В Xa consideramos a cuestión de "Podemos usar RAID en SSD" usando o exemplo das unidades Kingston, pero o fixemos só dentro do nivel cero. Neste artigo, analizaremos as opcións para usar solucións NVMe profesionais e domésticas nos tipos máis populares de matrices RAID e falaremos sobre a compatibilidade dos controladores. con unidades Kingston.
Por que necesitas RAID en SSD?
As vantaxes das matrices de almacenamento baseadas en SSD sobre as matrices de almacenamento de discos duros inclúen un tempo de acceso á unidade reducido e un rendemento de lectura/escritura superior. Non obstante, o rendemento ideal de RAID baseado en SSD require a combinación óptima de procesador, caché, software e hardware. Cando todos estes factores funcionan á perfección, unha matriz SSD RAID pode superar significativamente unha configuración comparable usando HDDs tradicionais.
Un SSD típico usa menos enerxía que os HDD, polo que cando combina un gran número de SSD nunha matriz RAID, o aforro enerxético en comparación co HDD RAID tamén pode reducir os custos nas facturas de enerxía das empresas.
Non obstante, o SSD RAID ten limitacións e desvantaxes, incluíndo un prezo máis elevado por gigabyte de espazo en comparación cos discos duros de capacidade comparable. E o tempo entre fallos da memoria flash está limitado a un certo número de ciclos de reescritura. É dicir, as unidades SSD teñen unha certa vida útil, que depende do uso: canto máis activamente se reescriba a información sobre ela, máis rápido fallará a unidade. Por outra banda, os SSD empresariais teñen unha vida útil decente, comparable aos discos duros mecánicos.
Como viven os SSD de Kingston en modo RAID con controladores Broadcom
No albor da chegada das unidades SSD, os deseños RAID estaban cheos de moitos matices. Incluso debido ao uso de discos duros menos tolerantes a fallos. As unidades de estado sólido son moito máis fiables que as súas contrapartes baseadas en discos magnéticos. Como sabemos, as solucións SSD non teñen elementos móbiles, polo que o dano mecánico redúcese a cero. O fallo das unidades de estado sólido debido a subidas de tensión tamén é improbable, dado que a nivel dun PC doméstico e de calquera servidor está protexido por SAI, protectores contra sobretensións e ata unha fonte de alimentación.
Ao mesmo tempo, as unidades de estado sólido teñen outra vantaxe importante: aínda que as celas de memoria estean desgastadas pola escritura, aínda se poden ler datos delas, pero se o disco magnético está danado, por desgraza.
Hoxe, usar solucións SSD en matrices RAID de diferentes niveis é unha práctica bastante normal. O principal é escoller os SSD correctos cuxa latencia sexa mínima. Tamén é ideal usar discos SSD do mesmo fabricante e do mesmo modelo, para non acabar cunha mestura de unidades que admiten diferentes tipos de cargas e que están construídas en diferentes tipos de memoria, controladores e outras tecnoloxías. É dicir, se decidimos mercar catro ou 16 SSD NVMe de Kingston para crear unha matriz RAID, sería mellor que todos proveñan da mesma serie e gama de modelos.
Por certo, en Non foi sen razón que citamos os controladores Broadcom como exemplo cando falamos dos SSD NVMe de Kingston. O caso é que os manuais destes dispositivos especifican de inmediato unidades compatibles (incluídas solucións do mencionado fabricante estadounidense de SSD), coas que o controlador funcionará perfectamente. Debes confiar nesta información ao elixir unha combinación controlador-SSD para RAID.
Analizamos o funcionamento dos SSD Kingston nos tipos de RAID máis populares: "1", "5", "10", "50"
Polo tanto, un nivel RAID "cero" non proporciona redundancia de datos, senón que só aumenta o rendemento. RAID 0 non ofrece ningunha protección de datos, polo que non o consideraremos dentro do segmento corporativo. RAID 1, por outra banda, proporciona redundancia total pero só ganancias de rendemento modestas e, polo tanto, debería considerarse se as melloras de rendemento non son unha consideración principal cando se crea unha matriz RAID desde un SSD.
RAID 1 baseado en SSD Kingston e controladores Broadcom
Así, a matriz RAID de primeiro nivel baseada no controlador Broadcom MegaRAID 9460-16i combina de dúas a 32 unidades Kingston, que son copias unha das outras, e proporciona unha redundancia completa. Se, ao usar discos duros tradicionais, a velocidade de escritura e lectura de datos mantívose ao mesmo nivel que o propio disco duro, entón co uso de solucións SSD NVMe obtemos un aumento de dez veces no rendemento. Especialmente en canto ao tempo de acceso aos datos. Por exemplo, con dous SSD Kingston DC1000M U.2 NVMe no servidor RAID 1, obtemos 350 IOPS ao ler datos aleatorios e 000 IOPS ao escribir.
