Го споделуваме нашето искуство, како функционираат SSD-овите во рамките на RAID и кое ниво на низа е попрофитабилно

В минат материјал веќе го разгледавме прашањето „Дали ќе примениме RAID на SSD“ користејќи го примерот на дисковите Kingston, но тоа го направивме само во рамките на нула ниво. Во тековната статија, ќе ги анализираме опциите за користење на професионални и домашни решенија NVMe во најпопуларните типови на RAID низи и ќе зборуваме за компатибилност на контролорите. Broadcom со погони на Кингстон.

Зошто ви е потребен RAID на SSD?

Предностите на низите за складирање базирани на SSD во однос на низите за складирање на HDD вклучуваат побрзо време на пристап до податоците на уредот и супериорни перформанси за читање/запишување. Сепак, за идеална изведба на RAID базирана на SSD, потребна е оптимална комбинација на процесор, кеш, софтвер и хардвер. Кога сите овие фактори работат заедно совршено, SSD RAID може во голема мера да ја надмине споредливата конфигурација користејќи традиционални HDD-а.

Типичен SSD троши помалку енергија од HDD-а, така што кога комбинирате голем број SSD-дискови во RAID низа, заштедата на енергија во споредба со низата HDD RAID може да се претвори и во помали трошоци за корпоративните сметки за енергија.

Сепак, SSD RAID има ограничувања и недостатоци, особено повисоката цена по гигабајт простор во споредба со хард дисковите со споредлив капацитет. И времето помеѓу неуспесите на флеш меморијата е ограничено на одреден број циклуси на препишување. Тоа е, SSD-дисковите имаат одреден работен век, што зависи од операцијата: колку повеќе информации се препишани на него, толку побрзо уредот ќе пропадне. Од друга страна, претпријатијата SSD имаат пристоен животен век споредлив со механичките хард дискови.

Како Kingston SSD-овите живеат во режим RAID со контролерите на Broadcom

Во раните денови на SSD, дизајните на RAID имаа многу нијанси. Вклучително и поради употребата на помалку толерантни HDD-и. Погоните во цврста состојба се многу посигурни од нивните колеги базирани на магнетни дискови. Како што знаеме, нема подвижни делови во решенијата за SSD, така што механичкото оштетување е сведено на нула. Неуспехот на погоните со цврста состојба поради пренапоните на напојувањето е исто така малку веројатен, имајќи предвид дека на ниво на домашен компјутер и кој било сервер, ве штитат UPS-от, заштитниците од пренапони, па дури и напојувањето.

Во исто време, погоните со цврста состојба имаат уште еден значаен плус: дури и ако мемориските ќелии се истрошени за пишување, податоците сè уште може да се читаат од нив, но ако магнетниот диск е оштетен, за жал.

Денес, сосема е нормална практика да се користат SSD решенија во RAID низи од различни нивоа. Главната работа е да ги изберете вистинските SSD дискови, чија латентност е минимална. И идеално, користете SSD-дискови од истиот производител и истиот модел за да не завршите со мноштво дискови што поддржуваат различни типови оптоварувања и се изградени врз основа на различни типови меморија, контролери и други технологии. Односно, ако одлучиме да купиме четири или 16 NVMe SSD-дискови од Кингстон за да создадеме RAID низа, би било подобро сите тие да доаѓаат од истата серија и опсег на модели.

Патем, во последна статија ги наведовме контролорите на Broadcom со причина кога зборувавме за NVMe SSD од Кингстон. Факт е дека прирачниците за овие уреди веднаш пропишуваат компатибилни дискови (вклучувајќи решенија од гореспоменатиот американски производител на SSD), со кои контролорот ќе работи беспрекорно. На оваа информација треба да се потпрете при изборот на пакет контролер-SSD за RAID.

Ја анализираме работата на SSD Kingston во најпопуларните типови RAID - „1“, „5“, „10“, „50“

Значи, нивото на „нулта“ RAID не обезбедува вишок на податоци, туку само ги зголемува перформансите. RAID 0 воопшто не обезбедува никаква заштита на податоците, па затоа нема да го сметаме во корпоративниот сегмент. RAID 1, од друга страна, обезбедува целосен вишок, но само скромни придобивки во перформансите, и затоа треба да се земе предвид ако придобивките од перформансите не се примарен предвид при градење на SSD RAID низа.

RAID 1 базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

Значи, RAID низата од прво ниво базирана на контролорот Broadcom MegaRAID 9460-16i комбинира од два до 32 Kingston дискови, кои се копии еден на друг, и обезбедува целосен вишок. Ако при користењето на традиционалните HDD, брзината на пишување и читање податоци остана на нивото на овој HDD, тогаш со користење на NVMe SSD решенијата добиваме десеткратно зголемување на перформансите. Особено во однос на времето за пристап до податоци. На пример, со два SSD на Kingston DC1000M U.2 NVMe во серверот RAID 1, добиваме 350 IOPS со случајно читање и 000 IOPS за пишување.

