🥇NVMe पर RAID सरणियाँ | प्रोहोस्टर

इस लेख में हम RAID सरणियों को व्यवस्थित करने के विभिन्न तरीकों के बारे में बात करेंगे, और NVMe समर्थन के साथ पहले हार्डवेयर RAID नियंत्रकों में से एक भी दिखाएंगे।

RAID प्रौद्योगिकी के सभी प्रकार के अनुप्रयोग सर्वर खंड में पाए जाते हैं। क्लाइंट सेगमेंट में, दो डिस्क पर केवल सॉफ़्टवेयर RAID0 या RAID1 का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

यह आलेख RAID तकनीक का एक संक्षिप्त अवलोकन, तीन अलग-अलग टूल का उपयोग करके RAID सरणी बनाने के तरीके पर एक संक्षिप्त ट्यूटोरियल और प्रत्येक विधि का उपयोग करके वर्चुअल डिस्क प्रदर्शन की तुलना प्रदान करेगा।

RAID क्या है?

विकिपीडिया RAID प्रौद्योगिकी की व्यापक परिभाषा देता है:

छापे (अंग्रेज़ी स्वतंत्र डिस्क के निरर्थक सरणी - स्वतंत्र (स्वतंत्र) डिस्क की अनावश्यक सरणी) - गलती सहनशीलता और प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए कई भौतिक डिस्क उपकरणों को एक तार्किक मॉड्यूल में संयोजित करने के लिए डेटा वर्चुअलाइजेशन तकनीक।

डिस्क सरणियों का विन्यास और उपयोग की जाने वाली प्रौद्योगिकियाँ चयनित पर निर्भर करती हैं RAID स्तर. RAID स्तर विनिर्देश में मानकीकृत हैं सामान्य RAID डिस्क डेटा प्रारूप. यह कई RAID स्तरों का वर्णन करता है, लेकिन सबसे आम RAID0, RAID1, RAID5 और RAID6 हैं।

RAID0या धारियों, एक RAID स्तर है जो दो या दो से अधिक भौतिक ड्राइव को एक लॉजिकल ड्राइव में जोड़ता है। तार्किक डिस्क का आयतन सरणी में शामिल भौतिक डिस्क के आयतन के योग के बराबर है। इस RAID स्तर पर कोई अतिरेक नहीं है, और एक ड्राइव की विफलता के परिणामस्वरूप वर्चुअल डिस्क में सभी डेटा की हानि हो सकती है।

Уровень RAID1या आईना, दो या दो से अधिक डिस्क पर डेटा की समान प्रतियां बनाता है। वर्चुअल डिस्क का आकार भौतिक डिस्क के न्यूनतम आकार से अधिक नहीं है। RAID1 वर्चुअल डिस्क पर डेटा तब तक उपलब्ध रहेगा जब तक सरणी से कम से कम एक भौतिक डिस्क चालू है। RAID1 का उपयोग अतिरेक जोड़ता है, लेकिन यह एक महंगा समाधान है, क्योंकि दो या दो से अधिक डिस्क की सारणी में केवल एक की क्षमता उपलब्ध है।

Уровень RAID5 उच्च लागत की समस्या का समाधान करता है। RAID5 स्तर के साथ एक सरणी बनाने के लिए, आपको कम से कम 3 डिस्क की आवश्यकता होती है, और सरणी एक डिस्क की विफलता के लिए प्रतिरोधी है। RAID5 में डेटा चेकसम वाले ब्लॉक में संग्रहीत किया जाता है। डेटा डिस्क और चेकसम डिस्क के बीच कोई सख्त विभाजन नहीं है। RAID5 में चेकसम N-1 ब्लॉक पर लागू XOR ऑपरेशन का परिणाम है, प्रत्येक एक अलग डिस्क से लिया गया है।

हालाँकि RAID सरणियाँ अतिरेक बढ़ाती हैं और अतिरेक प्रदान करती हैं, लेकिन वे बैकअप संग्रहीत करने के लिए उपयुक्त नहीं हैं।

RAID सरणियों के प्रकारों में एक संक्षिप्त भ्रमण के बाद, आप उन उपकरणों और प्रोग्रामों पर आगे बढ़ सकते हैं जो आपको डिस्क सरणियों को इकट्ठा करने और उपयोग करने की अनुमति देते हैं।

RAID नियंत्रकों के प्रकार

RAID सरणियाँ बनाने और उपयोग करने के दो तरीके हैं: हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर। हम निम्नलिखित समाधानों पर विचार करेंगे:

