Π kami telah mempertimbangkan pertanyaan "Apakah kami akan menerapkan RAID pada SSD" menggunakan contoh drive Kingston, tetapi kami melakukannya hanya dalam level nol. Pada artikel saat ini, kami akan menganalisis opsi untuk menggunakan solusi NVMe profesional dan rumahan dalam jenis larik RAID paling populer dan berbicara tentang kompatibilitas pengontrol. dengan drive Kingston.
Mengapa Anda membutuhkan RAID pada SSD?
Keunggulan susunan penyimpanan berbasis SSD dibandingkan susunan penyimpanan HDD mencakup waktu akses yang lebih cepat ke data di drive dan kinerja baca/tulis yang unggul. Namun, kinerja RAID berbasis SSD yang ideal memerlukan kombinasi prosesor, cache, perangkat lunak, dan perangkat keras yang optimal. Ketika semua faktor ini bekerja sama dengan sempurna, RAID SSD dapat mengungguli konfigurasi yang sebanding menggunakan HDD tradisional.
SSD pada umumnya mengkonsumsi lebih sedikit daya daripada HDD, jadi saat Anda menggabungkan sejumlah besar SSD dalam larik RAID, penghematan energi dibandingkan dengan larik HDD RAID juga dapat menghasilkan biaya yang lebih rendah pada tagihan energi perusahaan.
Namun, SSD RAID memiliki keterbatasan dan kekurangan, khususnya harga per gigabyte ruang yang lebih tinggi dibandingkan dengan hard drive dengan kapasitas yang sebanding. Dan waktu antara kegagalan memori flash terbatas pada sejumlah siklus penulisan ulang. Artinya, drive SSD memiliki masa pakai tertentu, yang bergantung pada operasinya: semakin banyak informasi yang ditimpa padanya, semakin cepat drive gagal. Di sisi lain, SSD perusahaan memiliki masa pakai yang layak dibandingkan dengan hard drive mekanis.
Bagaimana SSD Kingston hidup dalam mode RAID dengan pengontrol Broadcom
Pada masa awal SSD, desain RAID memiliki banyak nuansa. Termasuk karena penggunaan HDD yang kurang toleran terhadap kesalahan. Solid state drive jauh lebih andal daripada rekan mereka yang berbasis pada disk magnetik. Seperti yang kita ketahui, tidak ada bagian yang bergerak dalam solusi SSD, sehingga kerusakan mekanis dikurangi menjadi nol. Kegagalan solid-state drive karena lonjakan daya juga tidak mungkin terjadi, mengingat pada level PC rumahan dan server apa pun, UPS, pelindung lonjakan arus, dan bahkan catu daya melindungi Anda.
Pada saat yang sama, solid-state drive memiliki nilai tambah yang signifikan: meskipun sel memori sudah usang untuk menulis, data masih dapat dibaca darinya, tetapi sayangnya, jika disk magnetik rusak.
Saat ini, praktik yang cukup normal untuk menggunakan solusi SSD dalam array RAID dari berbagai level. Hal utama adalah memilih SSD yang tepat, yang latensinya minimal. Dan idealnya, gunakan SSD dari pabrikan yang sama dan model yang sama sehingga Anda tidak berakhir dengan gado-gado drive yang mendukung berbagai jenis beban dan dibangun berdasarkan berbagai jenis memori, pengontrol, dan teknologi lainnya. Artinya, jika kami memutuskan untuk membeli empat atau 16 NVMe SSD dari Kingston untuk membuat larik RAID, akan lebih baik jika semuanya berasal dari seri dan rentang model yang sama.
Ngomong-ngomong, di kami mengutip pengontrol Broadcom karena suatu alasan ketika kami berbicara tentang NVMe SSD dari Kingston. Faktanya adalah bahwa manual untuk perangkat ini segera meresepkan drive yang kompatibel (termasuk solusi dari pabrikan SSD Amerika yang disebutkan di atas), yang dengannya pengontrol akan bekerja dengan sempurna. Informasi ini harus diandalkan saat memilih bundel controller-SSD untuk RAID.
