Hei Habr! Tässä artikkelissa kerromme, kannattaako SATA SSD:n ja NVMe SSD:n puolijohderatkaisuihin perustuvien RAID-ryhmien järjestäminen, ja onko tästä vakavaa hyötyä? Päätimme tarkastella tätä ongelmaa ottamalla huomioon ohjainten tyypit ja tyypit, joilla tämä voidaan tehdä, sekä tällaisten kokoonpanojen soveltamisalaa.
Tavalla tai toisella, jokainen meistä on ainakin kerran elämässään kuullut sellaisia määritelmiä kuin "RAID", "RAID-ryhmä", "RAID-ohjain", mutta on epätodennäköistä, että kiinnitimme tätä vakavasti, koska kaikki tämä on epätodennäköistä tavalliselle PC-bojaarille Mielenkiintoista. Mutta kaikki haluavat suuria nopeuksia sisäisistä asemista ja ongelmatonta toimintaa. Loppujen lopuksi, riippumatta siitä, kuinka tehokas tietokoneen laitteisto on, aseman nopeudesta tulee pullonkaula, kun kyse on tietokoneen ja palvelimen yhdistetystä suorituskyvystä.
Näin oli, kunnes perinteiset kiintolevyt korvattiin nykyaikaisilla NVMe SSD -levyillä, joiden kapasiteetti oli vähintään 1 TB. Ja jos aiemmin tietokoneissa oli usein yhdistelmiä SATA SSD + pari tilavaa kiintolevyä, niin nykyään niitä aletaan korvata toisella ratkaisulla - NVMe SSD + pari tilavaa SATA SSD -levyä. Jos puhumme yrityspalvelimista ja "pilvistä", monet ovat jo siirtyneet menestyksekkäästi SATA SSD -levyihin, yksinkertaisesti siksi, että ne ovat nopeampia kuin perinteiset "peltitölkit" ja pystyvät käsittelemään suuremman määrän I/O-toimintoja samanaikaisesti.
Järjestelmän vikasietoisuus on kuitenkin edelleen varsin matalalla tasolla: emme voi, kuten ”Psyykkien taistelussa”, ennustaa jopa viikon tarkkuudella, milloin tietty solid-state-asema kuolee. Ja jos kiintolevyt "kuolevat" vähitellen, jolloin voit havaita oireet ja ryhtyä toimiin, SSD-levyt "kuolevat" välittömästi ja ilman varoitusta. Ja nyt on aika selvittää, miksi tätä kaikkea tarvitaan? Kannattaako SATA SSD:n ja NVMe SSD:n puolijohderatkaisuihin perustuvien RAID-ryhmien järjestäminen ja tuleeko tästä vakavaa hyötyä?
Miksi tarvitset RAID-ryhmän?
Jo sana "array" tarkoittaa, että sen luomiseen käytetään useita asemia (HDD ja SSD), jotka yhdistetään RAID-ohjaimen avulla ja jotka käyttöjärjestelmä tunnistaa yhdeksi tietovarastoksi. Maailmanlaajuinen tehtävä, jonka RAID-ryhmät voivat ratkaista, on tietojen käyttöajan minimoiminen, luku-/kirjoitusnopeuden ja luotettavuuden lisääminen, mikä saavutetaan kyvyn toipua nopeasti vian sattuessa. Muuten, ei ole ollenkaan välttämätöntä käyttää RAIDia kotien varmuuskopiointiin. Mutta jos sinulla on oma kotipalvelin, johon tarvitset jatkuvan pääsyn 24/7, se on eri asia.
RAID-ryhmiä on yli tusina tasoa, joista jokainen eroaa siinä käytettyjen asemien lukumäärän suhteen ja jolla on omat hyvät ja huonot puolensa: esimerkiksi RAID 0 mahdollistaa korkean suorituskyvyn ilman vikasietoisuutta, RAID 1 mahdollistaa peilaa tiedot automaattisesti lisäämättä nopeutta, ja RAID 10 -yhdistelmät sisältävät edellä mainitut mahdollisuudet. RAID 0 ja 1 ovat yksinkertaisimmat (koska ne eivät vaadi ohjelmistolaskelmia) ja sen seurauksena suosituimpia. Viime kädessä valinta yhden tai toisen RAID-tason hyväksi riippuu levyryhmälle osoitetuista tehtävistä ja RAID-ohjaimen ominaisuuksista.
Koti- ja yritysRAID: mitä eroa niillä on?
