Szia Habr! Ebben a cikkben eláruljuk, hogy érdemes-e SATA SSD és NVMe SSD szilárdtestalapú megoldásokra épülő RAID-tömböket szervezni, és lesz-e ebből komoly haszon? Úgy döntöttünk, hogy megvizsgáljuk ezt a kérdést, figyelembe véve az ezt lehetővé tevő vezérlők típusait és típusait, valamint az ilyen konfigurációk alkalmazási körét.
Így vagy úgy, mindannyian életében legalább egyszer hallottunk olyan meghatározásokat, mint a „RAID”, „RAID-tömb”, „RAID-vezérlő”, de nem valószínű, hogy ennek komoly jelentőséget tulajdonítottunk, mert mindez nem valószínű, hogy egy közönséges PC-bojár Érdekes. De mindenki nagy sebességet akar a belső meghajtóktól és problémamentes működést. Végül is, függetlenül attól, hogy milyen erős a számítógép hardvere, a meghajtó sebessége szűk keresztmetszetet jelent a számítógép és a szerver együttes teljesítménye szempontjából.
Pontosan ez volt a helyzet mindaddig, amíg a hagyományos HDD-ket fel nem váltották a modern NVMe SSD-k, amelyek kapacitása 1 TB vagy több. És ha korábban a PC-kben gyakran volt SATA SSD + néhány nagy kapacitású HDD kombinációja, ma ezeket egy másik megoldás váltja fel - NVMe SSD + néhány nagy kapacitású SATA SSD. Ha már a vállalati szerverekről és a „felhőkről” beszélünk, akkor sokan már sikeresen áttértek a SATA SSD-kre, pusztán azért, mert gyorsabbak a hagyományos „bádogdobozoknál”, és több I/O művelet egyidejű feldolgozására képesek.
A rendszer hibatűrése azonban még mindig meglehetősen alacsony szinten van: nem tudjuk akár egyhetes pontossággal megjósolni, hogy egy adott szilárdtest-meghajtó mikor fog elpusztulni, mint a „médiumok csatájában”. És ha a HDD-k fokozatosan „halnak meg”, lehetővé téve a tünetek észlelését és a cselekvést, akkor az SSD-k azonnal és figyelmeztetés nélkül „elhalnak”. És itt az ideje, hogy kitaláljuk, miért van egyáltalán szükség erre? Megéri szilárdtest-megoldásokra SATA SSD és NVMe SSD alapú RAID-tömböket szervezni, és lesz ebből komoly haszon?
Miért van szüksége RAID tömbre?
Már maga a „tömb” szó is arra utal, hogy több meghajtót (HDD és SSD) használnak a létrehozásához, amelyeket RAID-vezérlővel kombinálnak, és az operációs rendszer egyetlen adattárolóként ismeri fel. A RAID-tömbök által megoldható globális feladat az adatelérési idő minimalizálása, az olvasási/írási sebesség és a megbízhatóság növelése, ami a hiba esetén történő gyors helyreállítási képességnek köszönhető. Egyébként egyáltalán nem szükséges a RAID használata otthoni biztonsági mentésekhez. De ha van saját otthoni szervere, amelyhez állandó hozzáférésre van szüksége a hét minden napján, 24 órában, az más kérdés.
A RAID tömbök több mint tucatnyi szintje létezik, amelyek mindegyike különbözik a benne használt meghajtók számában, és megvannak a maga előnyei és hátrányai: például a RAID 0 lehetővé teszi a nagy teljesítmény elérését hibatűrés nélkül, a RAID 1 lehetővé teszi, hogy automatikusan tükrözi az adatokat a sebesség növelése nélkül, a RAID 10 kombinációk pedig a fenti lehetőségeket tartalmazzák. A RAID 0 és 1 a legegyszerűbbek (mivel nem igényelnek szoftveres számításokat), és ennek eredményeként a legnépszerűbbek. Végső soron az egyik vagy másik RAID-szint melletti választás a lemeztömbhöz rendelt feladatoktól és a RAID-vezérlő képességeitől függ.
Otthoni és vállalati RAID: mi a különbség?
Minden modern vállalkozás alapja a nagy mennyiségű adat, amelyet biztonságosan kell tárolni a vállalati szervereken. Továbbá, amint fentebb megjegyeztük, állandó hozzáférést kell biztosítani számukra a hét minden napján, 24 órában. Nyilvánvaló, hogy a hardver mellett a szoftveres rész is fontos, de ebben az esetben továbbra is az információk megbízható tárolását és feldolgozását biztosító berendezésekről beszélünk. Egyetlen szoftver sem menti meg a céget a tönkremeneteltől, ha a hardver nem felel meg a rábízott feladatoknak.
