Сәлем Хабр! Бұл мақалада біз SATA SSD және NVMe SSD қатты күйдегі шешімдерге негізделген RAID массивтерін ұйымдастырудың қажеті бар ма, жоқ па және одан айтарлықтай пайда болады ма? Біз мұны жасауға мүмкіндік беретін контроллерлердің түрлері мен түрлерін, сондай-ақ мұндай конфигурацияларды қолдану аясын қарастыра отырып, осы мәселені қарастыруды шештік.
Қалай болғанда да, әрқайсымыз өмірімізде кем дегенде бір рет «RAID», «RAID-массив», «RAID-контроллер» сияқты анықтамаларды естідік, бірақ біз бұған аса мән бергеніміз екіталай, өйткені мұның бәрі қарапайым компьютер үшін екіталай Қызықты. Бірақ барлығы ішкі дискілерден жоғары жылдамдықты және ақаусыз жұмысты қалайды. Ақыр соңында, компьютердің аппараттық құралы қаншалықты қуатты болса да, ДК мен сервердің біріктірілген өнімділігіне қатысты дискінің жылдамдығы кедергі болады.
Дәстүрлі HDD дискілері салыстырмалы сыйымдылығы 1 ТБ немесе одан да көп заманауи NVMe SSD дискілерімен ауыстырылғанға дейін дәл солай болды. Егер бұрын компьютерлерде SATA SSD + бірнеше сыйымды HDD комбинациясы жиі болса, бүгінде олар басқа шешіммен ауыстырыла бастады - NVMe SSD + бірнеше сыйымды SATA SSD. Егер корпоративтік серверлер мен «бұлттар» туралы айтатын болсақ, олардың көпшілігі SATA SSD дискілеріне сәтті көшті, өйткені олар әдеттегі «қалайы банкаларға» қарағанда жылдамырақ және бір уақытта енгізу/шығару операцияларының көп санын өңдеуге қабілетті.
Дегенмен, жүйенің ақауларға төзімділігі әлі де өте төмен деңгейде: біз «Психика шайқасында» белгілі бір қатты күйдегі диск өлетінін тіпті бір аптаға дейінгі дәлдікпен болжай алмаймыз. Ал егер HDD белгілерді байқап, әрекет етуге мүмкіндік беретін бірте-бірте «өлсе», онда SSD бірден және ескертусіз «өледі». Енді мұның бәрі не үшін қажет екенін анықтайтын уақыт келді ме? SATA SSD және NVMe SSD қатты күйдегі шешімдер негізінде RAID массивтерін ұйымдастырудың қажеті бар ма және одан айтарлықтай пайда болады ма?
RAID массиві не үшін қажет?
«Массив» сөзі оны жасау үшін RAID контроллері арқылы біріктірілген және ОЖ бір деректер қоймасы ретінде танылған бірнеше дискілер (HDD және SSD) пайдаланылатынын білдіреді. RAID массивтері шеше алатын жаһандық міндет - деректерге қол жеткізу уақытын азайту, оқу/жазу жылдамдығы мен сенімділігін арттыру, бұл сәтсіздік жағдайында тез қалпына келтіру мүмкіндігінің арқасында қол жеткізіледі. Айтпақшы, үйде сақтық көшірме жасау үшін RAID пайдалану мүлдем қажет емес. Бірақ сізде 24/7 тұрақты қол жеткізуді қажет ететін жеке үй серверіңіз болса, бұл басқа мәселе.
RAID массивтерінің оннан астам деңгейлері бар, олардың әрқайсысында қолданылатын дискілер саны бойынша ерекшеленеді және өзінің артықшылықтары мен кемшіліктері бар: мысалы, RAID 0 ақауларға төзімділіксіз жоғары өнімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді, RAID 1 сізге мүмкіндік береді деректерді жылдамдықты арттырмай автоматты түрде шағылыстырады және RAID 10 комбинациясы жоғарыда аталған мүмкіндіктерді қамтиды. RAID 0 және 1 ең қарапайым (өйткені олар бағдарламалық қамтамасыз етуді есептеуді қажет етпейді) және нәтижесінде ең танымал. Сайып келгенде, бір немесе басқа RAID деңгейінің пайдасына таңдау диск массивіне тағайындалған тапсырмаларға және RAID контроллерінің мүмкіндіктеріне байланысты.
