В nous avons déjà examiné la question « Allons-nous appliquer RAID sur SSD » en utilisant l'exemple des disques Kingston, mais nous ne l'avons fait qu'au niveau zéro. Dans le présent article, nous analyserons les options d'utilisation des solutions NVMe professionnelles et domestiques dans les types de matrices RAID les plus populaires et parlerons de la compatibilité des contrôleurs. avec les disques Kingston.
Pourquoi avez-vous besoin de RAID sur un SSD ?
Les avantages des baies de stockage SSD par rapport aux baies de stockage HDD incluent des temps d'accès plus rapides aux données sur le disque et des performances de lecture/écriture supérieures. Cependant, une performance RAID idéale basée sur SSD nécessite une combinaison optimale de processeur, de cache, de logiciel et de matériel. Lorsque tous ces facteurs fonctionnent parfaitement ensemble, un RAID SSD peut largement surpasser une configuration comparable utilisant des disques durs traditionnels.
Un SSD typique consomme moins d'énergie que les disques durs. Ainsi, lorsque vous combinez un grand nombre de SSD dans une matrice RAID, les économies d'énergie par rapport à une matrice HDD RAID peuvent également se traduire par une réduction des coûts sur les factures énergétiques de l'entreprise.
Cependant, SSD RAID présente des limites et des inconvénients, notamment le prix plus élevé par gigaoctet d'espace par rapport aux disques durs de capacité comparable. Et le temps entre les défaillances de la mémoire flash est limité à un certain nombre de cycles de réécriture. C'est-à-dire que les disques SSD ont une certaine durée de vie, qui dépend de l'opération: plus il y a d'informations écrasées dessus, plus le disque tombera en panne rapidement. D'autre part, les SSD d'entreprise ont une durée de vie décente comparable aux disques durs mécaniques.
Comment les SSD Kingston vivent en mode RAID avec les contrôleurs Broadcom
Au début des SSD, les conceptions RAID avaient de nombreuses nuances. Y compris en raison de l'utilisation de disques durs moins tolérants aux pannes. Les disques SSD sont beaucoup plus fiables que leurs homologues basés sur des disques magnétiques. Comme nous le savons, il n'y a pas de pièces mobiles dans les solutions SSD, de sorte que les dommages mécaniques sont réduits à zéro. La défaillance des disques SSD due à des surtensions est également peu probable, étant donné qu'au niveau d'un PC domestique et de tout serveur, des onduleurs, des parasurtenseurs et même une alimentation vous protègent.
Dans le même temps, les disques SSD ont un autre avantage non négligeable : même si les cellules mémoire sont épuisées pour l'écriture, les données peuvent toujours y être lues, mais si le disque magnétique est endommagé, hélas.
Aujourd'hui, il est tout à fait normal d'utiliser des solutions SSD dans des matrices RAID de différents niveaux. L'essentiel est de choisir les bons SSD, dont la latence est minimale. Et idéalement, utilisez des SSD du même fabricant et du même modèle afin de ne pas vous retrouver avec un méli-mélo de disques prenant en charge différents types de charges et construits sur la base de différents types de mémoire, de contrôleurs et d'autres technologies. Autrement dit, si nous décidons d'acheter quatre ou 16 SSD NVMe de Kingston pour créer une matrice RAID, il serait préférable qu'ils proviennent tous de la même série et de la même gamme de modèles.
D'ailleurs, dans nous avons cité les contrôleurs Broadcom pour une raison lorsque nous avons parlé du SSD NVMe de Kingston. Le fait est que les manuels de ces appareils prescrivent immédiatement des lecteurs compatibles (y compris des solutions du fabricant américain de SSD susmentionné), avec lesquels le contrôleur fonctionnera parfaitement. Ces informations doivent être prises en compte lors du choix d'un ensemble contrôleur-SSD pour RAID.
