{"id":54586,"date":"2019-12-29T00:00:00","date_gmt":"2019-12-28T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny"},"modified":"2020-02-18T14:02:37","modified_gmt":"2020-02-18T11:02:37","slug":"nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/administrirovanie\/nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny","title":{"rendered":"\u00c8 necessario creare un array RAID con SSD e quali controller sono necessari?","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Ciao Habr! In questo articolo parleremo di se conviene organizzare array RAID basati su soluzioni SSD SATA e NVMe, e se ne trarr\u00e0 un serio profitto. Abbiamo deciso di approfondire la questione esaminando i tipi e le categorie di controller che consentono di farlo, cos\u00ec come le aree di applicazione di tali configurazioni.<\/p>\n

\"\u00c8
\n<\/a><\/noindex>
\nIn un modo o nell'altro, ognuno di noi ha sentito una volta nella vita definizioni come \"RAID\", \"array RAID\", \"controller RAID\", ma raramente si \u00e8 dato loro un'importanza seria, perch\u00e9 a un normale utente del PC potrebbe non interessare molto. Tuttavia, tutti desiderano velocit\u00e0 elevate dai dispositivi di archiviazione interni e affidabilit\u00e0 nel loro funzionamento. Infatti, qualunque possa essere la potenza del computer, la velocit\u00e0 del dispositivo di archiviazione diventa un collo di bottiglia, parlando della capacit\u00e0 complessiva del PC e del server. <\/p>\n

Questo \u00e8 stato vero fino a quando i tradizionali HDD non sono stati sostituiti dai moderni SSD NVMe con capacit\u00e0 comparabili di 1 TB o pi\u00f9. Se prima nei PC si vedevano pi\u00f9 frequentemente combinazioni di SSD SATA + un paio di HDD capienti, oggi stanno cominciando a essere sostituiti da un'altra soluzione: SSD NVMe + un paio di SSD SATA capienti. Parlando di server aziendali e \"cloud\", molti hanno gi\u00e0 fatto il passaggio a SSD SATA, semplicemente perch\u00e9 sono pi\u00f9 veloci dei classici \"dischi rigidi\" e possono gestire un numero maggiore di operazioni di input\/output contemporaneamente.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nTuttavia, l'affidabilit\u00e0 del sistema rimane comunque a un livello piuttosto basso: non possiamo, come in \"Battle of the Psychics\", prevedere con precisione, nemmeno con una settimana di anticipo, quando un determinato dispositivo di archiviazione a stato solido cesser\u00e0 di funzionare. Mentre gli HDD \"muoiono\" gradualmente, permettendo di cogliere i sintomi e prendere misure, gli SSD \"muoiono\" improvvisamente e senza preavviso. E ora \u00e8 davvero il momento di capire perch\u00e9 tutto questo sia necessario. Conviene organizzare array RAID basati su soluzioni SSD SATA e NVMe, e ne trarr\u00e0 un serio profitto? <\/p>\n

A cosa serve un array RAID?<\/h2>\n

\nLa parola \u201carray\u201d implica gi\u00e0 che per la sua creazione vengono utilizzati pi\u00f9 dispositivi di archiviazione (HDD e SSD), che vengono uniti tramite un controller RAID e riconosciuti dal sistema operativo come un'unica unit\u00e0 di archiviazione dati. L'obiettivo globale che i RAID consentono di raggiungere \u00e8 la minimizzazione del tempo di accesso ai dati, l'aumento della velocit\u00e0 di lettura\/scrittura e l'affidabilit\u00e0, che viene realizzata grazie alla possibilit\u00e0 di un rapido ripristino in caso di guasto. \u00c8 importante notare che per i backup domestici non \u00e8 affatto necessario utilizzare un RAID. Ma se hai un server domestico a cui \u00e8 necessario avere accesso costante 24\/7, allora la situazione \u00e8 diversa.<\/p>\n