Үй және корпоративтік RAID: айырмашылығы неде?
Кез келген заманауи бизнестің негізі компания серверлерінде қауіпсіз сақталуы керек деректердің үлкен көлемі болып табылады. Сондай-ақ, жоғарыда атап өткеніміздей, олар тәулік бойы тұрақты қолжетімділікпен қамтамасыз етілуі керек. Аппараттық құралдармен қатар бағдарламалық қамтамасыз ету бөлігі де маңызды екені анық, бірақ бұл жағдайда біз әлі де ақпаратты сенімді сақтауды және өңдеуді қамтамасыз ететін жабдық туралы айтамыз. Аппараттық құрал оған жүктелген міндеттерге сәйкес келмесе, ешқандай бағдарламалық жасақтама компанияны күйреуден құтқармайды.
Бұл тапсырмалар үшін кез келген жабдық өндірушісі кәсіпорын құрылғылары деп аталатындарды ұсынады. Кингстонның SATA үлгілері түріндегі қатты күйдегі қуатты шешімдері бар и , сондай-ақ деректер орталықтары мен суперкомпьютерлерде пайдалануға арналған NVMe үлгілері DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe және DCP-1000 PCI-e. Мұндай дискілердің массивтері әдетте аппараттық контроллерлермен бірге қолданылады.
Тұтынушы нарығы үшін (яғни, үйдегі ДК және NAS серверлері үшін), сияқты дискілер NVMe PCIe, бірақ бұл жағдайда аппараттық контроллерді сатып алу қажет емес. Сіз өзіңізді аналық платаға орнатылған ДК немесе NAS серверімен шектей аласыз, әрине, әдеттегі емес тапсырмалар үшін (мысалы, достарға арналған шағын үй хостингін бастау) үй серверін жинауды жоспарламасаңыз. Сонымен қатар, үйдегі RAID массивтері, әдетте, екі, төрт және сегіз құрылғылармен (әдетте SATA) шектелген жүздеген немесе мыңдаған дискілерді қажет етпейді.
RAID контроллерлерінің түрлері мен түрлері
RAID массивтерін іске асыру принциптеріне негізделген RAID контроллерінің үш түрі бар:
1. Массивтерді басқару орталық процессор мен DRAM-ға түсетін бағдарламалық құрал (яғни программа коды процессорда орындалады).
2. Біріктірілген, яғни ДК немесе NAS серверінің аналық платаларына салынған.
3. Аппараттық құрал (модульдік), олар аналық платалардағы PCI/PCIe қосқыштары үшін дискретті кеңейту карталары болып табылады.
Олардың бір-бірінен түбегейлі айырмашылығы неде? Бағдарламалық қамтамасыз ету RAID контроллерлері өнімділік және ақауларға төзімділік тұрғысынан біріктірілген және аппараттық құралдардан төмен, бірақ жұмыс істеу үшін арнайы жабдықты қажет етпейді. Дегенмен, хост жүйесіндегі процессордың RAID бағдарламалық құралын хостта жұмыс істейтін қолданбалардың өнімділігіне теріс әсер етпей іске қосу үшін жеткілікті қуатты болуын қамтамасыз ету маңызды. Біріктірілген контроллерлер әдетте өздерінің кэш жадысымен жабдықталған және белгілі бір мөлшерде CPU ресурстарын пайдаланады.
