{"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 discuteremo se sia utile organizzare array RAID con soluzioni a stato solido SATA SSD e NVMe SSD e se ne valga davvero la pena. Abbiamo deciso di esplorare questo argomento esaminando i tipi e le categorie di controller che lo consentono, cos\u00ec come i settori in cui queste configurazioni trovano applicazione.<\/p>\n

\"\u00c8
\n<\/a><\/noindex>
\nIn un modo o nell'altro, ognuno di noi ha sentito almeno una volta nel corso della vita termini come 'RAID', 'array RAID', 'controller RAID', ma difficilmente ha dato loro una seria importanza, perch\u00e9 a un comune appassionato di PC non interessa molto. Tuttavia, tutti desiderano elevate velocit\u00e0 dai loro dischi interni e un'operativit\u00e0 senza problemi. Infatti, qualunque sia la potenza del computer, la velocit\u00e0 del dispositivo di archiviazione diventa il collo di bottiglia quando si parla di prestazioni complessive del PC e del server. <\/p>\n

Questo \u00e8 stato vero fino a quando i tradizionali HDD non sono stati sostituiti dai moderni NVMe SSD, con capacit\u00e0 comparabili di 1 TB o pi\u00f9. Se prima nei PC si trovavano frequentemente combinazioni di SATA SSD con un paio di HDD capienti, oggi sta emergendo una nuova soluzione: NVMe SSD con un paio di SATA SSD capienti. Parlando di server aziendali e \u2018cloud\u2019, molti hanno gi\u00e0 effettuato la transizione a SATA SSD, semplicemente perch\u00e9 sono pi\u00f9 veloci rispetto ai tradizionali \u2018dischi rigidi\u2019 e sono in grado di gestire un maggior numero di operazioni di input\/output simultaneamente.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nTuttavia, la resilienza del sistema rimane su un livello piuttosto basso: non possiamo, come in \u2018Battle of the Psychics\u2019, prevedere con precisione anche solo una settimana quando un determinato disco a stato solido decider\u00e0 di smettere di funzionare. Mentre gli HDD \u2018morendo\u2019 tendono a segnalare sintomi, permettendo di adottare misure preventive, gli SSD \u2018Muore\u2019 immediatamente e senza preavviso. E ora \u00e8 giunto il momento di capire perch\u00e9 tutto questo sia necessario. \u00c8 utile organizzare array RAID basati su soluzioni a stato solido SATA SSD e NVMe SSD e ci sar\u00e0 un reale vantaggio da questo? <\/p>\n

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

\nLa stessa parola \u201carray\u201d implica gi\u00e0 che per la sua creazione vengano utilizzati pi\u00f9 dispositivi di archiviazione (HDD e SSD), che vengono uniti tramite un controller RAID e riconosciuti dal sistema operativo come un'unica archiviazione dei dati. L'obiettivo principale che i RAID consentono di raggiungere \u00e8 la minimizzazione dei tempi di accesso ai dati, l'aumento della velocit\u00e0 di lettura\/scrittura e l'affidabilit\u00e0, che si ottiene grazie alla possibilit\u00e0 di un rapido ripristino in caso di guasto. A proposito, non \u00e8 affatto necessario utilizzare RAID per i backup domestici. Tuttavia, se hai un server domestico a cui \u00e8 necessario accedere costantemente 24\/7, allora \u00e8 un'altra storia.<\/p>\n

Esistono pi\u00f9 di dieci livelli di array RAID, ognuno dei quali si distingue per il numero di unit\u00e0 utilizzate e presenta vantaggi e svantaggi: ad esempio, il RAID 0 offre elevate prestazioni senza tolleranza agli errori, il RAID 1 consente il mirroring automatico dei dati senza aumento della velocit\u00e0, e il RAID 10 combina le caratteristiche dei livelli sopra menzionati. Il 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 di un livello RAID dipende dai compiti assegnati all'array di dischi e dalle capacit\u00e0 del RAID controller.<\/p>\n