Esistono pi\u00f9 di dieci livelli di array RAID, ognuno dei quali differisce per il numero di dispositivi utilizzati e ha i suoi pro e contro: ad esempio, RAID 0 consente di ottenere elevate prestazioni senza tolleranza agli errori, RAID 1 permette di stabilire la mirroring automatico dei dati senza incremento della velocit\u00e0, mentre RAID 10 combina le capacit\u00e0 dei precedenti. RAID 0 e 1 sono i pi\u00f9 semplici (poich\u00e9 non richiedono calcoli software) e, di conseguenza, i pi\u00f9 popolari. In definitiva, la scelta tra i vari livelli di RAID dipende dai compiti assegnati all'array di dischi e dalle capacit\u00e0 del controller RAID.<\/p>\n

RAID domestico e aziendale: quali sono le differenze?<\/h2>\n

\nLa base di qualsiasi business moderno sono grandi volumi di dati, che devono essere conservati in modo sicuro sui server delle aziende. Inoltre, come gi\u00e0 accennato, deve esservi un accesso costante 24\/7. \u00c8 evidente che, oltre all'hardware, \u00e8 importante anche la parte software, ma in questo caso stiamo parlando comunque di attrezzature che garantiscono un'archiviazione e un'elaborazione delle informazioni sicure. Nessun software salver\u00e0 un'azienda dalla rovina se l'hardware non \u00e8 all'altezza delle sfide che gli sono state assegnate.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nPer questi scopi, qualsiasi produttore di hardware offre dispositivi aziendali. Per Kingston, si tratta di potenti soluzioni a stato solido sotto forma di modelli SATA Kingston 450R (DC450R)<\/a><\/noindex> e serie DC500<\/a><\/noindex>, e i modelli NVMe DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe e DCP-1000 PCI-e, progettati per l'uso nei datacenter e nei supercomputer. Le configurazioni di tali dischi vengono solitamente utilizzate insieme a controller hardware.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nPer il mercato consumer (cio\u00e8 per PC domestici e server NAS) sono disponibili dischi come Kingston KC2000<\/a><\/noindex> NVMe PCIe, ma in questo caso non \u00e8 necessario acquistare un controller hardware. \u00c8 possibile utilizzare quello integrato nella scheda madre del PC o del server NAS, a meno che tu non preveda di costruire da solo un server domestico per compiti atipici (ad esempio, avviare un piccolo hosting domestico per gli amici). Inoltre, le configurazioni RAID domestiche, di solito, non prevedono centinaia o migliaia di dischi, limitandosi a due, quattro o otto dispositivi (spesso SATA).<\/p>\n

Tipi e categorie di controller RAID<\/h2>\n

\nEsistono tre tipi di controller RAID, basati sui principi di realizzazione delle configurazioni RAID: <\/p>\n

1. Software, nei quali la gestione del sistema \u00e8 affidata alla CPU e alla DRAM (cio\u00e8 l'esecuzione del codice avviene sul processore).<\/p>\n

2. Integrati, ovvero incorporati nelle schede madri di PC o server NAS.<\/p>\n

3. Hardware (modulari), che sono schede di espansione discrete per le porte PCI\/PCIe delle schede madri di sistema. <\/p>\n

Qual \u00e8 la loro differenza fondamentale? I controller RAID software sono inferiori agli integrati e agli hardware in termini di prestazioni e tolleranza ai guasti, ma non richiedono attrezzature speciali per funzionare. Tuttavia, \u00e8 importante assicurarsi che il processore del sistema host sia sufficientemente potente da eseguire il software RAID, senza compromettere le prestazioni delle applicazioni che operano anche sull'host. I controller integrati, di solito, sono dotati di memoria cache dedicata e impiegano alcune risorse della CPU. <\/p>\n