Ezekre a feladatokra bármely hardvergyártó kínál úgynevezett vállalati eszközöket. A Kingston erőteljes szilárdtest-megoldásokat kínál SATA modellek formájában и , valamint az adatközpontokban és szuperszámítógépekben való használatra szánt DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe és DCP-1000 PCI-e NVMe modellek. Az ilyen meghajtók tömbjeit általában hardvervezérlőkkel együtt használják.
A fogyasztói piac számára (azaz otthoni PC-k és NAS-szerverek számára) meghajtók, mint pl NVMe PCIe, de ebben az esetben nem szükséges hardveres vezérlőt vásárolni. Kizárólag az alaplapba épített PC-s vagy NAS-szerverre korlátozódhat, hacsak természetesen nem tervez saját maga összeszerelni egy otthoni szervert az atipikus feladatokhoz (például egy kis otthoni tárhely indítása a barátok számára). Ezenkívül az otthoni RAID-tömbök általában nem igényelnek több száz vagy több ezer meghajtót, mivel két, négy és nyolc eszközre korlátozódnak (általában SATA).
A RAID vezérlők típusai és típusai
A RAID-tömbök megvalósításának elvein alapuló RAID-vezérlők három típusa létezik:
1. Szoftver, amelyben a tömbkezelés a CPU-ra és a DRAM-ra esik (vagyis a programkódot a processzoron hajtják végre).
2. Integrált, azaz PC vagy NAS szerver alaplapjaiba beépítve.
3. Hardver (moduláris), amelyek különálló bővítőkártyák az alaplapok PCI/PCIe csatlakozóihoz.
Mi az alapvető különbségük egymástól? A szoftveres RAID vezérlők teljesítményük és hibatűrésük szempontjából gyengébbek az integrált és hardveres vezérlőknél, de nem igényelnek speciális felszerelést a működésükhöz. Fontos azonban annak biztosítása, hogy a gazdagép rendszer processzora elég erős legyen a RAID-szoftver futtatásához anélkül, hogy negatívan befolyásolná a gazdagépen is futó alkalmazások teljesítményét. Az integrált vezérlők általában saját gyorsítótárral rendelkeznek, és bizonyos mennyiségű CPU-erőforrást használnak.
De a hardveresek saját gyorsítótárral és beépített processzorral is rendelkeznek a szoftveralgoritmusok végrehajtásához. Általában lehetővé teszik az összes típusú RAID-szint megvalósítását, és egyszerre több típusú meghajtót is támogatnak. Például a Broadcom modern hardvervezérlői egyidejűleg csatlakoztathatják a SATA, SAS és NVMe eszközöket, ami lehetővé teszi, hogy ne cserélje le a vezérlőt a szerverek frissítésekor: különösen, ha SATA SSD-ről NVMe SSD-re vált, a vezérlőket nem kell módosítani.
Valójában ezen a ponton jutunk el maguknak a vezérlőknek a tipológiájához. Ha vannak hárommódusúak, legyenek mások? Ebben az esetben a kérdésre a válasz igenlő lesz. A funkcióktól és képességektől függően a RAID-vezérlők több típusra oszthatók:
1. Szokásos vezérlők RAID funkcióval
A teljes hierarchiában ez a legegyszerűbb vezérlő, amely lehetővé teszi a HDD és az SSD „0”, „1” vagy „0+1” szintű RAID-tömbökbe való kombinálását. Ez programozottan, firmware szinten valósul meg. Az ilyen eszközök azonban aligha ajánlhatók a vállalati szegmensben való használatra, mert nincs gyorsítótáruk, és nem támogatják az „5”, „3” stb. szintű tömböket. De egy belépő szintű otthoni szerverhez teljesen megfelelőek.
2. Más RAID-vezérlőkkel párhuzamosan működő vezérlők
Ez a típusú vezérlő párosítható integrált alaplapi vezérlőkkel. Ennek megvalósítása a következő elv szerint történik: egy diszkrét RAID vezérlő gondoskodik a „logikai” problémák megoldásáról, a beépített pedig a meghajtók közötti adatcsere funkcióit. De van egy árnyalat: az ilyen vezérlők párhuzamos működése csak kompatibilis alaplapokon lehetséges, ami azt jelenti, hogy alkalmazási körük súlyosan korlátozott.
