क्या SSD से RAID ऐरे बनाना आवश्यक है और इसके लिए किन नियंत्रकों की आवश्यकता है?

हेलो हबर! इस लेख में हम आपको बताएंगे कि क्या सॉलिड-स्टेट समाधान SATA SSD और NVMe SSD के आधार पर RAID सरणियों को व्यवस्थित करना उचित है, और क्या इससे कोई गंभीर लाभ होगा? हमने नियंत्रकों के प्रकारों और प्रकारों पर विचार करके इस मुद्दे पर गौर करने का निर्णय लिया जो ऐसा करने की अनुमति देते हैं, साथ ही ऐसे कॉन्फ़िगरेशन के अनुप्रयोग के दायरे पर भी विचार करते हैं।

एक तरह से या किसी अन्य, हम में से प्रत्येक ने अपने जीवन में कम से कम एक बार "RAID", "RAID-सरणी", "RAID-नियंत्रक" जैसी परिभाषाएँ सुनी हैं, लेकिन यह संभावना नहीं है कि हमने इसे गंभीर महत्व दिया है, क्योंकि यह सब है एक साधारण पीसी बॉयर के लिए असंभव दिलचस्प। लेकिन हर कोई आंतरिक ड्राइव से उच्च गति और परेशानी मुक्त संचालन चाहता है। आख़िरकार, कंप्यूटर का हार्डवेयर कितना भी शक्तिशाली क्यों न हो, जब पीसी और सर्वर के संयुक्त प्रदर्शन की बात आती है तो ड्राइव की गति एक बाधा बन जाती है।

यह बिल्कुल वैसा ही था जब तक कि पारंपरिक एचडीडी को 1 टीबी या उससे अधिक की तुलनीय क्षमता वाले आधुनिक एनवीएमई एसएसडी द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया गया था। और यदि पहले पीसी में अक्सर SATA SSD + कुछ कैपेसिटिव HDDs का संयोजन होता था, तो आज उन्हें दूसरे समाधान - NVMe SSD + कुछ कैपेसिटिव SATA SSDs द्वारा प्रतिस्थापित किया जाने लगा है। अगर हम कॉर्पोरेट सर्वर और "क्लाउड" के बारे में बात करते हैं, तो कई लोग पहले ही सफलतापूर्वक SATA SSDs में चले गए हैं, सिर्फ इसलिए कि वे पारंपरिक "टिन के डिब्बे" से तेज़ हैं और एक साथ बड़ी संख्या में I/O संचालन को संसाधित करने में सक्षम हैं।

हालाँकि, सिस्टम की दोष सहनशीलता अभी भी काफी निम्न स्तर पर है: हम, "मनोविज्ञान की लड़ाई" की तरह, एक सप्ताह तक की सटीकता के साथ भविष्यवाणी नहीं कर सकते हैं जब एक विशेष सॉलिड-स्टेट ड्राइव खत्म हो जाएगी। और यदि एचडीडी धीरे-धीरे "मर जाते हैं", जिससे आप लक्षणों को पकड़ सकते हैं और कार्रवाई कर सकते हैं, तो एसएसडी तुरंत और बिना किसी चेतावनी के "मर जाते हैं"। और अब यह पता लगाने का समय आ गया है कि आख़िर इस सब की आवश्यकता क्यों है? क्या सॉलिड-स्टेट समाधान SATA SSD और NVMe SSD के आधार पर RAID सरणियों को व्यवस्थित करना उचित है, और क्या इससे कोई गंभीर लाभ होगा?

आपको RAID सारणी की आवश्यकता क्यों है?

