Halló Habr! Í þessari grein munum við segja þér hvort það sé þess virði að skipuleggja RAID fylki byggt á solid-state lausnum SATA SSD og NVMe SSD, og verður alvarlegur hagnaður af þessu? Við ákváðum að skoða þetta mál með því að huga að gerðum og gerðum stýringa sem gera þetta kleift, sem og notkunarsvið slíkra stillinga.
Með einum eða öðrum hætti heyrði hvert okkar að minnsta kosti einu sinni á ævinni slíkar skilgreiningar eins og „RAID“, „RAID-fylki“, „RAID-stjórnandi“, en það er ólíklegt að við leggjum mikla áherslu á þetta, því allt þetta er ólíklegt fyrir venjulegan PC boyar Áhugavert. En allir vilja háan hraða frá innri drifum og vandræðalausan rekstur. Þegar öllu er á botninn hvolft, sama hversu öflugur vélbúnaður tölvunnar er, verður hraði drifsins að flöskuhálsi þegar kemur að samsettri frammistöðu tölvunnar og netþjónsins.
Þetta var einmitt raunin þar til hefðbundnum HDD diskum var skipt út fyrir nútíma NVMe SSD diska með sambærilegri getu upp á 1 TB eða meira. Og ef fyrr í tölvum voru oft samsetningar af SATA SSD + nokkrum rúmgóðum HDD, í dag er farið að skipta þeim út fyrir aðra lausn - NVMe SSD + nokkra rúmgóða SATA SSD. Ef við tölum um fyrirtækjaþjóna og „ský“, hafa margir þegar flutt yfir í SATA SSD diska einfaldlega vegna þess að þeir eru hraðari en hefðbundnar „tindósir“ og geta unnið úr stærri fjölda I/O aðgerða samtímis.
Hins vegar er bilanaþol kerfisins enn á frekar lágu stigi: við getum ekki, eins og í „Battle of Psychics“, spáð fyrir með nákvæmni upp á allt að viku hvenær tiltekið solid-state drif deyr. Og ef harðdiskar „deyja“ smám saman, sem gerir þér kleift að ná einkennum og grípa til aðgerða, þá „deyja“ SSD-diskar strax og án viðvörunar. Og nú er kominn tími til að finna út hvers vegna allt þetta er þörf yfirleitt? Er það þess virði að skipuleggja RAID fylki sem byggjast á solid-state lausnum SATA SSD og NVMe SSD, og verður mikill hagnaður af þessu?
Af hverju þarftu RAID array?
Sjálft orðið „fylki“ gefur nú þegar til kynna að nokkrir drif (HDD og SSD) eru notuð til að búa til það, sem eru sameinuð með RAID stjórnandi og viðurkennd af stýrikerfinu sem ein gagnageymslu. Hið alþjóðlega verkefni sem RAID fylki geta leyst er að lágmarka gagnaaðgangstíma, auka les/skrifhraða og áreiðanleika, sem næst þökk sé hæfileikanum til að jafna sig fljótt ef bilun kemur upp. Við the vegur, það er alls ekki nauðsynlegt að nota RAID fyrir heimili afrit. En ef þú ert með þinn eigin heimaþjón, sem þú þarft stöðugan aðgang að 24/7, þá er það allt annað mál.
Það eru yfir tugi stiga af RAID fylkjum, sem hvert um sig er mismunandi hvað varðar fjölda drifa sem eru notaðir í því og hefur sína kosti og galla: til dæmis, RAID 0 gerir þér kleift að ná háum afköstum án bilunarþols, RAID 1 gerir þér kleift að spegla gögn sjálfkrafa án þess að auka hraða, og RAID 10 sameining inniheldur möguleikana hér að ofan. RAID 0 og 1 eru einföldustu (þar sem þeir þurfa ekki hugbúnaðarútreikninga) og þar af leiðandi vinsælustu. Þegar öllu er á botninn hvolft fer valið í þágu eins eða annars RAID-stigs eftir verkefnum sem úthlutað er til diskafylkingarinnar og getu RAID-stýringarinnar.
Heimilis- og fyrirtækjaRAID: hver er munurinn?
Grunnur hvers kyns nútímaviðskipta er mikið magn af gögnum sem þarf að geyma á öruggan hátt á netþjónum fyrirtækisins. Og líka, eins og við tókum fram hér að ofan, verður að veita þeim stöðugan aðgang allan sólarhringinn. Ljóst er að samhliða vélbúnaði skiptir hugbúnaðarhlutinn líka máli, en í þessu tilviki er enn verið að tala um búnað sem tryggir áreiðanlega geymslu og úrvinnslu upplýsinga. Enginn hugbúnaður bjargar fyrirtæki frá glötun ef vélbúnaðurinn uppfyllir ekki þau verkefni sem honum eru falin.