Kami menganalisis pekerjaan SSD Kingston dalam jenis RAID paling populer - "1", "5", "10", "50"
Jadi, level RAID "nol" tidak menyediakan redundansi data, tetapi hanya meningkatkan performa. RAID 0 sama sekali tidak memberikan perlindungan data, jadi kami tidak akan mempertimbangkannya dalam segmen korporat. RAID 1, di sisi lain, memberikan redundansi penuh tetapi hanya peningkatan kinerja yang sederhana, dan oleh karena itu harus dipertimbangkan jika peningkatan kinerja bukan pertimbangan utama saat membuat larik RAID SSD.
RAID 1 berdasarkan SSD Kingston dan pengontrol Broadcom
Jadi, larik RAID tingkat pertama berdasarkan pengontrol Broadcom MegaRAID 9460-16i menggabungkan dari dua hingga 32 drive Kingston, yang merupakan salinan satu sama lain, dan menyediakan redundansi lengkap. Jika saat menggunakan HDD tradisional, kecepatan menulis dan membaca data tetap pada level HDD ini, maka dengan menggunakan solusi NVMe SSD kami mendapatkan peningkatan kinerja sepuluh kali lipat. Terutama dalam hal waktu akses data. Misalnya, dengan dua Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD di server RAID 1, kami mendapatkan 350 IOPS baca acak dan 000 IOPS tulis.
Dalam hal kecepatan baca berurutan, hasilnya akan sesuai dengan karakteristik drive - 3200 MB / s. Namun karena kedua NVMe SSD berfungsi dengan baik, data dapat dibaca dari keduanya secara bersamaan, yang membuat operasi baca menjadi cukup cepat. Namun kecepatan tulis (diklaim 2000 MB/s) akan lebih lambat, karena setiap operasi tulis dilakukan dua kali.
RAID 1 ideal untuk database kecil atau lingkungan lain yang memerlukan toleransi kesalahan tetapi kapasitas rendah. Pencerminan drive sangat membantu dalam skenario pemulihan bencana (kinerja sedikit menurun) karena memberikan "resusitasi" instan data penting jika salah satu drive dalam larik gagal. Namun karena tingkat perlindungan ini memerlukan penggandaan kapasitas penyimpanan data yang dicerminkan (100 TB akan memerlukan penyimpanan 200 TB), banyak sistem perusahaan menggunakan opsi penyimpanan yang lebih ekonomis: RAID 5 dan RAID 6.
RAID 5 berdasarkan SSD Kingston dan pengontrol Broadcom
Untuk mengatur larik RAID tingkat kelima, kami memerlukan setidaknya tiga drive, data yang disisipkan (ditulis secara siklis ke semua drive dalam larik), tetapi tidak digandakan. Saat mengaturnya, seseorang harus mempertimbangkan strukturnya yang lebih kompleks, karena konsep seperti "checksum" (atau "paritas") muncul di sini. Konsep ini berarti fungsi XOR aljabar logis (alias "OR" eksklusif), yang menentukan penggunaan minimal tiga drive dalam array (maksimum - 32). Dalam hal ini, informasi paritas ditulis ke semua "disk" dalam larik.
Untuk rangkaian empat SSD SATA Kingston DC500R dengan kapasitas masing-masing 3,84 TB, kami mendapatkan ruang 11,52 TB dan 3,84 untuk checksum. Dan jika Anda menggabungkan 16 drive Kingston DC1000M U.2 NVMe dengan kapasitas 7,68 TB ke dalam RAID Level 115,2, kita akan mempelajari 7,68 TB dengan kehilangan 5 TB. Seperti yang Anda lihat, semakin banyak drive, semakin baik pada akhirnya. Ini juga lebih baik karena semakin banyak drive di RAID 0, semakin tinggi performa tulis secara keseluruhan. Dan pembacaan linier akan mencapai level RAID XNUMX.
Grup disk RAID 5 menyediakan throughput tinggi (terutama untuk file besar) dan redundansi dengan kehilangan daya minimal. Jenis organisasi array ini paling cocok untuk jaringan yang melakukan banyak operasi input/output (I/O) kecil pada waktu yang bersamaan. Tetapi Anda tidak boleh menggunakannya untuk tugas-tugas yang membutuhkan operasi tulis dalam jumlah besar untuk blok kecil atau kecil.
