В Olemme jo pohtineet kysymystä "Käytämmekö RAID:ia SSD:llä" Kingston-asemien esimerkin avulla, mutta teimme sen vain nollatason sisällä. Tässä artikkelissa analysoimme vaihtoehtoja ammatti- ja kotikäyttöön tarkoitettujen NVMe-ratkaisujen käyttämiseen suosituimmissa RAID-ryhmissä ja puhumme ohjaimien yhteensopivuudesta. Kingstonin asemien kanssa.
Miksi tarvitset RAIDin SSD-levylle?
SSD-pohjaisten tallennusryhmien etuja HDD-tallennusryhmiin verrattuna ovat nopeammat käyttöajat asemassa oleviin tietoihin ja erinomainen luku-/kirjoitussuorituskyky. Ihanteellinen SSD-pohjainen RAID-suorituskyky edellyttää kuitenkin optimaalista prosessorin, välimuistin, ohjelmiston ja laitteiston yhdistelmää. Kun kaikki nämä tekijät toimivat täydellisesti yhdessä, SSD RAID voi huomattavasti parempia kuin perinteisiä kiintolevyjä käytettäessä vastaava kokoonpano.
Tyypillinen SSD kuluttaa vähemmän virtaa kuin kiintolevyt, joten kun yhdistät suuren määrän SSD-levyjä RAID-ryhmään, energiansäästöt HDD RAID-järjestelmään verrattuna voivat myös johtaa pienempiin kustannuksiin yritysten energialaskuissa.
SSD RAIDilla on kuitenkin rajoituksia ja haittoja, erityisesti korkeampi hinta gigatavua kohden verrattuna vastaavan kapasiteetin kiintolevyihin. Ja flash-muistin vikojen välinen aika on rajoitettu tiettyyn määrään uudelleenkirjoitusjaksoja. Eli SSD-asemilla on tietty käyttöikä, joka riippuu toiminnasta: mitä enemmän tietoja sille kirjoitetaan, sitä nopeammin asema epäonnistuu. Toisaalta yritysten SSD-levyillä on kunnollinen käyttöikä, joka on verrattavissa mekaanisiin kiintolevyihin.
Kuinka Kingstonin SSD-levyt elävät RAID-tilassa Broadcom-ohjainten kanssa
SSD-levyjen alkuaikoina RAID-malleilla oli monia vivahteita. Mukaan lukien vähemmän vikasietoisten kiintolevyjen käytön vuoksi. Puolijohdelevyt ovat paljon luotettavampia kuin magneettilevyihin perustuvat vastineensa. Kuten tiedämme, SSD-ratkaisuissa ei ole liikkuvia osia, joten mekaaniset vauriot vähenevät nollaan. Puolijohdeasemien vikaantuminen virtapiikeistä on myös epätodennäköistä, koska kotitietokoneen ja minkä tahansa palvelimen tasolla sinua suojaavat UPS, ylijännitesuojat ja jopa virtalähde.
Samaan aikaan puolijohde-asemilla on toinen merkittävä plus: vaikka muistisolut olisivat kuluneet kirjoittamista varten, niistä voidaan silti lukea tietoja, mutta jos magneettilevy on vaurioitunut, valitettavasti.
Nykyään on melko normaalia käyttää SSD-ratkaisuja eritasoisissa RAID-ryhmissä. Tärkeintä on valita oikeat SSD-levyt, joiden latenssi on minimaalinen. Ja ihannetapauksessa käytä saman valmistajan ja saman mallin SSD-levyjä, jotta et päädy kasaan asemia, jotka tukevat erityyppisiä kuormia ja on rakennettu erityyppisten muistien, ohjaimien ja muiden teknologioiden pohjalta. Eli jos päätämme ostaa neljä tai 16 NVMe SSD:tä Kingstonilta RAID-ryhmän luomiseksi, olisi parempi, jos ne kaikki tulevat samasta sarjasta ja mallivalikoimasta.
Muuten sisään mainitsimme syystä Broadcom-ohjaimet, kun puhuimme Kingstonin NVMe SSD:stä. Tosiasia on, että näiden laitteiden ohjekirjat määräävät välittömästi yhteensopivia asemia (mukaan lukien edellä mainitun amerikkalaisen SSD-levyn valmistajan ratkaisut), joiden kanssa ohjain toimii moitteettomasti. Näihin tietoihin tulee luottaa valittaessa ohjain-SSD-pakettia RAIDille.