Fyrir þessi verkefni býður hvaða vélbúnaðarframleiðandi sem er svokölluð fyrirtækistæki. Kingston er með öflugar solid-state lausnir í formi SATA módel и , auk NVMe módel DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe og DCP-1000 PCI-e, ætluð til notkunar í gagnaverum og ofurtölvum. Fylki slíkra drifa eru venjulega notuð í tengslum við vélbúnaðarstýringar.
Fyrir neytendamarkaðinn (þ.e. fyrir heimilistölvur og NAS netþjóna), drif eins og NVMe PCIe, en í þessu tilfelli er ekki nauðsynlegt að kaupa vélbúnaðarstýringu. Þú getur takmarkað þig við PC eða NAS netþjón sem er innbyggður í móðurborðið, nema þú ætlir auðvitað að setja saman heimaþjón sjálfur fyrir óhefðbundin verkefni (t.d. að hefja lítið heimili fyrir vini). Að auki þurfa heima RAID fylki, að jafnaði, ekki hundruð eða þúsundir diska, enda takmarkað við tvö, fjögur og átta tæki (venjulega SATA).
Tegundir og gerðir RAID stýringa
Það eru þrjár gerðir af RAID-stýringum sem byggjast á meginreglum um útfærslu RAID fylki:
1. Hugbúnaður, þar sem fylkisstjórnun fellur á CPU og DRAM (þ.e. forritskóði er keyrður á örgjörva).
2. Innbyggt, það er, innbyggt í móðurborð tölvu eða NAS netþjóns.
3. Vélbúnaður (modular), sem eru stakur stækkunarkort fyrir PCI/PCIe tengi á móðurborðum.
Hver er grundvallarmunur þeirra innbyrðis? Hugbúnaðar RAID stýringar eru lakari en samþættir og vélbúnaður hvað varðar frammistöðu og bilanaþol, en þurfa ekki sérstakan búnað til að starfa. Hins vegar er mikilvægt að tryggja að örgjörvi hýsingarkerfisins sé nógu öflugur til að keyra RAID hugbúnaðinn án þess að hafa neikvæð áhrif á afköst forrita sem eru einnig í gangi á hýsilinn. Innbyggðir stýringar eru venjulega búnir með eigin skyndiminni og nota ákveðið magn af CPU auðlindum.
En vélbúnaður hefur bæði sitt eigið skyndiminni og innbyggðan örgjörva til að keyra hugbúnaðaralgrím. Venjulega leyfa þeir þér að innleiða allar gerðir af RAID stigum og styðja nokkrar gerðir af drifum í einu. Til dæmis geta nútíma vélbúnaðarstýringar frá Broadcom samtímis tengt SATA, SAS og NVMe tæki, sem gerir þér kleift að skipta ekki um stjórnandi þegar þú uppfærir netþjóna: sérstaklega, þegar þú ferð frá SATA SSD til NVMe SSD, þarf ekki að skipta um stýringar.
Reyndar, á þessum nótum, komum við að tegundafræði stjórnendanna sjálfra. Ef það eru þrír stillingar, ættu þá að vera einhverjir aðrir? Í þessu tilviki verður svarið við þessari spurningu játandi. Það fer eftir aðgerðum og getu, RAID stýringar má skipta í nokkrar gerðir:
1. Venjulegir stýringar með RAID virkni
Í öllu stigveldinu er þetta einfaldasti stjórnandinn sem gerir þér kleift að sameina HDD og SSD í RAID fylki af stigum "0", "1" eða "0+1". Þetta er innleitt forritunarlega á vélbúnaðarstigi. Hins vegar er varla hægt að mæla með slíkum tækjum til notkunar í fyrirtækjahlutanum, vegna þess að þau eru ekki með skyndiminni og styðja ekki fylki af stigum "5", "3" osfrv. En fyrir heimaþjón á inngangsstigi henta þeir vel.
2. Stýringar sem vinna í takt við aðra RAID stýringar
Þessa tegund stjórnanda er hægt að para saman við innbyggða móðurborðsstýringar. Þetta er útfært í samræmi við eftirfarandi meginreglu: stakur RAID stjórnandi sér um að leysa „rökrétt“ vandamál og sá innbyggði tekur við virkni gagnaskipta milli drifa. En það er blæbrigði: samhliða notkun slíkra stýringa er aðeins möguleg á samhæfum móðurborðum, sem þýðir að notkunarsvið þeirra er verulega takmarkað.
