אנו חולקים את הניסיון שלנו, כיצד כונני SSD מתפקדים במסגרת RAID ואיזו רמת מערך רווחית יותר

В חומר עבר כבר שקלנו את השאלה "האם נחיל RAID על SSD" באמצעות הדוגמה של כונני קינגסטון, אבל עשינו זאת רק ברמת האפס. במאמר הנוכחי ננתח את האפשרויות לשימוש בפתרונות NVMe מקצועיים וביתיים בסוגים הפופולריים ביותר של מערכי RAID ונדבר על תאימות בקר. ברודקום עם כונני קינגסטון.

למה אתה צריך RAID על SSD?

היתרונות של מערכי אחסון מבוססי SSD על פני מערכי אחסון HDD כוללים זמני גישה מהירים יותר לנתונים בכונן וביצועי קריאה/כתיבה מעולים. עם זאת, ביצועי RAID אידיאליים מבוססי SSD דורשים שילוב אופטימלי של מעבד, מטמון, תוכנה וחומרה. כאשר כל הגורמים הללו פועלים יחד בצורה מושלמת, SSD RAID יכול לעלות בהרבה על תצורה דומה באמצעות כונני HDD מסורתיים.

SSD טיפוסי צורך פחות חשמל מכונני HDD, כך שכאשר אתה משלב מספר רב של כונני SSD במערך RAID, החיסכון באנרגיה בהשוואה למערך HDD RAID יכול להתבטא גם בעלויות נמוכות יותר בחשבונות האנרגיה הארגוניים.

עם זאת, ל-SSD RAID יש מגבלות וחסרונות, במיוחד המחיר הגבוה יותר לג'יגה-בייט של שטח בהשוואה לכוננים קשיחים בעלי קיבולת דומה. והזמן בין תקלות בזיכרון הבזק מוגבל למספר מסוים של מחזורי שכתוב. כלומר, לכונני SSD יש חיי שירות מסוימים, התלויים בפעולה: ככל שיודפס יותר מידע, כך הכונן ייכשל מהר יותר. מצד שני, לכונני SSD ארגוניים יש תוחלת חיים ראויה הדומה לכוננים קשיחים מכניים.

איך כונני SSD של Kingston חיים במצב RAID עם בקרי Broadcom

בימים הראשונים של כונני SSD, לעיצובי RAID היו ניואנסים רבים. כולל עקב שימוש בדיסק קשיח פחות סובלני לתקלות. כונני מצב מוצק הם הרבה יותר אמינים מאשר עמיתיהם המבוססים על דיסקים מגנטיים. כידוע, אין חלקים נעים בפתרונות SSD, כך שהנזק המכני מצטמצם לאפס. גם הכשל של כונני מצב מוצק עקב עליות מתח אינו סביר, בהתחשב בכך שברמת המחשב הביתי וכל שרת, UPS, מגיני מתח ואפילו ספק כוח מגנים עליך.

יחד עם זאת, לכונני מצב מוצק יש יתרון משמעותי נוסף: גם אם תאי הזיכרון נשחקו לכתיבה, עדיין ניתן לקרוא מהם נתונים, אך אם הדיסק המגנטי ניזוק, אבוי.

כיום, נוהג די נורמלי להשתמש בפתרונות SSD במערכי RAID ברמות שונות. העיקר הוא לבחור את כונני ה-SSD הנכונים, שהשהייה שלהם היא מינימלית. ובאופן אידיאלי, השתמשו בכונני SSD מאותו יצרן ומאותו דגם כדי שלא תקבלו מבול של כוננים שתומכים בסוגים שונים של עומסים ובנויים על בסיס סוגים שונים של זיכרון, בקרים וטכנולוגיות אחרות. כלומר, אם נחליט לרכוש ארבעה או 16 כונני NVMe SSD מקינגסטון ליצירת מערך RAID, מוטב שכולם יגיעו מאותה סדרה ומגוון דגמים.

אגב, ב המאמר האחרון ציטטנו בקרי Broadcom מסיבה כלשהי כשדיברנו על NVMe SSD מ-Kingston. העובדה היא שהמדריכים למכשירים אלה רושמים מיד כוננים תואמים (כולל פתרונות מיצרן ה-SSD האמריקאי הנ"ל), שאיתם הבקר יעבוד ללא רבב. יש להסתמך על מידע זה בעת בחירת חבילת בקר-SSD עבור RAID.