लिनक्स सॉफ्टवेयर RAID।
सीपीयू पर इंटेल® वर्चुअल RAID।
एलएसआई मेगारेड 9460-8आई।

ध्यान दें कि Intel® समाधान एक चिपसेट पर चलता है, जो यह सवाल उठाता है कि क्या यह एक हार्डवेयर या सॉफ़्टवेयर समाधान है। उदाहरण के लिए, VMWare ESXi हाइपरवाइज़र VROC सॉफ़्टवेयर पर विचार करता है और आधिकारिक तौर पर इसका समर्थन नहीं करता है।

लिनक्स सॉफ्टवेयर RAID

Linux OS परिवार में सॉफ़्टवेयर RAID ऐरे क्लाइंट और सर्वर दोनों सेगमेंट में एक काफी सामान्य समाधान है। एक सरणी बनाने के लिए आपको बस mdadm उपयोगिता और कुछ ब्लॉक डिवाइस की आवश्यकता है। Linux सॉफ़्टवेयर RAID द्वारा उपयोग की जाने वाली ड्राइव पर एकमात्र आवश्यकता यह है कि वह सिस्टम के लिए पहुंच योग्य ब्लॉक डिवाइस हो।

उपकरण और सॉफ़्टवेयर की लागत का अभाव इस पद्धति का एक स्पष्ट लाभ है। Linux सॉफ़्टवेयर RAID CPU समय की कीमत पर डिस्क सरणियों को व्यवस्थित करता है। समर्थित RAID स्तरों की सूची और वर्तमान डिस्क सरणियों की स्थिति mdstat फ़ाइल में देखी जा सकती है, जो procfs रूट में स्थित है:

root@grindelwald:~# cat /proc/mdstat 
Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid10] 
unused devices: <none>

RAID स्तरों के लिए समर्थन उपयुक्त कर्नेल मॉड्यूल को जोड़कर जोड़ा जाता है, उदाहरण के लिए:

root@grindelwald:~# modprobe raid456
root@grindelwald:~# cat /proc/mdstat 
Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid10] [raid6] [raid5] [raid4] 
unused devices: <none>

डिस्क सरणियों के साथ सभी ऑपरेशन mdadm कमांड लाइन उपयोगिता के माध्यम से किए जाते हैं। डिस्क सरणी को एक कमांड में इकट्ठा किया गया है:

mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1

इस कमांड को निष्पादित करने के बाद, /dev/md0 ब्लॉक डिवाइस सिस्टम में दिखाई देगा, जो आपको वर्चुअल डिस्क के रूप में दर्शाता है।

सीपीयू पर इंटेल® वर्चुअल RAID

Intel® VROC मानक हार्डवेयर कुंजी
Intel® वर्चुअल RAID ऑन CPU (VROC) Intel® चिपसेट पर आधारित RAID ऐरे बनाने के लिए एक हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर तकनीक है। यह तकनीक मुख्य रूप से उन मदरबोर्ड के लिए उपलब्ध है जो Intel® Xeon® स्केलेबल प्रोसेसर का समर्थन करते हैं। डिफ़ॉल्ट रूप से, वीआरओसी उपलब्ध नहीं है। इसे सक्रिय करने के लिए, आपको वीआरओसी हार्डवेयर लाइसेंस कुंजी स्थापित करनी होगी।

मानक VROC लाइसेंस आपको 0, 1 और 10 RAID स्तरों के साथ डिस्क ऐरे बनाने की अनुमति देता है। प्रीमियम संस्करण RAID5 समर्थन के साथ इस सूची का विस्तार करता है।

आधुनिक मदरबोर्ड पर इंटेल® वीआरओसी तकनीक इंटेल® वॉल्यूम मैनेजमेंट डिवाइस (वीएमडी) के साथ मिलकर काम करती है, जो एनवीएमई ड्राइव के लिए हॉट-स्वैप क्षमता प्रदान करती है।

Intel® VROC मानक लाइसेंस सर्वर बूट होने पर ऐरे को सेटअप यूटिलिटी के माध्यम से कॉन्फ़िगर किया जाता है। टैब पर उन्नत CPU आइटम पर Intel® वर्चुअल RAID दिखाई देता है, जहाँ आप डिस्क सरणियों को कॉन्फ़िगर कर सकते हैं।

