FlexiRemap® 대 RAID

RAID 알고리즘은 1987년에 대중에게 소개되었습니다. 오늘날까지도 정보 저장 분야에서 데이터에 대한 액세스를 보호하고 가속화하는 가장 인기 있는 기술로 남아 있습니다. 그러나 30년을 넘은 IT기술의 시대는 성숙이라기보다 이미 노후화된 시대이다. 그 이유는 새로운 기회를 끊임없이 가져오는 진보 때문입니다. 사실상 HDD 외에는 다른 드라이브가 없던 시절, RAID 알고리즘은 가용한 스토리지 자원을 가장 효율적으로 활용할 수 있게 해주었습니다. 그러나 SSD가 등장하면서 상황은 급격하게 달라졌다. 이제 솔리드 스테이트 드라이브로 작업할 때 RAID는 이미 성능에 대한 "올가미"입니다. 따라서 SSD 속도 특성의 잠재력을 최대한 활용하려면 SSD 속도 특성을 다루는 완전히 다른 접근 방식이 필요합니다.

작동 원리에 있어서 HDD와 SSD의 명백한 차이점 외에도 이러한 유형의 미디어에는 한 가지 더 중요한 특징이 있습니다. 즉, 모든 하드 드라이브는 한 블록 단위(현재는 대부분 4KB) 단위로 모든 데이터를 다시 쓸 수 있다는 것입니다. SSD의 경우 다시 쓰기 프로세스는 훨씬 더 복잡한 절차입니다.

• 변경된 데이터가 새 위치에 복사됩니다. 이 경우 세분성은 동일한 블록이지만 여러 페이지로 구성되고 크기는 256KB - 4MB입니다. 저것들. 동일한 4KB를 변경할 때 무엇보다도 단일 블록을 형성하는 모든 인접 페이지를 복사해야 합니다.
• "오래된" 블록을 사용되지 않은 것으로 표시하여 가비지 컬렉터가 해당 블록을 지울 수 있도록 합니다.

SSD에 순차적 쓰기/덮어쓰기

순차적 쓰기/다시 쓰기의 경우 SSD의 이러한 기능은 성능 측면에서 큰 역할을 하지 않습니다. 블록은 근처에 있고 가비지 수집기는 백그라운드에서 아주 잘 작동합니다. 그러나 실제 생활에서는, 특히 엔터프라이즈 부문에서는 데이터에 대한 무작위 액세스가 SSD에 가장 자주 사용됩니다. 그리고 이 데이터는 드라이브의 임의 위치에 기록됩니다.

SSD에 더 많은 데이터가 기록될수록 조각화가 크게 증가하므로 가비지 수집기가 작동하기가 더 어려워집니다. 결과적으로 드라이브 청소 프로세스가 더 이상 "백그라운드"가 아닌 순간이 옵니다. SSD 성능이 크게 저하됩니다. 그 중 상당 부분은 Garbage Collector가 차지합니다.

일상적인 사용 중 SSD의 실제 데이터 위치

가비지 수집기 작업의 효과를 설명하기 위해 드라이브의 기록 모드에 따라 가장 간단한 테스트를 수행할 수 있습니다. 즉, 4GB 드라이브에서 100KB 블록에 순차적 및 무작위 쓰기를 수행할 수 있습니다. (출처 – 회사 미크론)

순차 쓰기 성능

무작위 쓰기 성능

테스트에서 볼 수 있듯이 성능 저하가 2배 이상 발생할 수 있습니다. 그리고 이것은 단지 단일 드라이브입니다. SSD를 RAID 그룹의 일부로 사용하는 경우 패리티 작업으로 인해 다시 쓰기 작업 수가 크게 늘어납니다.

일반적으로 SSD 작동의 이러한 기능으로 인해 쓰기 증폭과 같은 매개 변수가 있습니다. 이는 드라이브에 기록된 데이터 양과 호스트가 실제로 보낸 데이터 양의 비율입니다. 그리고 가장 널리 사용되는 RAID5의 경우 이 계수는 ~3.5입니다.

결과적으로 클래식 RAID를 사용하는 시스템은 기본적으로 SSD를 실제 속도의 ~10%만 활용하며 드라이브 수가 XNUMX개 이상으로 증가하면 성능 확장이 제대로 이루어지지 않습니다.

또한 과도한 쓰기 작업은 SSD의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 무한한 리소스를 줄여 드라이브의 서비스 수명을 단축시킵니다.

FlexiRemap® 기술모든 AccelStor 제품의 핵심인 는 SSD 작업 시 기존 RAID 알고리즘의 대안으로 정밀하게 설계되었습니다. 이 기술의 혁신성은 다양한 특허 및 수상(Flash Memory Summit 2016 포함)과 독립적인 테스트 결과(예: SPC1)를 통해 입증되었습니다.

물질 FlexiRemap® 주로 무작위 유형의 모든 수신 쓰기 요청을 드라이브 관점에서 순차 쓰기 모드와 최대한 유사한 블록 세트로 변환하는 것으로 구성됩니다. 결과적으로 SSD에 대한 녹화는 가장 편안한 모드에서 이루어지며 그 결과 성능은 클래식 RAID를 사용하는 모든 시스템을 능가합니다.

