В smo že obravnavali vprašanje "Ali bomo uporabili RAID na SSD" na primeru diskov Kingston, vendar smo to storili le na ničelni ravni. V tem članku bomo analizirali možnosti uporabe profesionalnih in domačih rešitev NVMe v najbolj priljubljenih vrstah nizov RAID in govorili o združljivosti krmilnikov. s pogoni Kingston.
Zakaj potrebujete RAID na SSD?
Prednosti pomnilniških polj na osnovi SSD pred pomnilniškimi nizi HDD vključujejo hitrejše dostopne čase do podatkov na disku in vrhunsko zmogljivost branja/pisanja. Vendar pa idealna zmogljivost RAID na osnovi SSD zahteva optimalno kombinacijo procesorja, predpomnilnika, programske in strojne opreme. Ko vsi ti dejavniki odlično delujejo skupaj, lahko SSD RAID močno prekaša primerljivo konfiguracijo s tradicionalnimi trdimi diski.
Običajni SSD porabi manj energije kot trdi diski, tako da, ko združite veliko število SSD-jev v polje RAID, lahko prihranek energije v primerjavi s poljem HDD RAID pomeni tudi nižje stroške pri računih za energijo podjetij.
Vendar ima SSD RAID omejitve in slabosti, predvsem višjo ceno na gigabajt prostora v primerjavi s trdimi diski primerljive kapacitete. In čas med napakami bliskovnega pomnilnika je omejen na določeno število ciklov ponovnega pisanja. To pomeni, da imajo SSD diski določeno življenjsko dobo, ki je odvisna od delovanja: več informacij je prepisanih na njem, hitreje bo disk odpovedal. Po drugi strani pa imajo SSD diski podjetja dostojno življenjsko dobo, primerljivo z mehanskimi trdimi diski.
Kako SSD-ji Kingston živijo v načinu RAID s krmilniki Broadcom
V zgodnjih dneh SSD-jev so imeli modeli RAID veliko odtenkov. Tudi zaradi uporabe trdih diskov, ki so manj odporni na napake. Pogoni SSD so veliko bolj zanesljivi kot njihovi primerki, ki temeljijo na magnetnih diskih. Kot vemo, v rešitvah SSD ni gibljivih delov, zato so mehanske poškodbe zmanjšane na nič. Tudi okvara pogonov SSD zaradi prenapetosti je malo verjetna, glede na to, da na ravni domačega računalnika in kateregakoli strežnika varujejo UPS, prenapetostne zaščite in celo napajalnik.
Hkrati imajo pogoni SSD še en pomemben plus: tudi če so pomnilniške celice izrabljene za pisanje, je podatke še vedno mogoče brati z njih, če pa je magnetni disk poškodovan, žal.
Danes je povsem običajna praksa uporaba SSD rešitev v RAID poljih različnih nivojev. Glavna stvar je izbrati prave SSD diske, katerih zakasnitev je minimalna. V idealnem primeru uporabite diske SSD istega proizvajalca in istega modela, da ne boste imeli mešanice pogonov, ki podpirajo različne vrste obremenitev in so zgrajeni na podlagi različnih vrst pomnilnika, krmilnikov in drugih tehnologij. To pomeni, da če se odločimo za nakup štirih ali 16 NVMe SSD-jev od Kingstona za ustvarjanje polja RAID, bi bilo bolje, če bi vsi prihajali iz iste serije in modela.
Mimogrede, v Krmilnike Broadcom smo navedli z razlogom, ko smo govorili o NVMe SSD iz Kingstona. Dejstvo je, da so v priročnikih za te naprave takoj predpisani združljivi diski (tudi rešitve omenjenega ameriškega proizvajalca SSD), s katerimi bo krmilnik deloval brezhibno. Na te informacije se je treba zanesti pri izbiri svežnja krmilnik-SSD za RAID.