दो ड्राइव पर RAID1 सरणी बनाना
Intel® VROC तकनीक के पास अपने स्वयं के उपकरण हैं। वीआरओसी का उपयोग करके निर्मित डिस्क ऐरे लिनक्स सॉफ्टवेयर RAID के साथ संगत हैं। इसका मतलब यह है कि सरणियों की स्थिति की निगरानी /proc/mdstat में की जा सकती है और mdadm के माध्यम से प्रशासित की जा सकती है। यह "सुविधा" आधिकारिक तौर पर इंटेल द्वारा समर्थित है। सेटअप यूटिलिटी में RAID1 को असेंबल करने के बाद, आप OS में ड्राइव के सिंक्रोनाइज़ेशन को देख सकते हैं:

root@grindelwald:~# cat /proc/mdstat 
Personalities : [raid1] [linear] [multipath] [raid0] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10] 
md126 : active raid1 nvme2n1[1] nvme1n1[0]
      1855832064 blocks super external:/md127/0 [2/2] [UU]
      [>....................]  resync =  1.3% (24207232/1855832064) finish=148.2min speed=205933K/sec
      
md127 : inactive nvme1n1[1](S) nvme2n1[0](S)
      10402 blocks super external:imsm
       
unused devices: <none>

ध्यान दें कि आप mdadm का उपयोग करके VROC पर ऐरे असेंबल नहीं कर सकते (एसेम्बल ऐरे Linux SW RAID होंगे), लेकिन आप उनमें डिस्क बदल सकते हैं और ऐरे को अलग कर सकते हैं।

एलएसआई मेगारेड 9460-8आई

LSI मेगाRAID 9460-8i नियंत्रक की उपस्थिति
RAID नियंत्रक एक स्टैंड-अलोन हार्डवेयर समाधान है। नियंत्रक केवल उससे सीधे जुड़े ड्राइव के साथ काम करता है। यह RAID नियंत्रक 24 NVMe ड्राइव तक का समर्थन करता है। यह NVMe समर्थन है जो इस नियंत्रक को कई अन्य से अलग करता है।

हार्डवेयर नियंत्रक का मुख्य मेनू
यूईएफआई मोड का उपयोग करते समय, नियंत्रक सेटिंग्स सेटअप उपयोगिता में एकीकृत हो जाती हैं। वीआरओसी की तुलना में, हार्डवेयर नियंत्रक मेनू अधिक जटिल दिखता है।

दो डिस्क पर RAID1 बनाना
हार्डवेयर नियंत्रक पर डिस्क सरणियों को कॉन्फ़िगर करने का तरीका बताना एक नाजुक विषय है और यह एक पूर्ण लेख का कारण हो सकता है। यहां हम केवल डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स के साथ RAID0 और RAID1 बनाने तक ही सीमित रहेंगे।

हार्डवेयर नियंत्रक से जुड़े डिस्क ऑपरेटिंग सिस्टम को दिखाई नहीं देते हैं। इसके बजाय, नियंत्रक सभी RAID सरणियों को SAS ड्राइव के रूप में "मास्क" करता है। नियंत्रक से जुड़े ड्राइव, लेकिन डिस्क सरणी का हिस्सा नहीं, ओएस द्वारा पहुंच योग्य नहीं होंगे।

root@grindelwald:~# smartctl -i /dev/sda
smartctl 7.1 2019-12-30 r5022 [x86_64-linux-5.4.0-48-generic] (local build)
Copyright (C) 2002-19, Bruce Allen, Christian Franke, www.smartmontools.org

=== START OF INFORMATION SECTION ===
Vendor:               AVAGO
Product:              MR9460-8i
Revision:             5.14
Compliance:           SPC-3
User Capacity:        1,999,844,147,200 bytes [1.99 TB]
Logical block size:   512 bytes
Rotation Rate:        Solid State Device
Logical Unit id:      0x000000000000000000000000000000
Serial number:        00000000000000000000000000000000
Device type:          disk
Local Time is:        Sun Oct 11 16:27:59 2020 MSK
SMART support is:     Unavailable - device lacks SMART capability.

एसएएस ड्राइव के रूप में प्रच्छन्न होने के बावजूद, एनवीएमई ऐरे पीसीआईई गति पर काम करेंगे। हालाँकि, यह सुविधा आपको NVMe से लिगेसी में बूट करने की अनुमति देती है।

परीक्षण स्टैंड

डिस्क सरणियों को व्यवस्थित करने की प्रत्येक विधि के अपने भौतिक फायदे और नुकसान हैं। लेकिन क्या डिस्क सरणियों के साथ काम करते समय प्रदर्शन में कोई अंतर होता है?

