경험, RAID 프레임워크 내에서 SSD의 성능, 수익성이 더 높은 어레이 레벨을 공유합니다.

В 과거의 자료 우리는 이미 Kingston 드라이브의 예를 사용하여 "SSD에 RAID를 적용할 것인가"에 대한 질문을 고려했지만 XNUMX 레벨 내에서만 수행했습니다. 현재 기사에서는 가장 널리 사용되는 RAID 어레이 유형에서 전문 및 가정용 NVMe 솔루션을 사용하는 옵션을 분석하고 컨트롤러 호환성에 대해 설명합니다. 브로드 컴 Kingston 드라이브와 함께.

SSD에 RAID가 필요한 이유는 무엇입니까?

HDD 스토리지 어레이에 비해 SSD 기반 스토리지 어레이의 장점에는 드라이브의 데이터에 대한 더 빠른 액세스 시간과 우수한 읽기/쓰기 성능이 포함됩니다. 그러나 이상적인 SSD 기반 RAID 성능을 위해서는 프로세서, 캐시, 소프트웨어 및 하드웨어의 최적 조합이 필요합니다. 이러한 모든 요소가 완벽하게 작동하면 SSD RAID는 기존 HDD를 사용하는 유사한 구성보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다.

일반적인 SSD는 HDD보다 전력 소비량이 적기 때문에 다수의 SSD를 하나의 RAID 어레이에 결합하면 HDD RAID 어레이에 비해 에너지 절감 효과가 기업의 에너지 비용 절감으로 이어질 수 있습니다.

그러나 SSD RAID에는 한계와 단점이 있습니다. 특히 유사한 용량의 하드 드라이브에 비해 공간 기가바이트당 가격이 더 높습니다. 그리고 플래시 메모리 오류 사이의 시간은 특정 수의 다시 쓰기 주기로 제한됩니다. 즉, SSD 드라이브에는 작업에 따라 특정 서비스 수명이 있습니다. 더 많은 정보를 덮어쓸수록 드라이브가 더 빨리 실패합니다. 반면 기업용 SSD는 기계식 하드 드라이브에 필적하는 적절한 수명을 가지고 있습니다.

Kingston SSD가 Broadcom 컨트롤러로 RAID 모드에서 작동하는 방식

SSD 초기에는 RAID 설계에 미묘한 차이가 많았습니다. 내결함성이 낮은 HDD 사용을 포함합니다. 솔리드 스테이트 드라이브는 자기 디스크 기반 드라이브보다 훨씬 안정적입니다. 아시다시피 SSD 솔루션에는 움직이는 부품이 없으므로 기계적 손상이 XNUMX으로 줄어듭니다. 가정용 PC 및 모든 서버 수준에서 UPS, 서지 보호기 및 전원 공급 장치가 사용자를 보호한다는 점을 감안할 때 전력 서지로 인한 솔리드 스테이트 드라이브의 고장도 발생하지 않습니다.

동시에 솔리드 스테이트 드라이브에는 또 다른 중요한 장점이 있습니다. 쓰기를 위해 메모리 셀이 닳아도 데이터를 읽을 수 있지만 자기 디스크가 손상되면 아쉽습니다.

오늘날 다양한 수준의 RAID 어레이에서 SSD 솔루션을 사용하는 것은 매우 일반적인 관행입니다. 가장 중요한 것은 대기 시간이 최소화되는 올바른 SSD를 선택하는 것입니다. 그리고 이상적으로는 동일한 제조업체 및 동일한 모델의 SSD를 사용하여 다양한 유형의 로드를 지원하고 다양한 유형의 메모리, 컨트롤러 및 기타 기술을 기반으로 구축된 드라이브가 뒤죽박죽이 되지 않도록 해야 합니다. 즉, RAID 어레이를 생성하기 위해 Kingston에서 16개 또는 XNUMX개의 NVMe SSD를 구입하기로 결정한 경우 모두 동일한 시리즈 및 모델 범위에서 제공되는 것이 좋습니다.

그건 그렇고, 마지막 기사 우리는 Kingston의 NVMe SSD에 대해 이야기할 때 이유 때문에 Broadcom 컨트롤러를 인용했습니다. 사실 이러한 장치의 설명서에는 컨트롤러가 완벽하게 작동하는 호환 가능한 드라이브(앞서 언급한 미국 SSD 제조업체의 솔루션 포함)가 즉시 규정되어 있습니다. RAID용 컨트롤러-SSD 번들을 선택할 때 이 정보에 의존해야 합니다.