Analysoimme SSD Kingstonin työtä suosituimmissa RAID-tyypeissä - "1", "5", "10", "50"
Joten "nolla" RAID-taso ei tarjoa tietojen redundanssia, vaan vain lisää suorituskykyä. RAID 0 ei tarjoa lainkaan tietosuojaa, joten emme ota sitä huomioon yrityssegmentissä. RAID 1 puolestaan tarjoaa täyden redundanssin, mutta vain vaatimattomia suorituskyvyn parannuksia, ja siksi se tulisi harkita, jos suorituskyvyn paraneminen ei ole ensisijainen huomioitava SSD-RAID-ryhmää rakennettaessa.
RAID 1 perustuu Kingstonin SSD-levyihin ja Broadcom-ohjaimiin
Ensimmäisen tason RAID-ryhmä, joka perustuu Broadcom MegaRAID 9460-16i -ohjaimeen, yhdistää kahdesta 32:een Kingston-asemaa, jotka ovat toistensa kopioita, ja tarjoaa täydellisen redundanssin. Jos perinteisiä kiintolevyjä käytettäessä tiedon kirjoitus- ja lukunopeus pysyi juuri tämän HDD:n tasolla, niin NVMe SSD -ratkaisuja käyttämällä saamme kymmenkertaisen suorituskyvyn. Varsinkin tietojen käyttöajan suhteen. Esimerkiksi kahdella Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD:llä palvelimen RAID 1:ssä saamme 350 000 satunnaista luku-IOPS:ää ja 75 000 kirjoitus-IOPS:ää.
Jaksottaisen lukunopeuden suhteen tulokset vastaavat aseman ominaisuuksia - 3200 MB / s. Mutta koska molemmat NVMe SSD -levyt ovat toimintakunnossa, niistä voidaan lukea tietoja samanaikaisesti, mikä tekee lukutoiminnoista melko nopeaa. Mutta kirjoitusnopeus (väitetty olevan 2000 Mt / s) on hitaampi, koska jokainen kirjoitustoiminto suoritetaan kahdesti.
RAID 1 on ihanteellinen pieniin tietokantoihin tai muihin ympäristöihin, jotka vaativat vikasietoisuutta mutta pientä kapasiteettia. Aseman peilaus on erityisen hyödyllinen katastrofipalautusskenaarioissa (suorituskyky on hieman heikentynyt), koska se mahdollistaa tärkeiden tietojen välittömän "elvytyksen", jos jokin ryhmän asemista epäonnistuu. Mutta koska tämä suojaustaso edellyttää peilattujen tietojen tallennuskapasiteetin kaksinkertaistamista (100 TB vaatisi 200 TB tallennustilaa), monet yritysjärjestelmät käyttävät edullisempia tallennusvaihtoehtoja: RAID 5 ja RAID 6.
RAID 5 perustuu Kingstonin SSD-levyihin ja Broadcom-ohjaimiin
Viidennen tason RAID-ryhmän järjestämiseksi tarvitsemme vähintään kolme asemaa, joiden tiedot on limitetty (kirjoitetaan syklisesti kaikkiin taulukon asemiin), mutta niitä ei kopioida. Niitä organisoitaessa on otettava huomioon niiden monimutkaisempi rakenne, koska täällä esiintyy sellainen käsite kuin "tarkistussumma" (tai "pariteetti"). Tämä käsite tarkoittaa loogista algebrallista XOR-funktiota (alias "OR"), joka sanelee vähintään kolmen aseman käytön taulukossa (enintään - 32). Tässä tapauksessa pariteettitiedot kirjoitetaan kaikille taulukon "levyille".
Neljälle Kingston DC500R SATA SSD -levylle, joiden kunkin kapasiteetti on 3,84 Tt, saamme 11,52 Tt tilaa ja 3,84 tarkistussummia. Ja jos yhdistät 16 Kingston DC1000M U.2 NVMe -asemaa, joiden kapasiteetti on 7,68 Tt, tason 115,2 RAIDiksi, opimme 7,68 Tt 5 Tt:n häviöllä. Kuten näet, mitä enemmän kiintolevyjä, sitä parempi loppupeleissä. Se on myös parempi, koska mitä enemmän asemia RAID 0:ssä, sitä parempi on yleinen kirjoitussuorituskyky. Ja lineaarinen lukeminen saavuttaa RAID XNUMX -tason.
RAID 5 -levyryhmä tarjoaa korkean suorituskyvyn (erityisesti suurille tiedostoille) ja redundanssin minimaalisella tehohäviöllä. Tämän tyyppinen ryhmäorganisaatio soveltuu parhaiten verkoille, jotka suorittavat useita pieniä tulo-/lähtötoimintoja (I / O) samanaikaisesti. Mutta sinun ei pitäisi käyttää sitä tehtäviin, jotka vaativat suuren määrän kirjoitustoimintoja pienille tai pienille lohkoille.