3. Sjálfstæðir RAID stýringar
Þessar staku lausnir innihalda um borð alla nauðsynlega flís til að vinna með netþjónum í fyrirtækjaflokki, með sitt eigið BIOS, skyndiminni og örgjörva fyrir hraðvirka villuleiðréttingu og eftirlitssummuútreikninga. Að auki uppfylla þeir háar kröfur um áreiðanleika hvað varðar framleiðslu og eru með hágæða minniseiningar.
4. Ytri RAID stýringar
Það er ekki erfitt að giska á að allir stýringar sem taldir eru upp hér að ofan séu innri og fá afl í gegnum PCIe tengi móðurborðsins. Hvað þýðir þetta? Og þessi bilun á móðurborðinu getur leitt til villna í rekstri RAID fylkisins og gagnataps. Ytri stýringar eru lausar við þennan misskilning, þar sem þeir eru hýstir í sérstöku hulstri með sjálfstæðri aflgjafa. Hvað áreiðanleika varðar, veita slíkir ábyrgðaraðilar hæsta stig gagnageymslu.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell og Cisco eru aðeins nokkur þeirra fyrirtækja sem bjóða nú upp á vélbúnað RAID stýringar.
Rekstrarhamur RAID stýringa SAS/SATA/NVMe
Megintilgangur tri-mode HBA og RAID stýringar (eða stýringar með Tri-Mode virkni) er að búa til NVMe-undirstaða vélbúnaðar RAID. Broadcom 9400 röð stýringar geta gert þetta: til dæmis, . Hann tilheyrir sjálfstæðri gerð RAID-stýringar, er búinn fjórum SFF-8643 tengjum og, þökk sé Tri-Mode stuðningi, gerir það þér kleift að tengja SATA/SAS og NVMe drif samtímis. Þar að auki er hann líka einn af orkunýtnustu stýristækjunum á markaðnum (eyðir aðeins 17 wött af orku, með minna en 1,1 wött fyrir hverja 16 tengi).
Tengiviðmótið er PCI Express x8 útgáfa 3.1, sem gerir ráð fyrir afköst upp á 64 Gbit/s (vænt er að stýringar fyrir PCI Express 2020 komi fram árið 4.0). 16 porta stjórnandi er byggður á 2 kjarna flís og 72-bita DDR4-2133 SDRAM (4 GB), auk möguleika á að tengja allt að 240 SATA/SAS drif, eða allt að 24 NVMe tæki. Hvað varðar skipulagningu á RAID fylki eru stigin „0“, „1“, „5“ og „6“, sem og „10“, „50“ og „60“ studd. Við the vegur, skyndiminni og aðrir stýringar í 9400 seríunni eru varin fyrir spennubilunum með valfrjálsu CacheVault CVPM05 einingunni.
Þriggja stillinga tæknin er byggð á SerDes gagnaumbreytingaraðgerðinni: umbreyta raðframsetningu gagna í SAS/SATA tengi í samhliða form í PCIe NVMe og öfugt. Það er að segja að stjórnandinn semur um hraða og samskiptareglur til að vinna óaðfinnanlega með einhverjum af þremur gerðum geymslutækja. Þetta veitir óaðfinnanlega leið til að skala innviði gagnavera: notendur geta notað NVMe án þess að gera verulegar breytingar á öðrum kerfisstillingum.
Hins vegar, þegar þú skipuleggur stillingar með NVMe drifum, er þess virði að hafa í huga að NVMe lausnir nota 4 PCIe brautir til að tengjast, sem þýðir að hvert drif notar allar línur af SFF-8643 tengi. Það kemur í ljós að aðeins er hægt að tengja fjögur NVMe drif beint við MegaRAID 9460-16i stjórnandann. Eða takmarkaðu þig við tvær NVMe lausnir á sama tíma og þú tengir átta SAS drif samtímis (sjá tengimynd hér að neðan).
Myndin sýnir notkun tengis "0" (C0 / Tengi 0) og tengis "1" fyrir NVMe tengingar, sem og tengi "2" og "3" fyrir SAS tengingar. Þessu fyrirkomulagi er hægt að snúa við, en hvert x4 NVMe drif verður að vera tengt með aðliggjandi brautum. Rekstrarstillingar stjórnandans eru stilltar í gegnum StorCLI eða Human Interface Infrastructure (HII) stillingarforritið, sem starfar í UEFI umhverfinu.