En canto á velocidade de lectura secuencial, os resultados corresponderán ás características da unidade: 3200 MB/s. Pero dado que os dous SSD NVMe están en estado de funcionamento, pódense ler os datos simultáneamente, facendo que as operacións de lectura sexan bastante rápidas. Pero a velocidade de escritura (se afirma que é de 2000 MB/s) será máis lenta porque cada operación de escritura realízase dúas veces.
RAID 1 é ideal para pequenas bases de datos ou calquera outro ambiente que requira tolerancia a fallos pero de pequena capacidade. A duplicación de unidades é especialmente útil en escenarios de recuperación ante desastres (cunha lixeira penalización de rendemento) porque proporciona "reanimación" instantánea de datos importantes se falla unha das unidades da matriz. Pero debido a que este nivel de protección require o dobre da capacidade de almacenamento da copia espellada dos datos (100 TB de almacenamento requirirían 200 TB de espazo), moitos sistemas empresariais usan opcións de almacenamento máis rendibles: RAID 5 e RAID 6.
RAID 5 baseado en SSD Kingston e controladores Broadcom
Para organizar unha matriz RAID de nivel 32, necesitamos polo menos tres unidades, cuxos datos están entrelazados (escritos cíclicamente en todas as unidades da matriz), pero non duplicados. Ao organizalos, hai que ter en conta a súa estrutura máis complexa, xa que aquí aparece o concepto de "checksum" (ou "paridade"). Este concepto significa a función alxébrica lóxica XOR (tamén exclusiva "OR"), que dita o uso de polo menos tres unidades na matriz (máximo XNUMX). Neste caso, a información de paridade escríbese en todos os "discos" da matriz.
Para unha matriz de catro unidades SSD Kingston DC500R SATA cunha capacidade de 3,84 TB cada unha, obtemos 11,52 TB de espazo e 3,84 para as sumas de verificación. E se combinamos 16 unidades NVMe Kingston DC1000M U.2 cunha capacidade de 7,68 TB no nivel RAID 115,2, obteremos 7,68 TB cunha perda de 5 TB. Como podes ver, cantas máis unidades, mellor ao final. Tamén é mellor porque cantas máis unidades en RAID 0, maior será o rendemento xeral das operacións de escritura. E a lectura lineal alcanzará o nivel RAID XNUMX.
Un grupo de discos RAID 5 proporciona un alto rendemento (especialmente para ficheiros grandes) e redundancia cunha perda de enerxía mínima. Este tipo de organización de matrices é o máis adecuado para redes que realizan moitas pequenas operacións de entrada/saída (E/S) simultáneamente. Pero non debes usalo para tarefas que requiren un gran número de operacións de escritura en bloques pequenos ou pequenos.
Hai un matiz máis: se polo menos unha das unidades NVMe falla, o RAID 5 entra en modo de degradación e o fallo doutro dispositivo de almacenamento pode converterse en crítico para todos os datos. Se falla unha unidade da matriz, o controlador RAID usa información de paridade para recrear todos os datos que faltan.
RAID 10 baseado en SSD Kingston e controladores Broadcom
Entón, RAID 0 ofrécenos un dobre de velocidade e tempo de acceso, e RAID 1 proporciona fiabilidade. O ideal sería combinalos, e aquí é onde RAID 10 (ou 1+0) vén ao rescate. "Ten" está montado a partir de catro unidades SATA SSD ou NVMe (máximo 32) e implica unha matriz de "espellos", o número de unidades no que sempre debe ser un múltiplo de catro. Os datos desta matriz escríbense particionando en bloques fixos (como é o caso de RAID 0) e separando as unidades entre as unidades, distribuíndo copias entre as "unidades" da matriz RAID 1. E grazas á posibilidade de acceder simultaneamente a varios grupos de discos , RAID 10 mostra un alto rendemento.
Dado que RAID 10 é capaz de distribuír datos en varios pares de espellos, isto significa que pode tolerar o fallo dunha unidade do par. Non obstante, se fallan os dous pares de espellos (é dicir, as catro unidades), a perda de datos producirase inevitablemente. Como resultado, tamén obtemos unha boa tolerancia a fallos e fiabilidade. Pero convén ter en conta que, como RAID 1, a matriz de décimo nivel usa só a metade da capacidade total e, polo tanto, é unha solución cara. E tamén difícil de configurar.
RAID 10 é axeitado para o seu uso con almacéns de datos que requiren unha redundancia do 100 por cento dos grupos de discos reflectidos, así como o rendemento de E/S mellorado de RAID 0. É a mellor solución para bases de datos de tamaño medio ou calquera ambiente que requira unha maior tolerancia a fallos. que RAID 5.
RAID 50 baseado en SSD Kingston e controladores Broadcom
Unha matriz combinada similar ao nivel dez RAID, que é unha matriz de nivel cero creada a partir de matrices de nivel cinco. Como antes, o obxectivo principal desta matriz é conseguir o dobre de rendemento mantendo a fiabilidade dos datos nas matrices RAID 5. Non obstante, o RAID 50 proporciona un maior rendemento de escritura e unha mellor protección de datos que o RAID 5 estándar en caso de fallo do disco, e tamén é capaz de unha recuperación máis rápida en caso de falla dunha das unidades.
