ما تجربه خود را در مورد نحوه عملکرد SSD در چارچوب RAID و اینکه کدام سطح آرایه سودآورتر است به اشتراک می گذاریم

В مطالب گذشته ما قبلاً با استفاده از مثال درایوهای Kingston سؤال "آیا می توانیم از RAID در SSD استفاده کنیم" را در نظر گرفته ایم، اما ما این کار را فقط در سطح صفر انجام دادیم. در این مقاله گزینه های استفاده از راه حل های حرفه ای و خانگی NVMe در محبوب ترین انواع آرایه های RAID را تحلیل خواهیم کرد و در مورد سازگاری کنترلر صحبت خواهیم کرد. Broadcom با درایوهای کینگستون

چرا به RAID روی SSD نیاز دارید؟

مزایای آرایه های ذخیره سازی مبتنی بر SSD نسبت به آرایه های ذخیره سازی HDD شامل کاهش زمان دسترسی به درایو و عملکرد خواندن/نوشتن برتر است. با این حال، عملکرد ایده‌آل RAID مبتنی بر SSD به ترکیب بهینه پردازنده، کش، نرم‌افزار و سخت‌افزار نیاز دارد. وقتی همه این عوامل به طور کامل با هم کار می کنند، یک آرایه RAID SSD می تواند به طور قابل توجهی از پیکربندی قابل مقایسه با استفاده از هارد دیسک های سنتی بهتر عمل کند.

یک SSD معمولی انرژی کمتری نسبت به HDD ها مصرف می کند، بنابراین وقتی تعداد زیادی SSD را در یک آرایه RAID ترکیب می کنید، صرفه جویی در مصرف انرژی در مقایسه با HDD RAID ممکن است منجر به هزینه های کمتری در قبض انرژی شرکت شود.

با این حال، SSD RAID دارای محدودیت ها و معایبی است، از جمله قیمت بالاتر به ازای هر گیگابایت فضا در مقایسه با هارد دیسک های با ظرفیت مشابه. و زمان بین خرابی حافظه فلش به تعداد مشخصی از چرخه های بازنویسی محدود می شود. یعنی درایوهای SSD عمر مفید خاصی دارند که بستگی به استفاده دارد: هرچه اطلاعات روی آن به طور فعالتر بازنویسی شود، درایو سریعتر از کار می افتد. از سوی دیگر، SSD های سازمانی طول عمر مناسبی دارند که با هارد دیسک های مکانیکی قابل مقایسه است.

نحوه زندگی SSD های کینگستون در حالت RAID با کنترلرهای Broadcom

در آغاز ظهور درایوهای SSD، طراحی های RAID مملو از تفاوت های ظریف بود. از جمله به دلیل استفاده از هارد دیسک هایی که تحمل عیب کمتری دارند. درایوهای حالت جامد بسیار قابل اعتمادتر از همتایان مبتنی بر دیسک مغناطیسی خود هستند. همانطور که می دانیم، راه حل های SSD فاقد عناصر متحرک هستند، بنابراین آسیب های مکانیکی به صفر می رسد. از کار افتادن درایوهای حالت جامد به دلیل نوسانات برق نیز بعید است، با توجه به اینکه در سطح یک رایانه شخصی خانگی و هر سروری توسط یو پی اس ها، محافظ های برق و حتی منبع تغذیه محافظت می شوید.

در عین حال، درایوهای حالت جامد یک مزیت قابل توجه دیگر نیز دارند: حتی اگر سلول های حافظه در اثر نوشتن فرسوده شوند، باز هم می توان داده ها را از آنها خواند، اما اگر دیسک مغناطیسی آسیب دیده باشد، افسوس.