가장 많이 사용되는 RAID 유형인 "1", "5", "10", "50"에서 SSD Kingston의 작업을 분석합니다.

따라서 "제로" RAID 레벨은 데이터 중복성을 제공하지 않고 성능만 향상시킵니다. RAID 0은 데이터 보호 기능을 전혀 제공하지 않으므로 기업 부문에서는 고려하지 않습니다. 반면에 RAID 1은 완전한 중복성을 제공하지만 약간의 성능 향상만 제공하므로 SSD RAID 어레이를 구축할 때 성능 향상이 주요 고려 사항이 아닌 경우 고려해야 합니다.

Kingston SSD 및 Broadcom 컨트롤러 기반 RAID 1

따라서 Broadcom MegaRAID 9460-16i 컨트롤러를 기반으로 하는 첫 번째 수준의 RAID 어레이는 서로의 복사본인 32~1000개의 Kingston 드라이브를 결합하고 완전한 중복성을 제공합니다. 기존 HDD를 사용할 때 데이터 쓰기 및 읽기 속도가 바로 이 HDD 수준으로 유지된다면 NVMe SSD 솔루션을 사용하면 성능이 2배 향상됩니다. 특히 데이터 액세스 시간 측면에서. 예를 들어 서버 RAID 1에 Kingston DC350M U.000 NVMe SSD 75개를 사용하면 000 임의 읽기 IOPS와 XNUMX 쓰기 IOPS를 얻을 수 있습니다.

순차 읽기 속도 측면에서 결과는 드라이브의 특성인 3200MB/s와 일치합니다. 그러나 두 NVMe SSD 모두 작동 상태이므로 동시에 데이터를 읽을 수 있어 읽기 작업이 매우 빠릅니다. 그러나 각 쓰기 작업이 두 번 수행되기 때문에 쓰기 속도(2000MB/s라고 함)는 느려집니다.

RAID 1은 소규모 데이터베이스 또는 내결함성이 필요하지만 용량이 적은 기타 환경에 이상적입니다. 드라이브 미러링은 어레이의 드라이브 중 하나가 실패할 경우 중요한 데이터를 즉시 "소생"시키기 때문에 재해 복구 시나리오(성능이 약간 저하됨)에서 특히 유용합니다. 그러나 이러한 수준의 보호를 위해서는 미러링된 데이터의 저장 용량을 두 배로 늘려야 하므로(100TB에는 200TB의 저장 공간이 필요함) 많은 엔터프라이즈 시스템은 RAID 5 및 RAID 6과 같은 보다 경제적인 저장 옵션을 사용합니다.

Kingston SSD 및 Broadcom 컨트롤러 기반 RAID 5

32단계 RAID 어레이를 구성하려면 데이터가 인터리브되지만(어레이의 모든 드라이브에 주기적으로 기록됨) 중복되지 않는 드라이브가 최소 XNUMX개 필요합니다. 그것들을 구성할 때 "체크섬"(또는 "패리티")과 같은 개념이 여기에 나타나기 때문에 더 복잡한 구조를 고려해야 합니다. 이 개념은 어레이에서 최소 XNUMX개의 드라이브(최대 - XNUMX개)를 사용하도록 지시하는 논리 대수 XOR 함수(일명 배타적 "OR")를 의미합니다. 이 경우 패리티 정보는 어레이의 모든 "디스크"에 기록됩니다.

각각 500TB의 용량을 가진 3,84개의 Kingston DC11,52R SATA SSD 어레이의 경우 3,84TB의 공간과 16의 체크섬을 얻습니다. 그리고 용량이 1000TB인 Kingston DC2M U.7,68 NVMe 드라이브 115,2개를 레벨 7,68 RAID로 결합하면 5TB의 손실로 0TB를 학습하게 됩니다. 보시다시피 드라이브가 많을수록 결국 더 좋습니다. 또한 RAID XNUMX에 드라이브가 많을수록 전반적인 쓰기 성능이 높아지기 때문에 더 좋습니다. 그리고 선형 읽기는 RAID XNUMX 수준에 도달합니다.

RAID 5 디스크 그룹은 전력 손실을 최소화하면서 높은 처리량(특히 대용량 파일의 경우)과 중복성을 제공합니다. 이러한 유형의 배열 구성은 동시에 여러 개의 작은 입/출력(I/O) 작업을 수행하는 네트워크에 가장 적합합니다. 그러나 작거나 작은 블록에 대해 많은 수의 쓰기 작업이 필요한 작업에는 사용하지 않아야 합니다.
한 가지 더 미묘한 차이가 있습니다. NVMe 드라이브 중 하나 이상이 고장나면 RAID 5가 성능 저하 모드로 전환되고 다른 저장 장치의 고장이 모든 데이터에 치명적일 수 있습니다. 어레이의 한 드라이브에 오류가 발생하면 RAID 컨트롤러는 패리티 정보를 사용하여 누락된 데이터를 다시 만듭니다.