אנו מנתחים את העבודה של SSD Kingston בסוגים הפופולריים ביותר של RAID - "1", "5", "10", "50"

לכן, רמת ה-RAID "אפס" אינה מספקת יתירות נתונים, אלא רק מגדילה את הביצועים. RAID 0 אינו מספק הגנה על נתונים כלל, ולכן לא נשקול זאת בקטע הארגוני. RAID 1, לעומת זאת, מספק יתירות מלאה אך רק רווחי ביצועים צנועים, ולכן יש לקחת בחשבון אם רווחי ביצועים אינם שיקול ראשוני בעת בניית מערך RAID SSD.

RAID 1 מבוסס על Kingston SSDs ובקרי Broadcom

אז, מערך ה-RAID ברמה הראשונה המבוסס על בקר Broadcom MegaRAID 9460-16i משלב בין שניים ל-32 כונני קינגסטון, שהם עותקים אחד של השני, ומספק יתירות מלאה. אם בעת שימוש בכונני HDD מסורתיים, מהירות הכתיבה וקריאת הנתונים נשארה ברמה של הדיסק הקשיח הזה ממש, הרי שבשימוש בפתרונות NVMe SSD נקבל שיפור של פי עשרה בביצועים. במיוחד מבחינת זמן הגישה לנתונים. לדוגמה, עם שני Kingston DC1000M U.2 NVMe SSDs בשרת RAID 1, אנו מקבלים 350 IOPS לקריאה אקראית ו-000 IOPS לכתוב.

במונחים של מהירות קריאה ברצף, התוצאות יתאימו למאפייני הכונן - 3200 מגה-בייט לשנייה. אבל מכיוון ששני כונני ה-SSD של NVMe תקינים, ניתן לקרוא מהם נתונים בו-זמנית, מה שהופך את פעולות הקריאה למהירות למדי. אבל מהירות הכתיבה (לטענתה היא 2000 MB/s) תהיה איטית יותר, מכיוון שכל פעולת כתיבה מבוצעת פעמיים.

RAID 1 אידיאלי עבור מסדי נתונים קטנים או כל סביבה אחרת הדורשת סובלנות תקלות אך קיבולת נמוכה. שיקוף כוננים מועיל במיוחד בתרחישי התאוששות מאסון (הביצועים יורדים מעט) מכיוון שהוא מספק "החייאה" מיידית של נתונים חשובים אם אחד מהכוננים במערך נכשל. אך מכיוון שרמת הגנה זו מחייבת הכפלת קיבולת האחסון של הנתונים המוצגים (100 TB ידרשו 200 TB של אחסון), מערכות ארגוניות רבות משתמשות באפשרויות אחסון חסכוניות יותר: RAID 5 ו- RAID 6.

RAID 5 מבוסס על Kingston SSDs ובקרי Broadcom

כדי לארגן מערך RAID ברמה חמישית, אנו זקוקים לפחות לשלושה כוננים, שהנתונים עליהם משולבים (נכתבים באופן מחזורי לכל הכוננים במערך), אך אינם משוכפלים. כאשר מארגנים אותם, יש לקחת בחשבון את המבנה המורכב יותר שלהם, שכן כאן מופיע מושג כמו "צ'ק-סום" (או "שוויון"). מושג זה פירושו פונקציית ה-XOR האלגברית הלוגית (המכונה "OR בלעדי"), המכתיבה את השימוש במינימום שלושה כוננים במערך (מקסימום - 32). במקרה זה, מידע זוגיות נכתב לכל ה"דיסקים" במערך.

עבור מערך של ארבעה Kingston DC500R SATA SSDs עם קיבולת של 3,84 TB כל אחד, אנחנו מקבלים 11,52 TB של שטח ו-3,84 עבור סכומי ביקורת. ואם תשלבו 16 כונני Kingston DC1000M U.2 NVMe עם קיבולת של 7,68 TB לתוך RAID ברמה 115,2, נלמד 7,68 TB עם הפסד של 5 TB. כפי שאתה יכול לראות, ככל שיותר כוננים, כך בסופו של דבר טוב יותר. זה גם טוב יותר מכיוון שככל שיש יותר כוננים ב-RAID 0, כך ביצועי הכתיבה הכוללים גבוהים יותר. וקריאה ליניארית תגיע לרמה של RAID XNUMX.

