В već smo razmatrali pitanje "Hoćemo li primijeniti RAID na SSD" na primjeru Kingston diskova, ali smo to učinili samo unutar nulte razine. U ovom članku analizirat ćemo mogućnosti korištenja profesionalnih i kućnih NVMe rješenja u najpopularnijim vrstama RAID polja i govoriti o kompatibilnosti kontrolera. sa Kingston pogonima.
Zašto vam je potreban RAID na SSD-u?
Prednosti SSD polja za pohranu u odnosu na HDD polja za pohranu uključuju brže vrijeme pristupa podacima na disku i vrhunske performanse čitanja/pisanja. Međutim, idealna izvedba RAID-a temeljena na SSD-u zahtijeva optimalnu kombinaciju procesora, predmemorije, softvera i hardvera. Kada svi ovi čimbenici savršeno funkcioniraju zajedno, SSD RAID može uvelike nadmašiti usporedivu konfiguraciju koja koristi tradicionalne HDD-ove.
Tipični SSD troši manje energije od HDD-ova, tako da kada kombinirate veliki broj SSD-ova u RAID nizu, ušteda energije u usporedbi s HDD RAID nizom također se može pretvoriti u niže troškove na korporativnim računima za energiju.
Međutim, SSD RAID ima ograničenja i nedostatke, posebice višu cijenu po gigabajtu prostora u usporedbi s tvrdim diskovima usporedivog kapaciteta. A vrijeme između kvarova flash memorije ograničeno je na određeni broj ciklusa ponovnog pisanja. Odnosno, SSD diskovi imaju određeni radni vijek, koji ovisi o radu: što je više informacija prepisano na njemu, to će pogon brže pokvariti. S druge strane, poslovni SSD-ovi imaju pristojan vijek trajanja usporediv s mehaničkim tvrdim diskovima.
Kako Kingston SSD-ovi žive u RAID načinu rada s Broadcom kontrolerima
U ranim danima SSD-ova, dizajn RAID-a imao je mnogo nijansi. Uključujući i zbog upotrebe HDD-ova manje otpornih na greške. Solid State diskovi mnogo su pouzdaniji od svojih analoga temeljenih na magnetskim diskovima. Kao što znamo, u SSD rješenjima nema pokretnih dijelova, pa su mehanička oštećenja svedena na nulu. Kvar solid-state diskova zbog strujnih udara također je malo vjerojatan, s obzirom da vas na razini kućnog računala i bilo kojeg servera štite UPS, prenaponski zaštitnici, pa čak i napajanje.
Istodobno, solid-state diskovi imaju još jedan značajan plus: čak i ako su memorijske ćelije istrošene za pisanje, podaci se još uvijek mogu čitati s njih, ali ako je magnetski disk oštećen, nažalost.
Danas je sasvim normalna praksa koristiti SSD rješenja u RAID nizovima različitih razina. Glavna stvar je odabrati prave SSD-ove, čija je latencija minimalna. U idealnom slučaju, koristite SSD-ove istog proizvođača i istog modela kako ne biste završili s hrpom pogona koji podržavaju različite vrste opterećenja i izgrađeni su na temelju različitih vrsta memorije, kontrolera i drugih tehnologija. Odnosno, ako se odlučimo kupiti četiri ili 16 NVMe SSD-ova od Kingstona za stvaranje RAID polja, bilo bi bolje da svi dolaze iz iste serije i modela.
Usput, u s razlogom smo naveli Broadcom kontrolere kada smo govorili o NVMe SSD-u iz Kingstona. Činjenica je da se u uputama za ove uređaje odmah propisuju kompatibilni diskovi (uključujući i rješenja spomenutog američkog proizvođača SSD-ova), s kojima će kontroler raditi besprijekorno. Na ove se informacije treba osloniti pri odabiru paketa kontroler-SSD za RAID.
