Algoritmy RAID boli verejnosti predstavené už v roku 1987. Dodnes zostávajú najobľúbenejšou technológiou na ochranu a zrýchlenie prístupu k dátam v oblasti ukladania informácií. Ale vek IT technológií, ktorý prekročil hranicu 30 rokov, nie je skôr zrelosť, ale už staroba. Dôvodom je pokrok, ktorý neúprosne prináša nové príležitosti. V čase, keď prakticky neexistovali žiadne iné disky okrem HDD, algoritmy RAID umožňovali čo najefektívnejšie využitie dostupných úložných zdrojov. S príchodom SSD diskov sa však situácia radikálne zmenila. Teraz je RAID pri práci s pevnými diskami už „slučkou“ na ich výkon. Preto na odomknutie plného potenciálu rýchlostných charakteristík SSD je jednoducho potrebný úplne iný prístup k práci s nimi.
Okrem zjavných rozdielov medzi HDD a SSD v princípoch fungovania majú tieto typy médií ešte jednu dôležitú vlastnosť: každý pevný disk dokáže prepísať akékoľvek dáta s presnosťou jedného bloku (v súčasnosti je to najčastejšie 4KB). Pre SSD je proces prepisovania oveľa zložitejší postup:
- Zmenené údaje sa skopírujú do nového umiestnenia. V tomto prípade je granularita rovnaký blok, ale pozostáva z niekoľkých stránok a má veľkosť 256 KB - 4 MB. Tie. pri zmene rovnakých 4KB je potrebné skopírovať okrem iného aj všetky susediace stránky, ktoré tvoria jeden blok.
- Označte „staré“ bloky ako nepoužité, aby ich potom mohol Garbage Collector vymazať.
Sekvenčný zápis/prepis na SSD
V prípade sekvenčného zápisu/prepisovania nehrá táto vlastnosť SSD z hľadiska jeho výkonu veľkú rolu, pretože bloky sa nachádzajú neďaleko a smetiar si na pozadí robí svoju prácu celkom dobre. Ale v reálnom živote a ešte viac v segmente Enterprise sa náhodný prístup k dátam najčastejšie používa pre SSD disky. A tieto údaje sa zapisujú na náhodné miesta na diskoch.
Čím viac údajov je zapísaných na SSD, tým ťažšie je pre zberač odpadu pracovať, pretože fragmentácia sa výrazne zvyšuje. Výsledkom je, že nastáva okamih, keď proces čistenia disku prestane byť „na pozadí“: výkon SSD výrazne klesá, pretože jeho značnú časť zaberá Garbage Collector.
Skutočné umiestnenie dát na SSD pri každodennom používaní
Na ilustráciu efektu práce zberača odpadu môžete v závislosti od režimu nahrávania na disk vykonať najjednoduchšie testy: sekvenčný a náhodný zápis v 4 kB blokoch na 100 GB disk. (Zdroj – spoločnosť )
Výkon sekvenčného zápisu
Výkon náhodného zápisu
Ako je zrejmé z testov, pokles výkonu môže dosiahnuť viac ako dvojnásobok. A toto je len jeden pohon. Pri použití SSD ako súčasti skupiny RAID sa počet operácií prepisovania výrazne zvyšuje vďaka práci s paritou.
Vo všeobecnosti kvôli týmto vlastnostiam prevádzky SSD existuje pre nich taký parameter ako zosilnenie zápisu. Toto je pomer množstva údajov zapísaných na disk k množstvu údajov, ktoré hostiteľ skutočne odoslal. A pre najpopulárnejší RAID5 je tento koeficient ~3.5.
Výsledkom je, že systémy s klasickým RAID v podstate využívajú SSD iba ~ 10 % ich skutočnej rýchlosti a slabo škálujú výkon, keď sa počet jednotiek zvýši na viac ako tucet.
Upozorňujeme tiež, že nadmerné operácie zápisu nielen znižujú výkon jednotky SSD, ale tiež znižujú jej ďaleko od nekonečných zdrojov, čím sa skracuje životnosť jednotky.
, ktorý je jadrom všetkých produktov AccelStor, je presne navrhnutý ako alternatíva ku klasickým algoritmom RAID pri práci s SSD. Inovatívnosť technológie je zaznamenaná rôznymi patentmi a oceneniami (vrátane Flash Memory Summit 2016), ako aj výsledkami nezávislých testov (napríklad SPC1).
srdcové pozostáva z prevodu všetkých prichádzajúcich požiadaviek na zápis, hlavne náhodného typu, na množinu blokov, ktorá je z pohľadu mechaniky čo najviac podobná režimu sekvenčného zápisu. Vďaka tomu dochádza k nahrávaniu na SSD v pre nich najpohodlnejšom režime a výsledný výkon prevyšuje akýkoľvek systém s klasickým RAID.