अधिकतम निष्पक्षता प्राप्त करने के लिए, सभी परीक्षण एक ही सर्वर पर आयोजित किए जाएंगे। इसका विन्यास:

2x Intel® Xeon® 6240;
12x डीडीआर4-2666 16 जीबी;
एलएसआई मेगारेड 9460-8आई;
Intel® VROC मानक हार्डवेयर कुंजी;
4x Intel® SSD DC P4510 U.2 2TB;
1x सैमसंग 970 ईवीओ प्लस एम.2 500 जीबी।

परीक्षण इकाइयाँ P4510 हैं, जिनमें से एक आधा मदरबोर्ड से जुड़ा है, और दूसरा आधा RAID नियंत्रक से जुड़ा है। M.2 Ubuntu 20.04 चला रहा है और परीक्षण fio संस्करण 3.16 का उपयोग करके चलाया जाएगा।

परीक्षण

सबसे पहले, आइए डिस्क के साथ काम करते समय होने वाली देरी की जाँच करें। परीक्षण एक थ्रेड में निष्पादित किया जाता है, ब्लॉक का आकार 4 KB है। प्रत्येक परीक्षण 5 मिनट तक चलता है। प्रारंभ करने से पहले, संबंधित ब्लॉक डिवाइस को I/O शेड्यूलर के रूप में कोई नहीं पर सेट किया जाता है। फियो कमांड इस तरह दिखता है:

fio --name=test --blocksize=4k --direct=1 --buffered=0 --ioengine=libaio  --iodepth=1 --loops=1000 --runtime=300  --rw=<mode> --filename=<blkdev>

फियो परिणामों से हम क्लैट 99.00% लेते हैं। परिणाम नीचे दी गई तालिका में दिखाए हैं।

यादृच्छिक पढ़ना, μs
यादृच्छिक रिकॉर्डिंग, μs

डिस्क
112
78

लिनक्स SW RAID, RAID0
113
45

VROC, RAID0
112
46

एलएसआई, RAID0
122
63

लिनक्स SW RAID, RAID1
113
48

VROC, RAID1
113
45

एलएसआई, RAID1
128
89

डेटा तक पहुंचने में देरी के अलावा, मैं वर्चुअल ड्राइव का प्रदर्शन देखना और भौतिक डिस्क के प्रदर्शन के साथ उनकी तुलना करना चाहूंगा। Fio चलाने का आदेश:

fio --name=test --blocksize=4k --direct=1 --buffered=0 --ioengine=libaio  --loops=1000 --runtime=300  --iodepth=<threads> --rw=<mode> --filename=<blkdev>

प्रदर्शन को I/O संचालन के संदर्भ में मापा जाता है। परिणाम नीचे दी गई तालिका में प्रस्तुत किए गए हैं।

रैंडम पढ़ें 1 थ्रेड, IOPS
यादृच्छिक रूप से 1 थ्रेड लिखें, IOPS
यादृच्छिक रूप से 128 धागे पढ़ें, IOPS
यादृच्छिक रूप से 128 धागे लिखें, IOPS

डिस्क
11300
40700
453000
105000

लिनक्स SW RAID, RAID0
11200
52000
429000
232000

VROC, RAID0
11200
52300
441000
162000

एलएसआई, RAID0
10900
44200
311000
160000

लिनक्स SW RAID, RAID1
10000
48600
395000
147000

VROC, RAID1
10000
54400
378000
244000

एलएसआई, RAID1
11000
34300
229000
248000

यह देखना आसान है कि हार्डवेयर नियंत्रक का उपयोग करने से सॉफ़्टवेयर समाधानों की तुलना में विलंबता बढ़ जाती है और प्रदर्शन प्रभावित होता है।

निष्कर्ष

दो डिस्क से डिस्क ऐरे बनाने के लिए हार्डवेयर समाधान का उपयोग करना अतार्किक लगता है। हालाँकि, ऐसे कार्य हैं जहाँ RAID नियंत्रकों का उपयोग उचित है। एनवीएमई इंटरफ़ेस का समर्थन करने वाले नियंत्रकों के आगमन के साथ, उपयोगकर्ताओं को अपनी परियोजनाओं में तेज़ एसएसडी का उपयोग करने का अवसर मिलता है।

केवल पंजीकृत उपयोगकर्ता ही सर्वेक्षण में भाग ले सकते हैं। साइन इन करेंकृपया।

क्या आप RAID समाधानों का उपयोग कर रहे हैं?

29,6% तक हाँ, हार्डवेयर समाधान32
50,0% तक हाँ, सॉफ़्टवेयर समाधान54
16,7% तक नंबर 18
3,7% तक RAID की कोई आवश्यकता नहीं4

108 उपयोगकर्ताओं ने मतदान किया। 14 उपयोगकर्ता अनुपस्थित रहे।

स्रोत: www.habr.com

NVMe पर RAID सरणियाँ