Gli apparati hardware hanno sia una memoria cache propria che un processore integrato per l'esecuzione di algoritmi software. Di solito consentono di implementare tutti i tipi di livelli di array RAID e supportano diversi tipi di dispositivi. Ad esempio, ai moderni controller hardware dell'azienda Broadcom \u00e8 possibile collegare contemporaneamente dispositivi SATA, SAS e NVMe, il che consente di non cambiare il controller durante l'upgrade dei server: in particolare, nel passaggio da SSD SATA a SSD NVMe non sar\u00e0 necessario cambiare i controller.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nIn effetti, su questa nota siamo arrivati alla tipologizzazione dei stessi controller. Se ci sono controller a tre modalit\u00e0, devono esisterne anche altri? In questo caso, la risposta a questa domanda sar\u00e0 affermativa. A seconda delle funzioni e delle capacit\u00e0, i controller RAID possono essere suddivisi in diversi tipi:<\/p>\n

1. Controller ordinari con funzione RAID<\/b>
\nNell'intera gerarchia, questo \u00e8 il controller pi\u00f9 semplice, che consente di unire HDD e SSD in array RAID di livelli \"0\", \"1\" o \"0+1\". Questo \u00e8 realizzato a livello di firmware. Tuttavia, tali dispositivi difficilmente possono essere raccomandati per l'uso nel segmento aziendale, poich\u00e9 non dispongono di cache e non supportano gli array di livelli \"5\", \"3\" e cos\u00ec via. Tuttavia, per un server domestico di livello base, vanno benissimo.<\/p>\n

2. Controller che lavorano in coppia con altri controller RAID<\/b>
\nQuesto tipo di controller pu\u00f2 lavorare in coppia con i controller integrati delle schede madri. Questa funzione \u00e8 realizzata secondo il seguente principio: il controller RAID discreto si occupa della risoluzione delle questioni \"logiche\", mentre quello integrato gestisce le funzioni di scambio dati tra i dispositivi. Ma c'\u00e8 un aspetto da considerare: il lavoro parallelo di tali controller \u00e8 possibile solo su schede madri compatibili, il che limita seriamente il loro campo di applicazione.<\/p>\n

3. Controller RAID autonomi<\/b>
\nQueste soluzioni discrete contengono a bordo tutti i chip necessari per lavorare con server di livello enterprise, fornendo il proprio BIOS, memoria cache e un processore per la rapida correzione degli errori e il calcolo delle checksum. Inoltre, soddisfano elevati standard di affidabilit\u00e0 in termini di fabbricazione e sono dotati di moduli di memoria di alta qualit\u00e0.<\/p>\n

4. Controller RAID esterni<\/b>
\nNon \u00e8 difficile indovinare che tutti i controller sopra elencati siano interni e ricevano alimentazione tramite la connessione PCIe della scheda madre. Cosa significa questo? Significa che il guasto della scheda madre pu\u00f2 portare a errori nel funzionamento dell'array RAID e alla perdita di dati. I controller esterni, d'altro canto, sono esenti da questo malinteso, in quanto sono ospitati in un case separato con un'unit\u00e0 di alimentazione indipendente. In termini di affidabilit\u00e0, tali controller offrono il pi\u00f9 alto livello di conservazione dei dati.<\/p>\n

Broadcom<\/a><\/noindex>, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell e Cisco sono solo alcune delle aziende che attualmente offrono controller RAID hardware.<\/p>\n

