Hello Habr! Dalam artikel ini, kami akan memberitahu anda sama ada berbaloi untuk mengatur tatasusunan RAID berdasarkan penyelesaian keadaan pepejal SATA SSD dan NVMe SSD, dan adakah akan mendapat keuntungan yang serius daripada ini? Kami memutuskan untuk melihat isu ini dengan mempertimbangkan jenis dan jenis pengawal yang membenarkan ini dilakukan, serta skop penggunaan konfigurasi tersebut.
Satu cara atau yang lain, setiap daripada kita sekurang-kurangnya sekali dalam hidup kita mendengar definisi seperti "RAID", "RAID-array", "RAID-controller", tetapi tidak mungkin kita mementingkan perkara ini, kerana semua ini adalah tidak mungkin untuk boyar PC biasa Menarik. Tetapi semua orang mahukan kelajuan tinggi daripada pemacu dalaman dan operasi tanpa masalah. Lagipun, tidak kira betapa kuatnya perkakasan komputer, kelajuan pemacu menjadi halangan apabila ia melibatkan prestasi gabungan PC dan pelayan.
Ini betul-betul berlaku sehingga HDD tradisional digantikan oleh SSD NVMe moden dengan kapasiti setanding 1 TB atau lebih. Dan jika sebelum ini dalam PC sering terdapat kombinasi SATA SSD + beberapa HDD yang luas, hari ini mereka mula digantikan dengan penyelesaian lain - NVMe SSD + beberapa SSD SATA yang luas. Jika kita bercakap tentang pelayan korporat dan "awan", ramai yang telah berjaya berpindah ke SSD SATA, semata-mata kerana ia lebih pantas daripada "tin tin" konvensional dan mampu memproses bilangan operasi I/O yang lebih besar secara serentak.
Walau bagaimanapun, toleransi kesalahan sistem masih pada tahap yang agak rendah: kita tidak boleh, seperti dalam "Pertempuran Psikik," dengan ketepatan sehingga seminggu apabila pemacu keadaan pepejal tertentu akan mati. Dan jika HDD "mati" secara beransur-ansur, membolehkan anda menangkap simptom dan mengambil tindakan, maka SSD "mati" serta-merta dan tanpa amaran. Dan sekarang adalah masa untuk memikirkan mengapa semua ini diperlukan sama sekali? Adakah berbaloi untuk mengatur tatasusunan RAID berdasarkan penyelesaian keadaan pepejal SATA SSD dan NVMe SSD, dan adakah akan mendapat keuntungan yang serius daripada ini?
Mengapa anda memerlukan tatasusunan RAID?
Perkataan "array" sudah menunjukkan bahawa beberapa pemacu (HDD dan SSD) digunakan untuk menciptanya, yang digabungkan menggunakan pengawal RAID dan diiktiraf oleh OS sebagai storan data tunggal. Tugas global yang boleh diselesaikan oleh tatasusunan RAID ialah meminimumkan masa capaian data, meningkatkan kelajuan baca/tulis dan kebolehpercayaan, yang dicapai berkat keupayaan untuk pulih dengan cepat sekiranya berlaku kegagalan. By the way, ia sama sekali tidak perlu menggunakan RAID untuk sandaran rumah. Tetapi jika anda mempunyai pelayan rumah anda sendiri, yang anda perlukan akses berterusan 24/7, itu adalah perkara yang berbeza.
Terdapat lebih sedozen tahap tatasusunan RAID, setiap satunya berbeza dalam bilangan pemacu yang digunakan di dalamnya dan mempunyai kebaikan dan keburukan tersendiri: contohnya, RAID 0 membolehkan anda memperoleh prestasi tinggi tanpa toleransi kesalahan, RAID 1 membolehkan anda untuk mencerminkan data secara automatik tanpa meningkatkan kelajuan, dan gabungan RAID 10 mengandungi kemungkinan perkara di atas. RAID 0 dan 1 adalah yang paling mudah (kerana ia tidak memerlukan pengiraan perisian) dan, sebagai hasilnya, yang paling popular. Akhirnya, pilihan yang memihak kepada satu atau satu lagi tahap RAID bergantung pada tugas yang diberikan kepada tatasusunan cakera dan keupayaan pengawal RAID.
RAID rumah dan korporat: apakah perbezaannya?
Asas mana-mana perniagaan moden adalah jumlah data yang besar yang mesti disimpan dengan selamat pada pelayan syarikat. Dan juga, seperti yang kami nyatakan di atas, mereka mesti disediakan dengan akses berterusan 24/7. Adalah jelas bahawa, bersama-sama dengan perkakasan, bahagian perisian juga penting, tetapi dalam kes ini kita masih bercakap tentang peralatan yang memastikan penyimpanan dan pemprosesan maklumat yang boleh dipercayai. Tiada perisian akan menyelamatkan syarikat daripada kemusnahan jika perkakasan tidak memenuhi tugas yang diberikan kepadanya.
