RAID-ideed esitati avalikkusele 1987. aastal. Kuni tänase päevani on need kõige nõutum tehnoloogia andmete kaitsmiseks ja kiireks juurdepääsuks andmetele infotallimise valdkonnas. Kuid IT-tehnoloogia, mis on ületanud 30-aastase piiri, on pigem vanus kui küpsus. Põhjuseks on areng, mis toob alati uusi võimalusi. Ajal, mil teisi salvestusseadmeid peale HDD praktiliselt polnud, võimaldasid RAID-ideed kõige tõhusamalt kasutada olemasolevaid salvestusressursse. Kuid SSD-de tulekuga on olukord radikaalselt muutunud. Praegu on RAID SSD-dega töötades juba nagu „suru”, mis piirab nende jõudlust. Seetõttu, et avada SSD-de täispotentsiaal, on vajalik täiesti erinev lähenemine nende kasutamisele.
Peale HDD ja SSD ilmselgete tööpõhimõtete erinevuste on neil ka veel üks oluline omadus: iga kõvaketas saab üle kirjutada mis tahes andmeid ühe ploki täpsusega (praegu on see enamasti 4KB). SSD-de puhul on aga andmete üle kirjutamise protsess palju keerulisem:
- Muudetud andmed kopeeritakse uude kohta. Samal ajal on granulaarsus sama plokk, kuid see koosneb mitmest lehelt ja selle suurus on 256KB - 4MB. See tähendab, et sama 4KB muutmisel tuleb kopeerida ka kõik naabruses asuvad lehed, mis moodustavad ühe ploki.
- „Vana“ plokid tuleb tähistada kasutamata, et neid saaks hiljem eemaldada prügikoguja (Garbage Collector) poolt.
Järjestikune kirjutamine/ülekirjutamine SSD-l
Järjestikulise kirjutamise/ülekirjutamise korral ei mängi see SSD tööpõhimõtte eripära jõudluses suurt rolli, kuna plokid asuvad lähestikku ja prügikoguja teeb oma tööd taustal hästi. Kuid reaalses elus, eriti ettevõtte segmendis, kasutatakse SSD-de puhul sageli andmetele juhuslikku juurdepääsu. Ja need andmed kirjutatakse suvalistesse kohtadesse salvestites.
Mida rohkem andmeid SSD-le kirjutatakse, seda keerulisem on «prügikoguja» töö, kuna fraktsioon suureneb. Tulemuseks on hetk, mil kõvaketta puhastamise protsess ei ole enam «taustaprotsess»: SSD jõudlus langeb oluliselt, kuna märgatav osa sellest kulub prügikoguja peale.
SSD andmete tegelik paiknemine igapäevasel kasutamisel
Prügikoguja töö mõju kirjutamisrežiimi sõltuvuse illustreerimiseks on võimalik läbi viia kõige lihtsamad testid: järjestikune ja juhuslik kirjutamine 4KB plokkidega 100GB kõvakettale. (Allikas – ettevõte )
Jõudlus järjestikulisel kirjutamisel
Jõudlus juhuslikul kirjutamisel
Nagu testidest nähtub, võib jõudluse langus ulatuda enam kui kahe korra. Ja see on vaid üksik kõvaketas. Kui SSD-d kasutatakse RAID-grupi koosseisus, suureneb ümberkirjutamise operatsioonide arv oluliselt tänu pariteedi tööle.
Üldiselt, tänu nendele SSD-de töö omadustele, eksisteerib nende jaoks selline parameeter nagu kirjutamise amplifikatsioon (write amplification). See on suhe andmemahtu, mis on kõvakettale kirjutatud, ja andmemahtu, mille tegelikult host saatis. Ja kõige populaarses RAID5 puhul on see koefitsient ~3.5.
Lõppkokkuvõttes kasutavad süsteemid, mille alus on klassikaline RAID, SSD-sid ainult ~10% nende tegelikust kiirusest ning jõudlus ei skaleeru hästi, kui kõvakettadest rohkem kui tosin on seotud.
Samuti tasub märkida, et liigsed kirjutamisoperatsioonid mitte ainult ei vähenda SSD jõudlust, vaid ka vähendavad selle kindlasti mitte lõpmatuid ressursse, lühendades seeläbi kõvaketta eluiga.
, mis on AccelStori kõigi toodete süda, on välja töötatud klassikaliste RAID-algoritmide alternatiivina SSD-de kasutamisel. Tehnoloogia uuenduslikkust on tunnustatud erinevate patentide ja auhindadega (sealhulgas Flash Memory Summit 2016-l) ning sõltumatute testide tulemustega (nt SPC1).
Sisu koosneb kõikide kirjutamissoovide, peamiselt random tüüpi, muutmisest plokkide kogumiks, mis on salvestile järjestamise režiimile maksimaalselt sarnane. Tulemuseks toimub SSD-s salvestamine maksimaalselt mugavas režiimis, ning lõppjõudlus ületab mis tahes süsteeme klassikalise RAID-iga.
