В otázku „Použijeme RAID na SSD“ sme už zvažovali na príklade diskov Kingston, ale urobili sme to len v rámci nulovej úrovne. V aktuálnom článku si rozoberieme možnosti využitia profesionálnych a domácich riešení NVMe v najpopulárnejších typoch RAID polí a povieme si o kompatibilite radičov. s pohonmi Kingston.
Prečo potrebujete RAID na SSD?
Medzi výhody úložných polí na báze SSD v porovnaní s úložnými poľami HDD patrí rýchlejší prístup k údajom na disku a vynikajúci výkon pri čítaní a zápise. Ideálny výkon RAID založený na SSD však vyžaduje optimálnu kombináciu procesora, vyrovnávacej pamäte, softvéru a hardvéru. Keď všetky tieto faktory dokonale spolupracujú, SSD RAID môže výrazne prekonať porovnateľnú konfiguráciu s použitím tradičných pevných diskov.
Typický SSD spotrebuje menej energie ako HDD, takže keď skombinujete veľké množstvo SSD do poľa RAID, úspora energie v porovnaní s HDD RAID sa môže premietnuť aj do nižších nákladov na firemné účty za energiu.
SSD RAID má však obmedzenia a nevýhody, najmä vyššiu cenu za gigabajt priestoru v porovnaní s pevnými diskami porovnateľnej kapacity. A čas medzi zlyhaniami pamäte flash je obmedzený na určitý počet cyklov prepisovania. To znamená, že disky SSD majú určitú životnosť, ktorá závisí od prevádzky: čím viac informácií sa na nich prepíše, tým rýchlejšie disk zlyhá. Na druhej strane, podnikové SSD majú slušnú životnosť porovnateľnú s mechanickými pevnými diskami.
Ako fungujú disky Kingston SSD v režime RAID s radičmi Broadcom
V začiatkoch SSD diskov mal dizajn RAID veľa nuancií. Vrátane použitia HDD menej odolných voči poruchám. Jednotky SSD sú oveľa spoľahlivejšie ako ich náprotivky založené na magnetických diskoch. Ako vieme, v riešeniach SSD nie sú žiadne pohyblivé časti, takže mechanické poškodenie je znížené na nulu. Zlyhanie jednotiek SSD v dôsledku prepätia je tiež nepravdepodobné, keďže na úrovni domáceho počítača a akéhokoľvek servera vás chráni UPS, prepäťové ochrany a dokonca aj napájací zdroj.
Jednotky SSD majú zároveň ďalšie významné plus: aj keď sú pamäťové bunky opotrebované na zápis, údaje sa z nich dajú stále čítať, ale ak sa poškodí magnetický disk, bohužiaľ.
Dnes je celkom bežnou praxou používať riešenia SSD v poliach RAID rôznych úrovní. Hlavná vec je vybrať správne SSD disky, ktorých latencia je minimálna. A v ideálnom prípade používajte SSD od rovnakého výrobcu a rovnakého modelu, aby ste neskončili s hromadou diskov, ktoré podporujú rôzne typy záťaže a sú postavené na rôznych typoch pamätí, radičov a iných technológií. To znamená, že ak sa rozhodneme zakúpiť štyri alebo 16 NVMe SSD od spoločnosti Kingston na vytvorenie poľa RAID, bolo by lepšie, keby všetky pochádzali z rovnakej série a modelového radu.
Mimochodom, v Keď sme hovorili o NVMe SSD od Kingston, citovali sme radiče Broadcom z nejakého dôvodu. Faktom je, že manuály k týmto zariadeniam okamžite predpisujú kompatibilné disky (vrátane riešení od spomínaného amerického výrobcu SSD), s ktorými bude ovládač fungovať bezchybne. Na tieto informácie by ste sa mali spoľahnúť pri výbere zväzku radič-SSD pre RAID.
