{"id":54586,"date":"2019-12-29T00:00:00","date_gmt":"2019-12-28T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny"},"modified":"2020-02-18T14:02:37","modified_gmt":"2020-02-18T11:02:37","slug":"nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/pt\/blog\/administrirovanie\/nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny","title":{"rendered":"\u00c9 necess\u00e1rio criar um array RAID com SSDs e quais controladores s\u00e3o necess\u00e1rios para isso?","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Ol\u00e1 Habr! Neste artigo, vamos discutir se vale a pena organizar arrays RAID com base em solu\u00e7\u00f5es s\u00f3lidas SATA SSD e NVMe SSD, e se isso realmente traz um grande benef\u00edcio. Decidimos investigar essa quest\u00e3o, examinando os tipos e as categorias de controladores que permitem isso, bem como as \u00e1reas de aplica\u00e7\u00e3o dessas configura\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

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\nDe uma forma ou de outra, todos n\u00f3s j\u00e1 ouvimos, pelo menos uma vez na vida, defini\u00e7\u00f5es como \"RAID\", \"array RAID\", \"controlador RAID\", mas provavelmente n\u00e3o atribu\u00edmos a isso uma grande import\u00e2ncia, uma vez que isso raramente interessa ao usu\u00e1rio comum. Mas velocidades elevadas de dispositivos internos e confiabilidade em seu funcionamento s\u00e3o desejos de todos. Afinal, por mais potente que seja o hardware do computador, a velocidade do dispositivo se torna um gargalo quando se fala no desempenho geral do PC e do servidor. <\/p>\n

Isso era verdade at\u00e9 o momento em que os modernos NVMe SSDs com capacidades compar\u00e1veis a 1 TB ou mais come\u00e7aram a substituir os tradicionais HDDs. E se antes em PCs era comum encontrar combina\u00e7\u00f5es de SATA SSD + alguns HDDs grandes, hoje isso est\u00e1 sendo substitu\u00eddo por outra solu\u00e7\u00e3o \u2014 NVMe SSD + alguns SATA SSDs grandes. No caso de servidores corporativos e \"nuvens\", muitos j\u00e1 migraram com sucesso para SATA SSDs, simplesmente porque eles s\u00e3o mais r\u00e1pidos que os tradicionais \"discos r\u00edgidos\" e conseguem lidar com um maior n\u00famero de opera\u00e7\u00f5es de entrada\/sa\u00edda simultaneamente.<\/p>\n

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\nNo entanto, a resili\u00eancia do sistema ainda est\u00e1 em um n\u00edvel bastante baixo: n\u00e3o podemos, como em \"A Batalha dos Paranormais\", prever com precis\u00e3o, nem mesmo uma semana antes, quando um ou outro dispositivo s\u00f3lido ir\u00e1 falhar. E enquanto os HDDs \"morrem\" gradualmente, permitindo que percebamos os sinais e tomemos medidas, os SSDs \"morrendo\" de uma s\u00f3 vez e sem avisos. Agora \u00e9 a hora de entender, para que tudo isso \u00e9 realmente necess\u00e1rio? Vale a pena organizar arrays RAID com base em solu\u00e7\u00f5es s\u00f3lidas SATA SSD e NVMe SSD, e isso trar\u00e1 um grande benef\u00edcio? <\/p>\n

Para que serve um array RAID?<\/h2>\n

\nA pr\u00f3pria palavra \"array\" j\u00e1 implica que, para sua cria\u00e7\u00e3o, s\u00e3o usados v\u00e1rios dispositivos de armazenamento (HDD e SSD), que s\u00e3o combinados por meio de um controlador RAID e reconhecidos pelo sistema operacional como um \u00fanico armazenamento de dados. A principal tarefa que os arrays RAID permitem resolver \u00e9 a minimiza\u00e7\u00e3o do tempo de acesso aos dados, o aumento da velocidade de leitura\/grava\u00e7\u00e3o e a confiabilidade, que \u00e9 alcan\u00e7ada gra\u00e7as \u00e0 possibilidade de recupera\u00e7\u00e3o r\u00e1pida em caso de falha. Vale mencionar que, para backups dom\u00e9sticos, n\u00e3o \u00e9 absolutamente necess\u00e1rio usar RAID. Mas se voc\u00ea tem seu pr\u00f3prio servidor dom\u00e9stico, que precisa de acesso constante 24\/7, a situa\u00e7\u00e3o \u00e9 diferente.<\/p>\n