امروزه استفاده از راه‌حل‌های SSD در آرایه‌های RAID در سطوح مختلف عملی کاملاً عادی است. نکته اصلی این است که SSD های مناسبی را انتخاب کنید که تاخیر آنها حداقل است. همچنین استفاده از SSD از همان سازنده و همان مدل ایده‌آل است، به طوری که در نهایت با انبوهی از درایوها مواجه نشوید که انواع مختلفی از بارها را پشتیبانی می‌کنند و بر روی انواع مختلف حافظه، کنترل‌کننده‌ها و فناوری‌های دیگر ساخته شده‌اند. یعنی اگر تصمیم می‌گرفتیم چهار یا 16 حافظه SSD NVMe از کینگستون بخریم تا آرایه RAID ایجاد کنیم، بهتر است همه آنها از یک سری و مدل مشابه باشند.

به هر حال، در آخرین مقاله وقتی در مورد SSD های NVMe از کینگستون صحبت کردیم، بی دلیل نبود که کنترلرهای Broadcom را به عنوان مثال ذکر کردیم. واقعیت این است که کتابچه های راهنمای این دستگاه ها بلافاصله درایوهای سازگار (از جمله راه حل های سازنده SSD آمریکایی فوق) را مشخص می کنند که کنترل کننده با آنها بی عیب و نقص کار می کند. هنگام انتخاب ترکیب کنترلر-SSD برای RAID باید به این اطلاعات تکیه کنید.

ما عملکرد SSD های کینگستون را در محبوب ترین انواع RAID - "1"، "5"، "10"، "50" تجزیه و تحلیل می کنیم.

بنابراین، سطح RAID "صفر" افزونگی داده را فراهم نمی کند، بلکه فقط عملکرد را افزایش می دهد. RAID 0 به هیچ وجه محافظت از داده ها را ارائه نمی دهد، بنابراین ما آن را در بخش شرکتی در نظر نخواهیم گرفت. از سوی دیگر، RAID 1 افزونگی کامل را فراهم می‌کند، اما تنها دستاوردهای عملکردی کمی دارد، و بنابراین اگر بهبود عملکرد در هنگام ایجاد یک آرایه RAID از SSD توجه اولیه نباشد، باید در نظر گرفته شود.

RAID 1 بر اساس کنترلرهای Kingston SSD و Broadcom

بنابراین، آرایه RAID سطح اول مبتنی بر کنترلر Broadcom MegaRAID 9460-16i از دو تا 32 درایو کینگستون که کپی‌هایی از یکدیگر هستند، ترکیب می‌کند و افزونگی کامل را فراهم می‌کند. اگر هنگام استفاده از HDD های سنتی، سرعت نوشتن و خواندن داده ها در همان سطح خود HDD باقی می ماند، در این صورت با استفاده از راه حل های NVMe SSD عملکرد ده برابری افزایش می یابد. به خصوص از نظر زمان دسترسی به داده ها. به عنوان مثال، با دو SSD Kingston DC1000M U.2 NVMe در سرور RAID 1، 350 IOPS هنگام خواندن داده های تصادفی و 000 IOPS هنگام نوشتن دریافت می کنیم.

از نظر سرعت خواندن متوالی، نتایج با ویژگی های درایو - 3200 مگابایت بر ثانیه مطابقت دارد. اما از آنجایی که هر دو SSD NVMe در حالت کار هستند، می توان داده ها را به طور همزمان از آنها خواند و عملیات خواندن را بسیار سریع می کند. اما سرعت نوشتن (که ادعا می شود 2000 مگابایت بر ثانیه است) کندتر خواهد بود زیرا هر عملیات نوشتن دو بار انجام می شود.

RAID 1 برای پایگاه داده های کوچک یا هر محیط دیگری که به تحمل خطا اما ظرفیت کمی نیاز دارد ایده آل است. انعکاس درایو مخصوصاً در سناریوهای بازیابی فاجعه (با جریمه عملکرد جزئی) مفید است، زیرا در صورت خرابی یکی از درایوهای آرایه، "تجدید مجدد" فوری داده های مهم را فراهم می کند. اما از آنجایی که این سطح حفاظت به دو برابر ظرفیت ذخیره سازی کپی آینه ای داده ها نیاز دارد (100 ترابایت ذخیره سازی به 200 ترابایت فضا نیاز دارد)، بسیاری از سیستم های سازمانی از گزینه های ذخیره سازی مقرون به صرفه تری استفاده می کنند: RAID 5 و RAID 6.