Analiziramo rad SSD Kingstona u najpopularnijim vrstama RAID-a - "1", "5", "10", "50"
Dakle, "nulta" razina RAID-a ne osigurava redundantnost podataka, već samo povećava performanse. RAID 0 ne pruža nikakvu zaštitu podataka, stoga ga nećemo razmatrati unutar korporativnog segmenta. RAID 1, s druge strane, pruža potpunu redundanciju, ali samo skromne dobitke performansi, i stoga bi ga trebalo uzeti u obzir ako poboljšanja performansi nisu primarno razmatranje pri izgradnji SSD RAID polja.
RAID 1 temeljen na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Dakle, RAID polje prve razine temeljeno na Broadcom MegaRAID 9460-16i kontroleru kombinira od dva do 32 Kingston diska, koji su kopije jedan drugoga, te pruža potpunu redundanciju. Ako je pri korištenju tradicionalnih HDD-ova brzina pisanja i čitanja podataka ostala na razini ovog HDD-a, tada korištenjem NVMe SSD rješenja dobivamo deseterostruko povećanje performansi. Pogotovo što se tiče vremena pristupa podacima. Na primjer, s dva Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD-a u poslužiteljskom RAID-u 1, dobivamo 350 IOPS-a slučajnog čitanja i 000 IOPS-a pisanja.
Što se tiče brzine sekvencijalnog čitanja, rezultati će odgovarati karakteristikama pogona - 3200 MB / s. Ali budući da su oba NVMe SSD-a u ispravnom stanju, podaci se mogu čitati s njih u isto vrijeme, što čini operacije čitanja prilično brzima. Ali brzina pisanja (za koju se tvrdi da je 2000 MB/s) bit će sporija jer se svaka operacija pisanja izvodi dva puta.
RAID 1 je idealan za male baze podataka ili bilo koje drugo okruženje koje zahtijeva toleranciju na pogreške, ali mali kapacitet. Zrcaljenje pogona posebno je korisno u scenarijima oporavka od katastrofe (performanse su malo degradirane) jer omogućuje trenutačno "oživljavanje" važnih podataka ako jedan od pogona u nizu zakaže. Ali budući da ova razina zaštite zahtijeva udvostručenje kapaciteta pohrane zrcaljenih podataka (100 TB zahtijevalo bi 200 TB pohrane), mnogi poslovni sustavi koriste ekonomičnije opcije pohrane: RAID 5 i RAID 6.
RAID 5 temeljen na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Da bismo organizirali RAID niz pete razine, potrebna su nam najmanje tri pogona, podaci na kojima su isprepleteni (ciklički zapisani na sve pogone u nizu), ali ne duplicirani. Kada ih organizirate, treba uzeti u obzir njihovu složeniju strukturu, budući da se ovdje pojavljuje takav koncept kao "kontrolna suma" (ili "paritet"). Ovaj koncept znači logičku algebarsku XOR funkciju (poznatu i kao ekskluzivno "ILI"), koja diktira korištenje najmanje tri pogona u nizu (maksimalno - 32). U ovom slučaju, informacije o paritetu zapisuju se na sve "diskove" u nizu.
Za niz od četiri Kingston DC500R SATA SSD-a kapaciteta 3,84 TB svaki dobivamo 11,52 TB prostora i 3,84 za kontrolne zbrojeve. A ako spojite 16 Kingston DC1000M U.2 NVMe diskova kapaciteta 7,68 TB u RAID razine 115,2, naučit ćemo 7,68 TB uz gubitak od 5 TB. Kao što vidite, što više pogona, to na kraju bolje. Također je bolje jer što je više pogona u RAID 0, to je veća ukupna izvedba pisanja. A linearno čitanje će dosegnuti razinu RAID XNUMX.
Grupa diskova RAID 5 pruža visoku propusnost (osobito za velike datoteke) i redundanciju uz minimalan gubitak energije. Ova vrsta organizacije polja najprikladnija je za mreže koje izvode mnogo malih ulazno/izlaznih (I/O) operacija u isto vrijeme. Ali ne biste ga trebali koristiti za zadatke koji zahtijevaju veliki broj operacija pisanja za male ili male blokove.