Nykyaikaisen liiketoiminnan perusta on suuret tietomäärät, jotka on säilytettävä turvallisesti yrityksen palvelimille. Ja myös, kuten yllä totesimme, niille on annettava jatkuva pääsy 24/7. On selvää, että laitteiston ohella myös ohjelmisto-osa on tärkeä, mutta tässä tapauksessa puhutaan silti laitteista, jotka varmistavat tiedon luotettavan tallennuksen ja käsittelyn. Mikään ohjelmisto ei pelasta yritystä tuholta, jos laitteisto ei täytä sille annettuja tehtäviä.
Näihin tehtäviin mikä tahansa laitevalmistaja tarjoaa ns. yrityslaitteita. Kingstonilla on tehokkaita puolijohderatkaisuja SATA-mallien muodossa и , sekä NVMe-mallit DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe ja DCP-1000 PCI-e, jotka on tarkoitettu käytettäväksi datakeskuksissa ja supertietokoneissa. Tällaisten asemien ryhmiä käytetään yleensä yhdessä laitteisto-ohjainten kanssa.
Kuluttajamarkkinoille (eli kotitietokoneille ja NAS-palvelimille) asemia, kuten NVMe PCIe, mutta tässä tapauksessa laitteistoohjainta ei tarvitse ostaa. Voit rajoittua emolevyyn sisäänrakennettuun PC- tai NAS-palvelimeen, ellet tietenkään aio koota itse kotipalvelinta epätyypillisiin tehtäviin (esimerkiksi pienen kotihotellin aloittaminen ystäville). Lisäksi kodin RAID-ryhmät eivät yleensä vaadi satoja tai tuhansia asemia, koska ne on rajoitettu kahteen, neljään ja kahdeksaan laitteeseen (yleensä SATA).
RAID-ohjainten tyypit ja tyypit
On olemassa kolmenlaisia RAID-ohjaimia, jotka perustuvat RAID-taulukoiden toteutusperiaatteisiin:
1. Ohjelmisto, jossa taulukon hallinta kuuluu CPU:lle ja DRAM:lle (eli ohjelmakoodi suoritetaan prosessorilla).
2. Integroitu, eli sisäänrakennettu PC- tai NAS-palvelimen emolevyihin.
3. Laitteisto (modulaarinen), jotka ovat erillisiä laajennuskortteja emolevyjen PCI/PCIe-liittimille.
Mikä on niiden perustavanlaatuinen ero toisiinsa? Ohjelmisto-RAID-ohjaimet ovat suorituskyvyltään ja vikasietoisuudeltaan huonompia kuin integroidut ja laitteistot, mutta ne eivät vaadi erityislaitteita toimiakseen. On kuitenkin tärkeää varmistaa, että isäntäjärjestelmän prosessori on tarpeeksi tehokas suorittamaan RAID-ohjelmistoa ilman, että se vaikuttaa negatiivisesti isännässä olevien sovellusten suorituskykyyn. Integroidut ohjaimet on yleensä varustettu omalla välimuistilla ja käyttävät tietyn määrän CPU-resursseja.
Mutta laitteistoissa on sekä oma välimuisti että sisäänrakennettu prosessori ohjelmistoalgoritmien suorittamista varten. Tyypillisesti niiden avulla voit toteuttaa kaikentyyppisiä RAID-tasoja ja tukea useita asemia kerralla. Esimerkiksi Broadcomin nykyaikaiset laitteistoohjaimet voivat yhdistää samanaikaisesti SATA-, SAS- ja NVMe-laitteet, minkä ansiosta et voi vaihtaa ohjainta päivitettäessä palvelimia: erityisesti siirryttäessä SATA SSD:stä NVMe SSD:hen ohjaimia ei tarvitse vaihtaa.
Itse asiassa tässä huomautuksessa tulemme itse ohjaimien typologiaan. Jos on kolmimuotoisia, pitäisikö olla joitain muita? Tässä tapauksessa vastaus tähän kysymykseen on myönteinen. Toiminnoista ja ominaisuuksista riippuen RAID-ohjaimet voidaan jakaa useisiin tyyppeihin:
1. Tavalliset ohjaimet RAID-toiminnolla
Koko hierarkiassa tämä on yksinkertaisin ohjain, jonka avulla voit yhdistää HDD:n ja SSD:n RAID-ryhmiksi tasoilla “0”, “1” tai “0+1”. Tämä toteutetaan ohjelmallisesti laiteohjelmistotasolla. Tällaisia laitteita tuskin voidaan kuitenkin suositella käytettäväksi yrityssegmentissä, koska niillä ei ole välimuistia eivätkä ne tue tasoja "5", "3" jne. Mutta lähtötason kotipalvelimelle ne ovat varsin sopivia.