Analiziramo delo SSD Kingston v najbolj priljubljenih vrstah RAID - "1", "5", "10", "50"
Torej "ničelna" raven RAID ne zagotavlja redundance podatkov, ampak samo poveča zmogljivost. RAID 0 ne zagotavlja nikakršne zaščite podatkov, zato ga ne bomo obravnavali v segmentu podjetij. Po drugi strani pa RAID 1 zagotavlja popolno redundanco, vendar le skromne izboljšave zmogljivosti, zato ga je treba upoštevati, če izboljšanje zmogljivosti ni primarna obravnava pri gradnji matrike SSD RAID.
RAID 1, ki temelji na SSD-jih Kingston in krmilnikih Broadcom
Torej prvonivojsko polje RAID na osnovi krmilnika Broadcom MegaRAID 9460-16i združuje od dva do 32 diskov Kingston, ki sta kopiji drug drugega, in zagotavlja popolno redundanco. Če je pri uporabi tradicionalnih trdih diskov hitrost zapisovanja in branja podatkov ostala na ravni tega trdega diska, potem z rešitvami NVMe SSD dobimo desetkratno povečanje zmogljivosti. Predvsem glede časa dostopa do podatkov. Na primer, z dvema diskoma Kingston DC1000M U.2 NVMe SSD v strežniku RAID 1 dobimo 350 IOPS naključnega branja in 000 IOPS pisanja.
Kar zadeva hitrost zaporednega branja, bodo rezultati ustrezali značilnostim pogona - 3200 MB / s. Ker pa oba diska NVMe SSD delujeta, je mogoče podatke brati z njiju hkrati, zaradi česar so operacije branja precej hitre. Vendar bo hitrost pisanja (domnevno 2000 MB/s) počasnejša, ker se vsaka operacija pisanja izvede dvakrat.
RAID 1 je idealen za majhne baze podatkov ali katero koli drugo okolje, ki zahteva odpornost na napake, vendar nizko zmogljivost. Zrcaljenje pogonov je še posebej koristno pri scenarijih obnovitve po katastrofi (zmogljivost je nekoliko poslabšana), saj omogoča takojšnjo "oživitev" pomembnih podatkov, če eden od pogonov v polju odpove. Ker pa ta raven zaščite zahteva podvojitev zmogljivosti shranjevanja zrcaljenih podatkov (100 TB bi zahtevalo 200 TB shranjevanja), mnogi sistemi podjetij uporabljajo bolj ekonomične možnosti shranjevanja: RAID 5 in RAID 6.
RAID 5, ki temelji na SSD-jih Kingston in krmilnikih Broadcom
Za organizacijo matrike RAID pete ravni potrebujemo vsaj tri pogone, na katerih so podatki prepleteni (ciklično zapisani na vse pogone v polju), vendar ne podvojeni. Pri njihovem organiziranju je treba upoštevati njihovo bolj zapleteno strukturo, saj se tukaj pojavlja koncept, kot je "kontrolna vsota" (ali "pariteta"). Ta koncept pomeni logično algebraično funkcijo XOR (ali izključni "ALI"), ki narekuje uporabo najmanj treh pogonov v nizu (največ - 32). V tem primeru se informacije o pariteti zapišejo na vse "diske" v polju.
Za niz štirih SSD diskov Kingston DC500R SATA s kapaciteto 3,84 TB vsak dobimo 11,52 TB prostora in 3,84 za kontrolne vsote. In če združite 16 pogonov Kingston DC1000M U.2 NVMe z zmogljivostjo 7,68 TB v RAID stopnje 115,2, se bomo naučili 7,68 TB z izgubo 5 TB. Kot lahko vidite, več pogonov, bolje je na koncu. Bolje je tudi zato, ker je več diskov v RAID 0, višja je skupna zmogljivost zapisovanja. In linearno branje bo doseglo raven RAID XNUMX.
Skupina diskov RAID 5 zagotavlja visoko prepustnost (zlasti za velike datoteke) in redundanco z minimalno izgubo energije. Ta vrsta organizacije polja je najprimernejša za omrežja, ki hkrati izvajajo veliko majhnih vhodno/izhodnih (V/I) operacij. Vendar ga ne smete uporabljati za naloge, ki zahtevajo veliko število zapisovalnih operacij za majhne ali majhne bloke.