Nous analysons le travail de SSD Kingston dans les types de RAID les plus populaires - "1", "5", "10", "50"
Ainsi, le niveau RAID « zéro » ne fournit pas de redondance des données, mais augmente uniquement les performances. RAID 0 ne fournit aucune protection des données, nous ne le considérerons donc pas dans le segment des entreprises. RAID 1, d'autre part, offre une redondance complète mais seulement des gains de performances modestes, et doit donc être pris en compte si les gains de performances ne sont pas une considération primordiale lors de la construction d'une matrice RAID SSD.
RAID 1 basé sur les SSD Kingston et les contrôleurs Broadcom
Ainsi, la matrice RAID de premier niveau basée sur le contrôleur Broadcom MegaRAID 9460-16i combine de deux à 32 disques Kingston, qui sont des copies les uns des autres, et offre une redondance complète. Si lors de l'utilisation de disques durs traditionnels, la vitesse d'écriture et de lecture des données restait au niveau de ce même disque dur, alors en utilisant les solutions SSD NVMe, nous obtenons une augmentation de dix fois des performances. Notamment en termes de temps d'accès aux données. Par exemple, avec deux SSD Kingston DC1000M U.2 NVMe dans le serveur RAID 1, nous obtenons 350 000 IOPS en lecture aléatoire et 75 000 IOPS en écriture.
En termes de vitesse de lecture séquentielle, les résultats correspondront aux caractéristiques du lecteur - 3200 Mo / s. Mais comme les deux SSD NVMe fonctionnent, les données peuvent être lues en même temps, ce qui rend les opérations de lecture assez rapides. Mais la vitesse d'écriture (réclamée à 2000 Mo / s) sera plus lente, car chaque opération d'écriture est effectuée deux fois.
RAID 1 est idéal pour les petites bases de données ou tout autre environnement nécessitant une tolérance aux pannes mais une faible capacité. La mise en miroir de disque est particulièrement utile dans les scénarios de reprise après sinistre (les performances sont légèrement dégradées) car elle permet une "réanimation" instantanée des données importantes si l'un des disques de la matrice tombe en panne. Mais comme ce niveau de protection nécessite de doubler la capacité de stockage des données en miroir (100 To nécessiteraient 200 To de stockage), de nombreux systèmes d'entreprise utilisent des options de stockage plus économiques : RAID 5 et RAID 6.
RAID 5 basé sur les SSD Kingston et les contrôleurs Broadcom
Pour organiser une matrice RAID de cinquième niveau, nous avons besoin d'au moins trois disques, dont les données sont entrelacées (écrites de manière cyclique sur tous les disques de la matrice), mais non dupliquées. Lors de leur organisation, il convient de prendre en compte leur structure plus complexe, car ici apparaît un concept tel que «somme de contrôle» (ou «parité»). Ce concept désigne la fonction XOR algébrique logique (alias "OR" exclusif), qui dicte l'utilisation d'un minimum de trois disques dans la matrice (maximum - 32). Dans ce cas, les informations de parité sont écrites sur tous les "disques" de la matrice.
Pour une baie de quatre SSD SATA Kingston DC500R d'une capacité de 3,84 To chacun, nous obtenons 11,52 To d'espace et 3,84 pour les sommes de contrôle. Et si vous combinez 16 disques Kingston DC1000M U.2 NVMe d'une capacité de 7,68 To dans un RAID de niveau 115,2, nous apprendrons 7,68 To avec une perte de 5 To. Comme vous pouvez le voir, plus il y a de disques, mieux c'est au final. C'est également mieux car plus il y a de disques en RAID 0, plus les performances d'écriture globales sont élevées. Et la lecture linéaire atteindra le niveau de RAID XNUMX.
Un groupe de disques RAID 5 offre un débit élevé (en particulier pour les fichiers volumineux) et une redondance avec une perte de puissance minimale. Ce type d'organisation de baie convient mieux aux réseaux qui effectuent de nombreuses petites opérations d'entrée/sortie (E/S) en même temps. Mais vous ne devez pas l'utiliser pour des tâches qui nécessitent un grand nombre d'opérations d'écriture pour des blocs petits ou petits.
