistetakse loogilist algebralist funktsiooni XOR (välistav "Või"), mis ka dikteerib, et RAID 5-s peab olema vähemalt kolm salvestusseadet (kuni 32). Samuti kirjutatakse teave paarituse kohta kõikidesse „ketastesse“ RAID-is.

Nelja Kingston DC500R SATA SSD-salvestusseadmest, igaühe mahuga 3,84 Tbyte, saame kokku 11,52 Tbyte ruumi ja 3,84 Tbyte kontrollsummade jaoks. Ja kui ühendada 16 Kingston DC1000M U.2 NVMe salvestusseadet, igaühe mahuga 7,68 Tbyte, RAID 5-s, saame kokku 115,2 Tbyte, kaotades 7,68 Tbyte. Nagu näete, mida rohkem salvestusseadmeid, seda parem on lõppkokkuvõttes. Veel parem on ka see, et mida rohkem salvestusseadmeid on RAID 5-s, seda kõrgem on kirjutamise korral kogutootlikkus. Read kirjutamise ajal saavutab aga RAID 0 taseme.

RAID 5 ketasüsteem tagab kõrge läbilaskevõime (eriti suurte failide jaoks) ja üleliigse kaitse minimaalsete jõudluskadudega. See ketassüsteem sobib kõige paremini võrkudele, kus toimub palju väikeseid I/O-operatsioone samaaegselt. Kuid selle kasutamine ülesannete jaoks, mis nõuavad suures koguses väikeste või lühikeste plokkide kirjutamist, ei ole soovitatav.
On veel üks nüanss: kui üks NVMe-mäluseade ebaõnnestub, siis RAID 5 läheb degradatsioonirežiimi ning veel ühe salvestusseadme rike võib osutuda kriitiliseks kõigi andmete jaoks. Kui RAID-massiivis ebaõnnestub üks kett, kasutab RAID-kontroller pariteetinfot, et taastada kõik puuduvad andmed.

SSD Kingston ja Broadcomi kontrollerite põhjal RAID 10

Seega, RAID 0 pakub meile kahekordset kiirus- ja juurdepääsuaega, samas kui RAID 1 tagab usaldusväärsuse. Ideaalis oleks need kaks kombineerida, ja siin tuleb appi RAID 10 (või 1+0). "Kümnes" koosneb neljast SATA SSD või NVMe mälust (maksimaalselt 32) ja see hõlmab "peeglite" massiivi, milles peavad kettad olema alati neljaga jagatavad. Andmed tekib selles massiivis fikseeritud plokkide kaupa (nagu RAID 0 puhul) ja vahelduvad kettaste vahel, jaotades koopiad massiivi RAID 1 "kettale". Tänu sellele, et mitu ketta grupi juurde on võimalik korraga juurde pääseda, näitab RAID 10 kõrget jõudlust.

Kuna RAID 10 suudab jaotada andmeid mitme peegelpaaride vahel, tähendab see, et see võib lubada ühe ketta rikke antud paaris. Siiski, kui mõlemad peegelpaarid (st kõik neli ketast) ebaõnnestuvad, toimub paratamatu andmete kadu. Lõppkokkuvõttes saame ka hea tõrkeotsingu ja usaldusväärsuse. Kuid tuleb arvestada, et nagu RAID 1, kasutab ka kümnenda taseme massiiv ainult poole kogu mahust, mistõttu on tegemist kuluka lahendusega. Veelgi enam, selle seadistamine on keeruline.

RAID 10 sobib kasutamiseks andmesalvestites, mis nõuavad 100% üleliigset peegeldavate ketaste rühma, samuti kõrgemat RAID 0 sisendi-väljundi jõudlust. See on parim lahendus keskmise suurusega andmebaaside jaoks või mis tahes keskkonnas, mis nõuab kõrgemat tõrkeotsingut kui RAID 5.

RAID 50 Kingston SSD-de ja Broadcomi kontrollerite põhjal

Kombineeritud massiiv, mis on sarnane RAID 10 tasemele, koosneb nulltaseme massiividest, mis on loodud viiendate taseme massiividest. Nagu eelnevalt, on selle massiivi põhieesmärk saavutada kahekordne jõudlus, säilitades samas andmete usaldusväärsuse RAID 5 massiivides. Lisaks pakub RAID 50 paremat kirjutamiskiirust ja andmete kaitset võrreldes standardse RAID 5-ga ketta rikke korral ning suudab kiiremini taastuda ühe ketta tõrke korral.

RAID 50 ketaste rühm jagab andmed väiksemateks plokkideks ja seejärel jaotab need igasse RAID 5 massiivi. RAID 5 ketaste rühm omakorda jagab andmed samuti väiksemateks plokkideks, arvutab pariteedi, teostab loogilise OR operatsiooni plokkide vahel ning seejärel sooritab andmeplokkide ja pariteedi kontrollimise kirjutamisoperatsioonid iga ketta puhul ketaste grupis.