Kingston SSD 및 Broadcom 컨트롤러 기반 RAID 10

따라서 RAID 0은 속도와 액세스 시간을 두 배로 늘리고 RAID 1은 안정성을 제공합니다. 이상적으로는 결합되고 여기서 RAID 10(또는 1 + 0)이 구출됩니다. "32개"는 0개의 SATA SSD 또는 NVMe 드라이브(최대 - 1개)로 조립되며 드라이브 수가 항상 10의 배수여야 하는 "미러" 어레이를 의미합니다. 이 어레이의 데이터는 RAID XNUMX의 경우처럼 고정 블록 파티셔닝과 드라이브 간 스트라이핑을 사용하여 RAID XNUMX 어레이의 "드라이브" 전체에 복사본을 분산하여 기록됩니다. 그리고 동시에 여러 드라이브 그룹에 액세스할 수 있습니다. 동시에 RAID XNUMX은 고성능을 보여줍니다.

RAID 10은 미러링된 여러 쌍에 걸쳐 데이터를 스트라이핑할 수 있으므로 한 쌍의 드라이브 하나의 오류를 허용할 수 있습니다. 그러나 미러링된 두 쌍(즉, 1개 드라이브 모두)에 장애가 발생하면 불가피한 데이터 손실이 발생합니다. 결과적으로 우수한 내결함성 및 안정성도 얻습니다. 그러나 RAID XNUMX과 마찬가지로 XNUMX번째 레벨 어레이는 전체 용량의 절반만 사용하므로 비용이 많이 드는 솔루션이라는 점을 염두에 두십시오. 그리고 설정하기도 어렵습니다.

RAID 10은 미러링된 디스크 그룹의 100% 중복성과 RAID 0의 향상된 I/O 성능이 필요한 데이터 웨어하우스와 함께 사용하기에 적합합니다. 중형 데이터베이스 또는 더 높은 내결함성을 요구하는 환경에 가장 적합한 솔루션입니다. RAID 5보다.

Kingston SSD 및 Broadcom 컨트롤러 기반 RAID 50

레벨 5 어레이에서 구축된 레벨 50 어레이인 레벨 5 RAID와 유사한 결합 어레이. 이전과 마찬가지로 이 어레이의 주요 목표는 RAID XNUMX 어레이에서 데이터 안정성을 유지하면서 두 배의 성능을 달성하는 동시에 RAID XNUMX은 드라이브 장애 시 표준 RAID XNUMX보다 향상된 쓰기 성능과 더 나은 데이터 보호를 제공합니다. , 또한 드라이브 중 하나에 오류가 발생한 경우 더 빠른 복구가 가능합니다.

RAID 50 드라이브 그룹은 데이터를 더 작은 블록으로 분할한 다음 각 RAID 5 어레이에서 스트립합니다. RAID 5 드라이브 그룹은 데이터를 더 작은 블록으로 분할하고 패리티를 계산하고 블록에서 논리적 OR 연산을 수행한 다음 디스크 그룹의 각 디스크에 대해 데이터 블록 쓰기 및 패리티 작업을 수행합니다.

그리고 드라이브 중 하나에 장애가 발생하면 성능이 필연적으로 저하되지만 하나의 장애가 어레이 중 하나에만 영향을 미치고 다른 하나는 완전히 작동하기 때문에 RAID 5 어레이만큼 중요하지 않습니다. 실제로 RAID 50은 각 고장난 "디스크"가 별도의 RAID 5 어레이에 있는 경우 최대 XNUMX개의 HDD/SSD/NVMe 드라이브 고장에서 살아남을 수 있습니다.

RAID 50은 RAID 10보다 높은 데이터 전송 속도와 낮은 드라이브 비용을 유지하면서 높은 안정성이 필요하고 많은 수의 요청을 처리해야 하는 애플리케이션에 가장 적합합니다. 그러나 RAID 50 어레이를 설정하려면 최소 50개의 드라이브가 필요합니다. , 비용은 요인으로 완전히 제외되지 않습니다. RAID 5의 한 가지 단점은 RAID XNUMX와 마찬가지로 복잡한 컨트롤러가 필요하다는 것입니다. 우리가 언급한 지난 기사에서 메가레이드 9460-16i 브로드컴에서.