On vielä yksi vivahde: jos ainakin yksi NVMe-asemista epäonnistuu, RAID 5 siirtyy huononemistilaan ja toisen tallennuslaitteen vika voi tulla kriittiseksi kaikille tiedoille. Jos yksi asema taulukossa epäonnistuu, RAID-ohjain käyttää pariteettitietoja puuttuvien tietojen uudelleenluomiseen.
RAID 10 perustuu Kingstonin SSD-levyihin ja Broadcom-ohjaimiin
Joten RAID 0 tarjoaa meille kaksinkertaisen lisäyksen nopeudessa ja käyttöajassa, ja RAID 1 tarjoaa luotettavuuden. Ihannetapauksessa ne yhdistettäisiin, ja tässä RAID 10 (tai 1 + 0) tulee apuun. "Kymmenen" on koottu neljästä SATA SSD- tai NVMe-asemasta (enintään - 32) ja tarkoittaa "peilejä", joiden asemien lukumäärän on aina oltava neljän kerrannainen. Tämän taulukon tiedot kirjoitetaan käyttämällä kiinteää lohkoosiointia (kuten RAID 0:n tapauksessa) ja raidoimista asemien välillä, jakamalla kopiot RAID 1 -ryhmän "asemien" kesken. Ja mahdollisuus käyttää useita asemaryhmiä Samaan aikaan RAID 10 näyttää korkean suorituskyvyn.
Koska RAID 10 pystyy raidoimaan tietoja useisiin peilattuihin pareihin, tämä tarkoittaa, että se sietää yhden parin levyaseman epäonnistumisen. Kuitenkin, jos molemmat peiliparit (eli kaikki neljä asemaa) epäonnistuvat, tiedot menetetään väistämättä. Tuloksena saamme myös hyvän vikasietoisuuden ja luotettavuuden. Muista kuitenkin, että RAID 1:n tavoin kymmenennen tason ryhmä käyttää vain puolet kokonaiskapasiteetista ja on siksi kallis ratkaisu. Ja myös vaikea asentaa.
RAID 10 sopii käytettäväksi tietovarastoissa, jotka vaativat 100 %:n redundanssia peilatuista levyryhmistä sekä RAID 0:n parannettua I/O-suorituskykyä. Se on paras ratkaisu keskikokoisille tietokantoille tai mihin tahansa ympäristöön, joka vaatii suurempaa vikasietoisuutta. kuin RAID 5.
RAID 50 perustuu Kingstonin SSD-levyihin ja Broadcom-ohjaimiin
Yhdistetty matriisi, joka on samanlainen kuin tason 5 RAID, joka on tason 50 taulukko, joka on rakennettu tason 5 taulukoista. Kuten ennenkin, tämän ryhmän päätavoite on saavuttaa kaksinkertainen suorituskyky säilyttäen samalla tietojen luotettavuus RAID XNUMX -ryhmissä. Samalla RAID XNUMX tarjoaa paremman kirjoitussuorituskyvyn ja paremman tietosuojan kuin tavallinen RAID XNUMX asemahäiriön sattuessa , ja se pystyy myös palautumaan nopeammin, jos jokin asemista vioittuu.
RAID 50 -asemaryhmä jakaa tiedot pienempiin lohkoihin ja sitten kuorii ne jokaisen RAID 5 -ryhmän poikki. RAID 5 -asemaryhmä puolestaan jakaa tiedot pienempiin lohkoihin, laskee pariteetin, suorittaa lohkoille loogisen TAI-toiminnon ja sitten suorittaa tietolohkon kirjoitus- ja pariteettitoiminnot jokaiselle levyryhmän levylle.
Ja vaikka suorituskyky heikkenee väistämättä, jos yksi asemista vioittuu, se ei ole yhtä merkittävä kuin RAID 5 -ryhmässä, koska yksi vika vaikuttaa vain yhteen matriiseista, jolloin toinen jää täysin toimivaksi. Itse asiassa RAID 50 voi selviytyä jopa kahdeksasta HDD/SSD/NVMe-asemavioista, jos jokainen viallinen "levy" on erillisessä RAID 5 -ryhmässä.
RAID 50 soveltuu parhaiten sovelluksiin, jotka vaativat suurta luotettavuutta ja joiden on käsiteltävä suuri määrä pyyntöjä säilyttäen samalla suuret tiedonsiirtonopeudet ja alhaisemmat asemakustannukset kuin RAID 10. Koska RAID 50 -ryhmän määrittäminen vaatii kuitenkin vähintään kuusi asemaa , kustannuksia ei ole täysin poissuljettu tekijänä. Yksi RAID 50:n haittapuoli on, että se tarvitsee RAID 5:n tapaan monimutkaisen ohjaimen: esim. viimeisessä artikkelissa Broadcomilta.