2. Ohjaimet, jotka toimivat yhdessä muiden RAID-ohjainten kanssa
Tämän tyyppinen ohjain voidaan yhdistää integroitujen emolevyn ohjaimien kanssa. Tämä toteutetaan seuraavan periaatteen mukaan: diskreetti RAID-ohjain hoitaa "loogisten" ongelmien ratkaisemisen ja sisäänrakennettu ohjaa asemien välisen tiedonvaihdon toiminnot. Mutta on vivahde: tällaisten ohjaimien rinnakkaiskäyttö on mahdollista vain yhteensopivilla emolevyillä, mikä tarkoittaa, että niiden käyttöalue on vakavasti rajoitettu.
3. Erilliset RAID-ohjaimet
Nämä erilliset ratkaisut sisältävät kaikki tarvittavat sirut toimiakseen yritysluokan palvelimien kanssa. Niissä on oma BIOS, välimuisti ja prosessori nopeaa virheenkorjausta ja tarkistussummalaskelmia varten. Lisäksi ne täyttävät korkeat valmistuksen luotettavuusvaatimukset ja niissä on korkealaatuiset muistimoduulit.
4. Ulkoiset RAID-ohjaimet
Ei ole vaikea arvata, että kaikki yllä luetellut ohjaimet ovat sisäisiä ja saavat virtaa emolevyn PCIe-liittimen kautta. Mitä tämä tarkoittaa? Ja tämä emolevyn vika voi johtaa virheisiin RAID-ryhmän toiminnassa ja tietojen katoamiseen. Ulkoiset ohjaimet vapautuvat tästä väärinkäsityksestä, koska ne on sijoitettu erilliseen koteloon itsenäisellä virtalähteellä. Luotettavuuden kannalta tällaiset ohjaimet tarjoavat korkeimman tason tietojen tallennusta.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell ja Cisco ovat vain muutamia yrityksiä, jotka tarjoavat tällä hetkellä laitteisto-RAID-ohjaimia.
RAID-ohjainten SAS/SATA/NVMe toimintatilat
Tri-mode HBA- ja RAID-ohjainten (tai ohjaimien, joissa on Tri-Mode-toiminto) päätarkoitus on luoda NVMe-pohjainen laitteisto-RAID. Broadcomin 9400-sarjan ohjaimet voivat tehdä tämän: esim. . Se kuuluu itsenäiseen RAID-ohjaimeen, on varustettu neljällä SFF-8643-liittimellä ja Tri-Mode-tuen ansiosta voit yhdistää SATA/SAS- ja NVMe-asemia samanaikaisesti. Lisäksi se on myös yksi markkinoiden energiatehokkaimmista ohjaimista (kuluttaa vain 17 wattia energiaa, alle 1,1 wattia jokaisessa 16 portissa).
Yhteysrajapinta on PCI Express x8 versio 3.1, joka mahdollistaa 64 Gbit/s nopeuden (PCI Express 2020:n ohjaimien odotetaan ilmestyvän vuonna 4.0). 16-porttinen ohjain perustuu 2-ytimiseen siruun ja 72-bittinen DDR4-2133 SDRAM (4 Gt) sekä mahdollisuus liittää jopa 240 SATA/SAS-asemaa tai jopa 24 NVMe-laitetta. RAID-ryhmien järjestämisessä tuetaan tasoja "0", "1", "5" ja "6" sekä "10", "50" ja "60". Muuten, välimuisti ja muut 9400-sarjan ohjaimet on suojattu jännitekatkoilta valinnaisella CacheVault CVPM05 -moduulilla.
Kolmimooditekniikka perustuu SerDes-tiedonmuunnostoimintoon: SAS/SATA-liitäntöjen tietojen sarjaesityksen muuntaminen rinnakkaismuotoon PCIe NVMe:ssä ja päinvastoin. Toisin sanoen ohjain neuvottelee nopeuksia ja protokollia toimiakseen saumattomasti minkä tahansa kolmen tallennuslaitteen kanssa. Tämä tarjoaa saumattoman tavan skaalata datakeskusten infrastruktuureja: käyttäjät voivat käyttää NVMe:tä tekemättä merkittäviä muutoksia muihin järjestelmäkokoonpanoihin.
Suunniteltaessa konfiguraatioita NVMe-asemien kanssa on kuitenkin syytä ottaa huomioon, että NVMe-ratkaisut käyttävät 4 PCIe-kaistaa yhteyden muodostamiseen, mikä tarkoittaa, että jokainen asema käyttää kaikkia SFF-8643-porttirivejä. Osoittautuu, että vain neljä NVMe-asemaa voidaan liittää suoraan MegaRAID 9460-16i -ohjaimeen. Tai rajoita itsesi kahteen NVMe-ratkaisuun ja yhdistä samanaikaisesti kahdeksan SAS-asemaa (katso kytkentäkaavio alla).