RAID domestico e aziendale: qual \u00e8 la differenza?<\/h2>\n

\nLa base di qualsiasi azienda moderna sono grandi volumi di dati che devono essere archiviati in modo affidabile sui server delle aziende. Inoltre, come abbiamo gi\u00e0 sottolineato, deve essere garantito un accesso continuo 24\/7. \u00c8 chiaro che, insieme all'hardware, anche la parte software \u00e8 importante, ma in questo caso parliamo comunque di attrezzature che garantiscono un'archiviazione e un'elaborazione affidabili delle informazioni. Nessun software salver\u00e0 un'azienda dalla rovina se le attrezzature hardware non soddisfano le sfide imposte.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nPer queste esigenze, qualsiasi produttore di hardware offre i cosiddetti dispositivi aziendali. Per Kingston, si tratta di potenti soluzioni a stato solido come i modelli SATA Kingston 450R (DC450R)<\/a><\/noindex> e della serie DC500<\/a><\/noindex>, cos\u00ec come i modelli NVMe DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe e DCP-1000 PCI-e, progettati per l'uso nei data center e nei supercomputer. Gli array di tali unit\u00e0 di archiviazione sono generalmente utilizzati in combinazione con controller hardware.<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nPer il mercato consumer (cio\u00e8 per PC domestici e server NAS) sono disponibili dispositivi come Kingston KC2000<\/a><\/noindex> NVMe PCIe, ma in questo caso non \u00e8 necessario acquistare un controller hardware. Si pu\u00f2 optare per quello integrato nella scheda madre del PC o del NAS, se non si prevede di assemblare un server domestico per compiti non convenzionali (ad esempio, avviare un piccolo hosting domestico per amici). Inoltre, i RAID domestici generalmente 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 implementazione degli array RAID: <\/p>\n

1. Software, in cui la gestione dell'array \u00e8 affidata alla CPU e alla DRAM (cio\u00e8 l'esecuzione del codice avviene sulla CPU).<\/p>\n

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

3. Hardware (modulari), rappresentanti schede di espansione discrete per slot PCI\/PCIe delle schede madri. <\/p>\n

Qual \u00e8 la loro differenza fondamentale? I controller RAID software sono inferiori a quelli integrati e hardware in termini di prestazioni e tolleranza ai guasti, ma non richiedono hardware speciale per funzionare. \u00c8 comunque importante assicurarsi che il processore del sistema host sia sufficientemente potente per eseguire il software RAID senza compromettere le prestazioni delle applicazioni che girano anche sull'host. I controller integrati, in genere, sono dotati di memoria cache propria e utilizzano alcune risorse della CPU. <\/p>\n

I controller hardware, invece, possiedono sia memoria cache propria che un processore integrato per eseguire algoritmi software. Di solito consentono di implementare tutti i tipi di livelli RAID e supportano diversi tipi di dispositivi di archiviazione simultaneamente. Ad esempio, i moderni controller hardware della Broadcom possono collegare al contempo unit\u00e0 SATA, SAS e NVMe, permettendo di non dover cambiare il controller durante l'aggiornamento dei server: in particolare, passando da SSD SATA a SSD NVMe non sar\u00e0 necessario cambiare i controller.<\/p>\n

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

1. Controller standard con funzionalit\u00e0 RAID<\/b>
\nNell'intera gerarchia, questo \u00e8 il controller pi\u00f9 semplice, che consente di unire HDD e SSD in array RAID dei livelli '0', '1' o '0+1'. Questa funzionalit\u00e0 \u00e8 realizzata a livello di firmware. Tuttavia, tali dispositivi difficilmente possono essere raccomandati per l'uso nel segmento aziendale, poich\u00e9 mancano di cache e non supportano array di livelli '5', '3', ecc. Ma per un server domestico di base sono assolutamente adeguati.<\/p>\n

2. Controller che funzionano in coppia con altri RAID controller<\/b>
\nQuesto tipo di controller pu\u00f2 funzionare insieme ai controller integrati nelle schede madri. Questo \u00e8 realizzato secondo il seguente principio: il RAID-controller discreto si occupa delle attivit\u00e0 \"logiche\", mentre quello integrato gestisce le funzioni di scambio dati tra i dispositivi di memorizzazione. Ma c'\u00e8 un aspetto da considerare: il funzionamento parallelo di tali controller \u00e8 possibile solo su schede madri compatibili, il che limita notevolmente il loro utilizzo.<\/p>\n