Analyzujeme prácu SSD Kingston v najpopulárnejších typoch RAID - „1“, „5“, „10“, „50“
Takže „nulová“ úroveň RAID neposkytuje redundanciu dát, ale iba zvyšuje výkon. RAID 0 neposkytuje vôbec žiadnu ochranu dát, takže v rámci firemného segmentu o ňom nebudeme uvažovať. Na druhej strane RAID 1 poskytuje plnú redundanciu, ale iba mierne zvýšenie výkonu, a preto by sa malo zvážiť, ak zvýšenie výkonu nie je primárnym faktorom pri vytváraní poľa SSD RAID.
RAID 1 založený na Kingston SSD a radičoch Broadcom
Takže pole RAID prvej úrovne založené na radiči Broadcom MegaRAID 9460-16i kombinuje od dvoch do 32 jednotiek Kingston, ktoré sú vzájomnými kópiami, a poskytuje úplnú redundanciu. Ak pri použití tradičných HDD ostala rýchlosť zápisu a čítania dát na úrovni práve tohto HDD, tak pri použití NVMe SSD riešení dostaneme desaťnásobný nárast výkonu. Najmä z hľadiska času prístupu k dátam. Napríklad s dvoma SSD Kingston DC1000M U.2 NVMe v serverovom RAID 1 získame 350 000 IOPS náhodného čítania a 75 000 IOPS zápisu.
Čo sa týka rýchlosti sekvenčného čítania, výsledky budú zodpovedať charakteristike disku – 3200 MB/s. Ale keďže sú oba NVMe SSD v prevádzkovom stave, dáta sa z nich dajú čítať súčasne, vďaka čomu sú operácie čítania pomerne rýchle. Ale rýchlosť zápisu (udávaná 2000 MB/s) bude nižšia, pretože každá operácia zápisu sa vykoná dvakrát.
RAID 1 je ideálny pre malé databázy alebo akékoľvek iné prostredie, ktoré vyžaduje odolnosť voči chybám, ale nízku kapacitu. Zrkadlenie disku je užitočné najmä v scenároch obnovy po havárii (výkon je mierne znížený), pretože poskytuje okamžitú „resuscitáciu“ dôležitých údajov, ak jeden z diskov v poli zlyhá. Ale pretože táto úroveň ochrany vyžaduje zdvojnásobenie úložnej kapacity zrkadlených údajov (100 TB by vyžadovalo 200 TB úložného priestoru), mnohé podnikové systémy využívajú ekonomickejšie možnosti ukladania: RAID 5 a RAID 6.
RAID 5 založený na Kingston SSD a radičoch Broadcom
Na usporiadanie RAID poľa piatej úrovne potrebujeme aspoň tri disky, na ktorých sú dáta prekladané (cyklicky zapisované na všetky disky v poli), ale nie duplikované. Pri ich organizovaní by sa malo brať do úvahy ich zložitejšia štruktúra, pretože sa tu objavuje pojem „kontrolný súčet“ (alebo „parita“). Tento koncept znamená logickú algebraickú funkciu XOR (alias exkluzívne "OR"), ktorá diktuje použitie minimálne troch jednotiek v poli (maximálne - 32). V tomto prípade sa paritná informácia zapíše na všetky "disky" v poli.
Pre pole štyroch SSD SSD Kingston DC500R s kapacitou 3,84 TB každý dostaneme 11,52 TB priestoru a 3,84 pre kontrolné súčty. A ak skombinujete 16 diskov Kingston DC1000M U.2 NVMe s kapacitou 7,68 TB do RAID úrovne 115,2, naučíme sa 7,68 TB so stratou 5 TB. Ako vidíte, čím viac pohonov, tým lepšie v konečnom dôsledku. Je to tiež lepšie, pretože čím viac diskov v RAID 0, tým vyšší je celkový výkon zápisu. A lineárne čítanie dosiahne úroveň RAID XNUMX.
Skupina diskov RAID 5 poskytuje vysokú priepustnosť (najmä pre veľké súbory) a redundanciu s minimálnou stratou energie. Tento typ organizácie poľa je najvhodnejší pre siete, ktoré súčasne vykonávajú mnoho malých vstupno/výstupných (I/O) operácií. Nemali by ste ho však používať na úlohy, ktoré vyžadujú veľký počet operácií zápisu pre malé alebo malé bloky.