Ada satu nuansa lagi: jika setidaknya satu drive NVMe gagal, RAID 5 masuk ke mode degradasi dan kegagalan perangkat penyimpanan lain dapat menjadi kritis untuk semua data. Jika satu drive dalam larik gagal, pengontrol RAID menggunakan informasi paritas untuk membuat ulang data yang hilang.
RAID 10 berdasarkan SSD Kingston dan pengontrol Broadcom
Jadi, RAID 0 memberi kami peningkatan dua kali lipat dalam kecepatan dan waktu akses, dan RAID 1 memberikan keandalan. Idealnya, mereka akan digabungkan, dan di sini RAID 10 (atau 1 + 0) datang untuk menyelamatkan. "Sepuluh" dirakit dari empat drive SATA SSD atau NVMe (maksimum - 32) dan menyiratkan array "mirror", jumlah drive yang harus selalu kelipatan empat. Data dalam larik ini ditulis menggunakan partisi blok tetap (seperti dalam kasus RAID 0) dan striping antar drive, menyebarkan salinan ke seluruh "drive" dalam larik RAID 1. Dan dengan kemampuan untuk mengakses beberapa grup drive di saat yang sama, RAID 10 menunjukkan kinerja tinggi.
Karena RAID 10 mampu menghapus data di beberapa pasangan cermin, ini berarti dapat mentolerir kegagalan satu drive berpasangan. Namun, jika kedua pasangan mirror (yaitu, keempat drive) gagal, akan ada kehilangan data yang tak terelakkan. Hasilnya, kami juga mendapatkan toleransi kesalahan dan keandalan yang baik. Namun perlu diingat bahwa, seperti RAID 1, larik tingkat kesepuluh hanya menggunakan setengah dari total kapasitas, dan karenanya merupakan solusi yang mahal. Dan juga sulit diatur.
RAID 10 cocok untuk digunakan dengan gudang data yang memerlukan 100% redundansi grup disk cermin, serta peningkatan kinerja I/O RAID 0. Ini adalah solusi terbaik untuk database berukuran sedang atau lingkungan apa pun yang memerlukan toleransi kesalahan lebih tinggi dibandingkan RAID 5.
RAID 50 berdasarkan SSD Kingston dan pengontrol Broadcom
Array gabungan yang mirip dengan RAID level 5, yang merupakan array level 50 yang dibangun dari array level 5. Seperti sebelumnya, tujuan utama larik ini adalah untuk mencapai kinerja dua kali lipat sambil mempertahankan keandalan data dalam larik RAID XNUMX. Pada saat yang sama, RAID XNUMX memberikan kinerja tulis yang lebih baik dan perlindungan data yang lebih baik daripada RAID XNUMX standar jika terjadi kegagalan drive , dan juga mampu memulihkan lebih cepat jika salah satu drive gagal.
Grup drive RAID 50 membagi data menjadi blok yang lebih kecil dan kemudian menghapusnya di setiap larik RAID 5. Grup drive RAID 5 pada gilirannya juga membagi data menjadi blok yang lebih kecil, menghitung paritas, melakukan operasi logika ATAU pada blok, lalu melakukan operasi penulisan blok data dan paritas untuk setiap disk dalam grup disk.
Dan meskipun kinerja pasti menurun jika salah satu drive gagal, itu tidak sepenting dalam larik RAID 5, karena satu kegagalan hanya memengaruhi salah satu larik, membiarkan larik lainnya beroperasi penuh. Faktanya, RAID 50 dapat bertahan hingga delapan kegagalan drive HDD/SSD/NVMe jika setiap "disk" yang gagal berada dalam larik RAID 5 yang terpisah.
RAID 50 paling baik digunakan untuk aplikasi yang memerlukan keandalan tinggi dan harus memproses permintaan dalam jumlah besar sambil mempertahankan kecepatan transfer data yang tinggi dan biaya hard disk yang lebih rendah daripada RAID 10. Namun, karena minimal enam hard disk diperlukan untuk menyiapkan larik RAID 50 , biaya tidak sepenuhnya dikecualikan sebagai faktor. Salah satu kelemahan RAID 50 adalah, seperti RAID 5, ia memerlukan pengontrol yang kompleks: seperti di artikel terakhir dari Broadcom.