Untuk tugasan ini, mana-mana pengeluar perkakasan menawarkan apa yang dipanggil peranti perusahaan. Kingston mempunyai penyelesaian keadaan pepejal yang berkuasa dalam bentuk model SATA ΠΈ , serta model NVMe DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe dan DCP-1000 PCI-e, bertujuan untuk digunakan dalam pusat data dan superkomputer. Tatasusunan pemacu sedemikian biasanya digunakan bersama-sama dengan pengawal perkakasan.
Untuk pasaran pengguna (iaitu, untuk PC rumah dan pelayan NAS), pemacu seperti NVMe PCIe, tetapi dalam kes ini tidak perlu membeli pengawal perkakasan. Anda boleh mengehadkan diri anda kepada pelayan PC atau NAS yang dibina ke dalam papan induk, melainkan sudah tentu anda bercadang untuk memasang sendiri pelayan rumah untuk tugas yang tidak biasa (memulakan pengehosan rumah kecil untuk rakan, contohnya). Di samping itu, tatasusunan RAID rumah, sebagai peraturan, tidak memerlukan ratusan atau ribuan pemacu, terhad kepada dua, empat dan lapan peranti (biasanya SATA).
Jenis dan jenis pengawal RAID
Terdapat tiga jenis pengawal RAID berdasarkan prinsip melaksanakan tatasusunan RAID:
1. Perisian, di mana pengurusan tatasusunan jatuh pada CPU dan DRAM (iaitu, kod program dilaksanakan pada pemproses).
2. Bersepadu, iaitu, dibina ke dalam papan induk PC atau pelayan NAS.
3. Perkakasan (modular), yang merupakan kad pengembangan diskret untuk penyambung PCI/PCIe pada papan induk.
Apakah perbezaan asas mereka antara satu sama lain? Pengawal RAID perisian adalah lebih rendah daripada yang bersepadu dan perkakasan dari segi prestasi dan toleransi kesalahan, tetapi tidak memerlukan peralatan khas untuk beroperasi. Walau bagaimanapun, adalah penting untuk memastikan bahawa pemproses sistem hos cukup berkuasa untuk menjalankan perisian RAID tanpa memberi kesan negatif terhadap prestasi aplikasi yang turut dijalankan pada hos. Pengawal bersepadu biasanya dilengkapi dengan memori cache mereka sendiri dan menggunakan sejumlah sumber CPU.
Tetapi perkakasan mempunyai memori cache sendiri dan pemproses terbina dalam untuk melaksanakan algoritma perisian. Biasanya, mereka membenarkan anda melaksanakan semua jenis tahap RAID dan menyokong beberapa jenis pemacu sekaligus. Sebagai contoh, pengawal perkakasan moden dari Broadcom boleh menyambung secara serentak peranti SATA, SAS dan NVMe, yang membolehkan anda tidak menukar pengawal semasa menaik taraf pelayan: khususnya, apabila berpindah dari SATA SSD ke NVMe SSD, pengawal tidak perlu ditukar.
Sebenarnya, pada nota ini kita datang kepada tipologi pengawal itu sendiri. Sekiranya terdapat tiga mod, adakah perlu ada yang lain? Dalam kes ini, jawapan kepada soalan ini adalah afirmatif. Bergantung pada fungsi dan keupayaan, pengawal RAID boleh dibahagikan kepada beberapa jenis:
1. Pengawal biasa dengan fungsi RAID
Dalam keseluruhan hierarki, ini ialah pengawal paling mudah yang membolehkan anda menggabungkan HDD dan SSD ke dalam tatasusunan RAID tahap "0", "1" atau "0+1". Ini dilaksanakan secara pemrograman pada peringkat perisian tegar. Walau bagaimanapun, peranti sedemikian hampir tidak boleh disyorkan untuk digunakan dalam segmen korporat, kerana ia tidak mempunyai cache dan tidak menyokong tatasusunan tahap "5", "3", dsb. Tetapi untuk pelayan rumah peringkat permulaan ia agak sesuai.
2. Pengawal yang berfungsi seiring dengan pengawal RAID lain
Pengawal jenis ini boleh dipasangkan dengan pengawal papan induk bersepadu. Ini dilaksanakan mengikut prinsip berikut: pengawal RAID diskret mengurus menyelesaikan masalah "logik", dan pengawal terbina dalam mengambil alih fungsi pertukaran data antara pemacu. Tetapi terdapat satu nuansa: operasi selari pengawal sedemikian hanya boleh dilakukan pada papan induk yang serasi, yang bermaksud skop aplikasinya sangat terhad.