3. Controller RAID autonomi<\/b>
\nQueste soluzioni discrete integrano tutti i chip necessari per lavorare con server di classe enterprise, possedendo un proprio BIOS, memoria cache e un processore per una rapida correzione degli errori e calcolo dei checksum. Inoltre, soddisfano elevati standard di affidabilit\u00e0 in termini di produzione e sono dotate di moduli di memoria di alta qualit\u00e0.<\/p>\n

4. Controller RAID esterni<\/b>
\nNon \u00e8 difficile intuire che tutti i controller sopra elencati siano interni e ricevano alimentazione tramite la connessione PCIe della scheda madre. Cosa significa? Significa che un guasto della scheda madre pu\u00f2 portare a errori nel funzionamento dell'array RAID e alla perdita di dati. I controller esterni, invece, sono esenti da questa problematica, poich\u00e9 sono posizionati in un case separato con un alimentatore indipendente. In termini di affidabilit\u00e0, questi controller offrono il massimo livello di archiviazione 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

\nL'obiettivo principale dei controller HBA e RAID a tre modalit\u00e0 (o controller con funzionalit\u00e0 Tri-Mode) \u00e8 creare RAID hardware basato su NVMe. Presso Broadcom, questi controller sono i modelli della serie 9400: ad esempio, MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex>. Si tratta di un tipo di controller RAID autonomo, dotato di quattro connettori SFF-8643 e, grazie al supporto Tri-Mode, consente di collegare simultaneamente dispositivi SATA\/SAS e NVMe. Inoltre, \u00e8 uno dei controller pi\u00f9 efficienti dal punto di vista energetico sul mercato (consuma solo 17 Watt, con meno di 1,1 Watt per ciascuno dei 16 porte).<\/p>\n

\"\u00c8
\n
\nL'interfaccia di collegamento \u00e8 PCI Express x8 versione 3.1, che consente di raggiungere una larghezza di banda di 64 Gbit\/s (nel 2020 \u00e8 previsto il lancio di controller per PCI Express 4.0). Alla base del controller a 16 porte c'\u00e8 un chip dual-core SAS3516<\/a><\/noindex> e 72-bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB), con la possibilit\u00e0 di collegare fino a 240 dispositivi SATA\/SAS o fino a 24 dispositivi NVMe. Per quanto riguarda l'organizzazione degli array RAID, supporta i livelli \u201c0\u201d, \u201c1\u201d, \u201c5\u201d e \u201c6\u201d, oltre a \u201c10\u201d, \u201c50\u201d e \u201c60\u201d. Per inciso, la memoria cache MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex> e altri controller della serie 9400 \u00e8 protetta da interruzioni di corrente da 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 conversione della rappresentazione sequenziale dei dati nei protocolli SAS\/SATA in una forma parallela in PCIe NVMe e viceversa. In altre parole, il controller sincronizza velocit\u00e0 e protocolli per lavorare senza interruzioni con uno qualsiasi dei tre tipi di dispositivi di archiviazione. Questo garantisce un modo fluido per scalare le infrastrutture dei centri dati: gli utenti possono sfruttare NVMe senza sostanziali modifiche alle altre configurazioni di sistema. <\/p>\n

\"\u00c8
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\nTuttavia, quando si pianificano configurazioni con unit\u00e0 NVMe, \u00e8 importante considerare che le soluzioni NVMe utilizzano 4 linee PCIe per la connessione, il che significa che ogni unit\u00e0 occupa tutte le linee delle porte SFF-8643. Pertanto, \u00e8 possibile collegare direttamente al controller MegaRAID 9460-16i soltanto quattro unit\u00e0 NVMe. Oppure limitarsi a due soluzioni NVMe durante il collegamento simultaneo di otto unit\u00e0 SAS (vedi lo schema di collegamento qui sotto).<\/p>\n

\"\u00c8
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\nL'immagine mostra l'uso del connettore \"0\" (C0 \/ Connector 0) e del connettore \"1\" per le connessioni NVMe, insieme ai connettori \"2\" e \"3\" per le connessioni SAS. Questa disposizione pu\u00f2 essere invertita, ma ogni unit\u00e0 x4 NVMe deve essere collegata utilizzando le linee adiacenti. Le modalit\u00e0 operative del controller possono essere impostate tramite gli strumenti di configurazione StorCLI o Human Interface Infrastructure (HII), che operano in un ambiente UEFI. <\/p>\n

