Pozdravljeni Habr! V tem članku vam bomo povedali, ali je vredno organizirati nize RAID, ki temeljijo na polprevodniških rešitvah SATA SSD in NVMe SSD, in ali bo od tega resen dobiček? Odločili smo se, da bomo to težavo preučili z upoštevanjem tipov in tipov krmilnikov, ki to omogočajo, ter obsega uporabe takih konfiguracij.
Tako ali drugače je vsak od nas vsaj enkrat v življenju slišal definicije, kot so "RAID", "RAID-matrika", "RAID-krmilnik", vendar je malo verjetno, da smo temu pripisali resen pomen, ker je vse to malo verjetno za navadnega računalnikarja Zanimivo. Toda vsi si želijo visoke hitrosti notranjih pogonov in brezhibno delovanje. Konec koncev, ne glede na to, kako zmogljiva je strojna oprema računalnika, hitrost pogona postane ozko grlo, ko gre za skupno delovanje računalnika in strežnika.
Točno tako je bilo, dokler tradicionalnih trdih diskov niso zamenjali sodobni diski NVMe SSD s primerljivo zmogljivostjo 1 TB ali več. In če so prej v osebnih računalnikih pogosto obstajale kombinacije SATA SSD + nekaj zmogljivih trdih diskov, jih danes začenja nadomeščati druga rešitev - NVMe SSD + nekaj zmogljivih SSD SSD. Če govorimo o korporativnih strežnikih in »oblakih«, so mnogi že uspešno prešli na SSD diske SATA, preprosto zato, ker so hitrejši od običajnih »pločevink« in zmorejo obdelati večje število I/O operacij hkrati.
Vendar pa je toleranca sistema na napake še vedno na dokaj nizki ravni: ne moremo, kot v "Bitki jasnovidcev", napovedati z natančnostjo celo do enega tedna, kdaj bo določen pogon SSD umrl. In če HDD "umre" postopoma, kar vam omogoča, da ujamete simptome in ukrepate, potem SSD "umre" takoj in brez opozorila. In zdaj je čas, da ugotovimo, zakaj je vse to sploh potrebno? Ali se splača organizirati nize RAID, ki temeljijo na trdnih rešitvah SATA SSD in NVMe SSD, in ali bo od tega resen dobiček?
Zakaj potrebujete polje RAID?
Sama beseda "matrika" že pomeni, da se za njeno ustvarjanje uporablja več pogonov (HDD in SSD), ki so združeni s krmilnikom RAID in jih OS prepozna kot eno samo shranjevanje podatkov. Globalna naloga, ki jo lahko rešijo polja RAID, je zmanjšanje časa dostopa do podatkov, povečanje hitrosti branja/pisanja in zanesljivosti, kar je doseženo zahvaljujoč zmožnosti hitre obnovitve v primeru okvare. Mimogrede, sploh ni potrebno uporabljati RAID za domače varnostne kopije. Če pa imate svoj domači strežnik, do katerega potrebujete stalen dostop 24/7, je to druga stvar.
Obstaja več kot ducat ravni polj RAID, od katerih se vsaka razlikuje po številu uporabljenih pogonov in ima svoje prednosti in slabosti: na primer RAID 0 vam omogoča visoko zmogljivost brez tolerance napak, RAID 1 vam omogoča, da samodejno zrcalijo podatke brez povečanja hitrosti, RAID 10 pa združuje zgoraj navedene možnosti. RAID 0 in 1 sta najpreprostejša (saj ne zahtevata programskih izračunov) in posledično tudi najbolj priljubljena. Konec koncev je izbira v korist ene ali druge ravni RAID odvisna od nalog, dodeljenih diskovnemu polju, in zmogljivosti krmilnika RAID.
Domači in poslovni RAID: kakšna je razlika?
Osnova vsakega sodobnega poslovanja so velike količine podatkov, ki morajo biti varno shranjeni na strežnikih podjetja. In tudi, kot smo omenili zgoraj, jim je treba zagotoviti stalen dostop 24/7. Jasno je, da je poleg strojne opreme pomemben tudi programski del, a v tem primeru še vedno govorimo o opremi, ki zagotavlja zanesljivo shranjevanje in obdelavo informacij. Nobena programska oprema ne bo rešila podjetja pred propadom, če strojna oprema ne izpolnjuje nalog, ki so ji dodeljene.
Za te naloge vsak proizvajalec strojne opreme ponuja tako imenovane poslovne naprave. Kingston ima zmogljive polprevodniške rešitve v obliki modelov SATA и , kot tudi modeli NVMe DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe in DCP-1000 PCI-e, namenjeni uporabi v podatkovnih centrih in superračunalnikih. Nizi takšnih pogonov se običajno uporabljajo v povezavi s krmilniki strojne opreme.
