RAID のフレームワーク内で SSD がどのように機能するか、どのアレイ レベルがより収益性が高いかなど、私たちの経験を共有します。

В 過去の資料 キングストン ドライブの例を使用して、「SSD に RAID を適用するかどうか」という問題をすでに検討しましたが、それはゼロ レベル内でのみ実行されました。 今回の記事では、最も一般的なタイプの RAID アレイでプロ用および家庭用 NVMe ソリューションを使用するためのオプションを分析し、コントローラーの互換性について説明します。 ブロードコム キングストンドライブを搭載。

SSD に RAID が必要な理由は何ですか?

HDD ストレージ アレイと比較した SSD ベースのストレージ アレイの利点には、ドライブ上のデータへのアクセス時間の短縮と優れた読み取り/書き込みパフォーマンスが含まれます。 ただし、理想的な SSD ベースの RAID パフォーマンスには、プロセッサ、キャッシュ、ソフトウェア、ハードウェアの最適な組み合わせが必要です。 これらすべての要素が完璧に連携すると、SSD RAID は従来の HDD を使用した同等の構成よりも大幅に優れたパフォーマンスを発揮できます。

一般的な SSD は HDD よりも消費電力が少ないため、多数の SSD を RAID アレイに組み合わせると、HDD RAID アレイと比較してエネルギーを節約でき、企業のエネルギー料金のコスト削減にもつながります。

ただし、SSD RAID には制限と欠点があり、特に、同等の容量のハードドライブと比較して、スペースのギガバイトあたりの価格が高くなります。 また、フラッシュ メモリの障害が発生するまでの時間は、特定の再書き込みサイクル数に制限されています。 つまり、SSD ドライブには一定の耐用年数があり、これは操作に応じて異なります。上書きされる情報が増えるほど、ドライブの故障が早くなります。 一方、エンタープライズ SSD の寿命は、機械式ハード ドライブと同等です。

Kingston SSD が Broadcom コントローラを使用して RAID モードで動作する仕組み

SSD の初期の頃、RAID 設計には多くのニュアンスがありました。 耐障害性の低い HDD の使用によるものも含まれます。 ソリッド ステート ドライブは、磁気ディスクをベースとした同等のドライブよりもはるかに信頼性が高くなります。 ご存知のとおり、SSD ソリューションには可動部品がないため、機械的損傷はゼロに抑えられます。 家庭用 PC やサーバーのレベルでは、UPS、サージ プロテクター、さらには電源さえも保護してくれるため、電力サージによるソリッド ステート ドライブの障害も起こりそうにありません。

同時に、ソリッド ステート ドライブにはもう XNUMX つの重要な利点があります。書き込みのためにメモリ セルが摩耗した場合でも、データを読み取ることができます。ただし、磁気ディスクが損傷した場合は残念ながら問題が発生します。

現在、さまざまなレベルの RAID アレイで SSD ソリューションを使用することはごく普通のことです。 主なことは、遅延が最小限に抑えられる適切な SSD を選択することです。 また、理想的には、異なる種類の負荷をサポートし、異なる種類のメモリ、コントローラー、その他のテクノロジに基づいて構築されたドライブがごちゃ混ぜにならないように、同じメーカー、同じモデルの SSD を使用します。 つまり、RAID アレイを作成するために Kingston から 16 台または XNUMX 台の NVMe SSD を購入することにした場合、それらはすべて同じシリーズとモデル範囲のものである方が良いでしょう。

ちなみに、 前の記事 Kingston の NVMe SSD について話したときに、Broadcom コントローラを挙げたのには理由があります。 実際のところ、これらのデバイスのマニュアルには、コントローラーが問題なく動作する互換性のあるドライブ（前述のアメリカのSSDメーカーのソリューションを含む）がすぐに規定されています。 RAID 用のコントローラーと SSD のバンドルを選択するときは、この情報に頼る必要があります。