3. Önálló RAID vezérlők
Ezek a különálló megoldások tartalmazzák az összes szükséges chipet a nagyvállalati szintű szerverekkel való munkavégzéshez, saját BIOS-szal, gyorsítótárral és processzorral a gyors hibajavítás és ellenőrzőösszeg számítások érdekében. Ezenkívül a gyártás során a megbízhatóság magas követelményeinek is megfelelnek, és kiváló minőségű memóriamodulokkal rendelkeznek.
4. Külső RAID-vezérlők
Nem nehéz kitalálni, hogy a fent felsorolt vezérlők mindegyike belső, és az alaplap PCIe csatlakozóján keresztül kapja a tápellátást. Mit is jelent ez? Az alaplap meghibásodása pedig a RAID-tömb működésének hibáihoz és adatvesztéshez vezethet. A külső vezérlők megszabadulnak ettől a félreértéstől, mivel külön tokban vannak elhelyezve, független tápegységgel. A megbízhatóság szempontjából az ilyen adatkezelők biztosítják a legmagasabb szintű adattárolást.
, a Microsemi Adaptec, az Intel, az IBM, a Dell és a Cisco csak néhány a jelenleg hardveres RAID-vezérlőket kínáló cégek közül.
A SAS/SATA/NVMe RAID-vezérlők működési módjai
A hárommódusú HBA és RAID vezérlők (vagy a Tri-Mode funkcióval rendelkező vezérlők) fő célja az NVMe alapú hardveres RAID létrehozása. A Broadcom 9400-as sorozatú vezérlői képesek erre: pl. . Független típusú RAID vezérlőhöz tartozik, négy SFF-8643 csatlakozóval van felszerelve, és a Tri-Mode támogatásnak köszönhetően lehetővé teszi SATA/SAS és NVMe meghajtók egyidejű csatlakoztatását. Ezenkívül ez az egyik legenergiahatékonyabb vezérlő a piacon (mindössze 17 Watt energiát fogyaszt, a 1,1 port mindegyikéhez kevesebb, mint 16 watt).
A csatlakozási felület a PCI Express x8 3.1-es verziója, amely 64 Gbit/s átviteli sebességet tesz lehetővé (a PCI Express 2020-hoz való vezérlők megjelenése 4.0-ban várható). A 16 portos vezérlő 2 magos chipre épül és 72 bites DDR4-2133 SDRAM (4 GB), valamint akár 240 SATA/SAS meghajtó vagy akár 24 NVMe eszköz csatlakoztatásának lehetősége. A RAID-tömbök rendezése szempontjából a „0”, „1”, „5” és „6”, valamint „10”, „50” és „60” szintek támogatottak. Egyébként a cache memória és a 9400-as sorozat többi vezérlőjét az opcionális CacheVault CVPM05 modul védi a feszültségkimaradásoktól.
A hárommódusú technológia a SerDes adatkonverziós funkción alapul: a SAS/SATA interfészeken lévő adatok soros megjelenítésének párhuzamos formába állítása PCIe NVMe-ben és fordítva. Ez azt jelenti, hogy a vezérlő sebességeket és protokollokat egyeztet, hogy zökkenőmentesen működjön a három típusú tárolóeszköz bármelyikével. Ez zökkenőmentes módot biztosít az adatközponti infrastruktúrák méretezésére: a felhasználók anélkül használhatják az NVMe-t, hogy jelentős változtatásokat végeznének más rendszerkonfigurációkon.
Az NVMe meghajtókkal történő konfigurációk tervezésekor azonban érdemes figyelembe venni, hogy az NVMe megoldások 4 PCIe sávot használnak a csatlakozáshoz, ami azt jelenti, hogy minden meghajtó az összes SFF-8643 portot használja. Kiderült, hogy csak négy NVMe meghajtó csatlakoztatható közvetlenül a MegaRAID 9460-16i vezérlőhöz. Vagy korlátozza magát két NVMe-megoldásra, miközben egyidejűleg nyolc SAS-meghajtót csatlakoztat (lásd az alábbi csatlakozási diagramot).
Az ábra a „0” (C0 / Connector 0) és az „1” csatlakozó használatát mutatja be az NVMe csatlakozásokhoz, valamint a „2” és „3” csatlakozókat a SAS csatlakozásokhoz. Ez az elrendezés megfordítható, de minden x4 NVMe meghajtót a szomszédos sávokon keresztül kell csatlakoztatni. A vezérlő üzemmódjai az UEFI környezetben működő StorCLI vagy Human Interface Infrastructure (HII) konfigurációs segédprogramokon keresztül állíthatók be.