Modalit\u00e0 operative dei controller RAID SAS\/SATA\/NVMe<\/h2>\n

\nLa principale funzione dei controller HBA e RAID a tre modalit\u00e0 (o controller Tri-Mode) \u00e8 quella di creare un RAID hardware basato su NVMe. I controller della serie 9400 di Broadcom sono in grado di farlo: per esempio, MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex>. Questo \u00e8 un tipo di controller RAID autonomo, dotato di quattro porte SFF-8643 e, grazie al supporto Tri-Mode, consente di collegare contemporaneamente unit\u00e0 SATA\/SAS e NVMe. Inoltre, \u00e8 uno dei controller pi\u00f9 efficienti in termini energetici sul mercato (consuma solo 17 watt di energia, meno di 1,1 watt per ciascuna delle 16 porte).<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nL'interfaccia di connessione \u00e8 PCI Express x8 di versione 3.1, che consente di raggiungere una larghezza di banda di 64 Gbit\/s (nel 2020 si prevede l'arrivo di controller per PCI Express 4.0). Alla base del controller a 16 porte si trova un chip a 2 core SAS3516<\/a><\/noindex> e 72-bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB), con la possibilit\u00e0 di collegare fino a 240 unit\u00e0 SATA\/SAS o fino a 24 dispositivi NVMe. Per quanto riguarda l'organizzazione degli array RAID, sono supportati i livelli \"0\", \"1\", \"5\" e \"6\", nonch\u00e9 \"10\", \"50\" e \"60\". Tra l'altro, la memoria cache MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex> degli altri controller della serie 9400 \u00e8 protetta da guasti di alimentazione tramite un modulo aggiuntivo CacheVault CVPM05.<\/p>\n

Alla base della tecnologia a tre modalit\u00e0 c'\u00e8 la funzione di conversione dei dati SerDes: la trasformazione della rappresentazione dei dati in sequenza in interfacce SAS\/SATA in una forma parallela in PCIe NVMe e viceversa. Ci\u00f2 significa che il controller sincronizza le velocit\u00e0 e i protocolli per funzionare senza problemi con uno qualsiasi dei tre tipi di dispositivi di storage. Questo fornisce un modo ininterrotto per scalare le infrastrutture dei centri di elaborazione dati: gli utenti possono utilizzare NVMe senza modifiche significative in altre configurazioni di sistema. <\/p>\n

\"\u00c8
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\nTuttavia, nella pianificazione delle configurazioni con unit\u00e0 NVMe, \u00e8 importante considerare che le soluzioni NVMe utilizzano 4 linee PCIe per il collegamento, il che significa che ogni unit\u00e0 occupa tutte le linee delle porte SFF-8643. Di conseguenza, si possono collegare direttamente al controller MegaRAID 9460-16i solo quattro unit\u00e0 NVMe. Oppure limitarsi a due soluzioni NVMe collegando simultaneamente otto unit\u00e0 SAS (vedi lo schema di collegamento qui sotto).<\/p>\n

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\nL'immagine mostra l'uso del connettore \"0\" (C0 \/ Connettore 0) e del connettore \"1\" per i collegamenti NVMe, oltre ai connettori \"2\" e \"3\" per i collegamenti SAS. Questa disposizione pu\u00f2 essere invertita, ma ogni unit\u00e0 x4 NVMe deve essere collegata utilizzando linee adiacenti. Le modalit\u00e0 operative del controller vengono impostate tramite le utilit\u00e0 di configurazione StorCLI o Human Interface Infrastructure (HII), che funzionano in un ambiente UEFI. <\/p>\n

\"\u00c8
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\nLa modalit\u00e0 predefinita \u00e8 il profilo \"PD64\" (supporto solo SAS\/SATA). Come gi\u00e0 detto, ci sono tre profili in totale: la modalit\u00e0 \"SAS\/SATA only mode\" (PD240 \/ PD64 \/ PD 16), la modalit\u00e0 \"NVMe only mode\" (PCIe4) e la modalit\u00e0 mista, in cui possono operare tutti i tipi di unit\u00e0: \"PD64-PCIe4\" (supporto per 64 dischi fisici e virtuali con 4 unit\u00e0 NVMe). In modalit\u00e0 mista, il valore del profilo impostato deve essere: \"ProfileID=13\". Va notato che il profilo selezionato rimane come principale e non viene ripristinato nemmeno nel caso di un ripristino delle impostazioni di fabbrica tramite il comando Set Factory Defaults. Pu\u00f2 essere cambiato solo manualmente.<\/p>\n

