Os algoritmos RAID foron introducidos ao público en 1987. A día de hoxe seguen sendo a tecnoloxía máis demandada para protexer e acelerar o acceso aos datos no ámbito do almacenamento de información. Pero a era da tecnoloxía informática, que pasou o fito dos 30 anos, non é a madurez, senón a vellez. O motivo é o progreso, que inexorablemente trae novas oportunidades. Nun momento no que practicamente non había outras unidades que os HDD, os algoritmos RAID permitían facer o uso máis eficiente dos recursos de almacenamento dispoñibles. Non obstante, coa chegada do SSD, a situación cambiou drasticamente. Agora RAID cando se traballa con unidades de estado sólido xa é unha "soga" para o seu rendemento. Polo tanto, para desbloquear todo o potencial das características de velocidade dos SSD, simplemente é necesario un enfoque completamente diferente para traballar con eles.
Ademais das diferenzas obvias entre HDD e SSD nos principios de funcionamento, este tipo de medios teñen outra característica importante: calquera disco duro pode sobrescribir calquera dato cunha granularidade dun bloque (agora é a maioría das veces 4KB). Para SSD, o proceso de sobreescritura é un procedemento moito máis complicado:
- Os datos modificados cópiase na nova localización. Ao mesmo tempo, a granularidade é o mesmo bloque, pero consta de varias páxinas e ten un tamaño de 256KB - 4MB. Eses. ao cambiar os mesmos 4KB, é necesario copiar, entre outras cousas, todas as páxinas adxacentes que forman un só bloque.
- Os bloques "antigos" están marcados como non utilizados, para que se poidan sobrescribir co Recolector de lixo.
Escritura/sobreescritura secuencial en SSD
No caso da escritura / reescritura secuencial, esta característica do funcionamento do SSD non xoga un papel importante en canto ao seu rendemento, porque. os bloques están lado a lado, e o colector de lixo fai ben o seu traballo no fondo. Pero na vida real, e máis aínda no segmento Enterprise para SSD, o acceso aleatorio aos datos úsase con máis frecuencia. E estes datos escríbense en lugares arbitrarios das unidades.
Cantos máis datos se escriben no SSD, máis difícil será que funcione o colector de lixo, xa que a fragmentación aumenta moito. Como resultado, chega o momento no que o proceso de limpeza da unidade deixa de ser "de fondo": o rendemento do SSD cae significativamente, porque. unha parte notable dela lévaa o Lixo.
A localización real dos datos nun SSD no uso diario
Para ilustrar o efecto do traballo do "recolector de lixo" dependendo do modo de escritura na unidade, pode realizar as probas máis sinxelas: escrituras secuenciais e aleatorias en bloques de 4KB nunha unidade de 100 GB. (Fonte - empresa )
Rendemento de escritura secuencial
Rendemento de escritura aleatoria
Como se desprende das probas, a baixada de rendemento pode chegar a máis de dúas veces. E só é unha única unidade. No caso de usar un SSD como parte dun grupo RAID, o número de operacións de reescritura aumenta moito debido ao traballo con paridade.
En xeral, grazas a estas características do funcionamento do SSD, hai para eles un parámetro como o factor de amplificación de escritura. Esta é a relación entre a cantidade de datos escritos na unidade e a cantidade de datos que realmente envía o host. E para o RAID5 máis popular, esta proporción é de ~3.5.
Como resultado, os sistemas con RAID clásico utilizan basicamente SSD só ~ 10% da súa velocidade real e escalan mal o rendemento cando o número de unidades aumenta a máis dunha ducia.
Teña en conta tamén que as operacións de escritura excesivas non só reducen o rendemento do SSD, senón que tamén reducen o seu recurso infinito, reducindo así a vida útil da unidade.
, que é o núcleo de todos os produtos AccelStor, está deseñado como unha alternativa aos clásicos algoritmos RAID cando se traballa con SSD. A innovación da tecnoloxía está marcada tanto por varias patentes e premios (incluído no Flash Memory Summit 2016) como polos resultados de probas independentes (por exemplo, SPC1).
corazón consiste en converter todas as solicitudes de escritura entrantes, e principalmente de tipo aleatorio, nun conxunto de bloques o máis parecido posible ao modo de escritura secuencial desde o punto de vista da unidade. Como resultado, a escritura en SSD realízase no modo máis cómodo para eles e o rendemento final supera calquera sistema cun RAID clásico.