RAID 5 بر اساس کنترلرهای Kingston SSD و Broadcom

برای سازماندهی یک آرایه RAID سطح 32، حداقل به سه درایو نیاز داریم که داده‌های آن‌ها به صورت چرخه‌ای روی همه درایوهای آرایه نوشته می‌شوند، اما تکراری نیستند. هنگام سازماندهی آنها، باید ساختار پیچیده تر آنها را در نظر گرفت، زیرا در اینجا مفهوم "checksum" (یا "برابر") ظاهر می شود. این مفهوم به معنای تابع منطقی جبری XOR (همچنین انحصاری "OR") است که استفاده از حداقل سه درایو در آرایه را دیکته می کند (حداکثر XNUMX). در این مورد، اطلاعات برابری در تمام «دیسک‌ها» در آرایه نوشته می‌شود.

برای آرایه‌ای از چهار درایو Kingston DC500R SATA SSD با ظرفیت هر کدام 3,84 ترابایت، 11,52 ترابایت فضا و 3,84 برای چک‌سام‌ها دریافت می‌کنیم. و اگر 16 درایو Kingston DC1000M U.2 NVMe با ظرفیت 7,68 ترابایت را در RAID سطح 115,2 ترکیب کنیم، 7,68 ترابایت با 5 ترابایت از دست دادن به دست خواهیم آورد. همانطور که می بینید، درایوهای بیشتر، در نهایت بهتر است. همچنین بهتر است زیرا هرچه تعداد درایوها در RAID 0 بیشتر باشد، عملکرد کلی برای عملیات نوشتن بالاتر است. و خواندن خطی به سطح RAID XNUMX می رسد.

یک گروه دیسک RAID 5 توان عملیاتی بالا (مخصوصاً برای فایل‌های بزرگ) و افزونگی را با حداقل اتلاف انرژی فراهم می‌کند. این نوع سازماندهی آرایه برای شبکه هایی مناسب است که بسیاری از عملیات ورودی/خروجی کوچک (I/O) را به طور همزمان انجام می دهند. اما شما نباید از آن برای کارهایی استفاده کنید که به تعداد زیادی عملیات نوشتن در بلوک های کوچک یا کوچک نیاز دارند.
یک نکته ظریف دیگر وجود دارد: اگر حداقل یکی از درایوهای NVMe از کار بیفتد، RAID 5 به حالت تخریب می رود و خرابی یک دستگاه ذخیره سازی دیگر می تواند برای همه داده ها حیاتی باشد. اگر یکی از درایوها در آرایه خراب شود، کنترلر RAID از اطلاعات برابری برای ایجاد مجدد تمام داده های از دست رفته استفاده می کند.

RAID 10 بر اساس کنترلرهای Kingston SSD و Broadcom

بنابراین، RAID 0 افزایش دو برابری در سرعت و زمان دسترسی به ما می دهد و RAID 1 قابلیت اطمینان را فراهم می کند. در حالت ایده‌آل، آن‌ها با هم ترکیب می‌شوند، و اینجاست که RAID 10 (یا 1+0) به کمک می‌آید. "ده" از چهار درایو SATA SSD یا NVMe مونتاژ شده است (حداکثر 32) و دلالت بر آرایه ای از "آینه ها" دارد که تعداد درایوهایی که در آنها همیشه باید مضربی از چهار باشد. داده ها در این آرایه با پارتیشن بندی به بلوک های ثابت (مانند مورد RAID 0) و نوار بین درایوها، توزیع کپی ها بین "درایوهای" آرایه RAID 1 نوشته می شود. و به لطف توانایی دسترسی همزمان به چندین گروه از دیسک ها ، RAID 10 عملکرد بالایی را نشان می دهد.