On myös syytä huomata, että RAID 50 käyttää vähemmän levytilaa kuin RAID 5, koska kapasiteetti on varattu pariteettitietueiden säilyttämiseen. Siinä on kuitenkin edelleen enemmän käyttökelpoista tilaa kuin muilla RAID-tasoilla, erityisesti peilausta käyttävillä. Vähimmäisvaatimuksena kuusi asemaa RAID 50 voi olla kallis vaihtoehto, mutta ylimääräinen levytila oikeuttaa kustannukset suojaamalla yritystietoja. Tämän tyyppistä ryhmää suositellaan datalle, joka vaatii suurta tallennusluotettavuutta, suuria pyyntönopeuksia, suuria siirtonopeuksia ja suurta tallennuskapasiteettia.
RAID 6 ja RAID 60: emme ole unohtaneet niitäkään
Koska olemme puhuneet viidennen ja viidennenkymmenennen tason matriiseista, olisi syntiä olla mainitsematta sellaisia ryhmien organisaatiotyyppejä kuin RAID 6 ja RAID 60.
RAID 6:n suorituskyky on samanlainen kuin RAID 5:n, mutta tässä vähintään kahdelle asemalle annetaan pariteetti, mikä mahdollistaa ryhmän selviytymisen kahden aseman vioista menettämättä tietoja (RAID 5:ssä tämä tilanne on erittäin ei-toivottu). Tämä johtaa korkeampaan luotettavuuteen. Muuten kaikki on sama kuin viidennen tason taulukossa: yhden tai kahden levyn vian sattuessa RAID-ohjain käyttää pariteettilohkoja luodakseen uudelleen kaikki puuttuvat tiedot. Jos kaksi asemaa epäonnistuu, palautus ei tapahdu samanaikaisesti: ensin ensimmäinen asema reanimoidaan ja sitten toinen. Siten suoritetaan kaksi tietojen palautustoimintoa.
On helppo arvata, että jos RAID 50 on tason 60 joukko tason 6 matriiseja, niin RAID 50 on tason 8 tason 16 taulukoiden ryhmä, josta juuri puhuimme. Toisin sanoen tämä RAID-tallennusjärjestely mahdollistaa kahden SSD-levyn katoamisen kussakin RAID XNUMX -asemien ryhmässä. Toimintaperiaate on samanlainen kuin RAID XNUMX -osiossa puhuttu, mutta virheiden määrä tason XNUMX matriisi kestää kasvun XNUMX:sta XNUMX asemaan. Tyypillisesti tällaisia ryhmiä käytetään online-asiakaspalveluun, mikä vaatii korkeaa vikasietoisuutta.
Yhteenvetona:
Vaikka peilaus tarjoaa enemmän vikasietoisuutta kuin RAID 50/60, se vaatii myös paljon enemmän tilaa. Koska tiedon määrä kaksinkertaistuu, saat itse asiassa vain 50% palvelimelle asennettujen asemien kokonaiskapasiteetista tietojen tallennusta ja tallennusta varten. Valinta RAID 50/60 ja RAID 10 välillä riippuu todennäköisesti käytettävissä olevista budjeteista, palvelimen kapasiteetista ja tietosuojatarpeistasi. Lisäksi kustannukset tulevat esiin, kun puhumme SSD-ratkaisuista (sekä yritys- että kuluttajaluokka).
Yhtä tärkeää on, että tiedämme nyt varmasti, että SSD-pohjainen RAID on täysin turvallinen ratkaisu ja normaali käytäntö nykypäivän liiketoiminnalle. Osana kotikäyttöä on myös syytä vaihtaa NVMe:hen, jos budjetit sen sallivat. Ja jos sinulla on vielä kysymys, miksi kaikkea tätä tarvitaan, palaa artikkelin alkuun - olemme jo vastanneet siihen yksityiskohtaisesti.
Tämä artikkeli on laadittu Broadcomin kollegojemme tuella, ja he toimittavat ohjaimensa Kingstonin insinööreille yritysluokan SATA/SAS/NVMe-asemien testausta varten. Tämän ystävällisen symbioosin ansiosta asiakkaiden ei tarvitse epäillä tuotannosta peräisin olevien HBA- ja RAID-ohjainten Kingston-asemien luotettavuutta ja vakautta. .
Lisätietoja Kingstonin tuotteista löytyy osoitteesta yritys.
Lähde: will.com