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\nLa modalit\u00e0 predefinita \u00e8 il profilo \"PD64\" (supporto solo SAS \/ SATA). Come gi\u00e0 accennato, ci sono tre profili: 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 funzionare tutti i tipi di unit\u00e0: \"PD64-PCIe4\" (supporto 64 dischi fisici e virtuali con 4 unit\u00e0 NVMe). In modalit\u00e0 mista, il valore del profilo impostato deve essere \u2013 \"ProfileID=13\". Va notato che il profilo selezionato viene mantenuto come principale e non viene ripristinato nemmeno quando si torna alle impostazioni di fabbrica tramite il comando Set Factory Defaults. Potr\u00e0 essere cambiato solo manualmente.<\/p>\n

\u00c8 consigliabile creare un array RAID su SSD?<\/h2>\n

\nQuindi, abbiamo gi\u00e0 capito che i RAID sono la chiave per alte prestazioni. Ma vale la pena assemblare un RAID utilizzando unit\u00e0 a stato solido per uso domestico e aziendale? Molti scettici affermano che il guadagno in velocit\u00e0 non sia cos\u00ec significativo da giustificare la spesa per gli NVMe. Ma \u00e8 veramente cos\u00ec? Probabilmente no. Il principale limite all'uso degli SSD in RAID (sia in contesti domestici che aziendali) potrebbe essere solo il prezzo. In effetti, il costo per gigabyte degli HDD \u00e8 notevolmente pi\u00f9 basso. <\/p>\n

Collegare pi\u00f9 \u201cdischi\u201d 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 performance \u00e8 limitata dalla capacit\u00e0 di banda del controller RAID stesso. Il livello RAID che offre la migliore velocit\u00e0 operativa \u00e8 il RAID 0.<\/p>\n

\"\u00c8
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\nL'organizzazione di un normale RAID 0 con due SSD utilizza un metodo di suddivisione dei dati in blocchi fissi alternati tra i dispositivi di memorizzazione a stato solido, il che porter\u00e0 a un raddoppiamento delle prestazioni (rispetto alle velocit\u00e0 fornite da un singolo SSD). Un array RAID 0 con quattro dischi a stato solido sar\u00e0 quindi quattro volte pi\u00f9 veloce rispetto all'SSD pi\u00f9 lento nell'array (a seconda del limite di larghezza di banda a livello del controller RAID SSD). <\/p>\n