Бірақ аппараттық құралдардың жеке кэш жады және бағдарламалық жасақтама алгоритмдерін орындауға арналған кірістірілген процессоры бар. Әдетте, олар RAID деңгейлерінің барлық түрлерін жүзеге асыруға мүмкіндік береді және бірден бірнеше диск түрлерін қолдайды. Мысалы, Broadcom компаниясының заманауи аппараттық контроллерлері SATA, SAS және NVMe құрылғыларын бір уақытта қоса алады, бұл серверлерді жаңарту кезінде контроллерді өзгертпеуге мүмкіндік береді: атап айтқанда, SATA SSD-ден NVMe SSD-ге ауысқан кезде контроллерлерді өзгерту қажет емес.
Шын мәнінде, бұл жазбада біз контроллерлердің типологиясына келеміз. Егер үш режим болса, басқалары болуы керек пе? Бұл жағдайда бұл сұрақтың жауабы оң болады. Функциялары мен мүмкіндіктеріне қарай RAID контроллерлерін бірнеше түрге бөлуге болады:
1. RAID функциясы бар қарапайым контроллерлер
Бүкіл иерархияда бұл HDD және SSD дискілерін «0», «1» немесе «0+1» деңгейлерінің RAID массивтеріне біріктіруге мүмкіндік беретін ең қарапайым контроллер. Бұл микробағдарлама деңгейінде бағдарламалық түрде жүзеге асырылады. Алайда, мұндай құрылғыларды корпоративтік сегментте пайдалану үшін ұсыну қиын, өйткені оларда кэш жоқ және «5», «3» және т.б. деңгейлер массивтерін қолдамайды. Бірақ бастапқы деңгейдегі үй сервері үшін олар өте қолайлы.
2. Басқа RAID контроллерлерімен бірге жұмыс істейтін контроллерлер
Контроллердің бұл түрін біріктірілген аналық плата контроллерімен жұптастыруға болады. Бұл келесі принцип бойынша жүзеге асырылады: дискретті RAID контроллері «логикалық» есептерді шешумен айналысады, ал кірістірілген контроллер дискілер арасында деректер алмасу функцияларын алады. Бірақ бір нюанс бар: мұндай контроллерлердің параллель жұмысы тек үйлесімді аналық платаларда мүмкін, бұл олардың қолдану аясы айтарлықтай шектеулі дегенді білдіреді.
3. Дербес RAID контроллерлері
Бұл дискретті шешімдер бортында қателерді жылдам түзету және бақылау сомасын есептеу үшін жеке BIOS, кэш жады және процессоры бар кәсіпорын класындағы серверлермен жұмыс істеу үшін барлық қажетті чиптерді қамтиды. Сонымен қатар, олар өндіріс тұрғысынан сенімділіктің жоғары стандарттарына сәйкес келеді және жоғары сапалы жад модульдері бар.
4. Сыртқы RAID контроллерлері
Жоғарыда аталған контроллерлердің барлығы ішкі және аналық платаның PCIe қосқышы арқылы қуат алатынын болжау қиын емес. Бұл нені білдіреді? Ал аналық платаның бұл істен шығуы RAID массивінің жұмысындағы қателерге және деректердің жоғалуына әкелуі мүмкін. Сыртқы контроллерлер бұл түсінбеушіліктен босатылады, өйткені олар тәуелсіз қуат көзі бар жеке корпуста орналасқан. Сенімділік тұрғысынан мұндай контроллерлер деректерді сақтаудың ең жоғары деңгейін қамтамасыз етеді.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell және Cisco - қазіргі уақытта аппараттық RAID контроллерлерін ұсынатын компаниялардың бірнешеуі ғана.
SAS/SATA/NVMe RAID контроллерлерінің жұмыс режимдері
Үш режимді HBA және RAID контроллерлерінің (немесе үш режимі бар контроллерлердің) негізгі мақсаты NVMe негізіндегі аппараттық RAID жасау болып табылады. Broadcom 9400 сериялы контроллерлері мұны істей алады: мысалы, . Ол RAID контроллерінің тәуелсіз түріне жатады, төрт SFF-8643 қосқышымен жабдықталған және Tri-Mode қолдауының арқасында SATA/SAS және NVMe дискілерін бір уақытта қосуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ол нарықтағы энергияны үнемдейтін контроллердің бірі болып табылады (бар болғаны 17 Вт энергияны тұтынады, 1,1 порттың әрқайсысы үшін 16 Вт-тан аз).