Obstaja še en odtenek: če vsaj eden od pogonov NVMe odpove, RAID 5 preide v način degradacije in okvara druge naprave za shranjevanje lahko postane kritična za vse podatke. Če en pogon v matriki odpove, krmilnik RAID uporabi informacije o pariteti, da znova ustvari vse manjkajoče podatke.
RAID 10, ki temelji na SSD-jih Kingston in krmilnikih Broadcom
Torej, RAID 0 nam zagotavlja dvakratno povečanje hitrosti in dostopnega časa, RAID 1 pa zagotavlja zanesljivost. Idealno bi bilo, da bi bili združeni in tukaj na pomoč priskoči RAID 10 (ali 1 + 0). "Desetka" je sestavljena iz štirih pogonov SATA SSD ali NVMe (največ - 32) in pomeni niz "ogledal", pri čemer mora biti število pogonov vedno večkratnik štirih. Podatki v to matriko so zapisani z uporabo particioniranja fiksnih blokov (kot v primeru RAID 0) in črtanja med pogoni, s čimer se kopije porazdelijo po "pogonih" v matriki RAID 1. In z možnostjo dostopa do več skupin pogonov na hkrati pa RAID 10 kaže visoko zmogljivost.
Ker je RAID 10 sposoben razporediti podatke po več zrcaljenih parih, to pomeni, da lahko dopušča okvaro enega pogona v paru. Če pa oba zrcalna para (torej vsi štirje pogoni) odpovejo, bo neizogibna izguba podatkov. Posledično dobimo tudi dobro odpornost na napake in zanesljivost. Vendar ne pozabite, da tako kot RAID 1 polje desete ravni uporablja le polovico celotne zmogljivosti in je zato draga rešitev. In tudi težko ga je postaviti.
RAID 10 je primeren za uporabo s podatkovnimi skladišči, ki zahtevajo 100-odstotno redundanco zrcaljenih diskovnih skupin, kot tudi povečano V/I zmogljivost RAID 0. Je najboljša rešitev za srednje velike baze podatkov ali katero koli okolje, ki zahteva višjo toleranco napak kot RAID 5.
RAID 50, ki temelji na SSD-jih Kingston in krmilnikih Broadcom
Kombinirano polje, podobno RAID-u ravni 5, ki je polje ravni 50, zgrajeno iz nizov ravni 5. Kot doslej je glavni cilj tega polja doseči dvojno zmogljivost ob ohranjanju zanesljivosti podatkov v poljih RAID XNUMX. Hkrati RAID XNUMX zagotavlja izboljšano zmogljivost zapisovanja in boljšo zaščito podatkov kot standardni RAID XNUMX v primeru okvare pogona. , prav tako pa je sposoben hitrejše obnovitve v primeru okvare enega od pogonov.
Skupina pogonov RAID 50 razdeli podatke na manjše bloke in jih nato razdeli po vsakem polju RAID 5. Skupina pogonov RAID 5 nato prav tako razdeli podatke na manjše bloke, izračuna pariteto, izvede logično operacijo ALI na blokih in nato izvaja zapisovanje podatkovnih blokov in paritetne operacije za vsak disk v skupini diskov.
In čeprav se zmogljivost neizogibno poslabša, če eden od pogonov odpove, to ni tako pomembno kot pri polju RAID 5, saj ena okvara vpliva samo na eno od polja, drugo pa ostane popolnoma delujoče. Pravzaprav lahko RAID 50 preživi do osem okvar pogona HDD/SSD/NVMe, če je vsak okvarjeni "disk" v ločenem polju RAID 5.
RAID 50 je najbolje uporabiti za aplikacije, ki zahtevajo visoko zanesljivost in morajo obdelati veliko število zahtev, hkrati pa ohranjati visoke hitrosti prenosa podatkov in nižje stroške pogonov kot RAID 10. Ker pa je za nastavitev polja RAID 50 potrebnih najmanj šest diskov strošek ni popolnoma izključen kot dejavnik. Ena od pomanjkljivosti RAID 50 je, da tako kot RAID 5 potrebuje zapleten krmilnik: kot je npr. v zadnjem članku iz Broadcoma.