קבוצת דיסקים RAID 5 מספקת תפוקה גבוהה (במיוחד לקבצים גדולים) ויתירות עם אובדן חשמל מינימלי. סוג זה של ארגון מערך מתאים ביותר לרשתות המבצעות הרבה פעולות קלט/פלט (I/O) קטנות בו-זמנית. אבל אסור להשתמש בו למשימות הדורשות מספר רב של פעולות כתיבה עבור בלוקים קטנים או קטנים.
יש ניואנס אחד נוסף: אם לפחות אחד מכונני ה-NVMe נכשל, RAID 5 עובר למצב השפלה וכשל של התקן אחסון אחר עלול להפוך לקריטי עבור כל הנתונים. אם כונן אחד במערך נכשל, בקר ה-RAID משתמש במידע הזוגיות כדי ליצור מחדש נתונים חסרים.

RAID 10 מבוסס על Kingston SSDs ובקרי Broadcom

אז, RAID 0 מספק לנו גידול פי שניים במהירות ובזמן הגישה, ו-RAID 1 מספק אמינות. באופן אידיאלי, הם ישולבו, וכאן RAID 10 (או 1 + 0) בא להציל. "עשרה" מורכב מארבעה כונני SATA SSD או NVMe (מקסימום - 32) ומרמז על מערך של "מראות", שמספר הכוננים בהם חייב להיות תמיד כפולה של ארבעה. הנתונים במערך זה נכתבים באמצעות חלוקת בלוק קבועה (כמו במקרה של RAID 0) ו-striping בין כוננים, הפצת עותקים על פני ה"כוננים" במערך RAID 1. ועם היכולת לגשת לקבוצות מרובות של כוננים ב- באותו זמן, RAID 10 מציג ביצועים גבוהים.

כיוון ש-RAID 10 מסוגל לפזר נתונים על פני צמדי שיקוף מרובים, זה אומר שהוא יכול לסבול כשל של כונן אחד בזוג. עם זאת, אם שני זוגות המראה (כלומר, כל ארבעת הכוננים) נכשלים, יהיה אובדן נתונים בלתי נמנע. כתוצאה מכך, אנו מקבלים גם סובלנות טובה לתקלות ואמינות. אבל זכור שכמו RAID 1, מערך הרמה העשירית משתמש רק במחצית מהקיבולת הכוללת, ולכן הוא פתרון יקר. וגם קשה להגדיר.

RAID 10 מתאים לשימוש עם מחסני נתונים הדורשים יתירות של 100% של קבוצות דיסקים משוקפות, כמו גם ביצועי קלט/פלט מוגברים של RAID 0. זהו הפתרון הטוב ביותר עבור מסדי נתונים בינוניים או כל סביבה הדורשת סובלנות תקלות גבוהה יותר מאשר RAID 5.

RAID 50 מבוסס על Kingston SSDs ובקרי Broadcom

מערך משולב בדומה לרמה 5 RAID, שהוא מערך ברמה 50 הבנוי ממערכים ברמה 5. כמו בעבר, המטרה העיקרית של מערך זה היא להשיג ביצועים כפולים תוך שמירה על אמינות נתונים במערכים RAID XNUMX. במקביל, RAID XNUMX מספק ביצועי כתיבה משופרים והגנה טובה יותר על נתונים מ-RAID XNUMX סטנדרטי במקרה של כשל בכונן. , והוא גם מסוגל להתאושש מהר יותר במקרה של כשל באחד הכוננים.

קבוצת הכוננים RAID 50 מפצלת את הנתונים לבלוקים קטנים יותר ולאחר מכן מפזרת אותם על פני כל מערך RAID 5. קבוצת הכוננים RAID 5 בתורה גם מפצלת את הנתונים לבלוקים קטנים יותר, מחשבת זוגיות, מבצעת פעולת OR לוגית על הבלוקים, ולאחר מכן. מבצע פעולות כתיבה וזוגיות של בלוק נתונים עבור כל דיסק בקבוצת הדיסקים.

ולמרות שהביצועים יורדים בהכרח אם אחד מהכוננים נכשל, זה לא משמעותי כמו במערך RAID 5, מכיוון שכשל אחד משפיע רק על אחד מהמערכים, ומשאיר את השני פונקציונלי במלואו. למעשה, RAID 50 יכול לשרוד עד שמונה כשלים בכונן HDD/SSD/NVMe אם כל "דיסק" שנכשל נמצא במערך RAID 5 נפרד.

RAID 50 משמש בצורה הטובה ביותר עבור יישומים הדורשים אמינות גבוהה וחייבים לעבד מספר גבוה של בקשות תוך שמירה על קצבי העברת נתונים גבוהים ועלויות כונן נמוכות יותר מ-RAID 10. עם זאת, מכיוון שנדרש מינימום של שישה כוננים כדי להגדיר מערך RAID 50 , העלות אינה נכללת לחלוטין כגורם. חסרון אחד של RAID 50 הוא שכמו RAID 5, הוא צריך בקר מורכב: כגון שהוזכר על ידינו במאמר האחרון MegaRAID 9460-16i מברודקום.