Existem mais de uma dezena de n\u00edveis de arrays RAID, cada um deles com uma quantidade diferente de dispositivos utilizados e suas vantagens e desvantagens: por exemplo, RAID 0 permite obter alta performance sem redund\u00e2ncia, RAID 1 garante espelhamento autom\u00e1tico dos dados sem aumento de velocidade, enquanto RAID 10 combina as funcionalidades acima mencionadas. RAID 0 e RAID 1 s\u00e3o os mais simples (pois n\u00e3o exigem c\u00e1lculos program\u00e1ticos) e, consequentemente, os mais populares. No final das contas, a escolha de um ou outro n\u00edvel de RAID depende das tarefas atribu\u00eddas ao array de discos e das capacidades do controlador RAID.<\/p>\n

RAID dom\u00e9stico e corporativo: qual \u00e9 a diferen\u00e7a?<\/h2>\n

\nA base de qualquer neg\u00f3cio moderno s\u00e3o grandes volumes de dados que devem ser armazenados de forma confi\u00e1vel nos servidores das empresas. Al\u00e9m disso, como j\u00e1 mencionamos acima, deve-se garantir acesso constante 24\/7 a eles. \u00c9 claro que, assim como o \"hardware\", a parte de software tamb\u00e9m \u00e9 importante, mas neste caso estamos falando de equipamentos que garantem o armazenamento e o processamento confi\u00e1veis das informa\u00e7\u00f5es. Nenhum software salvar\u00e1 uma empresa da fal\u00eancia se o equipamento \"hardware\" n\u00e3o corresponder \u00e0s tarefas que lhe s\u00e3o atribu\u00eddas.<\/p>\n

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\nPara essas tarefas, qualquer fabricante de \"hardware\" oferece os chamados dispositivos corporativos. No caso da Kingston, s\u00e3o solu\u00e7\u00f5es de armazenamento s\u00f3lido potentes na forma de modelos SATA Kingston 450R (DC450R)<\/a><\/noindex> e s\u00e9rie DC500<\/a><\/noindex>, e modelos NVMe DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe e DCP-1000 PCI-e, projetados para uso em data centers e supercomputadores. Arranjos com esses dispositivos costumam ser usados em combina\u00e7\u00e3o com controladores de hardware.<\/p>\n

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\nPara o mercado consumidor (ou seja, para PCs dom\u00e9sticos e servidores NAS), est\u00e3o dispon\u00edveis dispositivos como Kingston KC2000<\/a><\/noindex> NVMe PCIe, mas neste caso n\u00e3o \u00e9 necess\u00e1rio comprar um controlador de hardware. Voc\u00ea pode se limitar ao integrado na placa-m\u00e3e do PC ou do servidor NAS, a menos que planeje montar um servidor dom\u00e9stico para tarefas n\u00e3o convencionais (como criar um pequeno hosting para amigos, por exemplo). Al\u00e9m disso, arranjos RAID dom\u00e9sticos geralmente n\u00e3o pressup\u00f5em a presen\u00e7a de centenas ou milhares de dispositivos, limitando-se a dois, quatro ou oito dispositivos (frequentemente SATA).<\/p>\n

Tipos e categorias de controladores RAID<\/h2>\n

\nExistem tr\u00eas tipos de controladores RAID, baseados nos princ\u00edpios de implementa\u00e7\u00e3o de arranjos RAID: <\/p>\n

1. Program\u00e1ticos, onde o gerenciamento do arranjo recai sobre a CPU e DRAM (ou seja, a execu\u00e7\u00e3o do c\u00f3digo \u00e9 feita no processador).<\/p>\n

2. Integrados, ou seja, embutidos nas placas-m\u00e3e de PCs ou servidores NAS.<\/p>\n

3. De hardware (modulares), que consistem em placas discretas de expans\u00e3o para conectores PCI\/PCIe de placas-m\u00e3e. <\/p>\n

Qual \u00e9 a principal diferen\u00e7a entre eles? Controladores RAID program\u00e1ticos ficam atr\u00e1s dos controladores integrados e de hardware em termos de desempenho e toler\u00e2ncia a falhas, mas n\u00e3o exigem hardware especial para funcionar. Por\u00e9m, \u00e9 importante garantir que o processador do sistema host seja suficientemente potente para executar o software RAID, sem impactar negativamente o desempenho das aplica\u00e7\u00f5es que tamb\u00e9m operam no host. Controladores integrados geralmente v\u00eam equipados com sua pr\u00f3pria mem\u00f3ria cache e utilizam uma certa quantidade de recursos da CPU. <\/p>\n

