A már foglalkoztunk azzal a kérdéssel, hogy „Használható-e a RAID SSD-ken” a Kingston meghajtók példáján keresztül, de ezt csak a nulladik szinten tettük. A jelenlegi cikkben a professzionális és otthoni NVMe megoldások RAID tömbjeinek legnépszerűbb típusait fogjuk áttekinteni és beszélni fogunk a vezérlők kompatibilitásáról. a Kingston meghajtókkal.
Miért szükséges a RAID SSD-n?
Az SSD alapú tárolótömbök előnyei a merevlemez alapú tárolókkal szemben közé tartozik az adatokhoz való hozzáférési idő csökkenése és a kiváló teljesítmény a read/write műveletek során. Az SSD alapú RAID tökéletes teljesítményéhez azonban optimális CPU, Cache, szoftver és hardver kombináció szükséges. Amikor ezek a tényezők tökéletesen működnek együtt, az SSD-kből készült RAID tömb jelentősen felülmúlhatja a hasonló konfigurációt, amely hagyományos HDD-ket alkalmaz.
A tipikus SSD kevesebb energiát fogyaszt, mint a merevlemezek, ezért ha nagy számú SSD-t egy RAID tömbbe integrálunk, az energia megtakarítás a HDD-s RAID tömbbel szemben csökkentheti a vállalati villanyszámlákat.
Azonban az SSD RAID-nek vannak korlátai és hátrányai is: főként a gigabájtok ára, amely magasabb a hasonló kapacitású merevlemezekhez képest. Ezenkívül a flash memória élettartama korlátozott a felírási ciklusok számával. Ezért az SSD meghajtóknak van egy bizonyos élettartama, amely a felhasználástól függ: minél aktívabban íródik fel az információ, annál gyorsabban megy tönkre a meghajtó. Másrészt, a vállalati SSD-k megfelelő élettartammal rendelkeznek, amely összehasonlítható a mechanikai merevlemezekével.
Hogyan teljesítenek a Kingston SSD-k RAID módban a Broadcom vezérlőkkel
Az SSD-meghajtók megjelenésének hajnalán a RAID-konstrukciók számos árnyalatot rejtek a magukban. Ez részben a megbízhatatlanabb HDD-lemezek használatának köszönhető. A szilárdtest-alapú meghajtók sokkal megbízhatóbbak mágneses lemezekből készült társaiknál. Mint tudjuk, az SSD-megoldásoknál nincsenek mozgó alkatrészek, így a mechanikai sérülések kockázata minimálisra csökken. Az is valószínűtlen, hogy az SSD-meghajtók feszültségingadozások következtében meghibásodjanak, figyelembe véve, hogy otthoni PC-n és bármely szerveren az UPS, hálózati szűrők, sőt még a tápegység is védelmet nyújtanak.
Ezenkívül a szilárdtest-alapú meghajtóknak van egy másik jelentős előnyük: még ha a memória cellák az írás során elhasználódnak is, az adatok olvasása tőlük továbbra is lehetséges, míg a mágneses lemez sérülése esetén ez sajnos nem valósítható meg.
Manapság teljesen normális gyakorlat SSD-megoldásokat használni különböző szintű RAID tömbökben. A legfontosabb az, hogy megfelelő szilárdtest-alapú meghajtókat válasszunk, amelyek késleltetése minimális. Ideális esetben egy gyártó és egy modell SSD-it érdemes használni, hogy ne keveredjen össze a különböző terhelés-típusokat támogató meghajtók, amelyek más-más memória, vezérlő és egyéb technológiák alapján készültek. Tehát ha már úgy döntöttünk, hogy négy vagy 16 NVMe SSD-t vásárolunk a Kingston-tól a RAID tömb létrehozásához, akkor inkább az összes ugyanabból a sorozatból és modellből legyen.