最も一般的な RAID タイプ「1」、「5」、「10」、「50」における SSD Kingston の動作を分析します。

したがって、「ゼロ」RAID レベルはデータの冗長性を提供せず、パフォーマンスを向上させるだけです。 RAID 0 はデータ保護をまったく提供しないため、企業セグメント内では考慮しません。 一方、RAID 1 は完全な冗長性を提供しますが、パフォーマンスの向上はわずかであるため、SSD RAID アレイを構築する際にパフォーマンスの向上が主な考慮事項ではない場合に検討する必要があります。

Kingston SSD および Broadcom コントローラに基づく RAID 1

そのため、Broadcom MegaRAID 9460-16i コントローラに基づく第 32 レベルの RAID アレイは、互いのコピーである 1000 ～ 2 台の Kingston ドライブを組み合わせて、完全な冗長性を提供します。 従来の HDD を使用した場合、データの書き込みおよび読み取りの速度がこの HDD のレベルにとどまっていた場合、NVMe SSD ソリューションを使用すると、パフォーマンスが 1 倍向上します。 特にデータアクセス時間の点で重要です。 たとえば、サーバー RAID 350 に 000 台の Kingston DC75M U.000 NVMe SSD を搭載すると、XNUMX のランダム読み取り IOPS と XNUMX の書き込み IOPS が得られます。

シーケンシャル読み取り速度の点では、結果はドライブの特性と一致します - 3200 MB/秒。 ただし、両方の NVMe SSD が正常に動作しているため、それらから同時にデータを読み取ることができ、読み取り操作が非常に高速になります。 ただし、各書き込み操作が 2000 回実行されるため、書き込み速度 (XNUMX MB/秒と言われています) は遅くなります。

RAID 1 は、小規模なデータベースや、フォールト トレランスを必要とするが容量が小さいその他の環境に最適です。 ドライブ ミラーリングは、アレイ内のドライブの 100 つに障害が発生した場合に重要なデータを即座に「復活」させるため、災害復旧シナリオ (パフォーマンスがわずかに低下します) で特に役立ちます。 ただし、このレベルの保護にはミラーリングされたデータのストレージ容量を 200 倍にする必要があるため (5 TB には 6 TB のストレージが必要です)、多くのエンタープライズ システムでは、より経済的なストレージ オプションである RAID XNUMX および RAID XNUMX が使用されています。

Kingston SSD および Broadcom コントローラに基づく RAID 5

第 32 レベルの RAID アレイを構成するには、少なくとも XNUMX つのドライブが必要です。データはインターリーブされます (アレイ内のすべてのドライブに周期的に書き込まれる) が、複製はされません。 それらを整理するときは、「チェックサム」（または「パリティ」）などの概念が登場するため、より複雑な構造を考慮する必要があります。 この概念は、論理代数 XOR 関数 (別名排他的「OR」) を意味し、アレイ内で最低 XNUMX 台のドライブ (最大 - XNUMX) の使用を指示します。 この場合、パリティ情報はアレイ内のすべての「ディスク」に書き込まれます。

それぞれ 500 TB の容量を持つ 3,84 つの Kingston DC11,52R SATA SSD のアレイの場合、3,84 TB のスペースとチェックサム用の 16 が得られます。 また、1000 TB の容量を持つ 2 台の Kingston DC7,68M U.115,2 NVMe ドライブをレベル 7,68 RAID に組み合わせると、5 TB の損失で 0 TB が学習されます。 ご覧のとおり、ドライブの数が多いほど、最終的には良い結果が得られます。 また、RAID XNUMX のドライブの数が増えるほど、全体的な書き込みパフォーマンスが向上するため、さらに優れています。 そしてリニア読み取りはRAID XNUMXのレベルに達します。