Os controladores de hardware possuem tanto cache pr\u00f3prio quanto um processador embutido para executar algoritmos de software. Normalmente, eles permitem a implementa\u00e7\u00e3o de todos os tipos de n\u00edveis de RAID e suportam v\u00e1rios tipos de dispositivos de armazenamento ao mesmo tempo. Por exemplo, os modernos controladores de hardware da Broadcom podem conectar simultaneamente dispositivos SATA, SAS e NVMe, permitindo que voc\u00ea n\u00e3o precise trocar o controlador ao fazer um upgrade nos servidores: em particular, ao migrar de SSD SATA para SSD NVMe, n\u00e3o ser\u00e1 necess\u00e1rio trocar os controladores.<\/p>\n

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\nE assim, chegamos \u00e0 tipologiza\u00e7\u00e3o dos pr\u00f3prios controladores. Se existe o modelo de tr\u00eas modos, devem haver outros tamb\u00e9m? Neste caso, a resposta \u00e9 afirmativa. Dependendo das fun\u00e7\u00f5es e capacidades, os controladores RAID podem ser divididos em v\u00e1rios tipos:<\/p>\n

1. Controladores comuns com fun\u00e7\u00e3o RAID<\/b>
\nDentro de toda a hierarquia, este \u00e9 o controlador mais simples, que permite combinar HDDs e SSDs em arrays RAID dos n\u00edveis '0', '1' ou '0+1'. Isso \u00e9 implementado programaticamente no n\u00edvel do firmware. No entanto, tais dispositivos dificilmente podem ser recomendados para uso no segmento corporativo, pois carecem de cache e n\u00e3o suportam arrays dos n\u00edveis '5', '3', etc. Mas para um servidor dom\u00e9stico de n\u00edvel b\u00e1sico, eles s\u00e3o bastante adequados.<\/p>\n

2. Controladores que trabalham em conjunto com outros controladores RAID<\/b>
\nEsse tipo de controlador pode operar em conjunto com controladores integrados das placas-m\u00e3e. Isso \u00e9 realizado da seguinte maneira: o controlador RAID discreto assume a resolu\u00e7\u00e3o das tarefas 'l\u00f3gicas', enquanto o integrado cuida das fun\u00e7\u00f5es de troca de dados entre os dispositivos de armazenamento. Mas h\u00e1 uma ressalva: o funcionamento paralelo desses controladores s\u00f3 \u00e9 poss\u00edvel em placas-m\u00e3e compat\u00edveis, o que significa que sua \u00e1rea de aplica\u00e7\u00e3o \u00e9 bastante restrita.<\/p>\n

3. Controladores RAID independentes<\/b>
\nEssas solu\u00e7\u00f5es discretas cont\u00eam todos os chipsets necess\u00e1rios para trabalhar com servidores de classe corporativa, possuindo seu pr\u00f3prio BIOS, cache e processador para a r\u00e1pida corre\u00e7\u00e3o de erros e c\u00e1lculo de somas de verifica\u00e7\u00e3o. Al\u00e9m disso, atendem a altos padr\u00f5es de confiabilidade em fabrica\u00e7\u00e3o e possuem m\u00f3dulos de mem\u00f3ria de alta qualidade.<\/p>\n

4. Controladores RAID externos<\/b>
\nN\u00e3o \u00e9 dif\u00edcil adivinhar que todos os controladores mencionados acima s\u00e3o internos e recebem alimenta\u00e7\u00e3o atrav\u00e9s do conector PCIe da placa-m\u00e3e. O que isso significa? Que a falha da placa-m\u00e3e pode levar a erros no funcionamento da matriz RAID e \u00e0 perda de dados. Por outro lado, os controladores externos est\u00e3o isentos desse problema, pois s\u00e3o colocados em um gabinete separado com uma fonte de alimenta\u00e7\u00e3o independente. Em termos de confiabilidade, esses controladores oferecem o mais alto n\u00edvel de armazenamento de dados.<\/p>\n

Broadcom<\/a><\/noindex>, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell e Cisco s\u00e3o apenas algumas das empresas que atualmente oferecem controladores RAID de hardware.<\/p>\n