Je tu ešte jedna nuansa: ak zlyhá aspoň jeden z NVMe diskov, RAID 5 prejde do degradačného režimu a zlyhanie iného úložného zariadenia sa môže stať kritickým pre všetky dáta. Ak jeden disk v poli zlyhá, radič RAID použije informácie o parite na opätovné vytvorenie chýbajúcich údajov.
RAID 10 založený na Kingston SSD a radičoch Broadcom
Takže RAID 0 nám poskytuje dvojnásobné zvýšenie rýchlosti a času prístupu a RAID 1 poskytuje spoľahlivosť. V ideálnom prípade by boli kombinované a tu prichádza na pomoc RAID 10 (alebo 1 + 0). „Desať“ sa skladá zo štyroch jednotiek SATA SSD alebo NVMe (maximálne - 32) a zahŕňa pole „zrkadiel“, pričom počet jednotiek musí byť vždy násobkom štyroch. Údaje v tomto poli sa zapisujú pomocou pevného rozdelenia blokov (ako v prípade RAID 0) a rozloženia medzi jednotkami, čím sa kópie rozložia na „jednotky“ v poli RAID 1. A s možnosťou prístupu k viacerým skupinám diskov na RAID 10 zároveň vykazuje vysoký výkon.
Keďže RAID 10 je schopný prekladať dáta cez viacero zrkadlených párov, znamená to, že dokáže tolerovať zlyhanie jedného disku v páre. Ak však zlyhajú oba zrkadlové páry (t. j. všetky štyri disky), dôjde k nevyhnutnej strate údajov. Výsledkom je tiež dobrá odolnosť voči chybám a spoľahlivosť. Majte však na pamäti, že rovnako ako RAID 1, pole desiatej úrovne využíva iba polovicu celkovej kapacity, a preto je drahým riešením. A tiež náročné na nastavenie.
RAID 10 je vhodný na použitie s dátovými skladmi, ktoré vyžadujú 100% redundanciu zrkadlených skupín diskov, ako aj zvýšený I/O výkon RAID 0. Je to najlepšie riešenie pre stredne veľké databázy alebo akékoľvek prostredie, ktoré vyžaduje vyššiu odolnosť voči chybám ako RAID 5.
RAID 50 založený na Kingston SSD a radičoch Broadcom
Kombinované pole podobné RAID úrovne 5, čo je pole úrovne 50 vytvorené z polí úrovne 5. Tak ako doteraz, hlavným cieľom tohto poľa je dosiahnuť dvojnásobný výkon pri zachovaní spoľahlivosti dát v poliach RAID XNUMX. RAID XNUMX zároveň poskytuje lepší výkon zápisu a lepšiu ochranu dát ako štandardný RAID XNUMX v prípade zlyhania disku a je tiež schopný rýchlejšej obnovy v prípade zlyhania jedného z diskov.
Skupina diskov RAID 50 rozdelí údaje na menšie bloky a potom ich rozdelí na každé pole RAID 5. Skupina diskov RAID 5 zase rozdelí údaje na menšie bloky, vypočíta paritu, vykoná na blokoch operáciu logického ALEBO a potom vykonáva operácie zápisu dátových blokov a paritných operácií pre každý disk v skupine diskov.
A aj keď sa výkon nevyhnutne zníži, ak jeden z diskov zlyhá, nie je to také významné ako v poli RAID 5, pretože jedna porucha postihuje iba jedno z polí, pričom druhé zostáva plne funkčné. V skutočnosti môže RAID 50 prežiť až osem porúch HDD/SSD/NVMe, ak je každý zlyhaný „disk“ v samostatnom poli RAID 5.
RAID 50 sa najlepšie používa pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú spoľahlivosť a musia spracovať vysoký počet požiadaviek pri zachovaní vysokých rýchlostí prenosu dát a nižších nákladov na disky ako RAID 10. Keďže však na nastavenie poľa RAID 50 je potrebných minimálne šesť diskov náklady nie sú ako faktor úplne vylúčené. Jednou nevýhodou RAID 50 je, že podobne ako RAID 5 potrebuje komplexný radič: ako napr v poslednom článku od spoločnosti Broadcom.