از آنجایی که RAID 10 قادر است داده ها را بین چندین جفت آینه ای توزیع کند، به این معنی است که می تواند خرابی یک درایو در جفت را تحمل کند. با این حال، اگر هر دو جفت آینه (یعنی هر چهار درایو) از کار بیفتند، ناگزیر از دست دادن اطلاعات رخ می دهد. در نتیجه، تحمل خطا و قابلیت اطمینان خوبی نیز دریافت می کنیم. اما شایان ذکر است که مانند RAID 1، آرایه سطح دهم تنها از نیمی از ظرفیت کل استفاده می کند و بنابراین راه حل گران قیمتی است. و همچنین راه اندازی آن دشوار است.

RAID 10 برای استفاده با ذخیره‌گاه‌های داده‌ای که به 100 درصد افزونگی گروه‌های دیسک آینه‌ای نیاز دارند و همچنین عملکرد ورودی/خروجی بهبود یافته RAID 0 مناسب است. این بهترین راه‌حل برای پایگاه‌های داده با اندازه متوسط ​​یا هر محیطی است که به تحمل خطای بیشتری نیاز دارد. نسبت به RAID 5

RAID 50 بر اساس کنترلرهای Kingston SSD و Broadcom

یک آرایه ترکیبی مشابه RAID سطح دهم که یک آرایه سطح صفر است که از آرایه های سطح پنج ایجاد شده است. مانند قبل، هدف اصلی این آرایه دستیابی به کارایی دو برابری با حفظ قابلیت اطمینان داده ها در آرایه های RAID 5 است، اما RAID 50 عملکرد نوشتن بیشتر و حفاظت بهتر از داده ها را نسبت به RAID 5 استاندارد در صورت خرابی دیسک فراهم می کند و همچنین قابلیت بازیابی سریعتر در صورت خرابی یکی از درایوها.

یک گروه دیسک RAID 50 داده ها را به بلوک های کوچکتر تقسیم می کند و سپس آنها را در هر آرایه RAID 5 توزیع می کند. یک گروه دیسک RAID 5 نیز به نوبه خود داده ها را به بلوک های کوچکتر می شکند، برابری را محاسبه می کند، عملیات OR منطقی را روی بلوک ها انجام می دهد. ، و سپس عملیات نوشتن بلوک داده و برابری را روی هر دیسک در گروه دیسک انجام می دهد.

در حالی که در صورت از کار افتادن یکی از درایوها، عملکرد ناگزیر آسیب می‌بیند، اما این به اندازه آرایه RAID 5 مهم نیست، زیرا یک خرابی تنها بر یکی از آرایه‌ها تأثیر می‌گذارد و دیگری کاملاً کاربردی است. در واقع، RAID 50 می تواند تا 5 خرابی درایو HDD/SSD/NVMe را تحمل کند اگر هر "درایو" ناموفق در یک آرایه RAID XNUMX جداگانه باشد.

RAID 50 به بهترین وجه برای برنامه هایی استفاده می شود که نیاز به قابلیت اطمینان بالایی دارند و باید تعداد زیادی از درخواست ها را با حفظ نرخ انتقال داده بالا و هزینه های درایو کمتر نسبت به RAID 10 انجام دهد. به عنوان یک عامل کاملاً منتفی نیست. یکی از معایب RAID 50 این است که مانند RAID 50 به یک کنترلر پیچیده نیاز دارد: ذکر شده توسط ما در آخرین مقاله MegaRAID 9460-16i از Broadcom

همچنین شایان ذکر است که RAID 50 فضای دیسک قابل استفاده کمتری نسبت به RAID 5 دارد به دلیل تخصیص ظرفیت برای حاوی رکوردهای برابری. با این حال، هنوز فضای قابل استفاده بیشتری نسبت به سایر سطوح RAID دارد، به خصوص سطوحی که از آینه کاری استفاده می کنند. با حداقل نیاز به شش درایو، RAID 50 می تواند گزینه گران قیمتی باشد، اما فضای دیسک اضافی با محافظت از داده های شرکت ارزش هزینه را دارد. این نوع آرایه برای داده هایی که نیاز به قابلیت اطمینان ذخیره سازی بالا، نرخ پرس و جو بالا، نرخ انتقال بالا و ظرفیت ذخیره سازی زیاد دارند توصیه می شود.