Egyébként, a Nem véletlenül emlegettük a Broadcom vezérlőit, amikor a Kingston NVMe SSD-kről beszéltünk. Az a helyzet, hogy ezeknek az eszközöknek a kézikönyvében azonnal feltüntetik a kompatibilis meghajtókat (beleértve a fent említett amerikai gyártó SSD-megoldásait), amelyekkel a vezérlő problémák nélkül működik. Ezen információk alapján kell választani a 'vezérlő-SSD' párost RAID-hoz.
Vizsgáljuk meg a Kingston SSD-k működését a legnépszerűbb RAID-típusokban — '1', '5', '10', '50'.
Tehát a RAID „nulla” szint nem biztosít adatredundanciát, csupán növeli a teljesítményt. A RAID 0 egyáltalán nem nyújt adatvédelmet, ezért nem foglalkozunk vele a vállalati szegmensben. A RAID 1 viszont teljes redundanciát biztosít, de csak szerény teljesítménynövekedést nyújt, így akkor érdemes mérlegelni, ha a teljesítménynövelés nem alapvető szempont az SSD-ből készült RAID tömb létrehozásánál.
RAID 1 Kingston SSD-k és Broadcom vezérlők alapján
Tehát a RAID 1 tömb a Broadcom MegaRAID 9460-16i vezérlőnél 2-től 32-ig terjedő Kingston tárolóegységekből áll, amelyek egymás másolatai, és teljes redundanciát biztosít. Míg a hagyományos HDD-k használatakor az adatok írásának és olvasásának sebessége a HDD szintjén maradt, az NVMe SSD-megoldások használatával tízszeres teljesítménynövekedést érhetünk el. Különösen az adatokhoz való hozzáférés ideje terén. Például két Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD-t alkalmazva a szerver RAID 1-ben 350 000 IOPS-t kapunk véletlenszerű adatok olvasásakor és 75 000 IOPS-t íráskor.
A soros olvasási sebesség szempontjából az eredmények a tároló specifikációinak megfelelően alakulnak — 3200 MB/s. Azonban mivel mindkét NVMe SSD aktív állapotban van, az adatok egyidejűleg olvashatók róluk, ami az olvasási műveleteket meglehetősen gyorssá teszi. Az írás sebessége (amelynek megadott értéke 2000 MB/s) viszont lassabb lesz, mivel minden írási műveletet kétszer kell végrehajtani.
A RAID 1 tömb tökéletes a kis adatbázisok számára vagy bármely más környezethez, amely megbízhatóságot követel, de kis kapacitással bír. A tárolók tükörmásolása különösen hasznos katasztrófa-helyreállítási forgatókönyvekben (ez esetben a teljesítmény kissé csökken), mivel azonnali „újraélesztést” biztosít a fontos adatok számára, ha az egyik tároló meghibásodik a tömbben. Azonban mivel ez a védelmi szint megköveteli a tárolókapacitás megduplázását, hogy létrejöjjön a tükörmásolat (100 TB tárolásához 200 TB hely szükséges), sok vállalati rendszerben költséghatékonyabb tárolási lehetőségeket alkalmaznak: RAID 5 és RAID 6.
RAID 5 Kingston SSD-k és Broadcom vezérlők alapján
A RAID 5 array requires at least three drives, where data is striped (cyclically written across all drives in the array) rather than duplicated. When organizing them, one must consider their more complex structure, as the concept of 'parity' (or 'checksum') comes into play. This refers to the logical algebraic function XOR (exclusive 'OR'), which dictates the use of a minimum of three drives in the array (maximum – 32). The parity information is written across all the 'disks' in the array.
For an array of four Kingston DC500R SATA SSDs, each with a capacity of 3.84 TB, we would get 11.52 TB of space and 3.84 TB for parity. If we combine 16 Kingston DC1000M U.2 NVMe drives with a capacity of 7.68 TB in a RAID 5 configuration, we achieve 115.2 TB with a loss of 7.68 TB. As you can see, the more drives there are, the better the outcome. It’s also better because the more drives in RAID 5, the higher the overall performance during write operations. Linear reading will reach the RAID 0 level.