Modos de opera\u00e7\u00e3o dos controladores RAID SAS\/SATA\/NVMe<\/h2>\n

\nA principal tarefa dos controladores HBA e RAID de tr\u00eas modos (ou controladores com fun\u00e7\u00e3o Tri-Mode) \u00e9 criar um RAID de hardware com base em NVMe. A Broadcom possui controladores da s\u00e9rie 9400 que realizam isso: por exemplo, MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex>. Ele pertence ao tipo independente de controladores RAID, \u00e9 equipado com quatro conectores SFF-8643 e, gra\u00e7as ao suporte Tri-Mode, permite conectar simultaneamente dispositivos SATA\/SAS e NVMe. Al\u00e9m disso, \u00e9 um dos controladores mais eficientes em termos de energia no mercado (consome apenas 17 Watts, com menos de 1,1 Watts para cada uma das 16 portas).<\/p>\n

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\nA interface de conex\u00e3o \u00e9 PCI Express x8 vers\u00e3o 3.1, o que permite uma largura de banda de at\u00e9 64 Gbit\/s (espera-se que em 2020 haja controladores para PCI Express 4.0). A base do controlador de 16 portas \u00e9 um chip de 2 n\u00facleos SAS3516<\/a><\/noindex> e 72 bits de DDR4-2133 SDRAM (4 GB), al\u00e9m de suportar a conex\u00e3o de at\u00e9 240 dispositivos SATA\/SAS ou at\u00e9 24 dispositivos NVMe. Em termos de organiza\u00e7\u00e3o das matrizes RAID, suportam os n\u00edveis \u201c0\u201d, \u201c1\u201d, \u201c5\u201d e \u201c6\u201d, al\u00e9m de \u201c10\u201d, \u201c50\u201d e \u201c60\u201d. Vale mencionar que a mem\u00f3ria cache MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex> e de outros controladores da s\u00e9rie 9400 \u00e9 protegida contra falhas de energia por um m\u00f3dulo adicional CacheVault CVPM05.<\/p>\n

A tecnologia de tr\u00eas modos baseia-se na fun\u00e7\u00e3o de convers\u00e3o de dados SerDes: a convers\u00e3o de dados em formato serial nas interfaces SAS\/SATA para uma forma paralela no PCIe NVMe e vice-versa. Ou seja, o controlador sincroniza velocidades e protocolos para operar sem problemas com qualquer um dos tr\u00eas tipos de dispositivos de armazenamento. Isso proporciona uma forma cont\u00ednua de escalar a infraestrutura dos data centers: os usu\u00e1rios podem utilizar NVMe sem mudan\u00e7as significativas em outras configura\u00e7\u00f5es do sistema. <\/p>\n

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\nNo entanto, ao planejar configura\u00e7\u00f5es com unidades NVMe, \u00e9 importante considerar que as solu\u00e7\u00f5es NVMe utilizam 4 linhas PCIe para conex\u00e3o, o que significa que cada unidade ocupa todas as linhas das portas SFF-8643. Assim, apenas quatro unidades NVMe podem ser conectadas diretamente ao controlador MegaRAID 9460-16i. Alternativamente, pode-se limitar a duas solu\u00e7\u00f5es NVMe ao mesmo tempo que se conectam oito unidades SAS ( veja o diagrama de conex\u00e3o abaixo).<\/p>\n

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\nA figura mostra o uso do conector \"0\" (C0 \/ Conector 0) e do conector \"1\" para conex\u00f5es NVMe, bem como dos conectores \"2\" e \"3\" para conex\u00f5es SAS. Esta disposi\u00e7\u00e3o pode ser invertida, mas cada unidade x4 NVMe deve ser conectada utilizando linhas adjacentes. Os modos de opera\u00e7\u00e3o do controlador s\u00e3o definidos atrav\u00e9s das ferramentas de configura\u00e7\u00e3o StorCLI ou Human Interface Infrastructure (HII), que opera em um ambiente UEFI. <\/p>\n

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\nO modo padr\u00e3o \u00e9 o perfil \"PD64\" (suporte apenas para SAS \/ SATA). Como mencionado anteriormente, h\u00e1 tr\u00eas perfis no total: o modo \"apenas SAS\/SATA\" (PD240 \/ PD64 \/ PD 16), o modo \"apenas NVMe\" (PCIe4) e o modo misto, no qual todos os tipos de unidades podem operar: \"PD64-PCIe4\" (suporte para 64 discos f\u00edsicos e virtuais com 4 unidades NVMe). No modo misto, o perfil definido deve ser \"ProfileID=13\". Vale destacar que o perfil selecionado \u00e9 mantido como principal e n\u00e3o \u00e9 redefinido mesmo ao retornar \u00e0s configura\u00e7\u00f5es de f\u00e1brica com o comando Set Factory Defaults. A altera\u00e7\u00e3o s\u00f3 poder\u00e1 ser feita manualmente.<\/p>\n