Todos os SSD dos sistemas AccelStor divídense en dous grupos FlexiRemap® simétricos. O tamaño do grupo depende do modelo e é de 5-11 unidades. Para a tolerancia a fallos dentro do grupo, a paridade úsase de forma similar a RAID5. Ambos grupos úsanse xuntos para formar un espazo de almacenamento común. Polo tanto, a tolerancia a fallos resultante será similar a unha matriz RAID50 formada por dous grupos: o sistema é capaz de soportar a falla de ata dous SSD, pero non máis dun en cada grupo FlexiRemap®.
Todas as solicitudes de escritura entrantes divídense en bloques de 4 KB, que se escriben en modo round robin para os dous grupos FlexiRemap®. Ao mesmo tempo, o sistema mantén constantemente rexistros da demanda de bloques gravados, intentando escribir bloques similares o máis preto posible uns dos outros cando cambian. Resulta un análogo virtual de rasgado, se se expresa en termos de sistemas de almacenamento. Neste caso, o traballo do "recolector de lixo" é moi facilitado: despois de todo, os bloques non utilizados sempre estarán preto.
Debe notarse que a diferenza dos produtos da competencia, non usan a funcionalidade de almacenar en caché as solicitudes entrantes na memoria RAM do controlador. Todos os bloques de datos entrantes escriben inmediatamente no SSD. O host recibe a confirmación dunha escritura exitosa só despois da colocación física dos datos nas unidades. Só se almacenan na RAM as táboas de asignación de bloques do SSD para acelerar o acceso e determinar onde escribir o seguinte bloque de datos. Por suposto, para fiabilidade, as copias destas táboas sitúanse nos propios medios. Como resultado, os sistemas AccelStor non requiren protección da caché de batería/condensador (non obstante, é posible comunicarse co SAI, para un apagado "suave" en caso de problemas de alimentación).
Grazas a este enfoque para organizar a gravación, o colector de lixo é realmente capaz de traballar en segundo plano sen afectar significativamente a velocidade das unidades, o que finalmente permite utilizar ata o 90% do rendemento da SSD dentro do sistema. Este é precisamente o alto rendemento IOPS dos sistemas AccelStor no fondo de All Flash, que se basea en algoritmos RAID.
Outra característica importante da tecnoloxía FlexiRemap® é a redución significativa das escrituras SSD redundantes. Polo tanto, a amplificación de escritura dos sistemas AccelStor é só 1.3, o que, traducido á linguaxe común, significa un aumento da vida útil das unidades en comparación co RAID5 en máis de 2.5 veces.
Debido ao seguimento constante por parte do sistema da política de colocación de datos no SSD, todas as unidades desgastan do mesmo xeito. Este enfoque permite prever a súa vida útil e indicarlle ao administrador con antelación o esgotamento do recurso de gravación.
Está claro que os SSD poden fallar. Neste caso, o sistema comezará a reconstruír inmediatamente un dos discos de reserva. Neste caso, o grupo FlexiRemap®, que está en estado degradado, pasa ao modo de só lectura e todas as solicitudes de escritura diríxense ao segundo grupo. Este mecanismo de protección provéase para acelerar a operación de reconstrución e reducir a probabilidade de falla doutra unidade dentro do mesmo grupo. Non é ningún segredo que durante unha reconstrución, todas as unidades dun grupo experimentan un aumento da carga debido á interferencia das operacións de lectura, escritura e restauración do hot spare. Isto aumenta a probabilidade de que outra unidade falle. E cantas máis operacións de escritura, máis tempo levará a reconstrución.
Despois de que se complete o proceso de reconstrución e o grupo FlexiRemap® volva á normalidade, haberá un lixeiro sesgo no recurso de escritura entre os dous grupos. Polo tanto, para igualalo, as operacións de escritura posteriores recaerán con máis frecuencia no grupo restaurado (por suposto, de tal xeito que o rendemento final do sistema non sufra moito).
Non é posible aumentar o rendemento dos sistemas All Flash baseados en algoritmos RAID por encima de determinados valores (~280K IOPS@4K escritura aleatoria) mesmo cando se usan sistemas de caché complexos. A tecnoloxía FlexiRemap®, grazas a un enfoque completamente diferente para organizar o espazo de almacenamento, non só supera facilmente esta barreira, senón que tamén aumenta a vida útil do SSD varias veces. Entón os sistemas teñen vantaxes significativas entre as matrices All Flash en moitas frontes (IOPS / $, GB / $, TCO, ROI), o que os converte en candidatos idóneos para postos clave nos centros de datos de clientes para resolver tarefas de uso intensivo de recursos.
Fonte: www.habr.com