\u0415\u0441\u043b\u0438 \u0438\u0441\u0445\u043e\u0434\u0438\u0442\u044c \u0438\u0437 \u043f\u0440\u043e\u0441\u0442\u043e\u0439 \u0430\u0440\u0438\u0444\u043c\u0435\u0442\u0438\u043a\u0438, SATA SSD \u043f\u0440\u0438\u043c\u0435\u0440\u043d\u043e \u0432 3 \u0440\u0430\u0437\u0430 \u0431\u044b\u0441\u0442\u0440\u0435\u0435 \u0442\u0440\u0430\u0434\u0438\u0446\u0438\u043e\u043d\u043d\u043e\u0433\u043e SATA HDD. NVMe-\u0440\u0435\u0448\u0435\u043d\u0438\u044f \u0435\u0449\u0435 \u044d\u0444\u0444\u0435\u043a\u0442\u0438\u0432\u043d\u0435\u0435 \u2014 \u0432 10 \u0440\u0430\u0437 \u0438 \u0431\u043e\u043b\u0435\u0435. \u041f\u0440\u0438 \u0443\u0441\u043b\u043e\u0432\u0438\u0438, \u0447\u0442\u043e \u0434\u0432\u0430 \u0436\u0435\u0441\u0442\u043a\u0438\u0445 \u0434\u0438\u0441\u043a\u0430 \u0432 RAID\u2019\u0435 \u043d\u0443\u043b\u0435\u0432\u043e\u0433\u043e \u0443\u0440\u043e\u0432\u043d\u044f \u043f\u043e\u043a\u0430\u0436\u0443\u0442 \u0443\u0434\u0432\u043e\u0435\u043d\u043d\u0443\u044e \u043f\u0440\u043e\u0438\u0437\u0432\u043e\u0434\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u043e\u0441\u0442\u044c, \u0443\u0432\u0435\u043b\u0438\u0447\u0438\u0432 \u0435\u0435 \u043d\u0430 50%, \u0434\u0432\u0430 SATA SSD \u043e\u043a\u0430\u0436\u0443\u0442\u0441\u044f \u0432 6 \u0440\u0430\u0437 \u0431\u044b\u0441\u0442\u0440\u0435\u0435, \u0430 \u0434\u0432\u0430 NVMe SSD \u2014 \u0432 20 \u0440\u0430\u0437 \u0431\u044b\u0441\u0442\u0440\u0435\u0435. \u0412 \u0447\u0430\u0441\u0442\u043d\u043e\u0441\u0442\u0438, \u043e\u0434\u0438\u043d \u043d\u0430\u043a\u043e\u043f\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c Kingston KC2000 NVMe PCIe \u043c\u043e\u0436\u0435\u0442 \u0434\u043e\u0441\u0442\u0438\u0433\u0430\u0442\u044c \u0441\u043a\u043e\u0440\u043e\u0441\u0442\u0438 \u043f\u043e\u0441\u043b\u0435\u0434\u043e\u0432\u0430\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u043e\u0433\u043e \u0447\u0442\u0435\u043d\u0438\u044f \u0438 \u0437\u0430\u043f\u0438\u0441\u0438 \u0434\u043e 3200 \u041c\u0431\u0430\u0439\u0442\/\u0441, \u0447\u0442\u043e \u0432 \u0444\u043e\u0440\u043c\u0430\u0442\u0435 RAID 0 \u0434\u043e\u0441\u0442\u0438\u0433\u043d\u0435\u0442 \u0432\u043d\u0443\u0448\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u044b\u0445 6 \u0413\u0431\u0430\u0439\u0442\/\u0441. \u0410 \u0441\u043a\u043e\u0440\u043e\u0441\u0442\u044c \u0447\u0442\u0435\u043d\u0438\u044f\/\u0437\u0430\u043f\u0438\u0441\u0438 \u0441\u043b\u0443\u0447\u0430\u0439\u043d\u044b\u0445 \u0431\u043b\u043e\u043a\u043e\u0432 \u0440\u0430\u0437\u043c\u0435\u0440\u043e\u043c 4 \u041a\u0431\u0430\u0439\u0442 \u043f\u0440\u0435\u0432\u0440\u0430\u0442\u0438\u0442\u0441\u044f \u0438\u0437 350 000 IOPS \u0432 700 000 IOPS. \u041d\u043e\u2026 \u0432 \u0442\u043e \u0436\u0435 \u0432\u0440\u0435\u043c\u044f \u201c\u043d\u0443\u043b\u0435\u0432\u043e\u0439\u201d RAID \u043d\u0435 \u043e\u0431\u0435\u0441\u043f\u0435\u0447\u0438\u0432\u0430\u0435\u0442 \u043d\u0430\u043c \u0438\u0437\u0431\u044b\u0442\u043e\u0447\u043d\u043e\u0441\u0442\u0438.<\/p>\n

Si pu\u00f2 dire che in un contesto domestico la ridondanza dello storage non \u00e8 generalmente necessaria, quindi la configurazione RAID pi\u00f9 adatta per gli SSD diventa davvero il RAID 0. Questo \u00e8 un modo affidabile per ottenere un notevole aumento delle prestazioni in alternativa all'utilizzo di tecnologie come i solid-state drive basati su Intel Optane. Discuteremo invece come si comportano le soluzioni SSD nei tipi di RAID pi\u00f9 comuni (\u201c1\u201d, \u201c5\u201d, \u201c10\u201d, \u201c50\u201d) nel nostro prossimo materiale.<\/p>\n

Questo articolo \u00e8 stato realizzato con il supporto dei nostri colleghi di Broadcom, che forniscono i loro controller agli ingegneri di Kingston per il testing con dischi SATA\/SAS\/NVMe di classe enterprise. Grazie a questa sinergia amichevole, i clienti possono essere certi dell'affidabilit\u00e0 e della stabilit\u00e0 del funzionamento dei dischi Kingston con gli HBA e i controller RAID prodotti. Broadcom<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Ulteriori informazioni sui prodotti Kingston possono essere trovate sul sito ufficiale<\/a><\/noindex> dell'azienda.
\n
Fonte: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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