Во однос на секвенцијалната брзина на читање, резултатите ќе одговараат на карактеристиките на уредот - 3200 MB / s. Но, бидејќи двата NVMe SSD-а се во работна состојба, податоците може да се читаат од нив истовремено, што ги прави операциите за читање прилично брзи. Но, брзината на запишување (се тврди дека е 2000 MB / s) ќе биде побавна, бидејќи секоја операција за запишување се изведува двапати.

RAID 1 е идеален за мали бази на податоци или која било друга средина која бара толеранција на грешки, но низок капацитет. Пресликувањето на дискот е особено корисно во сценаријата за обновување на катастрофи (перформансите се малку намалени) бидејќи обезбедува моментално „оживување“ на важни податоци ако еден од дисковите во низата откажа. Но, бидејќи ова ниво на заштита бара удвојување на капацитетот за складирање на огледуваните податоци (за 100 TB би биле потребни 200 TB складирање), многу деловни системи користат поекономични опции за складирање: RAID 5 и RAID 6.

RAID 5 базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

За да организираме RAID низа од петто ниво, потребни ни се најмалку три дискови, податоците на кои се испреплетени (циклично запишани на сите дискови во низата), но не се дуплираат. При нивното организирање, треба да се земе предвид нивната посложена структура, бидејќи овде се појавува таков концепт како „проверка“ (или „паритет“). Овој концепт значи логичка алгебарска функција XOR (ака ексклузивна „ИЛИ“), која диктира употреба на минимум три погони во низата (максимум - 32). Во овој случај, информациите за паритет се запишуваат на сите „дискови“ во низата.

За низа од четири Kingston DC500R SATA SSD-дискови со капацитет од 3,84 TB секој, добиваме 11,52 TB простор и 3,84 за контролни суми. И ако комбинирате 16 Kingston DC1000M U.2 NVMe дискови со капацитет од 7,68 TB во RAID на ниво 115,2, ќе научиме 7,68 TB со загуба од 5 TB. Како што можете да видите, колку повеќе дискови, толку подобро на крајот. Исто така е подобро затоа што колку повеќе дискови во RAID 0, толку се повисоки перформансите на вкупниот запис. И линеарното читање ќе го достигне нивото на RAID XNUMX.

Групата на дискови RAID 5 обезбедува висока пропусност (особено за големи датотеки) и вишок со минимална загуба на енергија. Овој тип на организација на низи најдобро одговара за мрежи кои извршуваат многу мали влезно/излезни (I/O) операции во исто време. Но, не треба да го користите за задачи кои бараат голем број операции за пишување за мали или мали блокови.
Има уште една нијанса: ако барем еден од NVMe-дисковите не успее, RAID 5 оди во режим на деградација и неуспехот на друг уред за складирање може да стане критичен за сите податоци. Ако еден погон во низата не успее, контролорот RAID ги користи информациите за паритет за повторно да ги создаде податоците што недостасуваат.

RAID 10 базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

Значи, RAID 0 ни обезбедува двојно зголемување на брзината и времето на пристап, а RAID 1 обезбедува сигурност. Идеално, тие би биле комбинирани, и тука RAID 10 (или 1 + 0) доаѓа на помош. „Десет“ е составен од четири SATA SSD или NVMe дискови (максимум - 32) и подразбира низа „огледала“, бројот на дискови во кои секогаш мора да биде повеќекратен од четири. Податоците во оваа низа се запишуваат со помош на партиционирање на фиксни блокови (како во случајот со RAID 0) и со ленти помеѓу дисковите, ширење копии низ „дисковите“ во низата RAID 1. И со можност за пристап до повеќе групи на дискови на во исто време, RAID 10 покажува високи перформанси.

Со оглед на тоа што RAID 10 е способен да ги ограничи податоците преку повеќе огледални парови, тоа значи дека може да толерира дефект на еден диск во пар. Меѓутоа, ако двата пара огледала (т.е. сите четири дискови) не успеат, ќе има неизбежна загуба на податоци. Како резултат на тоа, добиваме и добра толеранција и доверливост на грешки. Но, имајте на ум дека, како и RAID 1, низата од десеттото ниво користи само половина од вкупниот капацитет и затоа е скапо решение. И, исто така, тешко е да се постави.

RAID 10 е погоден за употреба со складишта на податоци кои бараат 100% вишок на огледни групи на дискови, како и зголемени I/O перформанси на RAID 0. Тоа е најдоброто решение за бази на податоци со средна големина или која било средина која бара поголема толеранција на грешки отколку RAID 5.

RAID 50 базиран на Kingston SSD и Broadcom контролери

Комбинирана низа слична на RAID од ниво 5, која е низа од ниво 50 изградена од низи од ниво 5. Како и досега, главната цел на оваа низа е да постигне двојни перформанси додека ја одржува доверливоста на податоците во низите RAID XNUMX. Во исто време, RAID XNUMX обезбедува подобрени перформанси за пишување и подобра заштита на податоците од стандардниот RAID XNUMX во случај на дефект на дискот , а исто така е способен за побрзо обновување во случај на дефект на еден од дисковите.