3. Pengawal RAID kendiri
Penyelesaian diskret ini mengandungi semua cip yang diperlukan untuk berfungsi dengan pelayan kelas perusahaan, mempunyai BIOS, memori cache dan pemproses mereka sendiri untuk pembetulan ralat pantas dan pengiraan semak. Di samping itu, mereka memenuhi standard kebolehpercayaan yang tinggi dari segi pembuatan dan mempunyai modul memori berkualiti tinggi.
4. Pengawal RAID luaran
Tidak sukar untuk meneka bahawa semua pengawal yang disenaraikan di atas adalah dalaman dan menerima kuasa melalui penyambung PCIe papan induk. Apakah maksud ini? Dan kegagalan papan induk itu boleh membawa kepada ralat dalam pengendalian tatasusunan RAID dan kehilangan data. Pengawal luaran dibebaskan daripada salah faham ini, kerana ia ditempatkan dalam kes berasingan dengan bekalan kuasa bebas. Dari segi kebolehpercayaan, pengawal sebegini menyediakan storan data tahap tertinggi.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell dan Cisco hanyalah beberapa syarikat yang kini menawarkan pengawal RAID perkakasan.
Mod pengendalian pengawal RAID SAS/SATA/NVMe
Tujuan utama pengawal HBA dan RAID tri-mod (atau pengawal dengan fungsi Tri-Mode) adalah untuk mencipta RAID perkakasan berasaskan NVMe. Pengawal siri 9400 Broadcom boleh melakukan ini: contohnya, . Ia tergolong dalam jenis pengawal RAID bebas, dilengkapi dengan empat penyambung SFF-8643 dan, terima kasih kepada sokongan Tri-Mode, membolehkan anda menyambung pemacu SATA/SAS dan NVMe secara serentak. Di samping itu, ia juga merupakan salah satu pengawal paling cekap tenaga di pasaran (hanya menggunakan 17 Watt tenaga, dengan kurang daripada 1,1 Watt untuk setiap satu daripada 16 port).
Antara muka sambungan ialah PCI Express x8 versi 3.1, yang membolehkan daya pemprosesan 64 Gbit/s (pengawal untuk PCI Express 2020 dijangka muncul pada tahun 4.0). Pengawal 16-port adalah berdasarkan cip 2-teras dan 72-bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB), serta keupayaan untuk menyambung sehingga 240 pemacu SATA/SAS, atau sehingga 24 peranti NVMe. Dari segi mengatur tatasusunan RAID, tahap "0", "1", "5" dan "6", serta "10", "50" dan "60" disokong. Dengan cara ini, memori cache dan pengawal lain dalam siri 9400 dilindungi daripada kegagalan voltan oleh modul CacheVault CVPM05 pilihan.
Teknologi tiga mod adalah berdasarkan fungsi penukaran data SerDes: menukar perwakilan bersiri data dalam antara muka SAS/SATA ke dalam bentuk selari dalam PCIe NVMe dan sebaliknya. Iaitu, pengawal merundingkan kelajuan dan protokol untuk berfungsi dengan lancar dengan mana-mana tiga jenis peranti storan. Ini menyediakan cara yang lancar untuk menskalakan infrastruktur pusat data: pengguna boleh menggunakan NVMe tanpa membuat perubahan ketara pada konfigurasi sistem lain.
Walau bagaimanapun, apabila merancang konfigurasi dengan pemacu NVMe, adalah wajar mempertimbangkan bahawa penyelesaian NVMe menggunakan 4 lorong PCIe untuk menyambung, yang bermaksud setiap pemacu menggunakan semua baris port SFF-8643. Ternyata hanya empat pemacu NVMe boleh disambungkan terus ke pengawal MegaRAID 9460-16i. Atau hadkan diri anda kepada dua penyelesaian NVMe sambil menyambungkan lapan pemacu SAS secara serentak (lihat gambar rajah sambungan di bawah).
Rajah menunjukkan penggunaan penyambung "0" (C0 / Penyambung 0) dan penyambung "1" untuk sambungan NVMe, serta penyambung "2" dan "3" untuk sambungan SAS. Susunan ini boleh diterbalikkan, tetapi setiap pemacu NVMe x4 mesti disambungkan menggunakan lorong bersebelahan. Mod pengendalian pengawal ditetapkan melalui utiliti konfigurasi StorCLI atau Human Interface Infrastructure (HII), yang beroperasi dalam persekitaran UEFI.
