В abbiamo già considerato la questione "Applicheremo RAID su SSD" utilizzando l'esempio delle unità Kingston, ma lo abbiamo fatto solo all'interno del livello zero. Nell'attuale articolo, analizzeremo le opzioni per l'utilizzo di soluzioni NVMe professionali e domestiche nei tipi più diffusi di array RAID e parleremo della compatibilità del controller. con azionamenti Kingston.
Perché hai bisogno di RAID su un SSD?
I vantaggi degli array di archiviazione basati su SSD rispetto agli array di archiviazione HDD includono tempi di accesso più rapidi ai dati sull'unità e prestazioni di lettura/scrittura superiori. Tuttavia, una prestazione RAID basata su SSD ideale richiede una combinazione ottimale di processore, cache, software e hardware. Quando tutti questi fattori funzionano perfettamente insieme, un RAID SSD può superare di gran lunga una configurazione comparabile utilizzando HDD tradizionali.
Un tipico SSD consuma meno energia rispetto agli HDD, quindi quando si combina un gran numero di SSD in un array RAID, il risparmio energetico rispetto a un array RAID HDD può anche tradursi in costi inferiori sulle bollette energetiche aziendali.
Tuttavia, SSD RAID presenta limiti e svantaggi, in particolare il prezzo più elevato per gigabyte di spazio rispetto a dischi rigidi di capacità comparabile. E il tempo tra i guasti della memoria flash è limitato a un certo numero di cicli di riscrittura. Cioè, le unità SSD hanno una certa durata, che dipende dall'operazione: più informazioni vengono sovrascritte su di esse, più velocemente l'unità si guasterà. D'altra parte, gli SSD aziendali hanno una durata di vita decente paragonabile ai dischi rigidi meccanici.
Come vivono gli SSD Kingston in modalità RAID con i controller Broadcom
Agli albori degli SSD, i progetti RAID avevano molte sfumature. Anche a causa dell'uso di HDD meno tolleranti ai guasti. Le unità a stato solido sono molto più affidabili delle loro controparti basate su dischi magnetici. Come sappiamo, non ci sono parti mobili nelle soluzioni SSD, quindi i danni meccanici sono ridotti a zero. Anche il guasto delle unità a stato solido a causa di sbalzi di tensione è improbabile, dato che a livello di un PC domestico e di qualsiasi server, UPS, dispositivi di protezione da sovratensione e persino un alimentatore ti proteggono.
Allo stesso tempo, le unità a stato solido hanno un altro vantaggio significativo: anche se le celle di memoria sono consumate per la scrittura, i dati possono ancora essere letti da esse, ma se il disco magnetico è danneggiato, ahimè.
Oggi è pratica abbastanza normale utilizzare soluzioni SSD in array RAID di diversi livelli. L'importante è scegliere gli SSD giusti, la cui latenza è minima. E idealmente, utilizza SSD dello stesso produttore e dello stesso modello in modo da non ritrovarti con un miscuglio di unità che supportano diversi tipi di carichi e sono costruite sulla base di diversi tipi di memoria, controller e altre tecnologie. Cioè, se decidiamo di acquistare quattro o 16 SSD NVMe da Kingston per creare un array RAID, sarebbe meglio se provenissero tutti dalla stessa serie e gamma di modelli.
A proposito, dentro abbiamo citato i controller Broadcom per un motivo quando abbiamo parlato di NVMe SSD di Kingston. Il fatto è che i manuali di questi dispositivi prescrivono immediatamente unità compatibili (comprese le soluzioni del già citato produttore di SSD americano), con le quali il controller funzionerà perfettamente. È necessario fare affidamento su queste informazioni quando si sceglie un bundle controller-SSD per RAID.