Il y a une nuance de plus : si au moins un des disques NVMe tombe en panne, le RAID 5 passe en mode de dégradation et la panne d'un autre périphérique de stockage peut devenir critique pour toutes les données. Si un disque de la matrice tombe en panne, le contrôleur RAID utilise les informations de parité pour recréer les données manquantes.
RAID 10 basé sur les SSD Kingston et les contrôleurs Broadcom
Ainsi, RAID 0 nous offre une double augmentation de la vitesse et du temps d'accès, et RAID 1 assure la fiabilité. Idéalement, ils seraient combinés, et ici RAID 10 (ou 1 + 0) vient à la rescousse. "Dix" est assemblé à partir de quatre disques SATA SSD ou NVMe (maximum - 32) et implique une matrice de "miroirs", dont le nombre de disques doit toujours être un multiple de quatre. Les données de cette matrice sont écrites à l'aide d'un partitionnement de blocs fixes (comme dans le cas de RAID 0) et d'une répartition entre les disques, répartissant les copies sur les « disques » d'une matrice RAID 1. Et avec la possibilité d'accéder à plusieurs groupes de disques à la fois. En même temps, RAID 10 affiche des performances élevées.
Étant donné que RAID 10 est capable de répartir les données sur plusieurs paires en miroir, cela signifie qu'il peut tolérer la panne d'un disque dans une paire. Cependant, si les deux paires de miroirs (c'est-à-dire les quatre disques) échouent, il y aura inévitablement une perte de données. En conséquence, nous obtenons également une bonne tolérance aux pannes et une bonne fiabilité. Mais gardez à l'esprit que, comme RAID 1, la matrice de dixième niveau n'utilise que la moitié de la capacité totale et constitue donc une solution coûteuse. Et aussi difficile à mettre en place.
RAID 10 est adapté pour une utilisation avec des entrepôts de données qui nécessitent une redondance à 100 % des groupes de disques en miroir, ainsi que les performances d'E/S accrues de RAID 0. C'est la meilleure solution pour les bases de données de taille moyenne ou tout environnement nécessitant une tolérance aux pannes plus élevée. que RAID 5.
RAID 50 basé sur les SSD Kingston et les contrôleurs Broadcom
Une baie combinée similaire au RAID de niveau 5, qui est une baie de niveau 50 construite à partir de baies de niveau 5. Comme auparavant, l'objectif principal de cette baie est de doubler les performances tout en maintenant la fiabilité des données dans les baies RAID XNUMX. Dans le même temps, RAID XNUMX offre des performances d'écriture améliorées et une meilleure protection des données que le RAID XNUMX standard en cas de panne de disque. , et est également capable d'une récupération plus rapide en cas de panne de l'un des disques.
Le groupe de disques RAID 50 divise les données en blocs plus petits, puis les répartit sur chaque matrice RAID 5. Le groupe de disques RAID 5, à son tour, divise également les données en blocs plus petits, calcule la parité, effectue une opération OU logique sur les blocs, puis effectue des opérations d'écriture de bloc de données et de parité pour chaque disque du groupe de disques.
Et bien que les performances soient inévitablement dégradées si l'un des disques tombe en panne, ce n'est pas aussi important que dans une matrice RAID 5, car une panne n'affecte qu'une seule des matrices, laissant l'autre entièrement fonctionnelle. En fait, RAID 50 peut survivre jusqu'à huit pannes de disque HDD/SSD/NVMe si chaque "disque" défaillant se trouve dans une matrice RAID 5 distincte.
RAID 50 est mieux utilisé pour les applications qui nécessitent une grande fiabilité et doivent traiter un nombre élevé de requêtes tout en maintenant des taux de transfert de données élevés et des coûts de disque inférieurs à RAID 10. Cependant, puisqu'un minimum de six disques est nécessaire pour configurer une matrice RAID 50 , le coût n'est pas complètement exclu en tant que facteur. Un inconvénient du RAID 50 est que, comme le RAID 5, il nécessite un contrôleur complexe : tel que dans le dernier article de Broadcom.