Қосылу интерфейсі 8 Гбит/с өткізу қабілетіне мүмкіндік беретін PCI Express x3.1 64 нұсқасы (PCI Express 2020 контроллері 4.0 жылы пайда болады деп күтілуде). 16 портты контроллер 2 ядролы чипке негізделген және 72-биттік DDR4-2133 SDRAM (4 ГБ), сондай-ақ 240-қа дейін SATA/SAS дискілерін немесе 24-ке дейін NVMe құрылғыларын қосу мүмкіндігі. RAID массивтерін ұйымдастыру тұрғысынан «0», «1», «5» және «6», сондай-ақ «10», «50» және «60» деңгейлеріне қолдау көрсетіледі. Айтпақшы, кэш жады және 9400 сериясындағы басқа контроллерлер қосымша CacheVault CVPM05 модулі арқылы кернеу ақауларынан қорғалған.
Үш режимді технология SerDes деректерді түрлендіру функциясына негізделген: SAS/SATA интерфейстеріндегі деректердің сериялық көрінісін PCIe NVMe жүйесінде параллель пішінге және керісінше түрлендіру. Яғни контроллер сақтау құрылғыларының үш түрінің кез келгенімен үздіксіз жұмыс істеу үшін жылдамдықтар мен хаттамаларды келіседі. Бұл деректер орталығының инфрақұрылымдарын масштабтаудың үздіксіз жолын қамтамасыз етеді: пайдаланушылар басқа жүйе конфигурацияларына елеулі өзгерістер енгізбестен NVMe пайдалана алады.
Дегенмен, NVMe дискілерімен конфигурацияларды жоспарлағанда, NVMe шешімдері қосылу үшін 4 PCIe жолағын пайдаланатынын ескерген жөн, яғни әрбір диск SFF-8643 порттарының барлық жолдарын пайдаланады. Тек төрт NVMe дискісін MegaRAID 9460-16i контроллеріне тікелей қосуға болатыны белгілі болды. Немесе сегіз SAS дискісін бір уақытта қосу кезінде өзіңізді екі NVMe шешімімен шектеңіз (төмендегі қосылым диаграммасын қараңыз).
Суретте NVMe қосылымдары үшін «0» қосқышын (C0 / Connector 0) және «1» қосқышын, сондай-ақ SAS қосылымдары үшін «2» және «3» қосқыштарын пайдалану көрсетілген. Бұл реттеуді өзгертуге болады, бірақ әрбір x4 NVMe дискісі көрші жолақтар арқылы қосылуы керек. Контроллердің жұмыс режимдері UEFI ортасында жұмыс істейтін StorCLI немесе Human Interface Infrastructure (HII) конфигурация утилиталары арқылы орнатылады.
Әдепкі режим – «PD64» профилі (тек SAS/SATA-ны қолдайды). Жоғарыда айтқанымыздай, барлығы үш профиль бар: «тек SAS/SATA режимі» режимі (PD240 / PD64 / PD 16), «Тек NVMe режимі» (PCIe4) режимі және дискілердің барлық түрлері болатын аралас режим. жұмыс істей алады: «PD64 -PCIe4» (64 NVMe дискісі бар 4 физикалық және виртуалды дискілерді қолдау). Аралас режимде көрсетілген профильдің мәні «ProfileID=13» болуы керек. Айтпақшы, таңдалған профиль негізгі профиль ретінде сақталады және зауыттық параметрлерді орнату пәрмені арқылы зауыттық параметрлерге оралған кезде де қалпына келтірілмейді. Оны тек қолмен өзгертуге болады.
