RAID algoritmi su javnosti predstavljeni davne 1987. godine. Oni su do danas ostali najtraženija tehnologija za zaštitu i ubrzanje pristupa podacima u području pohrane informacija. Ali doba IT tehnologije, koje je prešlo granicu od 30 godina, zapravo nije zrelost, već starost. Razlog je napredak koji neumoljivo donosi nove prilike. U vrijeme kada praktički nije bilo drugih diskova osim HDD-ova, RAID algoritmi su omogućili najučinkovitiju upotrebu dostupnih resursa za pohranu. Međutim, s pojavom SSD-a situacija se dramatično promijenila. Sada je RAID pri radu sa solid state diskovima već "omča" na njihovoj izvedbi. Stoga je za otključavanje punog potencijala brzinskih karakteristika SSD-ova jednostavno potreban potpuno drugačiji pristup radu s njima.
Osim očitih razlika između HDD-a i SSD-a u načelima rada, ove vrste medija imaju još jednu važnu karakteristiku: bilo koji tvrdi disk može prepisati bilo koji podatak s granularnošću od jednog bloka (sada je to najčešće 4KB). Za SSD, postupak prepisivanja puno je kompliciraniji postupak:
- Promijenjeni podaci kopiraju se na novu lokaciju. U isto vrijeme, granularnost je isti blok, ali koji se sastoji od nekoliko stranica i ima veličinu od 256 KB - 4 MB. Oni. kod promjene istih 4KB potrebno je između ostalog kopirati sve susjedne stranice koje čine jedan blok.
- "Stari" blokovi su označeni kao neiskorišteni, tako da se mogu prebrisati pomoću Garbage Collector-a.
Sekvencijalno pisanje/prepisivanje na SSD
U slučaju sekvencijalnog pisanja / ponovnog pisanja, ova značajka funkcioniranja SSD-a ne igra veliku ulogu u pogledu njegove izvedbe, jer. blokovi su jedan pored drugog, a skupljač smeća dobro radi svoj posao u pozadini. Ali u stvarnom životu, a još više u Enterprise segmentu za SSD, najčešće se koristi slučajni pristup podacima. I ti se podaci zapisuju na proizvoljna mjesta na pogonima.
Što se više podataka upisuje na SSD, to je skupljaču smeća teže raditi jer se fragmentacija znatno povećava. Kao rezultat toga, dolazi trenutak kada proces čišćenja pogona prestaje biti "pozadina": performanse SSD-a značajno padaju, jer. zamjetan dio zauzima Smećar.
Stvarna lokacija podataka na SSD-u u svakodnevnoj uporabi
Da biste ilustrirali učinak rada "sakupljača smeća" ovisno o načinu pisanja na pogon, možete izvesti najjednostavnije testove: sekvencijalno i nasumično pisanje u blokovima od 4 KB na pogon od 100 GB. (Izvor - tvrtka )
Performanse sekvencijalnog pisanja
Performanse nasumičnog pisanja
Kao što se može vidjeti iz testova, pad performansi može doseći više od dva puta. I to je samo jedan pogon. U slučaju korištenja SSD-a kao dijela RAID grupe, broj operacija prepisivanja znatno se povećava zbog rada s paritetom.
Općenito, zahvaljujući ovim značajkama rada SSD-a, za njih postoji takav parametar kao faktor pojačanja pisanja. Ovo je omjer količine podataka upisanih na pogon i količine podataka koje stvarno šalje glavno računalo. A za najpopularniji RAID5, ovaj omjer je ~3.5.
Kao rezultat toga, sustavi s klasičnim RAID-om u osnovi koriste SSD-ove samo ~10% njihove stvarne brzine i loše skaliraju performanse kada se broj pogona poveća na više od desetak.
Također imajte na umu da prekomjerne operacije pisanja ne samo da smanjuju performanse SSD-a, već i smanjuju njegov daleko od beskonačnog resursa, čime se smanjuje vijek trajanja pogona.
, koji je srž svih AccelStor proizvoda, osmišljen je kao alternativa klasičnim RAID algoritmima pri radu sa SSD diskovima. Inovativnost tehnologije obilježena je raznim patentima i nagradama (uključujući Flash Memory Summit 2016.) i rezultatima neovisnih testova (na primjer, SPC1).
srce sastoji se u pretvaranju svih dolaznih zahtjeva za pisanje, uglavnom nasumičnog tipa, u skup blokova koji je što sličniji sekvencijalnom načinu pisanja sa stajališta pogona. Kao rezultat toga, zapisivanje na SSD diskove odvija se u za njih najudobnijem načinu rada, a konačna izvedba nadmašuje bilo koji sustav s klasičnim RAID-om.