Kõik SSD-d AccelStori süsteemides jagunevad kaheks sümmeetriliseks grupiks FlexiRemap®. Grupi suurus sõltub mudelist ja see on 5-11 salvestit. Rikkestabiilsuse tagamiseks rakendatakse grupis pariteeti, sarnaselt RAID5-le. Mõlemat rühma kasutatakse koos, moodustades ühise salvestusruumi. Seega on lõppkokkuvõttes rikkestabiilsus sarnane RAID50 massiivi omaga, mis koosneb kahest grupist: süsteem suudab taluda kuni kahe SSD rikke, kuid mitte rohkem kui ühte igas FlexiRemap® grupis.
Kõik saadetud kirjutamisread jagatakse 4KB plokkideks, mis salvestatakse round robin režiimis mõlemasse FlexiRemap® rühma. Sellega samal ajal hoiab süsteem pidevalt arvestust salvestatud plokkide nõudluse üle, püüdes nende muutumisel salvestada sarnaseid plokke maksimaalselt üksteise lähedale. Saame virtuaalse analooge, kui rääkida SAN-i terminoloogiast. Sel juhul hõlbustatakse prügikoguja tööd oluliselt: kasutamata plokid jäävad pidevalt üksteise lähedale.
Oluline on märkida, et erinevalt konkurentide toodetest ei kasuta sisenevate päringute vahemälu funktsionaalsust kontrolleri mälus. Kõik saadetud andmeplokid salvestatakse kohe SSD-le. Host saab kinnituse eduka salvestamise kohta ainult pärast andmete füüsilist paigutamist salvestites. RAM-is hoitakse vaid plokkide paigutustabelit SSD-des, et kiirendada ligipääsu ja määrata, kuhu salvestada järgmine andmeplokk. Loomulikult asuvad nende tabelite koopiad ka ise kantavates. Tulemuseks ei ole AccelStori süsteemide jaoks vajalik mitte mingisugune vahemälu kaitse akudes / kondensaatoris (kuigi on olemas võimalus ühendamiseks UPS-iga –
Selle lähenemise tõttu registrite korraldamisele suudab prügikogumine tõepoolest töötada taustal, avaldamata suurt mõju salvestite kiirusel, mis lõpuks võimaldab süsteemil utiliseerida kuni 90% SSD jõudlusest. Just selles seisneb AccelStori süsteemide kõrged IOPS näitajad All Flash taustal, mille aluseks on RAID algoritmid.
Samuti on FlexiRemap® tehnoloogia oluline omadus märkimisväärne sisemiselt ülekirjete operatsioonide vähendamine SSD-l. AccelStori süsteemide kirjutamisefektiivsus (write amplification) on vaid 1,3, mis tähendab, et SSD-de eluiga võrreldes RAID5-ga pikeneb rohkem kui 2,5 korda!
Tänu süsteemi pidevale kontrollile andmete paigutamise poliitika üle SSD-l, kuluvad kõik salvestid võrdselt. See lähenemine võimaldab prognoosida nende eluiga ja eelnevalt teavitada administraatorit kirjutusressursi lõppemisest.
On selge, et SSD-d võivad töötukseks jääda. Sellisel juhul alustab süsteem koheselt rekonstrueerimist ühe kuuma varudiskiga. Samuti, FlexiRemap® grupp, mis on kehvas seisus, läheb 'ainult lugemiseks' režiimi, ja kõik kirjutussoovid suunatakse teise gruppi. Selline kaitsemehhanism on ette nähtud rekonstrueerimise kiireks toimimiseks ja tõenäosuse vähendamiseks, et sama grupi teine salvesti ka töötuks jääb. Ei ole saladus, et rekonstrueerimise ajal on grupi kõik salvestid suure koormuse all, mille põhjuseks on lugemise, kirjutamise ja kuuma varudiski taastamise operatsioonide vaheline sekkumine. Sellega kaasneb tõenäosus, et veel üks ketas võib ebaõnnestuda. Ja mida rohkem kirjutusoperatsioone, seda pikem on rekonstrueerimise protsess.
Pärast taastamisprotsessi lõpuleviimist ja FlexiRemap® grupi taasnormaalsesse olekusse tagasiviimist tekib väikene ebaühtlus kirjutusressursi osas kahe grupi vahel. Seetõttu tulevikus toimuvad kirjutusoperatsioonid langevad sagedamini taastatud gruppi (loomulikult selliselt, et süsteemi lõppjõudlus ei kahjustuks liigselt).
Suuremate All Flash süsteemide jõudluse suurendamine, mis põhinevad RAID-algoritmidel, ei pruugi saavutada mõningaid väärtusi (~280K IOPS@4K juhuslik kirjutamine), isegi keerukate vahemälu süsteemide kasutamisel. FlexiRemap® tehnoloogia, mis põhineb täiesti uuel lähenemisel salvestusruumi korraldamisele, mitte ainult ei ületada seda barjääri kergesti, vaid suurendab ka SSD eluea mitu korda. Nii et süsteemid on mitmetes valdkondades (IOPS/$, GB/$, TCO, ROI) tõsiseid eeliseid All Flash klastrite seas, muutes need ideaalseks valikuks klientide andmekeskustes ressursimahukate ülesannete lahendamiseks.
Allikas: habr.com