Za potrošniški trg (torej za domače osebne računalnike in strežnike NAS) so diski, kot je npr NVMe PCIe, vendar v tem primeru ni potreben nakup strojnega krmilnika. Omejite se lahko na PC ali NAS strežnik, vgrajen v matično ploščo, razen če seveda nameravate sami sestaviti domači strežnik za netipične naloge (na primer zagon majhnega domačega gostovanja za prijatelje). Poleg tega domači nizi RAID praviloma ne potrebujejo na stotine ali tisoče pogonov, saj so omejeni na dve, štiri in osem naprav (običajno SATA).
Vrste in vrste krmilnikov RAID
Obstajajo trije tipi krmilnikov RAID, ki temeljijo na principih izvajanja polj RAID:
1. Programska oprema, pri kateri upravljanje niza spada na CPE in DRAM (to pomeni, da se programska koda izvaja na procesorju).
2. Integrirano, to je vgrajeno v matične plošče osebnega računalnika ali strežnika NAS.
3. Strojna oprema (modularna), ki so ločene razširitvene kartice za priključke PCI/PCIe na matičnih ploščah.
Kakšna je njihova temeljna razlika med seboj? Programski krmilniki RAID so slabši od integriranih in strojnih krmilnikov glede zmogljivosti in tolerance napak, vendar za delovanje ne potrebujejo posebne opreme. Vendar je pomembno zagotoviti, da je procesor gostiteljskega sistema dovolj zmogljiv za zagon programske opreme RAID brez negativnega vpliva na delovanje aplikacij, ki se izvajajo tudi na gostitelju. Integrirani krmilniki so običajno opremljeni z lastnim predpomnilnikom in uporabljajo določeno količino virov procesorja.
Toda strojni imajo tako svoj predpomnilnik kot vgrajen procesor za izvajanje programskih algoritmov. Običajno vam omogočajo implementacijo vseh vrst ravni RAID in podpirajo več vrst pogonov hkrati. Na primer, sodobni krmilniki strojne opreme Broadcom lahko hkrati povezujejo naprave SATA, SAS in NVMe, kar vam omogoča, da pri nadgradnji strežnikov ne spremenite krmilnika: zlasti pri prehodu s SSD SSD na NVMe SSD krmilnikov ni treba spreminjati.
Pravzaprav smo na tej točki prišli do tipologije samih krmilnikov. Če so trimodni, ali naj bodo še kakšni? V tem primeru bo odgovor na to vprašanje pritrdilen. Glede na funkcije in zmogljivosti lahko krmilnike RAID razdelimo na več tipov:
1. Navadni krmilniki s funkcijo RAID
V celotni hierarhiji je to najenostavnejši krmilnik, ki omogoča združevanje HDD in SSD v RAID polja nivojev “0”, “1” ali “0+1”. To je implementirano programsko na ravni vdelane programske opreme. Vendar pa takšne naprave težko priporočamo za uporabo v poslovnem segmentu, ker nimajo predpomnilnika in ne podpirajo nizov ravni "5", "3" itd. Toda za začetni domači strežnik so povsem primerni.
2. Krmilniki, ki delujejo v tandemu z drugimi krmilniki RAID
To vrsto krmilnika je mogoče združiti z integriranimi krmilniki matične plošče. Ta je izveden po naslednjem principu: diskretni krmilnik RAID skrbi za reševanje »logičnih« problemov, vgrajeni pa prevzame funkcije izmenjave podatkov med diski. Vendar obstaja odtenek: vzporedno delovanje takšnih krmilnikov je možno le na združljivih matičnih ploščah, kar pomeni, da je njihov obseg uporabe resno omejen.
3. Samostojni krmilniki RAID
Te diskretne rešitve vsebujejo na krovu vse potrebne čipe za delo s strežniki poslovnega razreda, ki imajo lasten BIOS, predpomnilnik in procesor za hitro odpravljanje napak in izračune kontrolnih vsot. Poleg tega izpolnjujejo visoke standarde zanesljivosti v smislu izdelave in imajo visokokakovostne pomnilniške module.
4. Zunanji krmilniki RAID
Ni težko uganiti, da so vsi zgoraj našteti krmilniki notranji in prejemajo napajanje prek priključka PCIe na matični plošči. Kaj to pomeni? In ta okvara matične plošče lahko povzroči napake v delovanju polja RAID in izgubo podatkov. Zunanji krmilniki so osvobojeni tega nesporazuma, saj so nameščeni v ločenem ohišju z neodvisnim napajanjem. Kar zadeva zanesljivost, zagotavljajo takšni krmilniki najvišjo raven shranjevanja podatkov.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell in Cisco je le nekaj podjetij, ki trenutno ponujajo krmilnike strojne opreme RAID.