Analizziamo il lavoro di SSD Kingston nei tipi più popolari di RAID: "1", "5", "10", "50"
Pertanto, il livello RAID "zero" non fornisce ridondanza dei dati, ma aumenta solo le prestazioni. RAID 0 non fornisce alcuna protezione dei dati, quindi non lo considereremo all'interno del segmento aziendale. RAID 1, d'altra parte, fornisce una ridondanza completa ma solo modesti guadagni di prestazioni e dovrebbe quindi essere preso in considerazione se i guadagni di prestazioni non sono una considerazione primaria quando si costruisce un array RAID SSD.
RAID 1 basato su SSD Kingston e controller Broadcom
Pertanto, l'array RAID di primo livello basato sul controller Broadcom MegaRAID 9460-16i combina da due a 32 unità Kingston, che sono copie l'una dell'altra, e fornisce una ridondanza completa. Se quando si utilizzano HDD tradizionali, la velocità di scrittura e lettura dei dati è rimasta al livello di questo stesso HDD, utilizzando le soluzioni SSD NVMe otteniamo un aumento di dieci volte delle prestazioni. Soprattutto in termini di tempo di accesso ai dati. Ad esempio, con due SSD NVMe Kingston DC1000M U.2 in RAID 1 del server, otteniamo 350 IOPS in lettura casuale e 000 IOPS in scrittura.
In termini di velocità di lettura sequenziale, i risultati corrisponderanno alle caratteristiche dell'unità: 3200 MB / s. Ma poiché entrambi gli SSD NVMe funzionano, i dati possono essere letti da essi contemporaneamente, il che rende le operazioni di lettura abbastanza veloci. Ma la velocità di scrittura (dichiarata di 2000 MB / s) sarà più lenta, poiché ogni operazione di scrittura viene eseguita due volte.
RAID 1 è ideale per database di piccole dimensioni o qualsiasi altro ambiente che richieda tolleranza agli errori ma bassa capacità. Il mirroring delle unità è particolarmente utile negli scenari di ripristino di emergenza (le prestazioni sono leggermente ridotte) perché fornisce una "rianimazione" istantanea di dati importanti in caso di guasto di una delle unità dell'array. Tuttavia, poiché questo livello di protezione richiede il raddoppio della capacità di archiviazione dei dati sottoposti a mirroring (100 TB richiederebbero 200 TB di archiviazione), molti sistemi aziendali utilizzano opzioni di archiviazione più economiche: RAID 5 e RAID 6.
RAID 5 basato su SSD Kingston e controller Broadcom
Per organizzare un array RAID di quinto livello, abbiamo bisogno di almeno tre unità, i cui dati sono interlacciati (scritti ciclicamente su tutte le unità dell'array), ma non duplicati. Quando li organizzi, dovresti tener conto della loro struttura più complessa, poiché qui appare un concetto come "checksum" (o "parità"). Questo concetto indica la funzione XOR algebrica logica (nota anche come "OR" esclusivo), che impone l'uso di un minimo di tre unità nell'array (massimo - 32). In questo caso, le informazioni sulla parità vengono scritte su tutti i "dischi" nell'array.
Per un array di quattro SSD SATA Kingston DC500R con una capacità di 3,84 TB ciascuno, otteniamo 11,52 TB di spazio e 3,84 per i checksum. E se combini 16 unità Kingston DC1000M U.2 NVMe con una capacità di 7,68 TB in un RAID di livello 115,2, impareremo 7,68 TB con una perdita di 5 TB. Come puoi vedere, più unità ci sono, meglio è alla fine. È anche migliore perché maggiore è il numero di unità in RAID 0, maggiori sono le prestazioni di scrittura complessive. E la lettura lineare raggiungerà il livello di RAID XNUMX.
Un gruppo di dischi RAID 5 fornisce un throughput elevato (soprattutto per file di grandi dimensioni) e ridondanza con una perdita di alimentazione minima. Questo tipo di organizzazione dell'array è più adatto per le reti che eseguono molte piccole operazioni di input/output (I/O) contemporaneamente. Ma non dovresti usarlo per attività che richiedono un numero elevato di operazioni di scrittura per blocchi piccoli o piccoli.