Svi SSD-ovi u sustavima AccelStor podijeljeni su u dvije simetrične FlexiRemap® grupe. Veličina grupe ovisi o modelu i iznosi 5-11 diskova. Za toleranciju grešaka unutar grupe koristi se paritet sličan RAID5. Obje grupe se zajedno koriste za formiranje zajedničkog skladišnog prostora. Stoga će rezultirajuća tolerancija greške biti slična RAID50 polju koje se sastoji od dvije grupe: sustav može izdržati kvar do dva SSD-a, ali ne više od jednog u svakoj FlexiRemap® grupi.
Svi dolazni zahtjevi za pisanje dijele se na blokove od 4 KB, koji se zapisuju u kružnom načinu rada u obje FlexiRemap® grupe. Istodobno, sustav stalno vodi evidenciju o potražnji za snimljenim blokovima, pokušavajući slične blokove pisati što bliže jedan drugome kada se mijenjaju. Ispada virtualni analog kidanja, ako se izrazi u smislu sustava za pohranu. U ovom slučaju, rad "sakupljača smeća" uvelike je olakšan: nakon svega, neiskorišteni blokovi uvijek će biti u blizini.
Valja napomenuti da je za razliku od konkurentskih proizvoda, oni ne koriste funkcionalnost predmemoriranja dolaznih zahtjeva u RAM-u kontrolera. Svi dolazni blokovi podataka odmah se zapisuju na SSD. Host dobiva potvrdu o uspješnom upisivanju tek nakon fizičkog postavljanja podataka na pogone. Samo se tablice dodjele blokova na SSD-u pohranjuju u RAM kako bi se ubrzao pristup i odredilo gdje zapisati sljedeći blok podataka. Naravno, radi pouzdanosti, kopije ovih tablica nalaze se na samim medijima. Kao rezultat toga, sustavi AccelStor ne zahtijevaju nikakvu zaštitu predmemorije baterije/kondenzatora (međutim, moguće je komunicirati s UPS-om - za "meko" gašenje u slučaju problema s napajanjem).
Zahvaljujući ovakvom pristupu organiziranja snimanja, skupljač smeća doista može raditi u pozadini bez značajnog utjecaja na brzinu diskova, što u konačnici omogućuje iskorištenje do 90% SSD performansi unutar sustava. To je upravo visoka IOPS izvedba u AccelStor sustavima u odnosu na All Flash, koji se temelje na RAID algoritmima.
Još jedna važna značajka FlexiRemap® tehnologije je značajno smanjenje redundantnog pisanja na SSD. Tako je pojačanje pisanja za AccelStor sustave samo 1.3, što prevedeno na uobičajeni jezik znači povećanje radnog vijeka diskova u odnosu na RAID5 za više od 2.5 puta!
Zbog stalnog nadzora sustava politike smještaja podataka na SSD-u, svi se pogoni troše na isti način. Ovaj pristup omogućuje predviđanje njihovog životnog vijeka i unaprijed signaliziranje administratoru o iscrpljenosti resursa snimanja.
Jasno je da SSD diskovi mogu zakazati. U tom slučaju, sustav će se odmah početi obnavljati na jednom od diskova za vruće rezerve. U ovom slučaju, grupa FlexiRemap®, koja je u degradiranom stanju, prelazi u način rada samo za čitanje, a svi zahtjevi za pisanje usmjereni su drugoj grupi. Takav zaštitni mehanizam predviđen je za ubrzavanje operacije ponovne izgradnje i smanjenje vjerojatnosti kvara drugog pogona unutar iste grupe. Nije tajna da tijekom ponovne izgradnje svi diskovi u grupi doživljavaju povećano opterećenje zbog interferencije operacija čitanja, pisanja i vraćanja na vruću rezervu. To povećava vjerojatnost kvara drugog pogona. I što je više operacija pisanja, to će ponovna izgradnja dulje trajati.
Nakon što je proces ponovne izgradnje završen i FlexiRemap® grupa se vrati u normalu, postojat će mala razlika u resursu pisanja između dvije grupe. Stoga, da bi se to izjednačilo, sljedeće operacije pisanja će češće padati na vraćenu grupu (naravno, na takav način da konačna izvedba sustava ne trpi mnogo).
Nije moguće povećati performanse All Flash sustava temeljenih na RAID algoritmima iznad određenih vrijednosti (~280K IOPS@4K nasumično pisanje) čak i kada se koriste složeni sustavi predmemoriranja. Tehnologija FlexiRemap®, zahvaljujući potpuno drugačijem pristupu organiziranju prostora za pohranu, ne samo da lako prevladava ovu barijeru, već i istovremeno produljuje životni vijek SSD-a nekoliko puta. Dakle, sustavi imaju značajne prednosti među All Flash nizovima na mnogim frontama (IOPS / $, GB / $, TCO, ROI), što ih čini idealnim kandidatima za ključne pozicije u korisničkim podatkovnim centrima za rješavanje resursno intenzivnih zadataka.
Izvor: www.habr.com