Групата на дискови RAID 50 ги дели податоците на помали блокови и потоа ги соголува низ секоја низа RAID 5. Групата на дискови RAID 5 за возврат, исто така, ги дели податоците на помали блокови, пресметува паритет, врши логичка операција ИЛИ на блоковите, а потоа врши операции за запишување на блокови на податоци и паритет за секој диск во групата на дискови.

И додека перформансите неизбежно се намалуваат ако еден од дисковите откажа, тоа не е толку значајно како во низата RAID 5, бидејќи еден дефект влијае само на една од низите, оставајќи ја другата целосно функционална. Всушност, RAID 50 може да преживее до осум дефекти на HDD/SSD/NVMe диск ако секој неуспешен „диск“ е во посебна RAID 5 низа.

RAID 50 најдобро се користи за апликации кои бараат висока доверливост и мора да обработуваат голем број барања додека одржуваат високи стапки на пренос на податоци и пониски трошоци за диск од RAID 10. Сепак, бидејќи се потребни минимум шест дискови за да се постави низа RAID 50 , трошокот не е целосно исклучен како фактор. Еден недостаток на RAID 50 е тоа што, како и RAID 5, му треба комплексен контролер: како на пр. спомнати од нас во последната статија MegaRAID 9460-16i од Broadcom.

Исто така, вреди да се напомене дека RAID 50 користи помалку простор на дискот од RAID 5 поради распределбата на капацитетот за задржување на записи за паритет. Сепак, тој сè уште има повеќе употреблив простор од другите нивоа на RAID, особено оние што користат пресликување. Со минимално барање од шест дискови, RAID 50 може да биде скапа опција, но дополнителниот простор на дискот ги оправдува трошоците со заштита на корпоративните податоци. Овој тип на низа се препорачува за податоци кои бараат висока доверливост за складирање, високи стапки на барања, високи стапки на пренос и висок капацитет за складирање.

RAID 6 и RAID 60: не сме заборавиле ниту на нив

Бидејќи зборувавме за низи од петтото и педесеттото ниво, би било грев да не спомнуваме такви видови организација на низи како RAID 6 и RAID 60.

Перформансите на RAID 6 се слични на RAID 5, но овде на најмалку два диска им се дава паритет, што овозможува низата да го преживее неуспехот на два дискови без губење податоци (во RAID 5, оваа ситуација е многу непожелна). Ова резултира со поголема доверливост. Инаку, сè е исто како и во низата од петто ниво: во случај на дефект на еден или два диска, контролорот RAID користи блокови за паритет за да ги рекреира сите информации што недостасуваат. Ако два диска не успеат, обновувањето не се случува истовремено: прво, првиот диск се реанимира, а потоа вториот. Така, се вршат две операции за обновување податоци.

Лесно е да се погоди дека ако RAID 50 е низа од ниво 60 од низи од ниво 6, тогаш RAID 50 е низа од ниво 8 од низи од ниво 16 за која штотуку зборувавме. Односно, оваа организација на складирање RAID ви овозможува да ја преживеете загубата на два SSD дискови во секоја група на дискови RAID XNUMX. Принципот на работа е сличен на оној за кој зборувавме во делот RAID XNUMX, но бројот на неуспеси Ниво XNUMX низа може да издржи расте од XNUMX до XNUMX дискови. Вообичаено, таквите низи се користат за онлајн услуги на клиентите, што бара висока толеранција на грешки.

Сумирање:

Иако пресликувањето обезбедува поголема толеранција на грешки од RAID 50/60, исто така бара многу повеќе простор. Бидејќи количината на податоци е двојно зголемена, всушност добивате само 50% од вкупниот капацитет на дисковите инсталирани во серверот за снимање и складирање информации. Изборот помеѓу RAID 50/60 и RAID 10 најверојатно ќе зависи од достапните буџети, капацитетот на серверот и потребите за заштита на податоците. Згора на тоа, цената доаѓа до израз кога зборуваме за SSD решенија (и од корпоративна и од потрошувачки класа).

Исто толку важно, сега знаеме со сигурност дека RAID базиран на SSD е целосно безбедно решение и нормална практика за денешниот бизнис. Како дел од домашната употреба, постои и причина да се префрлите на NVMe, доколку буџетите дозволуваат. И ако сè уште имате прашање, зошто е потребно сето ова, вратете се на почетокот на статијата - веќе детално одговоривме.

Оваа статија е подготвена со поддршка од нашите колеги од Broadcom, кои ги обезбедуваат своите контролери на инженерите на Kingston за тестирање со SATA/SAS/NVMe-дискови од класата на претпријатието. Благодарение на оваа пријателска симбиоза, клиентите не мора да се сомневаат во сигурноста и стабилноста на погоните на Kingston со HBA и RAID контролери од производството. Broadcom.

Повеќе информации за производите на Kingston може да најдете на официјална веб-страница компанија.

Извор: www.habr.com