"एरे" शब्द का अर्थ पहले से ही है कि इसे बनाने के लिए कई ड्राइव (एचडीडी और एसएसडी) का उपयोग किया जाता है, जो एक RAID नियंत्रक का उपयोग करके संयुक्त होते हैं और ओएस द्वारा एकल डेटा स्टोरेज के रूप में पहचाने जाते हैं। RAID सरणियाँ जो वैश्विक कार्य हल कर सकती हैं, वह डेटा एक्सेस समय को कम करना, पढ़ने/लिखने की गति और विश्वसनीयता को बढ़ाना है, जो विफलता की स्थिति में जल्दी से ठीक होने की क्षमता के कारण हासिल किया जाता है। वैसे, होम बैकअप के लिए RAID का उपयोग करना बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है। लेकिन अगर आपके पास अपना खुद का होम सर्वर है, जिस तक आपको 24/7 निरंतर पहुंच की आवश्यकता है, तो यह अलग बात है।

RAID सरणियों के एक दर्जन से अधिक स्तर हैं, जिनमें से प्रत्येक इसमें प्रयुक्त ड्राइव की संख्या में भिन्न है और इसके अपने फायदे और नुकसान हैं: उदाहरण के लिए, RAID 0 आपको गलती सहनशीलता के बिना उच्च प्रदर्शन प्राप्त करने की अनुमति देता है, RAID 1 आपको अनुमति देता है गति बढ़ाए बिना डेटा को स्वचालित रूप से मिरर करें, और RAID 10 कंबाइन में उपरोक्त की संभावनाएं शामिल हैं। RAID 0 और 1 सबसे सरल हैं (क्योंकि उन्हें सॉफ़्टवेयर गणना की आवश्यकता नहीं है) और, परिणामस्वरूप, सबसे लोकप्रिय हैं। अंततः, एक या दूसरे RAID स्तर के पक्ष में चुनाव डिस्क सरणी को सौंपे गए कार्यों और RAID नियंत्रक की क्षमताओं पर निर्भर करता है।

घर और कॉर्पोरेट छापे: क्या अंतर है?

किसी भी आधुनिक व्यवसाय का आधार बड़ी मात्रा में डेटा है जिसे कंपनी के सर्वर पर सुरक्षित रूप से संग्रहीत किया जाना चाहिए। और साथ ही, जैसा कि हमने ऊपर बताया, उन्हें 24/7 निरंतर पहुंच प्रदान की जानी चाहिए। यह स्पष्ट है कि, हार्डवेयर के साथ-साथ सॉफ़्टवेयर भाग भी महत्वपूर्ण है, लेकिन इस मामले में हम अभी भी ऐसे उपकरण के बारे में बात कर रहे हैं जो जानकारी का विश्वसनीय भंडारण और प्रसंस्करण सुनिश्चित करता है। यदि हार्डवेयर उसे सौंपे गए कार्यों को पूरा नहीं करता है तो कोई भी सॉफ्टवेयर किसी कंपनी को बर्बाद होने से नहीं बचाएगा।

इन कार्यों के लिए, कोई भी हार्डवेयर निर्माता तथाकथित एंटरप्राइज़ डिवाइस प्रदान करता है। किंग्स्टन के पास SATA मॉडल के रूप में शक्तिशाली सॉलिड-स्टेट समाधान हैं किंग्स्टन 450R (DC450R) и DC500 श्रृंखला, साथ ही NVMe मॉडल DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe और डीसीपी-1000 PCI-e, डेटा सेंटर और सुपर कंप्यूटर में उपयोग के लिए हैं। ऐसे ड्राइव के ऐरे का उपयोग आमतौर पर हार्डवेयर नियंत्रकों के साथ संयोजन में किया जाता है।

उपभोक्ता बाजार के लिए (अर्थात, घरेलू पीसी और एनएएस सर्वर के लिए), जैसे ड्राइव किंग्स्टन KC2000 NVMe PCIe, लेकिन इस मामले में हार्डवेयर नियंत्रक खरीदना आवश्यक नहीं है। आप अपने आप को मदरबोर्ड में निर्मित एक पीसी या एनएएस सर्वर तक सीमित कर सकते हैं, जब तक कि आप असामान्य कार्यों के लिए स्वयं एक होम सर्वर को इकट्ठा करने की योजना नहीं बनाते हैं (उदाहरण के लिए, दोस्तों के लिए एक छोटा होम होस्टिंग शुरू करना)। इसके अलावा, होम RAID सरणियों को, एक नियम के रूप में, दो, चार और आठ डिवाइस (आमतौर पर SATA) तक सीमित होने के कारण, सैकड़ों या हजारों ड्राइव की आवश्यकता नहीं होती है।