AccelStor 시스템의 모든 SSD는 두 개의 대칭 FlexiRemap® 그룹으로 나뉩니다. 그룹 크기는 모델에 따라 다르며 범위는 5~11개 드라이브입니다. 그룹 내 내결함성을 위해 패리티는 RAID5와 유사하게 사용됩니다. 두 그룹 모두 함께 사용되어 공통 저장 공간을 형성합니다. 따라서 결과적인 내결함성은 두 그룹으로 구성된 RAID50 어레이와 유사합니다. 즉, 시스템은 최대 두 개의 SSD 오류를 견딜 수 있지만 각 FlexiRemap® 그룹에서는 하나를 초과할 수 없습니다.

들어오는 모든 쓰기 요청은 4KB 블록으로 분할되어 두 FlexiRemap® 그룹 모두에 라운드 로빈 모드로 기록됩니다. 동시에 시스템은 기록된 블록에 대한 수요를 지속적으로 추적하여 유사한 블록이 변경될 때 가능한 한 서로 가깝게 기록하려고 노력합니다. 스토리지 시스템 측면에서 표현하면 이는 공유와 사실상 유사합니다. 이 경우 가비지 수집기의 작업이 크게 촉진됩니다. 결국 사용되지 않은 블록은 항상 근처에 있게 됩니다.

그것은 언급되어야 AccelStor 시스템 경쟁사 제품과 달리 컨트롤러의 RAM에 들어오는 요청을 캐싱하는 기능을 사용하지 않습니다. 들어오는 모든 데이터 블록은 즉시 SSD에 기록됩니다. 호스트는 데이터가 드라이브에 물리적으로 배치된 후에만 성공적인 기록 확인을 받습니다. RAM은 액세스 속도를 높이고 다음 데이터 블록을 쓸 위치를 결정하기 위해 SSD에 블록 배치 테이블만 저장합니다. 물론 신뢰성을 위해 이러한 테이블의 복사본은 미디어 자체에 있습니다. 결과적으로 AccelStor 시스템에는 배터리/커패시터 형태의 캐시 보호가 필요하지 않습니다(그러나 전원 문제가 발생할 경우 "소프트" 종료를 위해 UPS와 통신하는 기능을 사용할 수 있습니다).

기록을 정리하는 이러한 접근 방식 덕분에 가비지 수집기는 실제로 드라이브 속도에 큰 영향을 주지 않고 백그라운드에서 작동할 수 있으며, 궁극적으로 시스템 내에서 SSD 성능의 최대 90%를 활용할 수 있습니다. 이것이 바로 RAID 알고리즘을 기반으로 하는 All Flash에 비해 AccelStor 시스템의 IOPS 속도가 높은 이유입니다.

FlexiRemap® 기술의 또 다른 중요한 기능은 SSD에 대한 중복 쓰기가 크게 줄어든다는 것입니다. 따라서 AccelStor 시스템의 쓰기 증폭 계수는 1.3에 불과합니다. 이는 일반 언어로 번역하면 RAID5에 비해 드라이브 서비스 수명이 2.5배 이상 증가한다는 의미입니다!

SSD의 데이터 배치 정책에 대한 시스템의 지속적인 모니터링 덕분에 모든 드라이브가 똑같이 마모됩니다. 이 접근 방식을 사용하면 서비스 수명을 예측하고 녹음 리소스 고갈에 대해 관리자에게 미리 신호를 보낼 수 있습니다.

SSD가 실패할 수 있다는 것은 분명합니다. 이 경우 시스템은 즉시 핫 스페어 디스크 중 하나로 재구축을 시작합니다. 이로 인해 저하된 상태의 FlexiRemap® 그룹이 읽기 전용이 되고 모든 쓰기 요청이 두 번째 그룹으로 전달됩니다. 이 보호 메커니즘은 재구축 작업 속도를 높이고 동일한 그룹 내 다른 드라이브의 오류 가능성을 줄이기 위해 제공됩니다. 재구축 중에 핫 스페어에 대한 읽기, 쓰기 및 복원 작업의 간섭으로 인해 그룹의 모든 드라이브에 부하가 증가한다는 것은 누구나 다 아는 사실입니다. 이로 인해 또 다른 디스크 오류가 발생할 가능성이 높아집니다. 그리고 쓰기 작업이 많을수록 재구축에 더 오랜 시간이 걸립니다.

복구 프로세스가 완료되고 FlexiRemap® 그룹이 정상으로 돌아오면 두 그룹 간의 쓰기 리소스에 약간의 불균형이 발생합니다. 따라서 이를 정렬하기 위해 후속 쓰기 작업은 복원된 그룹에 더 자주 적용됩니다(물론 최종 시스템 성능이 크게 저하되지 않는 방식으로).

복잡한 캐싱 시스템을 사용하더라도 특정 값(~280K IOPS@4K 임의 쓰기) 이상의 RAID 알고리즘 기반 올플래시 시스템의 성능을 높이는 것은 불가능합니다. FlexiRemap® 기술은 저장 공간 구성에 대한 완전히 다른 접근 방식 덕분에 이러한 장벽을 쉽게 극복할 뿐만 아니라 동시에 SSD의 서비스 수명을 몇 배로 늘립니다. 그래서 시스템은 AccelStor 올플래시 어레이는 여러 면(IOPS/$, GB/$, TCO, ROI)에서 상당한 이점을 갖고 있어 리소스 집약적인 작업을 해결하기 위한 고객 데이터 센터의 핵심 위치에 이상적인 후보입니다.

출처 : habr.com