Kuvassa näkyy liittimen “0” (C0 / Liitin 0) ja liittimen “1” käyttö NVMe-liitäntöille sekä liittimien “2” ja “3” käyttö SAS-yhteyksille. Tämä järjestely voidaan kääntää päinvastaiseksi, mutta jokainen x4 NVMe -asema on yhdistettävä vierekkäisten kaistojen avulla. Ohjaimen toimintatilat asetetaan UEFI-ympäristössä toimivan StorCLI- tai Human Interface Infrastructure (HII) -määritysapuohjelmien kautta.
Oletustila on "PD64"-profiili (tukee vain SAS/SATA). Kuten edellä sanoimme, on yhteensä kolme profiilia: "SAS/SATA only mode" -tila (PD240 / PD64 / PD 16), "NVMe only mode" (PCIe4) -tila ja sekoitettu tila, jossa kaikentyyppiset asemat voi toimia: "PD64 -PCIe4" (tuki 64 fyysiselle ja virtuaaliselle levylle 4 NVMe-asemalla). Sekatilassa määritetyn profiilin arvon tulee olla "ProfileID=13". Valittu profiili muuten tallennetaan pääprofiiliksi, eikä sitä nollata edes tehdasasetuksiin palatessa Set Factory Defaults -komennolla. Se voidaan muuttaa vain manuaalisesti.
Kannattaako SSD:lle luoda RAID-ryhmä?
Joten olemme jo ymmärtäneet, että RAID-ryhmät ovat avain korkeaan suorituskykyyn. Mutta kannattaako rakentaa RAID-levyjä SSD-levyiltä koti- ja yrityskäyttöön? Monet skeptikot sanovat, että nopeuden lisäys ei ole niin merkittävää, että se tuhlaisi NVMe-asemia. Mutta onko asia todella näin? Tuskin. Suurin rajoitus SSD-levyjen käytölle RAIDissa (sekä kotona että yritystasolla) voi olla vain hinta. Mitä tahansa voi sanoa, kiintolevyn gigatavun hinta on paljon halvempi.
Useiden puolijohde-asemien liittäminen RAID-ohjaimeen SSD-ryhmän luomiseksi voi vaikuttaa valtavasti suorituskykyyn tietyissä kokoonpanoissa. Älä kuitenkaan unohda, että suurinta suorituskykyä rajoittaa itse RAID-ohjaimen suorituskyky. RAID-taso, joka tarjoaa parhaan suorituskyvyn, on RAID 0.
Perinteinen RAID 0 kahdella SSD-levyllä, joka käyttää menetelmää tietojen jakamiseen kiinteisiin lohkoihin ja niiden raivaukseen solid-state-tallennustilassa, tuottaa kaksinkertaisen suorituskyvyn yhteen SSD-levyyn verrattuna. Neljällä SSD-levyllä varustettu RAID 0 -ryhmä on kuitenkin jo neljä kertaa nopeampi kuin ryhmän hitain SSD (riippuen RAID SSD -ohjaimen kaistanleveyden rajoituksesta).
Yksinkertaiseen aritmetiikkaan perustuen SATA SSD on noin 3 kertaa nopeampi kuin perinteinen SATA HDD. NVMe-ratkaisut ovat vieläkin tehokkaampia – 10 kertaa tai enemmän. Edellyttäen, että kaksi nollatason RAID-kiintolevyä näyttävät kaksinkertaisen suorituskyvyn ja lisäävät sitä 50 %, kaksi SATA SSD:tä on 6 kertaa nopeampi ja kaksi NVMe SSD -levyä 20 kertaa nopeampia. Erityisesti yksi Kingston KC2000 NVMe PCIe -asema voi saavuttaa peräkkäisen luku- ja kirjoitusnopeuden jopa 3200 MB/s, joka RAID 0 -muodossa saavuttaa vaikuttavat 6 Gt/s. Ja satunnaisten, kooltaan 4 kt:n lohkojen luku-/kirjoitusnopeus muuttuu 350 000 IOPS:sta 700 000 IOPS:iin. Mutta... samaan aikaan "nolla" RAID ei tarjoa meille redundanssia.
Voidaan sanoa, että kotiympäristöissä tallennustilan redundanssia ei yleensä tarvita, joten SSD-levyille sopivin RAID-kokoonpano on todellakin RAID 0. Tämä on luotettava tapa saada merkittäviä suorituskyvyn parannuksia vaihtoehtona Intel Optane -pohjaisten teknologioiden käytölle. SSD-levyt. Mutta puhumme seuraavassa artikkelissamme siitä, kuinka SSD-ratkaisut käyttäytyvät suosituimmissa RAID-tyypeissä ("1", "5", "10", "50").
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 on osoitteessa yritys.
Lähde: will.com