Vale la pena creare un array RAID su SSD?<\/h2>\n

\nQuindi, abbiamo gi\u00e0 capito che i RAID sono la chiave per alte prestazioni. Ma ha senso costruire un RAID con unit\u00e0 a stato solido per uso domestico e aziendale? Molti scettici affermano che l'aumento di velocit\u00e0 non \u00e8 cos\u00ec significativo da giustificare la spesa per unit\u00e0 NVMe. Ma \u00e8 davvero cos\u00ec? Probabilmente no. Il pi\u00f9 grande ostacolo all'uso degli SSD in RAID (sia in ambito domestico che a livello aziendale) pu\u00f2 essere solo il prezzo. Dopotutto, il costo per gigabyte di spazio su HDD \u00e8 notevolmente pi\u00f9 basso. <\/p>\n

Collegare pi\u00f9 \"dischi\" a stato solido a un controller RAID per creare un array di SSD in determinate configurazioni pu\u00f2 avere un enorme impatto sulle prestazioni. Tuttavia, non bisogna dimenticare che la massima prestazione \u00e8 limitata dalla larghezza di banda del controller RAID stesso. Il livello RAID che offre la migliore velocit\u00e0 di lavoro \u00e8 il RAID 0.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nOrganizzare un normale RAID 0 con due SSD, utilizzando il metodo di suddivisione dei dati in blocchi fissi e la loro alternanza tra i dispositivi a stato solido, porter\u00e0 a un raddoppio delle prestazioni (rispetto alle velocit\u00e0 fornite da un singolo SSD). Allo stesso modo, un array RAID 0 con quattro unit\u00e0 a stato solido sar\u00e0 gi\u00e0 quattro volte pi\u00f9 veloce dell'SSD pi\u00f9 lento nell'array (a seconda dei limiti di larghezza di banda del controller RAID SSD). <\/p>\n

Se si considera una semplice aritmetica, gli SSD SATA sono circa 3 volte pi\u00f9 veloci dei tradizionali HDD SATA. Le soluzioni NVMe sono ancora pi\u00f9 efficienti: da 10 volte in su. Supponendo che due dischi rigidi in un RAID di livello zero mostrino prestazioni raddoppiate, aumentando del 50%, due SSD SATA risulteranno sei volte pi\u00f9 veloci, mentre due SSD NVMe saranno venti volte pi\u00f9 veloci. In particolare, un'unit\u00e0 Kingston KC2000 NVMe PCIe pu\u00f2 raggiungere velocit\u00e0 di lettura e scrittura sequenziali fino a 3200 MB\/s, che in formato RAID 0 raggiungeranno un impressionante 6 GB\/s. La velocit\u00e0 di lettura\/scrittura di blocchi casuali di 4 KB passer\u00e0 da 350.000 IOPS a 700.000 IOPS. Ma... allo stesso tempo, il RAID \"zero\" non ci offre ridondanza.<\/p>\n

Si pu\u00f2 dire che, in un contesto domestico, l'eccesso di capacit\u00e0 di archiviazione di solito non \u00e8 necessario, quindi la configurazione RAID pi\u00f9 adatta per gli SSD diventa effettivamente RAID 0. Questo \u00e8 un modo affidabile per ottenere un notevole aumento delle prestazioni come alternativa all'uso di tecnologie come le unit\u00e0 a stato solido basate su Intel Optane. Discuteremo invece come si comportano le soluzioni SSD nei tipi di RAID pi\u00f9 popolari (\"1\", \"5\", \"10\", \"50\") nel nostro prossimo articolo.<\/p>\n

Questo articolo \u00e8 stato preparato con il supporto dei nostri colleghi di Broadcom, che forniscono i loro controller agli ingegneri di Kingston per il collaudo con gli storage SATA\/SAS\/NVMe di livello enterprise. Grazie a questa amicizia sinergica, i clienti possono essere certi dell'affidabilit\u00e0 e della stabilit\u00e0 del funzionamento degli storage Kingston con i controllori HBA e RAID. Broadcom<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Puoi trovare ulteriori informazioni sui prodotti Kingston sul sito ufficiale<\/a><\/noindex> azienda.
\n
Fonte: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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