Kuigi ühe salvesti rikke korral jõudlus kindlasti langeb, ei ole see nii ulatuslik kui RAID 5 massiivis, kuna üks rike mõjutab ainult ühte RAID massiivi, jättes teise täiesti toimivaks. Tegelikult suudab RAID 50 taluda kuni kaheksat HDD/SSD/NVMe salvesti riket, kui iga rikutud "ketas" asub eraldi RAID 5 massiivis.

RAID 50 sobib kõige paremini rakendustele, mis vajavad kõrget usaldusväärsust ja peavad töötlema suurt hulka päringuid, säilitades samas kõrge andmeedastuskiirus ja madalama salvestite hinna kui RAID 10 massiivis. Siiski, kuna RAID 50 seadistamiseks on vajalik vähemalt kuus salvestit, ei saa hind täielikult välja jätta. RAID 50 puuduseks on see, et nagu RAID 5-l, vajab see keerulist kontrollerit: näiteks millest me räägime eelmises artiklis MegaRAID 9460-16i Broadcomilt.

Tasub märkida, et RAID 50 kasutab vähem kettaruumi kui RAID 5, kuna sellel on pariteedi kontrolli salvestamiseks eraldatud ruum. Sellegipoolest on tal endiselt rohkem kasulikku ruumi kui teistel RAID tasemetel, eriti neil, mis kasutavad peegeldust. Kuue ketta minimaalne nõue teeb RAID 50 kalliks valikuks, kuid lisanduv kettaruum õigustab kulutusi, kaitstes ettevõtte andmeid. Seda tüüpi mahu soovitatakse kasutada andmete puhul, mis nõuavad kõrget salvestuskindlust, sage päringute sagedust, kõrget edastuskiirus ja suurt mahtu mahutamiseks.

RAID 6 ja RAID 60: neist me samuti ei unustanud

Kuna rääkisime viienda ja viiekümnenda taseme massiividest, on patt mainimata jätta ka RAID 6 ja RAID 60.

RAID 6 jõudlus on sarnane RAID 5-le, kuid siin on vähemalt kaks kõvaketast eraldatud pariteedi kontrollimiseks, mis võimaldab maatriksil taluda kahe kõvaketta ebaõnnestumist ilma andmete kaota. (RAID 5 puhul on selline olukord äärmiselt ebasoovitav). See tagab suurema usaldusväärsuse. Muude omaduste osas on kõik nagu viiendat taset maatriksis: ühe või kahe ketta rikke korral kasutab RAID kontroller pariteediblokke kogu puuduva teabe taastamiseks. Kui kaks kõvaketast ebaõnnestuvad, ei toimu taastamine samal ajal: esmalt aktiveeritakse esimene ketas, seejärel teine. Seega teostatakse kaks andmete taastamise operatsiooni.

Ei ole raske mõista, et kui RAID 50 on nulltaseme massiiv viienda taseme massiividest, siis RAID 60 on nulltaseme massiiv kuuenda taseme massiividest, millest me just rääkisime. See tähendab, et selline RAID-pansüstemi korraldus võimaldab taluda kahte SSD-d igas RAID 6 salvestusseadmest grupos kaotust. Tööprincip on sarnane sellele, millest rääkisime RAID 50 jaos, kuid kuuenda taseme massiivi taluvate rikeide arv kasvab 8-lt 16-le salvestusseadmest. Tüüpiliselt kasutatakse selliseid massiive klientide online-teenindamiseks, mis nõuab kõrget rikke taluvust.

Kokkuvõtteks:

Kuigi peegeldamine pakub suuremat tõrgetaluvust kui RAID 50/60, nõuab see ka palju rohkem ruumi. Kuna andmete arv kahekordistub, saate tegelikult vaid 50% serverisse paigaldatud ketaste kogumahtuvusest teabe salvestamiseks. Valik RAID 50/60 ja RAID 10 vahel sõltub tõenäoliselt olemasolevatest eelarvetest, serveri mahutavusest ja teie andmekaitse vajadustest. Eelarve on eriti oluline, kui räägime SSD-lahendustest (nii ettevõtte kui ka tarbijaklassi).

Samuti on oluline, et nüüd teame kindlalt – SSD-põhine RAID on täiesti ohutu lahendus ja tavaline praktika kaasaegses ettevõtluses. Ka koduhüvitiste puhul on mõtet minna üle NVMe-le, kui eelarve lubab. Ja kui teil on endiselt küsimus, miks see kõik vajalik on, siis naaske artikli algusesse – oleme sellele juba põhjalikult vastanud.

See artikkel on koostatud koostöös meie kolleegidega Broadcom-ist, kes pakuvad oma kontrollerid Kingston-i inseneridele testimiseks ettevõtte klassi SATA/SAS/NVMe salvestusseadmete puhul. Tänu sellele sõbralikule sümbioosile ei pea klientidele muretsema Kingston-i salvestusseadmete usaldusväaruse ja stabiilsuse pärast HBA- ja RAID-kontrollerite puhul. Broadcom.

Lisa teavet Kingston'i toodete kohta leiate ametlikul kodulehel ettevõttest.

Allikas: habr.com