RAID नियंत्रकों के प्रकार और प्रकार

RAID सरणियों को लागू करने के सिद्धांतों के आधार पर तीन प्रकार के RAID नियंत्रक हैं:

1. सॉफ्टवेयर, जिसमें ऐरे प्रबंधन सीपीयू और डीआरएएम पर पड़ता है (अर्थात प्रोग्राम कोड प्रोसेसर पर निष्पादित होता है)।

2. एकीकृत, यानी पीसी या एनएएस सर्वर के मदरबोर्ड में निर्मित।

3. हार्डवेयर (मॉड्यूलर), जो मदरबोर्ड पर पीसीआई/पीसीआईई कनेक्टर के लिए अलग विस्तार कार्ड हैं।

उनका एक दूसरे से मूलभूत अंतर क्या है? सॉफ़्टवेयर RAID नियंत्रक प्रदर्शन और दोष सहनशीलता के मामले में एकीकृत और हार्डवेयर नियंत्रकों से कमतर हैं, लेकिन उन्हें संचालित करने के लिए विशेष उपकरण की आवश्यकता नहीं होती है। हालाँकि, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि होस्ट सिस्टम का प्रोसेसर होस्ट पर चलने वाले अनुप्रयोगों के प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव डाले बिना RAID सॉफ़्टवेयर चलाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली है। एकीकृत नियंत्रक आमतौर पर अपनी स्वयं की कैश मेमोरी से लैस होते हैं और एक निश्चित मात्रा में सीपीयू संसाधनों का उपयोग करते हैं।

लेकिन हार्डवेयर वाले के पास सॉफ़्टवेयर एल्गोरिदम निष्पादित करने के लिए अपनी स्वयं की कैश मेमोरी और एक अंतर्निहित प्रोसेसर दोनों होते हैं। आमतौर पर, वे आपको सभी प्रकार के RAID स्तरों को लागू करने और एक साथ कई प्रकार की ड्राइव का समर्थन करने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, ब्रॉडकॉम के आधुनिक हार्डवेयर नियंत्रक एक साथ SATA, SAS और NVMe उपकरणों को कनेक्ट कर सकते हैं, जो आपको सर्वर को अपग्रेड करते समय नियंत्रक को बदलने की अनुमति नहीं देता है: विशेष रूप से, SATA SSD से NVMe SSD में जाने पर, नियंत्रकों को बदलना नहीं पड़ता है।

दरअसल, इस नोट पर हम स्वयं नियंत्रकों की टाइपोलॉजी पर आते हैं। यदि तीन-मोड वाले हैं, तो क्या कुछ अन्य भी होने चाहिए? ऐसे में इस सवाल का जवाब हां में होगा. कार्यों और क्षमताओं के आधार पर, RAID नियंत्रकों को कई प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

1. RAID फ़ंक्शन वाले साधारण नियंत्रक
संपूर्ण पदानुक्रम में, यह सबसे सरल नियंत्रक है जो आपको HDD और SSD को "0", "1" या "0+1" स्तरों के RAID सरणियों में संयोजित करने की अनुमति देता है। इसे फ़र्मवेयर स्तर पर प्रोग्रामेटिक रूप से कार्यान्वित किया जाता है। हालाँकि, कॉर्पोरेट सेगमेंट में उपयोग के लिए ऐसे उपकरणों की शायद ही सिफारिश की जा सकती है, क्योंकि उनके पास कैश नहीं है और वे "5", "3", आदि स्तरों की सरणियों का समर्थन नहीं करते हैं। लेकिन एंट्री-लेवल होम सर्वर के लिए वे काफी उपयुक्त हैं।

2. नियंत्रक जो अन्य RAID नियंत्रकों के साथ मिलकर काम करते हैं
इस प्रकार के नियंत्रक को एकीकृत मदरबोर्ड नियंत्रकों के साथ जोड़ा जा सकता है। इसे निम्नलिखित सिद्धांत के अनुसार कार्यान्वित किया जाता है: एक अलग RAID नियंत्रक "तार्किक" समस्याओं को हल करने का ख्याल रखता है, और अंतर्निहित नियंत्रक ड्राइव के बीच डेटा विनिमय के कार्यों को संभालता है। लेकिन एक बारीकियां है: ऐसे नियंत्रकों का समानांतर संचालन केवल संगत मदरबोर्ड पर ही संभव है, जिसका अर्थ है कि उनके आवेदन का दायरा गंभीर रूप से सीमित है।