RAID 5 ディスク グループは、最小限の電力損失で高いスループット (特に大きなファイルの場合) と冗長性を提供します。 このタイプのアレイ構成は、多数の小規模な入出力 (I/O) 操作を同時に実行するネットワークに最適です。 ただし、小さなブロックまたは小さなブロックに対して多数の書き込み操作を必要とするタスクには使用しないでください。
もう 5 つニュアンスがあります。少なくとも XNUMX つの NVMe ドライブに障害が発生すると、RAID XNUMX は劣化モードになり、別のストレージ デバイスの障害がすべてのデータにとって重大になる可能性があります。 アレイ内の XNUMX つのドライブに障害が発生した場合、RAID コントローラはパリティ情報を使用して、失われたデータを再作成します。

Kingston SSD および Broadcom コントローラに基づく RAID 10

したがって、RAID 0 では速度とアクセス時間が 1 倍向上し、RAID 10 では信頼性が向上します。 理想的にはこれらを組み合わせるのですが、ここでは RAID 1 (または 0 + 32) が役に立ちます。 「0」は 1 台の SATA SSD または NVMe ドライブ (最大 - 10) から組み立てられ、「ミラー」のアレイを意味します。ドライブの数は常に XNUMX の倍数でなければなりません。 このアレイ内のデータは、固定ブロック パーティショニング (RAID XNUMX の場合と同様) とドライブ間のストライピングを使用して書き込まれ、RAID XNUMX アレイ内の「ドライブ」全体にコピーを分散します。また、複数のドライブ グループにアクセスできる機能も備えています。同時に、RAID XNUMX は高いパフォーマンスを示します。

RAID 10 は複数のミラーリングされたペアにデータをストライピングできるため、ペア内の 1 つのドライブの障害を許容できることを意味します。 ただし、両方のミラー ペア (つまり XNUMX 台のドライブすべて) に障害が発生した場合、データ損失が避けられません。 その結果、優れた耐障害性と信頼性も得られます。 ただし、RAID XNUMX と同様、第 XNUMX レベルのアレイは総容量の半分しか使用しないため、高価なソリューションであることに注意してください。 そして設定も難しい。

RAID 10 は、ミラーリングされたディスク グループの 100% の冗長性と、RAID 0 の I/O パフォーマンスの向上を必要とするデータ ウェアハウスでの使用に適しています。中規模のデータベースや、より高いフォールト トレランスを必要とする環境に最適なソリューションです。 RAID 5 よりも。

Kingston SSD および Broadcom コントローラに基づく RAID 50

レベル 5 アレイから構築されたレベル 50 アレイである、レベル 5 RAID に似た結合アレイ。 以前と同様、このアレイの主な目標は、RAID XNUMX アレイでデータの信頼性を維持しながら XNUMX 倍のパフォーマンスを達成することであり、同時に、RAID XNUMX は書き込みパフォーマンスを向上させ、ドライブ障害が発生した場合の標準の RAID XNUMX よりも優れたデータ保護を提供します。また、ドライブの XNUMX つに障害が発生した場合でも、より迅速に回復することもできます。

RAID 50 ドライブ グループは、データをより小さなブロックに分割し、各 RAID 5 アレイ全体でストリップします。また、RAID 5 ドライブ グループは、データをより小さなブロックに分割し、パリティを計算し、ブロックに対して論理 OR 演算を実行します。ディスク グループ内の各ディスクに対してデータ ブロックの書き込みとパリティ操作を実行します。

また、ドライブの 5 つに障害が発生すると必然的にパフォーマンスが低下しますが、50 つの障害がアレイの 5 つにのみ影響し、もう XNUMX つは完全に機能するため、RAID XNUMX アレイほど重大ではありません。 実際、障害が発生した各「ディスク」が個別の RAID XNUMX アレイ内にある場合、RAID XNUMX は最大 XNUMX 台の HDD/SSD/NVMe ドライブ障害に耐えることができます。

RAID 50 は、高い信頼性を必要とし、高いデータ転送速度と RAID 10 よりも低いドライブ コストを維持しながら多数のリクエストを処理する必要があるアプリケーションに最適です。ただし、RAID 50 アレイをセットアップするには少なくとも 50 台のドライブが必要です。 、コストは要素として完全に除外されるわけではありません。 RAID 5 の欠点の XNUMX つは、RAID XNUMX と同様に、次のような複雑なコントローラーが必要なことです。 私たちが言及した 最後の記事で MegaRAID 9460-16i ブロードコムから。