RAID 50은 패리티 레코드를 저장하기 위한 용량 할당으로 인해 RAID 5보다 디스크 공간 사용량이 적다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 그러나 여전히 다른 RAID 수준, 특히 미러링을 사용하는 수준보다 사용 가능한 공간이 더 많습니다. 최소 요구 사항이 50개 드라이브인 RAID XNUMX은 비용이 많이 드는 옵션일 수 있지만 추가 디스크 공간은 기업 데이터를 보호하여 비용을 정당화합니다. 이 유형의 어레이는 높은 스토리지 안정성, 높은 요청 속도, 높은 전송 속도 및 높은 스토리지 용량이 필요한 데이터에 권장됩니다.

RAID 6 및 RAID 60: 우리도 잊지 않았습니다.

6번째와 60번째 수준의 어레이에 대해 이야기했기 때문에 RAID XNUMX 및 RAID XNUMX과 같은 유형의 어레이 구성을 언급하지 않는 것은 죄가 될 것입니다.

RAID 6의 성능은 RAID 5와 유사하지만 여기서는 최소 5개의 드라이브에 패리티가 부여되어 어레이가 데이터 손실 없이 XNUMX개의 드라이브 장애를 견딜 수 있습니다(RAID XNUMX에서 이 상황은 매우 바람직하지 않음). 그 결과 신뢰성이 높아집니다. 그렇지 않으면 모든 것이 다섯 번째 레벨 어레이와 동일합니다. 하나 또는 두 개의 디스크에 오류가 발생하면 RAID 컨트롤러는 패리티 블록을 사용하여 누락된 모든 정보를 다시 만듭니다. 두 개의 드라이브에 오류가 발생하면 복구가 동시에 발생하지 않습니다. 먼저 첫 번째 드라이브가 다시 활성화된 다음 두 번째 드라이브가 다시 활성화됩니다. 따라서 두 가지 데이터 복구 작업이 수행됩니다.

RAID 50이 레벨 60 어레이의 레벨 6 어레이라면 RAID 50은 방금 이야기한 레벨 8 어레이의 레벨 16 어레이라고 추측하기 쉽습니다. 즉, 이 RAID 스토리지 구성을 통해 각 RAID XNUMX 드라이브 그룹에서 두 개의 SSD가 손실된 경우에도 살아남을 수 있습니다. 작동 원리는 RAID XNUMX 섹션에서 설명한 것과 유사하지만 레벨 XNUMX 어레이는 드라이브가 XNUMX개에서 XNUMX개로 늘어나는 것을 견딜 수 있습니다. 일반적으로 이러한 어레이는 높은 내결함성을 요구하는 온라인 고객 서비스에 사용됩니다.

요약하면 다음과 같습니다.

미러링은 RAID 50/60보다 더 많은 내결함성을 제공하지만 훨씬 더 많은 공간도 필요합니다. 데이터 양이 50배가 되기 때문에 실제로 정보를 기록하고 저장하기 위해 서버에 설치된 드라이브의 총 용량의 50%만 얻습니다. RAID 60/10과 RAID XNUMX 중에서 선택하는 것은 사용 가능한 예산, 서버 용량 및 데이터 보호 요구 사항에 따라 달라집니다. 또한 SSD 솔루션(기업용 및 소비자용 모두)에 대해 이야기할 때 비용이 가장 중요합니다.

마찬가지로 중요한 것은 이제 SSD 기반 RAID가 완전히 안전한 솔루션이며 오늘날의 비즈니스를 위한 일반적인 관행이라는 것을 확실히 알고 있다는 것입니다. 가정용으로는 예산이 허락한다면 NVMe로 전환해야 할 이유도 있다. 여전히 질문이있는 경우이 모든 것이 필요한 이유는 기사의 시작 부분으로 돌아가십시오. 이미 자세히 답변했습니다.

이 기사는 엔터프라이즈급 SATA/SAS/NVMe 드라이브로 테스트하기 위해 Kingston 엔지니어에게 컨트롤러를 제공하는 Broadcom 동료의 지원으로 작성되었습니다. 이 친근한 공생 덕분에 고객은 생산 단계에서 HBA 및 RAID 컨트롤러가 있는 Kingston 드라이브의 신뢰성과 안정성을 의심할 필요가 없습니다. 브로드 컴.

Kingston 제품에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다. 공식 웹 사이트 회사입니다.

출처 : habr.com