Omeniti velja tudi, da ima RAID 50 manj prostora na disku kot RAID 5 zaradi dodelitve zmogljivosti za shranjevanje paritetnih zapisov. Vendar ima še vedno več uporabnega prostora kot druge ravni RAID, zlasti tiste, ki uporabljajo zrcaljenje. Z najmanjšo zahtevo šestih pogonov je RAID 50 lahko draga možnost, vendar dodatni prostor na disku upraviči stroške z zaščito podatkov podjetja. Ta vrsta polja je priporočljiva za podatke, ki zahtevajo visoko zanesljivost shranjevanja, visoke stopnje zahtev, visoke hitrosti prenosa in visoko zmogljivost shranjevanja.
RAID 6 in RAID 60: tudi nanju nismo pozabili
Ker smo govorili o nizih pete in petdesete ravni, bi bilo greh ne omeniti takih vrst organizacije nizov, kot sta RAID 6 in RAID 60.
Zmogljivost RAID 6 je podobna RAID 5, vendar sta tukaj vsaj dvema pogonoma dana pariteta, kar omogoča, da polje preživi okvaro dveh pogonov brez izgube podatkov (v RAID 5 je ta situacija zelo nezaželena). Posledica tega je večja zanesljivost. V nasprotnem primeru je vse enako kot v matriki pete ravni: v primeru okvare enega ali dveh diskov krmilnik RAID s paritetnimi bloki znova ustvari vse manjkajoče informacije. Če dva pogona odpovejo, se obnovitev ne zgodi hkrati: najprej se oživi prvi pogon, nato drugi. Tako se izvedeta dve operaciji obnovitve podatkov.
Zlahka je uganiti, da če je RAID 50 niz ravni 60 nizov ravni 6, potem je RAID 50 niz ravni 8 nizov ravni 16, o katerih smo pravkar govorili. To pomeni, da vam ta organizacija pomnilnika RAID omogoča, da preživite izgubo dveh SSD-jev v vsaki skupini pogonov RAID XNUMX. Načelo delovanja je podobno tistemu, o katerem smo govorili v razdelku RAID XNUMX, vendar je število napak, ki jih niz nivoja XNUMX lahko prenese povečanja z XNUMX na XNUMX pogonov. Običajno se takšni nizi uporabljajo za spletne storitve za stranke, ki zahtevajo visoko toleranco napak.
povzetek:
Čeprav zrcaljenje zagotavlja večjo odpornost na napake kot RAID 50/60, zahteva tudi veliko več prostora. Ker je količina podatkov podvojena, dejansko dobite le 50% celotne kapacitete pogonov, nameščenih v strežniku za zapisovanje in shranjevanje informacij. Izbira med RAID 50/60 in RAID 10 bo najverjetneje odvisna od razpoložljivih proračunov, zmogljivosti strežnika in vaših potreb po varstvu podatkov. Še več, ko govorimo o rešitvah SSD (tako korporativnega kot potrošniškega razreda), pridejo v ospredje stroški.
Prav tako pomembno je, da zdaj zagotovo vemo, da je RAID na osnovi SSD popolnoma varna rešitev in običajna praksa za današnje poslovanje. V okviru domače uporabe obstaja tudi razlog za prehod na NVMe, če proračuni to dopuščajo. In če imate še vedno vprašanje, zakaj je vse to potrebno, se vrnite na začetek članka - nanj smo že podrobno odgovorili.
Ta članek smo pripravili s podporo naših kolegov pri Broadcomu, ki inženirjem Kingstona zagotavljajo svoje krmilnike za testiranje s pogoni SATA/SAS/NVMe poslovnega razreda. Zahvaljujoč tej prijazni simbiozi strankam ni treba dvomiti o zanesljivosti in stabilnosti diskov Kingston s krmilniki HBA in RAID iz proizvodnje. .
Več informacij o izdelkih Kingston najdete na podjetje.
Vir: www.habr.com