パリティ レコードを保持するための容量が割り当てられているため、RAID 50 は RAID 5 よりもディスク領域の使用量が少ないことにも注目してください。 ただし、他の RAID レベル、特にミラーリングを使用する RAID レベルよりも使用可能なスペースがまだ多くあります。 最小要件が 50 ドライブであるため、RAID XNUMX は高価なオプションになる可能性がありますが、追加のディスク容量により企業データが保護されるため、コストに見合ったものになります。 このタイプのアレイは、高いストレージ信頼性、高い要求レート、高い転送レート、および高いストレージ容量を必要とするデータに推奨されます。

RAID 6 と RAID 60: 私たちはそれらについても忘れていません。

第 6 レベルと第 60 レベルのアレイについて説明したので、RAID XNUMX や RAID XNUMX などのタイプのアレイ構成について触れないのは罪です。

RAID 6 のパフォーマンスは RAID 5 と似ていますが、ここでは少なくとも 5 つのドライブにパリティが与えられるため、アレイはデータを失うことなく XNUMX つのドライブの障害に耐えることができます (RAID XNUMX では、この状況は非常に望ましくありません)。 これにより、より高い信頼性が得られます。 それ以外の場合は、すべて第 XNUMX レベルのアレイと同じです。XNUMX つまたは XNUMX つのディスクに障害が発生した場合、RAID コントローラはパリティ ブロックを使用して、失われた情報をすべて再作成します。 XNUMX つのドライブに障害が発生した場合、リカバリは同時に行われません。最初に XNUMX つ目のドライブが復活し、次に XNUMX つ目のドライブが復活します。 したがって、XNUMX つのデータ回復操作が実行されます。

RAID 50 がレベル 60 アレイのレベル 6 アレイである場合、RAID 50 は、先ほど説明したレベル 8 アレイのレベル 16 アレイであることは容易に推測できます。 つまり、この RAID ストレージ構成により、RAID XNUMX ドライブの各グループで XNUMX 台の SSD が失われても生き延びることができます。動作原理は、RAID XNUMX セクションで説明したものと似ていますが、XNUMX つの RAID XNUMX ドライブの障害の数は異なります。レベル XNUMX アレイは、XNUMX 台から XNUMX 台までのドライブの増加に耐えることができます。 通常、このようなアレイは、高いフォールト トレランスが必要なオンライン カスタマー サービスに使用されます。

要約しましょう:

ミラーリングは RAID 50/60 よりも高い耐障害性を提供​​しますが、より多くのスペースも必要とします。 データ量が 50 倍になるため、実際には、情報の記録と保存に使用できるのは、サーバーにインストールされているドライブの総容量の 50% だけです。 RAID 60/10 と RAID XNUMX のどちらを選択するかは、利用可能な予算、サーバーの容量、データ保護のニーズによって決まります。 さらに、SSD ソリューション (企業クラスと消費者クラスの両方) について話すとき、コストが前面に出てきます。

同様に重要なことは、SSD ベースの RAID が完全に安全なソリューションであり、今日のビジネスにとって通常の手法であることを確信できるようになりました。 家庭での使用の一環として、予算が許せば NVMe に切り替える理由もあります。 なぜこれが必要なのかという疑問がまだある場合は、記事の最初に戻ってください。すでに詳しく答えています。

この記事は、エンタープライズ クラスの SATA/SAS/NVMe ドライブを使用したテスト用にコントローラを Kingston のエンジニアに提供している Broadcom の同僚の支援を受けて作成されました。 この友好的な共生のおかげで、お客様は生産段階から HBA および RAID コントローラを備えた Kingston ドライブの信頼性と安定性を疑う必要がありません。 ブロードコム.

Kingston 製品の詳細については、次の Web サイトをご覧ください。 公式サイト 会社。

出所： habr.com