Mod lalai ialah profil "PD64" (hanya menyokong SAS/SATA). Seperti yang kami katakan di atas, terdapat tiga profil secara keseluruhan: mod "mod SAS/SATA sahaja" (PD240 / PD64 / PD 16), mod "mod NVMe sahaja" (PCIe4) dan mod campuran di mana semua jenis pemacu boleh beroperasi: βPD64 -PCIe4" (sokongan untuk 64 cakera fizikal dan maya dengan 4 pemacu NVMe). Dalam mod bercampur, nilai profil yang ditentukan hendaklah "ProfileID=13". Dengan cara ini, profil yang dipilih disimpan sebagai induk dan tidak ditetapkan semula walaupun apabila kembali ke tetapan kilang melalui arahan Tetapkan Lalai Kilang. Ia hanya boleh ditukar secara manual.
Adakah berbaloi untuk mencipta tatasusunan RAID pada SSD?
Jadi, kami telah pun memahami bahawa tatasusunan RAID adalah kunci kepada prestasi tinggi. Tetapi adakah patut membina RAID daripada SSD untuk kegunaan rumah dan korporat? Ramai yang ragu-ragu mengatakan bahawa peningkatan kelajuan tidak begitu ketara untuk berbelanja secara berbelanja pada pemacu NVMe. Tetapi adakah ini benar-benar begitu? hampir tidak. Had terbesar untuk menggunakan SSD dalam RAID (di rumah dan di peringkat perusahaan) mungkin hanya harganya. Walau apa pun, kos ruang gigabait pada HDD jauh lebih murah.
Menyambungkan berbilang "pemacu" keadaan pepejal kepada pengawal RAID untuk mencipta tatasusunan SSD boleh memberi kesan yang besar pada prestasi dalam konfigurasi tertentu. Walau bagaimanapun, jangan lupa bahawa prestasi maksimum dihadkan oleh daya pengeluaran pengawal RAID itu sendiri. Tahap RAID yang menawarkan prestasi terbaik ialah RAID 0.
RAID 0 konvensional dengan dua SSD, yang menggunakan kaedah membelah data kepada blok tetap dan menjalurkannya merentasi storan keadaan pepejal, akan menghasilkan prestasi dua kali ganda berbanding SSD tunggal. Walau bagaimanapun, tatasusunan RAID 0 dengan empat SSD sudah menjadi empat kali lebih pantas daripada SSD paling perlahan dalam tatasusunan (bergantung pada had lebar jalur pada tahap pengawal SSD RAID).
Berdasarkan aritmetik mudah, SSD SATA adalah kira-kira 3 kali lebih pantas daripada HDD SATA tradisional. Penyelesaian NVMe lebih cekap - 10 kali atau lebih. Dengan syarat bahawa dua cakera keras dalam RAID tahap sifar menunjukkan prestasi dua kali ganda, meningkatkannya sebanyak 50%, dua SSD SATA akan menjadi 6 kali lebih pantas dan dua SSD NVMe akan menjadi 20 kali lebih pantas. Khususnya, pemacu Kingston KC2000 NVMe PCIe tunggal boleh mencapai kelajuan baca dan tulis berurutan sehingga 3200 MB/s, yang dalam format RAID 0 akan mencapai 6 GB/s yang mengagumkan. Dan kelajuan baca/tulis blok rawak bersaiz 4 KB akan bertukar daripada 350 IOPS kepada 000 IOPS. Tetapi... pada masa yang sama, RAID "sifar" tidak memberikan kita lebihan.
Boleh dikatakan bahawa dalam persekitaran rumah, redundansi storan biasanya tidak diperlukan, jadi konfigurasi RAID yang paling sesuai untuk SSD benar-benar menjadi RAID 0. Ini adalah cara yang boleh dipercayai untuk mendapatkan peningkatan prestasi yang ketara sebagai alternatif kepada menggunakan teknologi seperti berasaskan Intel Optane. SSD. Tetapi kita akan bercakap tentang cara penyelesaian SSD berkelakuan dalam jenis RAID yang paling popular (β1β, β5β, β10β, β50β) dalam artikel kami yang seterusnya.
Artikel ini disediakan dengan sokongan rakan sekerja kami di Broadcom, yang menyediakan pengawal mereka kepada jurutera Kingston untuk diuji dengan pemacu SATA/SAS/NVMe kelas perusahaan. Terima kasih kepada simbiosis mesra ini, pelanggan tidak perlu meragui kebolehpercayaan dan kestabilan pemacu Kingston dengan pengawal HBA dan RAID daripada pengeluaran. .
Untuk maklumat lanjut tentang produk Kingston, sila lawati syarikat.
Sumber: www.habr.com