Az alapértelmezett mód a „PD64” profil (csak a SAS/SATA-t támogatja). Mint fentebb említettük, összesen három profil létezik: a „csak SAS/SATA mód” (PD240 / PD64 / PD 16), a „csak NVMe mód” (PCIe4) mód és egy vegyes üzemmód, amelyben minden típusú meghajtó képes működni: "PD64 -PCIe4" (64 fizikai és virtuális lemez támogatása 4 NVMe meghajtóval). Vegyes módban a megadott profil értéke „ProfileID=13” legyen. A kiválasztott profilt egyébként a rendszer fő profilként menti, és még akkor sem állítja vissza alaphelyzetbe, ha a Set Factory Defaults paranccsal visszatér a gyári beállításokhoz. Csak manuálisan módosítható.
Érdemes RAID-tömböt létrehozni SSD-n?
Tehát már megértettük, hogy a RAID-tömbök a nagy teljesítmény kulcsa. De vajon megéri SSD-kből RAID-et építeni otthoni és céges használatra? Sok szkeptikus azt mondja, hogy a sebességnövekedés nem olyan jelentős, hogy az NVMe-meghajtókon dúskáljon. De ez tényleg így van? Alig. Az SSD-k RAID-ben való használatának legnagyobb korlátja (otthoni és vállalati szinten is) csak az ár lehet. Bármit is mondjunk, egy gigabájtnyi hely a HDD-n sokkal olcsóbb.
Ha több szilárdtestalapú „meghajtót” csatlakoztat egy RAID-vezérlőhöz, hogy SSD-tömböt hozzon létre, az óriási hatással lehet a teljesítményre bizonyos konfigurációkban. Ne felejtse el azonban, hogy a maximális teljesítményt magának a RAID-vezérlőnek az átviteli sebessége korlátozza. A legjobb teljesítményt nyújtó RAID szint a RAID 0.
A hagyományos RAID 0 két SSD-vel, amely az adatokat rögzített blokkra bontja és a szilárdtestalapú tárolókon keresztül felosztja, kétszeres teljesítményt eredményez egyetlen SSD-hez képest. A négy SSD-vel rendelkező RAID 0 tömb azonban már négyszer gyorsabb lesz, mint a tömb leglassabb SSD-je (a RAID SSD vezérlő szintjén érvényes sávszélesség-korlátozástól függően).
Az egyszerű aritmetika alapján a SATA SSD körülbelül háromszor gyorsabb, mint a hagyományos SATA HDD. Az NVMe megoldások még hatékonyabbak – legalább 3-szer. Ha egy nulla szintű RAID-ben két merevlemez megduplázza a teljesítményt, 10%-kal növelve azt, akkor két SATA SSD hatszor, két NVMe SSD pedig 50-szor gyorsabb lesz. Egyetlen Kingston KC6 NVMe PCIe meghajtó akár 20 MB/s szekvenciális olvasási és írási sebességet is képes elérni, amely RAID 2000 formátumban lenyűgöző 3200 GB/s-ot ér el. A 0 KB méretű véletlenszerű blokkok olvasási/írási sebessége pedig 6 4 IOPS-ról 350 000 IOPS-ra változik. De... ugyanakkor a „nulla” RAID nem biztosít számunkra redundanciát.
Elmondható, hogy otthoni környezetben általában nincs szükség tárhelyredundanciára, így az SSD-k számára a legmegfelelőbb RAID-konfiguráció valóban a RAID 0 lesz. Ez egy megbízható módja annak, hogy jelentős teljesítményjavítást érjünk el az Intel Optane-alapú technológiák alternatívájaként. SSD-k. De arról, hogyan viselkednek az SSD-megoldások a legnépszerűbb RAID-típusokban ("1", "5", "10", "50"), a következő cikkünkben fogunk beszélni.
Ez a cikk a Broadcom munkatársainak támogatásával készült, akik a Kingston mérnökei számára biztosítják vezérlőiket vállalati szintű SATA/SAS/NVMe meghajtókkal való teszteléshez. Ennek a barátságos szimbiózisnak köszönhetően az ügyfeleknek nem kell kételkedniük a gyártásból származó HBA és RAID vezérlőkkel rendelkező Kingston meghajtók megbízhatóságában és stabilitásában. .
A Kingston termékekkel kapcsolatos további információkért látogasson el ide cég.
Forrás: will.com