Un grupo de discos RAID 50 divide os datos en bloques máis pequenos e, a continuación, distribúeos en cada matriz RAID 5. Un grupo de discos RAID 5, á súa vez, tamén divide os datos en bloques máis pequenos, calcula a paridade, realiza unha operación OU lóxica nos bloques. e, a continuación, Realiza operacións de escritura de bloques de datos e de paridade en cada disco do grupo de discos.
Aínda que o rendemento sufrirá inevitablemente se falla unha das unidades, isto non é tan significativo como cunha matriz RAID 5, xa que un fallo só afecta a un dos arrays, deixando o outro totalmente funcional. De feito, o RAID 50 pode soportar ata oito fallos de unidades HDD/SSD/NVMe se cada "unidade" fallida está nunha matriz RAID 5 separada.
RAID 50 utilízase mellor para aplicacións que requiren alta fiabilidade e deben xestionar un gran número de solicitudes mantendo altas taxas de transferencia de datos e custos de unidades máis baixos que RAID 10. Non obstante, dado que unha matriz RAID 50 require un mínimo de seis unidades para configurar, o custo non se descarta completamente como factor. Unha das desvantaxes de RAID 50 é que, como RAID 5, require un controlador complexo: como no artigo anterior de Broadcom.
Tamén vale a pena sinalar que o RAID 50 ten menos espazo útil no disco que o RAID 5 debido á asignación de capacidade para conter rexistros de paridade. Non obstante, aínda ten máis espazo utilizable que outros niveis RAID, especialmente aqueles que usan espello. Cun requisito mínimo de seis unidades, RAID 50 pode ser unha opción cara, pero o espazo adicional no disco paga a pena protexendo os datos corporativos. Este tipo de matriz recoméndase para datos que requiren alta fiabilidade de almacenamento, altas taxas de consulta, altas taxas de transferencia e gran capacidade de almacenamento.
RAID 6 e RAID 60: tampouco nos esquecemos deles
Xa que xa falamos de matrices dos niveis quinto e cincuenta, sería unha mágoa non mencionar tipos de organización de matrices como RAID 6 e RAID 60.
O rendemento de RAID 6 é similar ao RAID 5, pero aquí polo menos dúas unidades están suxeitas ao control de paridade, o que permite que a matriz sobreviva ao fallo de dúas unidades sen perder datos (en RAID 5 esta situación é extremadamente indesexable). Isto garante unha maior fiabilidade. En caso contrario, todo é o mesmo que nunha matriz de nivel XNUMX: se fallan un ou dous discos, o controlador RAID usa bloques de paridade para recrear toda a información que falta. Se dúas unidades fallan, a recuperación non se produce ao mesmo tempo: a primeira unidade restaurárase primeiro e despois a segunda. Así, realízanse dúas operacións de recuperación de datos.
Non é difícil adiviñar que se RAID 50 é unha matriz de nivel cero de matrices de nivel cinco, entón RAID 60 é unha matriz de nivel cero de matrices de nivel seis da que acabamos de falar. É dicir, unha organización deste tipo de almacenamento RAID permítelle sobrevivir á perda de dous SSD en cada grupo de unidades RAID 6. O principio de funcionamento é semellante ao que falamos na sección sobre RAID 50, pero o número de fallos que unha matriz de nivel sesenta pode soportar aumentos de 8 a 16 unidades. Normalmente, tales matrices úsanse para o servizo de atención ao cliente en liña, o que require unha alta tolerancia a fallos.
Resumindo:
Aínda que a duplicación proporciona unha maior tolerancia a fallos que o RAID 50/60, tamén require moito máis espazo. Dado que a cantidade de datos se duplica, en realidade só obtén o 50% da capacidade total das unidades instaladas no servidor para gravar e almacenar información. A elección entre RAID 50/60 e RAID 10 probablemente dependerá dos teus orzamentos dispoñibles, da capacidade do servidor e das túas necesidades de protección de datos. Ademais, o custo pasa a un primeiro plano cando falamos de solucións SSD (tanto de clase corporativa como de consumidor).
É igualmente importante que agora saibamos con certeza que o RAID baseado en SSD é unha solución completamente segura e unha práctica normal para os negocios modernos. Para o uso doméstico, tamén hai un motivo para cambiar a NVMe, se os orzamentos o permiten. E se aínda tes unha pregunta sobre por que é necesario todo isto, volve ao comezo do artigo: xa o respondemos en detalle.
Este artigo preparouse co apoio dos nosos colegas de Broadcom, que proporcionan os seus controladores aos enxeñeiros de Kingston para probar con unidades SATA/SAS/NVMe de clase empresarial. Grazas a esta simbiose amigable, os clientes non teñen que dubidar da fiabilidade e estabilidade das unidades Kingston con controladores HBA e RAID fabricados. .
Pódese atopar máis información sobre os produtos de Kingston en empresa.
Fonte: www.habr.com