3. स्टैंडअलोन RAID नियंत्रक
इन अलग-अलग समाधानों में एंटरप्राइज़-क्लास सर्वर के साथ काम करने के लिए सभी आवश्यक चिप्स होते हैं, जिनमें तेज़ त्रुटि सुधार और चेकसम गणना के लिए अपना स्वयं का BIOS, कैश मेमोरी और प्रोसेसर होता है। इसके अलावा, वे विनिर्माण के मामले में विश्वसनीयता के उच्च मानकों को पूरा करते हैं और उनमें उच्च गुणवत्ता वाले मेमोरी मॉड्यूल होते हैं।

4. बाहरी RAID नियंत्रक
यह अनुमान लगाना कठिन नहीं है कि ऊपर सूचीबद्ध सभी नियंत्रक आंतरिक हैं और मदरबोर्ड के PCIe कनेक्टर के माध्यम से शक्ति प्राप्त करते हैं। इसका अर्थ क्या है? और मदरबोर्ड की विफलता से RAID सरणी के संचालन में त्रुटियां हो सकती हैं और डेटा हानि हो सकती है। बाहरी नियंत्रकों को इस गलतफहमी से मुक्त कर दिया गया है, क्योंकि उन्हें एक स्वतंत्र बिजली आपूर्ति के साथ एक अलग मामले में रखा गया है। विश्वसनीयता के संदर्भ में, ऐसे नियंत्रक उच्चतम स्तर का डेटा भंडारण प्रदान करते हैं।

ब्रॉडकॉम, माइक्रोसेमी एडाप्टेक, इंटेल, आईबीएम, डेल और सिस्को ऐसी कुछ कंपनियां हैं जो वर्तमान में हार्डवेयर RAID नियंत्रक पेश करती हैं।

RAID नियंत्रकों SAS/SATA/NVMe के ऑपरेटिंग मोड

त्रि-मोड HBA और RAID नियंत्रकों (या त्रि-मोड कार्यक्षमता वाले नियंत्रक) का मुख्य उद्देश्य NVMe-आधारित हार्डवेयर RAID बनाना है। ब्रॉडकॉम के 9400 श्रृंखला नियंत्रक यह कर सकते हैं: उदाहरण के लिए, मेगारेड 9460-16आई. यह एक स्वतंत्र प्रकार के RAID नियंत्रक से संबंधित है, चार SFF-8643 कनेक्टर से सुसज्जित है और, त्रि-मोड समर्थन के लिए धन्यवाद, आपको SATA/SAS और NVMe ड्राइव को एक साथ कनेक्ट करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, यह बाजार में सबसे अधिक ऊर्जा-कुशल नियंत्रकों में से एक है (केवल 17 वाट ऊर्जा की खपत करता है, 1,1 बंदरगाहों में से प्रत्येक के लिए 16 वाट से कम)।

कनेक्शन इंटरफ़ेस पीसीआई एक्सप्रेस x8 संस्करण 3.1 है, जो 64 Gbit/s के थ्रूपुट की अनुमति देता है (पीसीआई एक्सप्रेस 2020 के लिए नियंत्रक 4.0 में प्रदर्शित होने की उम्मीद है)। 16-पोर्ट नियंत्रक 2-कोर चिप पर आधारित है SAS3516 और 72-बिट DDR4-2133 SDRAM (4 जीबी), साथ ही 240 SATA/SAS ड्राइव या 24 NVMe डिवाइस तक कनेक्ट करने की क्षमता। RAID सरणियों को व्यवस्थित करने के संदर्भ में, स्तर "0", "1", "5" और "6", साथ ही "10", "50" और "60" समर्थित हैं। वैसे, कैश मेमोरी मेगारेड 9460-16आई और 9400 श्रृंखला के अन्य नियंत्रक वैकल्पिक CacheVault CVPM05 मॉड्यूल द्वारा वोल्टेज विफलताओं से सुरक्षित हैं।