Vale a pena criar um array RAID em SSD?<\/h2>\n

\nAssim, j\u00e1 entendemos que os arrays RAID s\u00e3o fundamentais para um alto desempenho. Mas ser\u00e1 que vale a pena montar um RAID com unidades de estado s\u00f3lido para uso dom\u00e9stico e corporativo? Muitos c\u00e9ticos afirmam que o aumento de velocidade n\u00e3o \u00e9 t\u00e3o significativo a ponto de justificar o investimento em unidades NVMe. Mas ser\u00e1 que isso \u00e9 verdade? Dif\u00edcilmente. O maior limitante para o uso de SSD em RAID (tanto em ambientes dom\u00e9sticos quanto corporativos) pode ser apenas o pre\u00e7o. De qualquer forma, o custo por gigabyte de espa\u00e7o em HDD \u00e9 significativamente mais baixo. <\/p>\n

Conectar v\u00e1rias unidades de estado s\u00f3lido ao controlador RAID para formar um array de SSD em determinadas configura\u00e7\u00f5es pode ter um enorme impacto no desempenho. No entanto, n\u00e3o devemos esquecer que o desempenho m\u00e1ximo \u00e9 limitado pela largura de banda do pr\u00f3prio controlador RAID. O n\u00edvel RAID que oferece a melhor velocidade de opera\u00e7\u00e3o \u00e9 o RAID 0.<\/p>\n

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\nA configura\u00e7\u00e3o de um RAID 0 simples com dois SSDs, utilizando o m\u00e9todo de divis\u00e3o de dados em blocos fixos e alternando-os entre os armazenamentos de estado s\u00f3lido, resultar\u00e1 em um aumento de desempenho (comparado \u00e0s velocidades que um \u00fanico SSD oferece). Assim, um array RAID 0 com quatro unidades de estado s\u00f3lido ser\u00e1 quatro vezes mais r\u00e1pido do que o SSD mais lento no array (dependendo da limita\u00e7\u00e3o de largura de banda no n\u00edvel do controlador RAID SSD). <\/p>\n

Se considerarmos a aritm\u00e9tica simples, um SSD SATA \u00e9 aproximadamente 3 vezes mais r\u00e1pido que um HDD SATA tradicional. As solu\u00e7\u00f5es NVMe s\u00e3o ainda mais eficientes \u2013 10 vezes ou mais. Desde que dois discos r\u00edgidos em RAID de n\u00edvel zero demonstrem desempenho duplicado, aumentando-o em 50%, dois SSDs SATA estar\u00e3o 6 vezes mais r\u00e1pidos, enquanto dois SSDs NVMe estar\u00e3o 20 vezes mais r\u00e1pidos. Em particular, uma unidade Kingston KC2000 NVMe PCIe pode atingir velocidades de leitura e grava\u00e7\u00e3o sequencial de at\u00e9 3200 MB\/s, que em formato RAID 0 alcan\u00e7ar\u00e1 impressionantes 6 GB\/s. E a velocidade de leitura\/grava\u00e7\u00e3o de blocos aleat\u00f3rios de 4 KB passar\u00e1 de 350.000 IOPS para 700.000 IOPS. Mas... ao mesmo tempo, o RAID<\/p>\n

Pode-se dizer que, em ambiente dom\u00e9stico, a redund\u00e2ncia de armazenamento geralmente n\u00e3o \u00e9 necess\u00e1ria, portanto, a configura\u00e7\u00e3o RAID mais adequada para SSD \u00e9 realmente o RAID 0. Essa \u00e9 uma maneira confi\u00e1vel de obter um aumento significativo de desempenho como alternativa ao uso de tecnologias como os drives SSD baseados em Intel Optane. Mas como se comportar\u00e3o as solu\u00e7\u00f5es SSD nos tipos mais populares de RAID (\"1\", \"5\", \"10\", \"50\") \u2014 falaremos sobre isso no nosso pr\u00f3ximo material.<\/p>\n

Este artigo foi preparado com o apoio de nossos colegas da Broadcom, que fornecem seus controladores para os engenheiros da Kingston testarem com unidades SATA\/SAS\/NVMe de classe corporativa. Gra\u00e7as a essa simbiose amig\u00e1vel, os clientes n\u00e3o precisam duvidar da confiabilidade e estabilidade do funcionamento das unidades Kingston com controladores HBA e RAID. Broadcom<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Mais informa\u00e7\u00f5es sobre os produtos da Kingston podem ser encontradas no site oficial<\/a><\/noindex> a empresa.
\n
Fonte: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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