A RAID 5 disk group provides high throughput (especially for large files) and redundancy with minimal power loss. This type of array organization is best suited for networks that perform many small input/output (I/O) operations simultaneously. However, it is not advisable to use it for tasks that require a large number of write operations for small or tiny blocks.
There is also one more nuance: if at least one of the NVMe drives fails, RAID 5 enters a degraded mode, and failure of another storage device can be critical for all data. In case of a drive failure in the RAID array, the RAID controller uses parity information to recreate all the missing data.
RAID 10 based on Kingston SSDs and Broadcom controllers
A RAID 0 tehát kétszeres sebességnövekedést és gyorsabb elérést biztosít, míg a RAID 1 megbízhatóságot nyújt. Ideális esetben kombinálni kellene őket, és ebben segít a RAID 10 (vagy 1+0). A „tízes” négy SATA SSD- vagy NVMe-meghajtóból (maximum 32) áll, és a tükrözött készletek számának mindig néggyel kell oszthatónak lennie. Az adatok ebben a tömbben fix blokkokra bontva (mint a RAID 0 esetében) és a meghajtók között váltakozva kerülnek rögzítésre, megosztva a másolatokat a RAID 1 tömb „lemezei” között. A RAID 10 a több csoportos meghajtóhoz való egyidejű hozzáférés lehetősége miatt magas teljesítményt nyújt.
Mivel a RAID 10 képes az adatokat több tükörpár között elosztani, ez azt jelenti, hogy megengedheti magának egy meghajtó meghibásodását a párban. Azonban ha mindkét tükörpár (azaz mind a négy meghajtó) meghibásodik, elkerülhetetlen adatvesztés következik be. Ennek eredményeként jó hibatűrést és megbízhatóságot is nyújt. De érdemes figyelembe venni, hogy a RAID 1-hez hasonlóan a tizedik szintű tömb is csak a teljes kapacitás felét használja, így drága megoldásnak számít. Ráadásul nehezen beállítható.
A RAID 10 olyan adattárolók számára alkalmas, akiknek 100%-os redundanciára van szüksége a tükörlemezek csoportjával, valamint a RAID 0-nál növelt bemeneti/kimeneti teljesítményre. Ez a legjobb megoldás közepes méretű adatbázisok számára, vagy bármely olyan környezethez, amely magasabb hibatűrést követel, mint a RAID 5.
RAID 50 Kingston SSD-k és Broadcom vezérlők alapján
Kombinált tömb, amely hasonló a RAID 10-hez, és egy nullaszintrendszerből áll, amely ötödik szintű tömbökből épül fel. Mint korábban, a fő cél az, hogy duplázza a teljesítményt, miközben megőrzi az adatok megbízhatóságát a RAID 5 tömbökben. A RAID 50 jobb írási teljesítményt és erősebb adatvédelmet biztosít, mint a standard RAID 5, ha egy meghajtó meghibásodik, és gyorsabb helyreállítást tesz lehetővé egy meghajtó hibája esetén.
A RAID 50 disk group splits data into smaller blocks and distributes them across each RAID 5 array. The RAID 5 disk group also breaks data into smaller blocks, calculates parity, performs an OR logical operation on the blocks, and then writes to the data blocks and parity checks for each disk in the group.
And while performance inevitably decreases if one of the drives fails, it is not as significant as in a RAID 5 array, since one failure affects only one of the arrays, leaving the other fully operational. In fact, RAID 50 can withstand up to eight HDD/SSD/NVMe drive failures, provided that each failed “disk” is in a separate RAID 5 array.
RAID 50 is best used for applications that require high reliability and need to handle a large number of requests while maintaining a high data transfer rate and a lower cost of drives than in a RAID 10 array. However, since a minimum of six drives is required to set up a RAID 50 array, cost cannot be completely disregarded as a factor. One of the drawbacks of RAID 50 is that, like RAID 5, it requires a complex controller such as az előző cikkben from Broadcom.