तीन-मोड तकनीक सर्डेस डेटा रूपांतरण फ़ंक्शन पर आधारित है: एसएएस/एसएटीए इंटरफेस में डेटा के क्रमिक प्रतिनिधित्व को पीसीआईई एनवीएमई में समानांतर रूप में परिवर्तित करना और इसके विपरीत। अर्थात्, नियंत्रक तीन प्रकार के भंडारण उपकरणों में से किसी के साथ निर्बाध रूप से काम करने के लिए गति और प्रोटोकॉल पर बातचीत करता है। यह डेटा सेंटर इंफ्रास्ट्रक्चर को स्केल करने का एक सहज तरीका प्रदान करता है: उपयोगकर्ता अन्य सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन में महत्वपूर्ण बदलाव किए बिना एनवीएमई का उपयोग कर सकते हैं।

हालाँकि, NVMe ड्राइव के साथ कॉन्फ़िगरेशन की योजना बनाते समय, यह विचार करने योग्य है कि NVMe समाधान कनेक्ट करने के लिए 4 PCIe लेन का उपयोग करते हैं, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक ड्राइव SFF-8643 पोर्ट की सभी लाइनों का उपयोग करता है। यह पता चला है कि केवल चार NVMe ड्राइव को सीधे मेगाRAID 9460-16i नियंत्रक से जोड़ा जा सकता है। या आठ एसएएस ड्राइव को एक साथ कनेक्ट करते समय अपने आप को दो एनवीएमई समाधानों तक सीमित रखें (नीचे कनेक्शन आरेख देखें)।

यह आंकड़ा एनवीएमई कनेक्शन के लिए कनेक्टर "0" (सी0 / कनेक्टर 0) और कनेक्टर "1" के साथ-साथ एसएएस कनेक्शन के लिए कनेक्टर "2" और "3" का उपयोग दिखाता है। इस व्यवस्था को उलटा किया जा सकता है, लेकिन प्रत्येक x4 NVMe ड्राइव को आसन्न लेन का उपयोग करके जोड़ा जाना चाहिए। नियंत्रक ऑपरेटिंग मोड StorCLI या ह्यूमन इंटरफ़ेस इन्फ्रास्ट्रक्चर (HII) कॉन्फ़िगरेशन उपयोगिताओं के माध्यम से सेट किए जाते हैं, जो UEFI वातावरण में संचालित होते हैं।

डिफ़ॉल्ट मोड "PD64" प्रोफ़ाइल है (केवल SAS/SATA का समर्थन करता है)। जैसा कि हमने ऊपर कहा, कुल मिलाकर तीन प्रोफ़ाइल हैं: "SAS/SATA केवल मोड" मोड (PD240 / PD64 / PD 16), "NVMe केवल मोड" (PCIe4) मोड और एक मिश्रित मोड जिसमें सभी प्रकार की ड्राइव संचालित कर सकते हैं: "PD64 -PCIe4" (64 NVMe ड्राइव के साथ 4 भौतिक और वर्चुअल डिस्क के लिए समर्थन)। मिश्रित मोड में, निर्दिष्ट प्रोफ़ाइल का मान "ProfileID=13" होना चाहिए। वैसे, चयनित प्रोफ़ाइल को मास्टर के रूप में सहेजा जाता है और फ़ैक्टरी डिफ़ॉल्ट सेट कमांड के माध्यम से फ़ैक्टरी सेटिंग्स पर लौटने पर भी रीसेट नहीं किया जाता है। इसे केवल मैन्युअल रूप से बदला जा सकता है।

क्या SSD पर RAID सरणी बनाना उचित है?