Za zmienku tiež stojí, že RAID 50 využíva menej miesta na disku ako RAID 5 kvôli prideleniu kapacity na uchovávanie paritných záznamov. Stále má však viac využiteľného priestoru ako iné úrovne RAID, najmä tie, ktoré používajú zrkadlenie. S minimálnou požiadavkou na šesť diskov môže byť RAID 50 nákladnou možnosťou, ale dodatočný priestor na disku odôvodňuje náklady tým, že chráni podnikové dáta. Tento typ poľa sa odporúča pre údaje, ktoré vyžadujú vysokú spoľahlivosť úložiska, vysoké rýchlosti požiadaviek, vysoké prenosové rýchlosti a vysokú kapacitu úložiska.
RAID 6 a RAID 60: nezabudli sme ani na ne
Keďže sme hovorili o poliach piatej a päťdesiatej úrovne, bolo by hriechom nespomenúť také typy organizácie polí ako RAID 6 a RAID 60.
Výkon RAID 6 je podobný ako RAID 5, ale tu majú aspoň dva disky paritu, čo umožňuje poliu prežiť zlyhanie dvoch diskov bez straty dát (v RAID 5 je táto situácia veľmi nežiaduca). Výsledkom je vyššia spoľahlivosť. Inak je všetko rovnaké ako v poli piatej úrovne: v prípade zlyhania jedného alebo dvoch diskov radič RAID použije paritné bloky na opätovné vytvorenie všetkých chýbajúcich informácií. Ak zlyhajú dva disky, obnovenie nenastane súčasne: najprv sa oživí prvý disk, potom druhý. Vykonajú sa teda dve operácie obnovy dát.
Je ľahké uhádnuť, že ak RAID 50 je pole úrovne 60 polí úrovne 6, potom RAID 50 je pole úrovne 8 polí úrovne 16, o ktorom sme práve hovorili. To znamená, že táto organizácia úložiska RAID vám umožňuje prežiť stratu dvoch SSD v každej skupine diskov RAID XNUMX. Princíp fungovania je podobný tomu, o ktorom sme hovorili v časti RAID XNUMX, ale počet porúch, ktoré a Pole úrovne XNUMX vydrží rast z XNUMX na XNUMX diskov. Zvyčajne sa takéto polia používajú pre online zákaznícky servis, ktorý si vyžaduje vysokú odolnosť voči chybám.
Zhrnutie:
Hoci zrkadlenie poskytuje väčšiu odolnosť voči chybám ako RAID 50/60, vyžaduje si tiež oveľa viac miesta. Keďže sa množstvo dát zdvojnásobí, v skutočnosti získate iba 50 % z celkovej kapacity jednotiek nainštalovaných na serveri na zaznamenávanie a ukladanie informácií. Výber medzi RAID 50/60 a RAID 10 bude s najväčšou pravdepodobnosťou závisieť od dostupných rozpočtov, kapacity servera a vašich potrieb v oblasti ochrany údajov. Navyše, náklady vystupujú do popredia, keď hovoríme o riešeniach SSD (podniková aj spotrebiteľská trieda).
Rovnako dôležité je, že teraz s istotou vieme, že RAID na báze SSD je úplne bezpečným riešením a bežnou praxou pre dnešné podnikanie. V rámci domáceho používania je aj dôvod prejsť na NVMe, ak to rozpočty dovoľujú. A ak máte stále otázku, prečo je to všetko potrebné, vráťte sa na začiatok článku - už sme na to podrobne odpovedali.
Tento článok bol pripravený s podporou našich kolegov z Broadcomu, ktorí poskytujú svoje radiče inžinierom Kingston na testovanie s diskami SATA/SAS/NVMe podnikovej triedy. Vďaka tejto priateľskej symbióze zákazníci nemusia pochybovať o spoľahlivosti a stabilite diskov Kingston s HBA a RAID radičmi z výroby. .
Viac informácií o produktoch Kingston nájdete na spoločnosť.
Zdroj: hab.com