Sjálfgefin stilling er „PD64“ snið (styður aðeins SAS/SATA). Eins og við sögðum hér að ofan eru alls þrjú snið: „SAS/SATA only mode“ hamurinn (PD240 / PD64 / PD 16), „NVMe only mode“ (PCIe4) hamurinn og blandan háttur þar sem allar gerðir drifja. getur starfað: „PD64 -PCIe4“ (stuðningur fyrir 64 líkamlega og sýndardiska með 4 NVMe drifum). Í blönduðum ham ætti gildi tilgreinds sniðs að vera „ProfileID=13“. Við the vegur, valið snið er vistað sem aðal og er ekki endurstillt jafnvel þegar farið er aftur í verksmiðjustillingar í gegnum Stilla verksmiðjustillingar skipunina. Það er aðeins hægt að breyta því handvirkt.
Er það þess virði að búa til RAID fylki á SSD?
Svo við höfum þegar skilið að RAID fylki eru lykillinn að mikilli afköstum. En er það þess virði að byggja RAID úr SSD diskum fyrir heimili og fyrirtæki? Margir efasemdarmenn segja að hraðaaukningin sé ekki svo veruleg að hún eyði á NVMe-drifum. En er þetta virkilega svona? Varla. Stærsta takmörkunin á því að nota SSD í RAID (bæði heima og á fyrirtækisstigi) gæti bara verið verðið. Hvað sem maður getur sagt þá er kostnaðurinn við gígabæt af plássi á HDD miklu ódýrari.
Að tengja mörg solid state „drif“ við RAID stjórnandi til að búa til SSD fylki getur haft mikil áhrif á afköst í ákveðnum stillingum. Hins vegar má ekki gleyma því að hámarksafköst eru takmörkuð af afköstum RAID stjórnandans sjálfs. RAID-stigið sem býður upp á besta árangur er RAID 0.
Hefðbundið RAID 0 með tveimur SSD diskum, sem notar aðferð til að skipta gögnum í fastar blokkir og röndla þær yfir solid state geymslu, mun leiða til tvöfaldrar frammistöðu samanborið við einn SSD. Hins vegar mun RAID 0 fylki með fjórum SSD diskum nú þegar vera fjórum sinnum hraðari en hægasti SSD í fylkinu (fer eftir bandbreiddartakmörkunum á RAID SSD stjórnandi stigi).
Byggt á einföldum tölum er SATA SSD um það bil 3 sinnum hraðari en hefðbundinn SATA HDD. NVMe lausnir eru enn skilvirkari - 10 sinnum eða oftar. Að því gefnu að tveir harðir diskar í núllstigi RAID sýni tvöfalda frammistöðu, auka hana um 50%, verða tveir SATA SSD diskar 6 sinnum hraðari og tveir NVMe SSD diskar 20 sinnum hraðari. Sérstaklega getur eitt Kingston KC2000 NVMe PCIe drif náð allt að 3200 MB/s í röð les- og skrifhraða, sem á RAID 0 sniði mun ná glæsilegum 6 GB/s. Og les/skrifhraði handahófskenndra blokka sem eru 4 KB að stærð mun breytast úr 350 IOPS í 000 IOPS. En ... á sama tíma veitir „núll“ RAID okkur ekki offramboð.
Það má segja að í heimilisumhverfi sé venjulega ekki þörf á offramboði í geymslu, þannig að hentugasta RAID stillingin fyrir SSD-diska verður í raun RAID 0. Þetta er áreiðanleg leið til að fá verulegar frammistöðubætir sem valkost við að nota tækni eins og Intel Optane-undirstaða SSD diskar. En við munum tala um hvernig SSD lausnir hegða sér í vinsælustu RAID gerðum ("1", "5", "10", "50") í næstu grein okkar.
Þessi grein var unnin með stuðningi samstarfsmanna okkar hjá Broadcom, sem útvega stjórnendur sína til Kingston verkfræðinga til að prófa með SATA/SAS/NVMe drifum í fyrirtækjaflokki. Þökk sé þessu vinalega samlífi þurfa viðskiptavinir ekki að efast um áreiðanleika og stöðugleika Kingston drif með HBA og RAID stjórnendum frá framleiðslu. .
Fyrir frekari upplýsingar um Kingston vörur, vinsamlegast farðu á félagið.
Heimild: www.habr.com