ראוי גם לציין של-RAID 50 יש פחות שטח דיסק מאשר ל-RAID 5 בגלל הקצאת הקיבולת להחזיק רשומות זוגיות. עם זאת, עדיין יש לו יותר שטח שמיש מרמות RAID אחרות, במיוחד אלו המשתמשות בשיקוף. עם דרישה מינימלית של שישה כוננים, RAID 50 יכול להיות אופציה יקרה, אך שטח הדיסק הנוסף מצדיק את העלות על ידי הגנה על נתונים ארגוניים. סוג זה של מערך מומלץ עבור נתונים הדורשים אמינות אחסון גבוהה, קצבי בקשות גבוהים, קצבי העברה גבוהים ויכולת אחסון גבוהה.

RAID 6 ו-RAID 60: גם אותם לא שכחנו

מכיוון שדיברנו על מערכים של הרמות החמישית והחמישים, זה יהיה חטא שלא להזכיר סוגים כאלה של ארגון מערך כמו RAID 6 ו-RAID 60.

הביצועים של RAID 6 דומים ל-RAID 5, אך כאן ניתנת זוגיות לפחות לשני כוננים, מה שמאפשר למערך לשרוד את הכשל של שני כוננים מבלי לאבד נתונים (ב-RAID 5, מצב זה מאוד לא רצוי). זה מביא לאמינות גבוהה יותר. אחרת, הכל זהה למערך ברמה החמישית: במקרה של כשל של דיסק אחד או שניים, בקר ה-RAID משתמש בלוקים זוגיות כדי ליצור מחדש את כל המידע החסר. אם שני כוננים נכשלים, השחזור לא מתרחש בו-זמנית: ראשית, הכונן הראשון מונפש מחדש, ולאחר מכן השני. לפיכך, מתבצעות שתי פעולות שחזור נתונים.

קל לנחש שאם RAID 50 הוא מערך ברמה 60 של מערכים ברמה 6, אז RAID 50 הוא מערך ברמה 8 של מערכים ברמה 16 שכרגע דיברנו עליו. כלומר, ארגון זה של אחסון RAID מאפשר לך לשרוד אובדן של שני כונני SSD בכל קבוצה של כונני RAID XNUMX. עקרון הפעולה דומה לזה שדיברנו עליו בסעיף RAID XNUMX, אך מספר התקלות ש- מערך רמה XNUMX יכול לעמוד בגידול מ-XNUMX ל-XNUMX כוננים. בדרך כלל, מערכים כאלה משמשים לשירות לקוחות מקוון, הדורש סובלנות גבוהה לתקלות.

לסיכום:

למרות ששיקוף מספק יותר סובלנות לתקלות מאשר RAID 50/60, הוא גם דורש הרבה יותר מקום. מכיוון שכמות הנתונים מוכפלת, למעשה מקבלים רק 50% מהקיבולת הכוללת של הכוננים המותקנים בשרת להקלטה ואחסון מידע. הבחירה בין RAID 50/60 ל-RAID 10 תהיה ככל הנראה תלויה בתקציבים הזמינים, בקיבולת השרת ובצורכי הגנת הנתונים שלך. יתרה מכך, העלות באה לידי ביטוי כאשר אנו מדברים על פתרונות SSD (הן ארגונית והן צרכנית).

לא פחות חשוב מכך, כעת אנו יודעים בוודאות ש-RAID מבוסס SSD הוא פתרון בטוח לחלוטין ונוהג רגיל עבור העסקים של היום. כחלק מהשימוש הביתי, יש גם סיבה לעבור ל-NVMe, אם התקציבים מאפשרים זאת. ואם בכל זאת יש לכם שאלה, למה כל זה נחוץ, חזרו לתחילת המאמר – כבר ענינו עליה בהרחבה.

מאמר זה הוכן בתמיכתם של עמיתינו בברודקום, המספקים את הבקרים שלהם למהנדסי קינגסטון לצורך בדיקה עם כונני SATA/SAS/NVMe ברמה ארגונית. הודות לסימביוזה ידידותית זו, לקוחות לא צריכים לפקפק באמינות וביציבות של כונני קינגסטון עם בקרי HBA ו-RAID מייצור. ברודקום.

מידע נוסף על מוצרי Kingston ניתן למצוא בכתובת האתר הרשמי חברה.

מקור: www.habr.com