It is also worth noting that RAID 50 has less usable disk space than RAID 5 due to the allocation of capacity for parity records. However, it still provides more usable space than other RAID levels, especially those that use mirroring. With a minimum requirement of six disks, RAID 50 can be an expensive option, but the additional disk space justifies the costs by protecting corporate data. This type of array is recommended for working with data that requires high storage reliability, high request frequency, high transfer rates, and large capacity for storage.
RAID 6 and RAID 60: we haven't forgotten about them either
Since we've talked about the fifth and fiftieth level arrays, it's a shame not to mention RAID 6 and RAID 60 types of array organization.
A RAID 6 teljesítménye hasonló a RAID 5-öséhez, de itt legalább két meghajtót használnak paritás kezelésére, ami lehetővé teszi, hogy a tömb két meghajtó meghibásodását is túléld anélkül, hogy adatvesztés történne (RAID 5 esetén az ilyen helyzet rendkívül nem kívánatos). Ennek köszönhetően nagyobb megbízhatóságot biztosít. A többi rész ugyanaz, mint az ötödik szintű tömbnél: ha egy vagy két lemez hibát jelez, a RAID vezérlő a paritás blokkokat használja, hogy helyreállítsa az összes hiányzó információt. Két meghajtó meghibásodása esetén a helyreállítás nem egyszerre történik: először az első meghajtót állítják helyre, majd a másodikat. Így két adat-helyreállítási műveletet végeznek.
Könnyen kitalálható, hogy ha a RAID 50 egy nulladik szintű tömb az ötödik szintű tömbökből, akkor a RAID 60 egy nulladik szintű tömb a hatodik szintű tömbökből, amelyeket most említettünk. Ez a RAID tárolási szervezés lehetővé teszi, hogy minden RAID 6 csoportban két SSD meghibásodását túlélje. A működési elv hasonló ahhoz, amelyet a RAID 50 szakaszban tárgyaltunk, de a hatodik szintű tömb 8 meghajtóról 16-ra emeli a hibák számát, amelyet elviselni tud. Az ilyen tömbök általában olyan online ügyfélszolgálatra vannak használva, amely magas rendelkezésre állást igényel.
Összefoglalva:
Bár a tükrözés nagyobb rendelkezésre állást biztosít a RAID 50/60-hoz képest, sokkal nagyobb helyet is igényel. Mivel az adatok mennyisége megduplázódik, a szerverben telepített meghajtók összes kapacitásának csak 50%-át kapja meg az információk írására és tárolására. A választás a RAID 50/60 és a RAID 10 között valószínűleg a rendelkezésre álló költségkeretek, a szerver kapacitása és az adatok védelmére vonatkozó igények alapján fog megtörténni. A költségek különösen fontosak, ha SSD megoldásokról beszélünk (üzleti és fogyasztói szinten is).
Nem kevésbé fontos, hogy most már tudjuk – a SSD alapú RAID egy teljesen biztonságos megoldás és normális gyakorlat a modern üzleti élet számára. A háztartási alkalmazások esetén is indokolt lehet az NVMe-re való áttérés, ha a költségkeretek megengedik. Ha pedig még mindig van kérdése, hogy mindez miért szükséges, térjen vissza a cikk elejére – már részletesen válaszoltunk rá.
Ez a cikk a Broadcom munkatársainak támogatásával készült, akik mérnökeik számára SATA/SAS/NVMe vállalati szintű tárolókkal tesztelésre biztosítják az irányítóikat. Ennek a baráti szimbiózisnak köszönhetően az ügyfeleknek nem kell kételkedniük a Kingston tárolók megbízhatóságában és stabilitásában HBA- és RAID-vezérlőkkel. .
További információ a Kingston termékeiről itt található: a céggel.
Forrás: habr.com