Všetky SSD v systémoch AccelStor sú rozdelené do dvoch symetrických skupín FlexiRemap®. Veľkosť skupiny závisí od modelu a pohybuje sa od 5 do 11 jednotiek. Pre odolnosť voči chybám v rámci skupiny sa parita používa podobne ako RAID5. Obe skupiny slúžia spoločne na vytvorenie spoločného úložného priestoru. Preto bude výsledná odolnosť voči chybám podobná ako pri poli RAID50 pozostávajúcom z dvoch skupín: systém vydrží zlyhanie až dvoch SSD, ale nie viac ako jedného v každej skupine FlexiRemap®.
Všetky prichádzajúce požiadavky na zápis sú rozdelené do 4KB blokov, ktoré sú zapísané v kruhovom režime do oboch skupín FlexiRemap®. Systém zároveň neustále sleduje dopyt po zaznamenaných blokoch, pričom sa pri zmene snaží zaznamenať podobné bloky čo najbližšie k sebe. Ukazuje sa, že ide o virtuálny analóg zdieľania, ak je vyjadrený z hľadiska úložných systémov. V tomto prípade je práca zberača odpadu značne uľahčená: koniec koncov, nepoužité bloky budú vždy nablízku.
Je potrebné poznamenať, že Na rozdiel od konkurenčných produktov nevyužívajú funkcionalitu ukladania prichádzajúcich požiadaviek do pamäte RAM ovládača. Všetky prichádzajúce dátové bloky sú okamžite zapísané na SSD. Hostiteľ dostane potvrdenie o úspešnom nahrávaní až po fyzickom umiestnení údajov na disky. RAM ukladá na SSD iba tabuľky umiestnenia blokov, aby sa urýchlil prístup a určilo, kam sa má zapísať ďalší blok údajov. Samozrejme, kvôli spoľahlivosti sú kópie týchto tabuliek umiestnené na samotných médiách. Výsledkom je, že systémy AccelStor nevyžadujú žiadnu ochranu vyrovnávacej pamäte vo forme batérie/kondenzátora (možnosť komunikácie s UPS je však dostupná pre „mäkké“ vypnutie v prípade problémov s napájaním).
Vďaka tomuto prístupu k organizácii nahrávania je garbage collector skutočne schopný pracovať na pozadí bez výrazného ovplyvnenia rýchlosti diskov, čo v konečnom dôsledku umožňuje využiť až 90 % výkonu SSD v rámci systému. To je presne dôvod vysokých rýchlostí IOPS v systémoch AccelStor v porovnaní s All Flash, ktoré sú založené na algoritmoch RAID.
Ďalšou dôležitou vlastnosťou technológie FlexiRemap® je výrazné zníženie redundantných zápisov na SSD disky. Faktor zosilnenia zápisu pre systémy AccelStor je teda iba 1.3, čo v preklade do bežného jazyka znamená zvýšenie životnosti diskov v porovnaní s RAID5 o viac ako 2.5 krát!
Vďaka neustálemu monitorovaniu politiky umiestňovania údajov na SSD systémom sa všetky disky opotrebovávajú rovnako. Tento prístup vám umožňuje predpovedať ich životnosť a vopred poslať signál správcovi o vyčerpaní zdroja záznamu.
Je jasné, že SSD disky môžu zlyhať. V tomto prípade systém okamžite začne prestavbu na jeden z horúcich náhradných diskov. To spôsobí, že skupina FlexiRemap® v degradovanom stave sa stane len na čítanie a všetky požiadavky na zápis sú smerované do druhej skupiny. Tento ochranný mechanizmus slúži na urýchlenie operácie prestavby a zníženie pravdepodobnosti zlyhania iného disku v rámci rovnakej skupiny. Nie je žiadnym tajomstvom, že počas prestavby sú všetky disky v skupine vystavené zvýšenému zaťaženiu v dôsledku rušenia operácií čítania, zápisu a obnovy na horúcom zálohe. Tým sa zvyšuje pravdepodobnosť ďalšieho zlyhania disku. A čím viac operácií zápisu, tým dlhšie bude prestavba trvať.
Keď je proces opravy dokončený a skupina FlexiRemap® sa vráti do normálu, medzi týmito dvoma skupinami bude mierny nesúlad v zdroji zápisu. Preto, aby sa to zarovnalo, následné operácie zápisu budú častejšie dopadať na obnovenú skupinu (samozrejme tak, aby konečný výkon systému veľmi neutrpel).
Nie je možné zvýšiť výkon všetkých Flash systémov založených na algoritmoch RAID nad určité hodnoty (~280K IOPS@4K náhodný zápis) ani pri použití zložitých systémov vyrovnávacej pamäte. Technológia FlexiRemap® vďaka úplne odlišnému prístupu k organizácii úložného priestoru nielenže túto bariéru ľahko prekonáva, ale súčasne niekoľkonásobne zvyšuje životnosť SSD diskov. Takže systémy majú vážne výhody medzi All Flash poliami na mnohých frontoch (IOPS/$, GB/$, TCO, ROI), vďaka čomu sú ideálnymi kandidátmi na kľúčové pozície v zákazníckych dátových centrách na riešenie úloh náročných na zdroje.
Zdroj: hab.com