Perlu juga dicatat bahwa RAID 50 memiliki penggunaan ruang disk yang lebih sedikit daripada RAID 5 karena alokasi kapasitas untuk menyimpan catatan paritas. Namun, ini masih memiliki lebih banyak ruang yang dapat digunakan daripada level RAID lainnya, terutama yang menggunakan pencerminan. Dengan persyaratan minimal enam hard disk, RAID 50 bisa menjadi opsi yang mahal, tetapi ruang disk ekstra membenarkan biaya tersebut dengan melindungi data perusahaan. Jenis larik ini direkomendasikan untuk data yang memerlukan keandalan penyimpanan tinggi, tingkat permintaan tinggi, kecepatan transfer tinggi, dan kapasitas penyimpanan tinggi.
RAID 6 dan RAID 60: kami juga tidak melupakannya
Karena kita telah berbicara tentang larik tingkat kelima dan kelima puluh, adalah dosa untuk tidak menyebutkan jenis organisasi larik seperti RAID 6 dan RAID 60.
Kinerja RAID 6 mirip dengan RAID 5, tetapi di sini setidaknya dua drive diberikan paritas, yang memungkinkan array bertahan dari kegagalan dua drive tanpa kehilangan data (dalam RAID 5, situasi ini sangat tidak diinginkan). Ini menghasilkan keandalan yang lebih tinggi. Jika tidak, semuanya sama seperti pada larik tingkat kelima: jika terjadi kegagalan satu atau dua disk, pengontrol RAID menggunakan blok paritas untuk membuat ulang semua informasi yang hilang. Jika dua drive gagal, pemulihan tidak terjadi secara bersamaan: pertama, drive pertama dihidupkan kembali, lalu drive kedua. Dengan demikian, dua operasi pemulihan data dilakukan.
Sangat mudah untuk menebak bahwa jika RAID 50 adalah larik level 60 dari larik level 6, maka RAID 50 adalah larik level 8 dari larik level 16 yang baru saja kita bicarakan. Artinya, organisasi penyimpanan RAID ini memungkinkan Anda bertahan dari kehilangan dua SSD di setiap grup drive RAID XNUMX. Prinsip operasinya mirip dengan yang kita bicarakan di bagian RAID XNUMX, tetapi jumlah kegagalan yang a array level XNUMX dapat menahan pertumbuhan dari XNUMX menjadi XNUMX drive. Biasanya, susunan seperti itu digunakan untuk layanan pelanggan online, yang membutuhkan toleransi kesalahan yang tinggi.
Menyimpulkan:
Meskipun pencerminan memberikan lebih banyak toleransi kesalahan daripada RAID 50/60, ini juga membutuhkan lebih banyak ruang. Karena jumlah data berlipat ganda, Anda sebenarnya hanya mendapatkan 50% dari total kapasitas drive yang dipasang di server untuk merekam dan menyimpan informasi. Memilih antara RAID 50/60 dan RAID 10 kemungkinan besar akan bergantung pada anggaran yang tersedia, kapasitas server, dan kebutuhan perlindungan data Anda. Selain itu, biaya mengemuka ketika kita berbicara tentang solusi SSD (baik kelas korporat maupun konsumen).
Sama pentingnya, kami sekarang tahu pasti bahwa RAID berbasis SSD adalah solusi yang sepenuhnya aman dan praktik normal untuk bisnis saat ini. Sebagai bagian dari penggunaan di rumah, ada juga alasan untuk beralih ke NVMe, jika anggaran memungkinkan. Dan jika Anda masih memiliki pertanyaan mengapa semua ini diperlukan, kembali ke awal artikel - kami telah menjawabnya secara detail.
Artikel ini disiapkan dengan dukungan dari kolega kami di Broadcom, yang memberikan pengontrol mereka kepada para insinyur Kingston untuk pengujian dengan drive SATA/SAS/NVMe kelas perusahaan. Berkat simbiosis ramah ini, pelanggan tidak perlu meragukan keandalan dan stabilitas hard disk Kingston dengan pengontrol HBA dan RAID dari produksi. .
Informasi lebih lanjut tentang produk Kingston dapat ditemukan di perusahaan.
Sumber: www.habr.com