Il convient également de noter que RAID 50 utilise moins d'espace disque que RAID 5 en raison de l'allocation de capacité pour conserver les enregistrements de parité. Cependant, il dispose toujours de plus d'espace utilisable que les autres niveaux RAID, en particulier ceux qui utilisent la mise en miroir. Avec un minimum de six disques, RAID 50 peut être une option coûteuse, mais l'espace disque supplémentaire justifie le coût en protégeant les données de l'entreprise. Ce type de baie est recommandé pour les données nécessitant une fiabilité de stockage élevée, des taux de demande élevés, des taux de transfert élevés et une capacité de stockage élevée.
RAID 6 et RAID 60 : on ne les a pas oubliés non plus
Puisque nous avons parlé de baies des cinquième et cinquantième niveaux, ce serait un péché de ne pas mentionner des types d'organisation de baies tels que RAID 6 et RAID 60.
Les performances de RAID 6 sont similaires à RAID 5, mais ici au moins deux disques reçoivent la parité, ce qui permet à la matrice de survivre à la panne de deux disques sans perdre de données (dans RAID 5, cette situation est hautement indésirable). Cela se traduit par une plus grande fiabilité. Sinon, tout est comme dans la baie de cinquième niveau : en cas de panne d'un ou deux disques, le contrôleur RAID utilise des blocs de parité pour recréer toutes les informations manquantes. Si deux disques tombent en panne, la récupération ne se produit pas simultanément : d'abord, le premier disque est réanimé, puis le second. Ainsi, deux opérations de récupération de données sont effectuées.
Il est facile de deviner que si RAID 50 est une matrice de niveau 60 de matrices de niveau 6, alors RAID 50 est une matrice de niveau 8 de matrices de niveau 16 dont nous venons de parler. C'est-à-dire que cette organisation du stockage RAID vous permet de survivre à la perte de deux SSD dans chaque groupe de disques RAID XNUMX. Le principe de fonctionnement est similaire à celui dont nous avons parlé dans la section RAID XNUMX, mais le nombre d'échecs qu'un La baie de niveau XNUMX peut supporter une croissance de XNUMX à XNUMX disques. Généralement, ces baies sont utilisées pour le service client en ligne, ce qui nécessite une tolérance élevée aux pannes.
En résumé:
Bien que la mise en miroir offre une meilleure tolérance aux pannes que RAID 50/60, elle nécessite également beaucoup plus d'espace. Comme la quantité de données est doublée, vous n'obtenez en réalité que 50 % de la capacité totale des disques installés sur le serveur pour l'enregistrement et le stockage des informations. Le choix entre RAID 50/60 et RAID 10 dépendra très probablement des budgets disponibles, de la capacité du serveur et de vos besoins en matière de protection des données. De plus, le coût vient au premier plan lorsque nous parlons de solutions SSD (à la fois pour les entreprises et les consommateurs).
Tout aussi important, nous savons maintenant avec certitude que le RAID basé sur SSD est une solution totalement sûre et une pratique normale pour les entreprises d'aujourd'hui. Dans le cadre d'un usage domestique, il y a aussi une raison de passer au NVMe, si les budgets le permettent. Et si vous avez encore une question, pourquoi tout cela est-il nécessaire, revenez au début de l'article - nous y avons déjà répondu en détail.
Cet article a été préparé avec le soutien de nos collègues de Broadcom, qui fournissent leurs contrôleurs aux ingénieurs de Kingston pour les tester avec des disques SATA/SAS/NVMe de classe entreprise. Grâce à cette symbiose amicale, les clients n'ont pas à douter de la fiabilité et de la stabilité des disques Kingston avec contrôleurs HBA et RAID de production. .
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Source: habr.com