SSD дискісінде RAID массивін жасау керек пе?
Сонымен, біз RAID массивтері жоғары өнімділіктің кілті екенін түсіндік. Бірақ үйде және корпоративтік пайдалану үшін SSD дискілерінен RAID құру керек пе? Көптеген скептиктер жылдамдықтың жоғарылауы NVMe дискілеріне шашу сияқты маңызды емес екенін айтады. Бірақ бұл шынымен солай ма? Әрең. RAID жүйесінде (үйде де, кәсіпорын деңгейінде де) SSD дискілерін пайдаланудағы ең үлкен шектеу тек баға болуы мүмкін. Қалай десек те, HDD-дегі бір гигабайт бос орынның құны әлдеқайда арзан.
SSD массивін жасау үшін бірнеше қатты күйдегі «дискілерді» RAID контроллеріне қосу белгілі бір конфигурациялардағы өнімділікке үлкен әсер етуі мүмкін. Дегенмен, максималды өнімділік RAID контроллерінің өткізу қабілетімен шектелетінін ұмытпаңыз. Ең жақсы өнімділікті ұсынатын RAID деңгейі - RAID 0.
Деректерді бекітілген блоктарға бөлу және оларды қатты күйдегі жадта бөлу әдісін пайдаланатын екі SSD дискісі бар кәдімгі RAID 0 бір SSD-мен салыстырғанда өнімділікті екі есе арттырады. Дегенмен, төрт SSD бар RAID 0 массиві массивтегі ең баяу SSD-ден төрт есе жылдамырақ болады (RAID SSD контроллері деңгейіндегі өткізу қабілеттілігінің шектеуіне байланысты).
Қарапайым арифметика негізінде SATA SSD дәстүрлі SATA HDD-ге қарағанда шамамен 3 есе жылдамырақ. NVMe шешімдері одан да тиімді – 10 есе немесе одан да көп. Нөлдік деңгейдегі RAID ішіндегі екі қатты диск өнімділікті екі есе арттырып, оны 50%-ға арттырса, екі SATA SSD 6 есе, ал екі NVMe SSD 20 есе жылдамырақ болады. Атап айтқанда, жалғыз Kingston KC2000 NVMe PCIe дискісі RAID 3200 пішімінде әсерлі 0 ГБ/с-қа жететін 6 МБ/с дейінгі дәйекті оқу және жазу жылдамдығына қол жеткізе алады. Ал өлшемі 4 КБ кездейсоқ блоктардың оқу/жазу жылдамдығы 350 000 IOPS-тен 700 000 IOPS-ке дейін өзгереді. Бірақ... сонымен бірге «нөлдік» RAID бізге артықшылықты қамтамасыз етпейді.
Үй жағдайында сақтаудың артық болуы әдетте қажет емес деп айтуға болады, сондықтан SSD дискілері үшін ең қолайлы RAID конфигурациясы шынымен RAID 0 болады. Бұл Intel Optane негізіндегі технологияларды пайдалануға балама ретінде өнімділікті айтарлықтай жақсартудың сенімді жолы. SSD дискілері. Бірақ SSD шешімдерінің ең танымал RAID түрлерінде («1», «5», «10», «50») қалай әрекет ететіні туралы келесі мақалада айтатын боламыз.
Бұл мақала өз контроллерлерін Kingston инженерлеріне кәсіпорын класындағы SATA/SAS/NVMe дискілерімен сынақтан өткізу үшін беретін Broadcom-дағы әріптестеріміздің қолдауымен дайындалды. Осы достық симбиоздың арқасында тұтынушылар өндірістен HBA және RAID контроллері бар Kingston дискілерінің сенімділігі мен тұрақтылығына күмәнданбауы керек. .
Kingston өнімдері туралы қосымша ақпарат алу үшін мына сайтқа кіріңіз компаниясы.
Ақпарат көзі: www.habr.com