Postoji još jedna nijansa: ako barem jedan od NVMe pogona ne uspije, RAID 5 prelazi u degradacijski način rada i kvar drugog uređaja za pohranu može postati kritičan za sve podatke. Ako jedan pogon u nizu pokvari, RAID kontroler koristi informacije o paritetu za ponovno stvaranje podataka koji nedostaju.
RAID 10 temeljen na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Dakle, RAID 0 nam omogućuje dvostruko povećanje brzine i vremena pristupa, a RAID 1 pruža pouzdanost. Idealno bi bilo da se kombiniraju, a tu u pomoć dolazi RAID 10 (ili 1 + 0). "Desetka" se sastavlja od četiri SATA SSD ili NVMe pogona (maksimalno - 32) i podrazumijeva niz "ogledala", čiji broj pogona uvijek mora biti višekratnik četiri. Podaci u ovom nizu zapisuju se pomoću particioniranja fiksnih blokova (kao u slučaju RAID 0) i stripinga između pogona, šireći kopije po "pogonima" u nizu RAID 1. I s mogućnošću pristupa više grupa pogona na istovremeno, RAID 10 pokazuje visoke performanse.
Budući da je RAID 10 sposoban razdijeliti podatke preko više zrcaljenih parova, to znači da može tolerirati kvar jednog pogona u paru. Međutim, ako oba zrcalna para (tj. sva četiri pogona) zakažu, doći će do neizbježnog gubitka podataka. Kao rezultat, također dobivamo dobru toleranciju na greške i pouzdanost. Ali imajte na umu da, kao i RAID 1, polje desete razine koristi samo polovicu ukupnog kapaciteta, te je stoga skupo rješenje. A također ga je teško postaviti.
RAID 10 je prikladan za korištenje sa skladištima podataka koja zahtijevaju 100% redundanciju zrcaljenih grupa diskova, kao i povećanu I/O izvedbu RAID 0. To je najbolje rješenje za baze podataka srednje veličine ili bilo koje okruženje koje zahtijeva veću toleranciju na pogreške nego RAID 5.
RAID 50 temeljen na Kingston SSD-ovima i Broadcom kontrolerima
Kombinirano polje slično RAID-u razine 5, koje je polje razine 50 izgrađeno od polja razine 5. Kao i prije, glavni cilj ovog polja je postići dvostruku izvedbu uz zadržavanje pouzdanosti podataka u nizovima RAID XNUMX. Istodobno, RAID XNUMX pruža poboljšane performanse pisanja i bolju zaštitu podataka od standardnog RAID XNUMX u slučaju kvara pogona , a također je sposoban za brži oporavak u slučaju kvara jednog od pogona.
Grupa pogona RAID 50 dijeli podatke u manje blokove, a zatim ih razdvaja po svakom polju RAID 5. Grupa pogona RAID 5 zauzvrat također dijeli podatke u manje blokove, izračunava paritet, izvodi operaciju logičkog ILI na blokovima, a zatim izvodi operacije pisanja blokova podataka i pariteta za svaki disk u grupi diskova.
I dok je izvedba neizbježno smanjena ako jedan od diskova pokvari, to nije tako značajno kao u RAID 5 nizu, budući da jedan kvar utječe samo na jedan od nizova, ostavljajući drugi potpuno funkcionalnim. Zapravo, RAID 50 može preživjeti do osam kvarova HDD/SSD/NVMe pogona ako je svaki pokvareni "disk" u zasebnom RAID 5 polju.
RAID 50 najbolje se koristi za aplikacije koje zahtijevaju visoku pouzdanost i moraju obraditi veliki broj zahtjeva uz održavanje visokih brzina prijenosa podataka i niže troškove pogona od RAID 10. Međutim, budući da je za postavljanje RAID 50 niza potrebno najmanje šest pogona , trošak nije potpuno isključen kao čimbenik. Jedan nedostatak RAID 50 je da, kao i RAID 5, treba složeni kontroler: kao što je u prošlom članku iz Broadcoma.