RAID 6 و RAID 60: ما آنها را نیز فراموش نکرده ایم

از آنجایی که قبلاً در مورد آرایه‌های سطوح پنجم و پنجاهم صحبت کرده‌ایم، شرم آور است که به انواع سازماندهی آرایه مانند RAID 6 و RAID 60 اشاره نکنیم.

عملکرد RAID 6 مشابه RAID 5 است، اما در اینجا حداقل دو درایو تحت کنترل برابری قرار دارند، که به آرایه اجازه می دهد تا از شکست دو درایو بدون از دست دادن داده ها جان سالم به در ببرد (در RAID 5 این وضعیت بسیار نامطلوب است). این قابلیت اطمینان بالاتر را تضمین می کند. در غیر این صورت، همه چیز مانند آرایه سطح XNUMX است: اگر یک یا دو دیسک از کار بیفتد، کنترلر RAID از بلوک های برابری برای ایجاد مجدد تمام اطلاعات از دست رفته استفاده می کند. اگر دو درایو از کار بیفتند، بازیابی به طور همزمان اتفاق نمی افتد: اول درایو بازیابی می شود، سپس دومی. بنابراین، دو عملیات بازیابی اطلاعات انجام می شود.

حدس زدن اینکه اگر RAID 50 یک آرایه سطح صفر از آرایه های سطح پنج باشد، سخت نیست، پس RAID 60 یک آرایه سطح صفر از آرایه های سطح شش است که ما در مورد آن صحبت کردیم. یعنی چنین سازماندهی ذخیره سازی RAID به شما امکان می دهد تا از دست دادن دو SSD در هر گروه از درایوهای RAID 6 جان سالم به در ببرید. اصل عملکرد مشابه چیزی است که در بخش RAID 50 در مورد آن صحبت کردیم، اما تعداد خرابی هایی که یک آرایه سطح شصت می تواند افزایش از 8 به 16 درایو را تحمل کند. به طور معمول، چنین آرایه‌هایی برای خدمات آنلاین به مشتریان استفاده می‌شوند که مستلزم تحمل خطا بالا است.

جمع بندی:

در حالی که Mirroring تحمل خطای بیشتری نسبت به RAID 50/60 ایجاد می کند، همچنین به فضای بسیار بیشتری نیاز دارد. از آنجایی که حجم داده ها دو برابر می شود، در واقع تنها 50 درصد از ظرفیت کل درایوهای نصب شده در سرور برای ضبط و ذخیره اطلاعات را دریافت می کنید. انتخاب بین RAID 50/60 و RAID 10 احتمالاً به بودجه در دسترس، ظرفیت سرور و نیازهای حفاظت از داده شما بستگی دارد. علاوه بر این، وقتی در مورد راه‌حل‌های SSD (چه شرکتی و چه در کلاس مصرف‌کننده) صحبت می‌کنیم، هزینه بیشتر می‌شود.

به همان اندازه مهم است که اکنون ما با اطمینان می دانیم که RAID مبتنی بر SSD یک راه حل کاملاً ایمن و تمرین عادی برای تجارت مدرن است. برای استفاده خانگی، اگر بودجه اجازه می دهد، دلیلی برای تغییر به NVMe وجود دارد. و اگر هنوز سؤالی در مورد اینکه چرا همه اینها مورد نیاز است دارید، به ابتدای مقاله بازگردید - ما قبلاً به طور مفصل به آن پاسخ داده ایم.

این مقاله با حمایت همکاران ما در Broadcom تهیه شده است که کنترلرهای خود را برای آزمایش با درایوهای SATA/SAS/NVMe کلاس سازمانی در اختیار مهندسان Kingston قرار می دهند. به لطف این همزیستی دوستانه، مشتریان لازم نیست در قابلیت اطمینان و پایداری درایوهای کینگستون با کنترلرهای HBA و RAID از تولید شک کنند. Broadcom.

اطلاعات بیشتر در مورد محصولات کینگستون را می توانید در اینجا بیابید سایت رسمی این شرکت

منبع: www.habr.com