तो, हम पहले ही समझ चुके हैं कि RAID सारणियाँ उच्च प्रदर्शन की कुंजी हैं। लेकिन क्या घरेलू और कॉर्पोरेट उपयोग के लिए SSDs से RAID बनाना उचित है? कई संशयवादियों का कहना है कि गति में वृद्धि इतनी महत्वपूर्ण नहीं है कि एनवीएमई ड्राइव पर पैसे खर्च किए जाएं। लेकिन क्या वाकई ऐसा है? मुश्किल से। RAID (घरेलू और उद्यम स्तर दोनों) में SSDs का उपयोग करने की सबसे बड़ी सीमा केवल कीमत हो सकती है। कोई कुछ भी कहे, HDD पर एक गीगाबाइट जगह की लागत बहुत सस्ती है।

SSD सरणी बनाने के लिए कई सॉलिड स्टेट "ड्राइव" को RAID नियंत्रक से कनेक्ट करने से कुछ कॉन्फ़िगरेशन में प्रदर्शन पर भारी प्रभाव पड़ सकता है। हालाँकि, यह न भूलें कि अधिकतम प्रदर्शन RAID नियंत्रक के थ्रूपुट द्वारा ही सीमित है। सबसे अच्छा प्रदर्शन प्रदान करने वाला RAID स्तर RAID 0 है।

दो एसएसडी के साथ एक पारंपरिक RAID 0, जो डेटा को निश्चित ब्लॉकों में विभाजित करने और उन्हें ठोस राज्य भंडारण में स्ट्रिप करने की विधि का उपयोग करता है, जिसके परिणामस्वरूप एकल एसएसडी की तुलना में प्रदर्शन दोगुना हो जाएगा। हालाँकि, चार SSDs के साथ एक RAID 0 सरणी पहले से ही सरणी में सबसे धीमी SSD की तुलना में चार गुना तेज़ होगी (RAID SSD नियंत्रक स्तर पर बैंडविड्थ सीमा के आधार पर)।

सरल अंकगणित के आधार पर, एक SATA SSD पारंपरिक SATA HDD से लगभग 3 गुना तेज़ है। एनवीएमई समाधान और भी अधिक कुशल हैं - 10 गुना या अधिक। बशर्ते कि शून्य-स्तरीय RAID में दो हार्ड ड्राइव प्रदर्शन को दोगुना कर दें, इसे 50% तक बढ़ा दें, दो SATA SSDs 6 गुना तेज़ होंगे, और दो NVMe SSDs 20 गुना तेज़ होंगे। विशेष रूप से, एक किंग्स्टन KC2000 NVMe PCIe ड्राइव 3200 MB/s तक की क्रमिक पढ़ने और लिखने की गति प्राप्त कर सकता है, जो RAID 0 प्रारूप में प्रभावशाली 6 GB/s तक पहुंच जाएगी। और 4 KB आकार के यादृच्छिक ब्लॉक की पढ़ने/लिखने की गति 350 IOPS से 000 IOPS हो जाएगी। लेकिन... साथ ही, "शून्य" RAID हमें अतिरेक प्रदान नहीं करता है।

यह कहा जा सकता है कि घरेलू वातावरण में, भंडारण अतिरेक की आमतौर पर आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए SSDs के लिए सबसे उपयुक्त RAID कॉन्फ़िगरेशन वास्तव में RAID 0 बन जाता है। यह इंटेल ऑप्टेन-आधारित जैसी प्रौद्योगिकियों का उपयोग करने के विकल्प के रूप में महत्वपूर्ण प्रदर्शन सुधार प्राप्त करने का एक विश्वसनीय तरीका है। एसएसडी. लेकिन हम अपने अगले लेख में इस बारे में बात करेंगे कि SSD समाधान सबसे लोकप्रिय RAID प्रकारों ("1", "5", "10", "50") में कैसे व्यवहार करते हैं।

यह लेख ब्रॉडकॉम में हमारे सहयोगियों के सहयोग से तैयार किया गया था, जो एंटरप्राइज़-क्लास SATA/SAS/NVMe ड्राइव के साथ परीक्षण के लिए किंग्स्टन इंजीनियरों को अपने नियंत्रक प्रदान करते हैं। इस मैत्रीपूर्ण सहजीवन के लिए धन्यवाद, ग्राहकों को उत्पादन से एचबीए और RAID नियंत्रकों के साथ किंग्स्टन ड्राइव की विश्वसनीयता और स्थिरता पर संदेह करने की ज़रूरत नहीं है। ब्रॉडकॉम.

किंग्स्टन उत्पादों के बारे में अधिक जानकारी के लिए कृपया देखें आधिकारिक वेबसाइट पर कंपनी।

स्रोत: www.habr.com