C'è un'altra sfumatura: se almeno una delle unità NVMe si guasta, RAID 5 entra in modalità degradazione e il guasto di un altro dispositivo di archiviazione può diventare critico per tutti i dati. Se un'unità dell'array si guasta, il controller RAID utilizza le informazioni di parità per ricreare eventuali dati mancanti.
RAID 10 basato su SSD Kingston e controller Broadcom
Pertanto, RAID 0 ci fornisce un duplice aumento della velocità e del tempo di accesso e RAID 1 fornisce affidabilità. Idealmente, sarebbero combinati, e qui RAID 10 (o 1 + 0) viene in soccorso. "Dieci" è assemblato da quattro unità SATA SSD o NVMe (massimo - 32) e implica una serie di "mirror", il numero di unità in cui deve essere sempre un multiplo di quattro. I dati in questo array vengono scritti utilizzando il partizionamento a blocchi fissi (come nel caso di RAID 0) e lo striping tra le unità, distribuendo le copie tra le "unità" in un array RAID 1. E con la possibilità di accedere a più gruppi di unità al Allo stesso tempo, RAID 10 mostra prestazioni elevate.
Poiché RAID 10 è in grado di eseguire lo striping dei dati su più coppie con mirroring, ciò significa che può tollerare il guasto di un'unità in una coppia. Tuttavia, se entrambe le coppie di mirror (ovvero tutte e quattro le unità) si guastano, si verificherà un'inevitabile perdita di dati. Di conseguenza, otteniamo anche una buona tolleranza ai guasti e affidabilità. Ma tieni presente che, come RAID 1, l'array di decimo livello utilizza solo la metà della capacità totale e quindi è una soluzione costosa. E anche difficile da configurare.
RAID 10 è adatto per l'uso con data warehouse che richiedono una ridondanza del 100% dei gruppi di dischi con mirroring, nonché le migliori prestazioni di I/O di RAID 0. È la soluzione migliore per database di medie dimensioni o qualsiasi ambiente che richieda una maggiore tolleranza ai guasti rispetto a RAID 5.
RAID 50 basato su SSD Kingston e controller Broadcom
Un array combinato simile al RAID di livello 5, che è un array di livello 50 costruito da array di livello 5. Come prima, l'obiettivo principale di questo array è ottenere il doppio delle prestazioni mantenendo l'affidabilità dei dati negli array RAID XNUMX. Allo stesso tempo, RAID XNUMX offre prestazioni di scrittura migliorate e una migliore protezione dei dati rispetto al RAID XNUMX standard in caso di guasto di un'unità , ed è anche in grado di eseguire un ripristino più rapido in caso di guasto di una delle unità.
Il gruppo di unità RAID 50 suddivide i dati in blocchi più piccoli e quindi li divide in ogni array RAID 5. Il gruppo di unità RAID 5, a sua volta, suddivide anche i dati in blocchi più piccoli, calcola la parità, esegue un'operazione logica OR sui blocchi, quindi esegue operazioni di scrittura e parità di blocchi di dati per ciascun disco nel gruppo di dischi.
E mentre le prestazioni sono inevitabilmente degradate se una delle unità si guasta, non è così significativa come in un array RAID 5, poiché un guasto interessa solo uno degli array, lasciando l'altro completamente funzionante. Infatti, RAID 50 può sopravvivere fino a otto guasti di unità HDD/SSD/NVMe se ogni "disco" guasto si trova in un array RAID 5 separato.
RAID 50 è utilizzato al meglio per le applicazioni che richiedono un'elevata affidabilità e devono elaborare un numero elevato di richieste mantenendo elevate velocità di trasferimento dei dati e costi delle unità inferiori rispetto a RAID 10. Tuttavia, poiché è necessario un minimo di sei unità per configurare un array RAID 50 , il costo non è completamente escluso come fattore. Uno svantaggio di RAID 50 è che, come RAID 5, necessita di un controller complesso: ad esempio nell'ultimo articolo da Broadcom.