Također je vrijedno napomenuti da RAID 50 ima manje prostora na disku nego RAID 5 zbog dodjele kapaciteta za držanje paritetnih zapisa. Međutim, još uvijek ima više iskoristivog prostora od ostalih RAID razina, posebno onih koje koriste zrcaljenje. S minimalnim zahtjevom od šest diskova, RAID 50 može biti skupa opcija, ali dodatni prostor na disku opravdava trošak štiteći korporativne podatke. Ova vrsta polja preporučuje se za podatke koji zahtijevaju visoku pouzdanost pohrane, visoke stope zahtjeva, visoke brzine prijenosa i veliki kapacitet pohrane.
RAID 6 i RAID 60: nismo zaboravili ni na njih
Budući da smo govorili o nizovima pete i pedesete razine, bilo bi grijeh ne spomenuti takve vrste organizacije nizova kao što su RAID 6 i RAID 60.
Performanse RAID-a 6 slične su RAID-u 5, ali ovdje se barem dvama pogonima daje paritet, što omogućuje nizu da preživi kvar dvaju pogona bez gubitka podataka (u RAID-u 5 ova situacija je vrlo nepoželjna). To rezultira većom pouzdanošću. Inače, sve je isto kao u nizu pete razine: u slučaju kvara jednog ili dva diska, RAID kontroler koristi paritetne blokove za ponovno stvaranje svih informacija koje nedostaju. Ako dva pogona zakažu, oporavak se ne događa istovremeno: prvo se oživljava prvi pogon, a zatim drugi. Stoga se izvode dvije operacije obnavljanja podataka.
Lako je pogoditi da ako je RAID 50 polje razine 60 nizova razine 6, onda je RAID 50 polje razine 8 nizova razine 16 o kojima smo upravo govorili. Odnosno, ova organizacija RAID pohrane omogućuje vam da preživite gubitak dva SSD-a u svakoj grupi pogona RAID XNUMX. Načelo rada je slično onome o kojem smo govorili u odjeljku RAID XNUMX, ali broj kvarova koji polje razine XNUMX može izdržati poraste s XNUMX na XNUMX pogona. Obično se takvi nizovi koriste za online korisničke usluge, što zahtijeva visoku toleranciju na pogreške.
Sumirati:
Iako zrcaljenje pruža veću toleranciju na pogreške od RAID 50/60, ono također zahtijeva puno više prostora. Budući da je količina podataka udvostručena, zapravo dobivate samo 50% ukupnog kapaciteta pogona instaliranih u poslužitelju za snimanje i pohranu informacija. Odabir između RAID 50/60 i RAID 10 najvjerojatnije će ovisiti o raspoloživim proračunima, kapacitetu poslužitelja i vašim potrebama zaštite podataka. Štoviše, trošak dolazi do izražaja kada govorimo o SSD rješenjima (i korporativne i potrošačke klase).
Jednako važno, sada sigurno znamo da je RAID temeljen na SSD-u potpuno sigurno rješenje i normalna praksa za današnje poslovanje. Kao dio kućne upotrebe, također postoji razlog za prijelaz na NVMe, ako proračuni to dopuštaju. A ako i dalje imate pitanje, zašto je sve to potrebno, vratite se na početak članka - već smo detaljno odgovorili.
Ovaj je članak pripremljen uz potporu naših kolega iz Broadcoma, koji daju svoje kontrolere inženjerima Kingstona za testiranje s diskovima SATA/SAS/NVMe poslovne klase. Zahvaljujući ovoj prijateljskoj simbiozi, kupci ne moraju sumnjati u pouzdanost i stabilnost Kingston diskova s HBA i RAID kontrolerima iz proizvodnje. .
Više informacija o Kingston proizvodima možete pronaći na Tvrtka.
Izvor: www.habr.com