Vale anche la pena notare che RAID 50 utilizza meno spazio su disco rispetto a RAID 5 a causa dell'allocazione della capacità per conservare i record di parità. Tuttavia, ha ancora più spazio utilizzabile rispetto ad altri livelli RAID, in particolare quelli che utilizzano il mirroring. Con un requisito minimo di sei unità, RAID 50 può essere un'opzione costosa, ma lo spazio su disco aggiuntivo giustifica il costo proteggendo i dati aziendali. Questo tipo di array è consigliato per i dati che richiedono un'elevata affidabilità di archiviazione, velocità di richiesta elevate, velocità di trasferimento elevate e capacità di archiviazione elevata.
RAID 6 e RAID 60: non ci siamo dimenticati neanche di loro
Poiché abbiamo parlato di array del quinto e cinquantesimo livello, sarebbe un peccato non menzionare tipi di organizzazione di array come RAID 6 e RAID 60.
Le prestazioni di RAID 6 sono simili a RAID 5, ma qui viene data parità ad almeno due unità, il che consente all'array di sopravvivere al guasto di due unità senza perdere dati (in RAID 5, questa situazione è altamente indesiderabile). Ciò si traduce in una maggiore affidabilità. Per il resto, tutto è uguale a quello dell'array di quinto livello: in caso di guasto di uno o due dischi, il controller RAID utilizza i blocchi di parità per ricreare tutte le informazioni mancanti. Se due unità si guastano, il ripristino non avviene contemporaneamente: prima viene rianimata la prima unità, quindi la seconda. Pertanto, vengono eseguite due operazioni di ripristino dei dati.
È facile indovinare che se RAID 50 è un array di livello 60 di array di livello 6, allora RAID 50 è un array di livello 8 di array di livello 16 di cui abbiamo appena parlato. Cioè, questa organizzazione dell'archiviazione RAID consente di sopravvivere alla perdita di due SSD in ciascun gruppo di unità RAID XNUMX. Il principio di funzionamento è simile a quello di cui abbiamo parlato nella sezione RAID XNUMX, ma il numero di guasti che un L'array di livello XNUMX è in grado di sopportare la crescita da XNUMX a XNUMX unità. In genere, tali array vengono utilizzati per il servizio clienti online, che richiede un'elevata tolleranza ai guasti.
Riassumendo:
Sebbene il mirroring offra una maggiore tolleranza agli errori rispetto a RAID 50/60, richiede anche molto più spazio. Poiché la quantità di dati viene raddoppiata, si ottiene effettivamente solo il 50% della capacità totale delle unità installate nel server per la registrazione e l'archiviazione delle informazioni. La scelta tra RAID 50/60 e RAID 10 molto probabilmente dipenderà dai budget disponibili, dalla capacità del server e dalle esigenze di protezione dei dati. Inoltre, il costo viene in primo piano quando si parla di soluzioni SSD (sia corporate che consumer).
Altrettanto importante, ora sappiamo per certo che il RAID basato su SSD è una soluzione completamente sicura e una pratica normale per le aziende di oggi. Come parte dell'uso domestico, c'è anche un motivo per passare a NVMe, se i budget lo consentono. E se hai ancora una domanda, perché è necessario tutto questo, torna all'inizio dell'articolo: abbiamo già risposto in dettaglio.
Questo articolo è stato preparato con il supporto dei nostri colleghi di Broadcom, che forniscono i loro controller agli ingegneri Kingston per i test con unità SATA/SAS/NVMe di classe enterprise. Grazie a questa simbiosi amichevole, i clienti non devono dubitare dell'affidabilità e della stabilità delle unità Kingston con HBA e controller RAID dalla produzione. .
Ulteriori informazioni sui prodotti Kingston sono disponibili all'indirizzo azienda.
Fonte: habr.com