Načini delovanja krmilnikov RAID SAS/SATA/NVMe
Glavni namen krmilnikov HBA in RAID v treh načinih (ali krmilnikov s funkcijo v treh načinih) je ustvariti RAID strojne opreme, ki temelji na NVMe. To zmorejo krmilniki serije Broadcom 9400: npr. . Spada v neodvisen tip krmilnika RAID, opremljen je s štirimi priključki SFF-8643 in zahvaljujoč podpori Tri-Mode omogoča hkratno povezavo pogonov SATA/SAS in NVMe. Poleg tega je tudi eden najbolj energetsko učinkovitih krmilnikov na trgu (porabi le 17 vatov energije, z manj kot 1,1 vatov za vsako od 16 vrat).
Priključni vmesnik je PCI Express x8 različice 3.1, ki omogoča prepustnost 64 Gbit/s (krmilniki za PCI Express 2020 naj bi se pojavili leta 4.0). 16-portni krmilnik temelji na 2-jedrnem čipu in 72-bitni DDR4-2133 SDRAM (4 GB), kot tudi možnost povezave do 240 diskov SATA/SAS ali do 24 naprav NVMe. Kar zadeva organiziranje matrik RAID, so podprte ravni "0", "1", "5" in "6", pa tudi "10", "50" in "60". Mimogrede, predpomnilnik in drugi krmilniki v seriji 9400 so zaščiteni pred izpadi napetosti z dodatnim modulom CacheVault CVPM05.
Tehnologija treh načinov temelji na funkciji pretvorbe podatkov SerDes: pretvorba serijske predstavitve podatkov v vmesnikih SAS/SATA v vzporedno obliko v PCIe NVMe in obratno. To pomeni, da se krmilnik pogaja o hitrostih in protokolih za nemoteno delo s katero koli od treh vrst naprav za shranjevanje. To zagotavlja brezhiben način za prilagajanje infrastruktur podatkovnih centrov: uporabniki lahko uporabljajo NVMe brez bistvenih sprememb drugih sistemskih konfiguracij.
Vendar je pri načrtovanju konfiguracij s pogoni NVMe vredno upoštevati, da rešitve NVMe za povezavo uporabljajo 4 pasove PCIe, kar pomeni, da vsak pogon uporablja vse linije vrat SFF-8643. Izkazalo se je, da je mogoče na krmilnik MegaRAID 9460-16i neposredno povezati le štiri pogone NVMe. Ali pa se omejite na dve rešitvi NVMe, medtem ko hkrati povezujete osem pogonov SAS (glejte diagram povezave spodaj).
Slika prikazuje uporabo konektorja “0” (C0 / Connector 0) in konektorja “1” za povezave NVMe ter konektorjev “2” in “3” za povezave SAS. To ureditev je mogoče obrniti, vendar mora biti vsak pogon x4 NVMe povezan s pomočjo sosednjih pasov. Načini delovanja krmilnika se nastavijo prek konfiguracijskih pripomočkov StorCLI ali Human Interface Infrastructure (HII), ki deluje v okolju UEFI.
Privzeti način je profil »PD64« (podpira samo SAS/SATA). Kot smo že omenili, obstajajo skupaj trije profili: način »Samo način SAS/SATA« (PD240 / PD64 / PD 16), način »Samo način NVMe« (PCIe4) in mešani način, v katerem so vse vrste pogonov. lahko deluje: "PD64 -PCIe4" (podpora za 64 fizičnih in virtualnih diskov s 4 pogoni NVMe). V mešanem načinu mora biti vrednost navedenega profila »ProfileID=13«. Mimogrede, izbrani profil se shrani kot glavni in se ne ponastavi niti ob vrnitvi na tovarniške nastavitve z ukazom Set Factory Defaults. Spremenite ga lahko samo ročno.
Ali se splača ustvariti polje RAID na SSD?
Tako smo že razumeli, da so polja RAID ključ do visoke zmogljivosti. Toda ali je vredno zgraditi RAID iz SSD-jev za domačo in poslovno uporabo? Mnogi skeptiki pravijo, da povečanje hitrosti ni tako pomembno, da bi razmetavali pogone NVMe. Toda ali je res tako? Komaj. Največja omejitev pri uporabi diskov SSD v RAID (tako doma kot na ravni podjetja) je lahko le cena. Karkoli lahko rečemo, je cena gigabajta prostora na trdem disku veliko cenejša.
Povezovanje več pogonov SSD na krmilnik RAID za ustvarjanje polja SSD lahko močno vpliva na zmogljivost v določenih konfiguracijah. Vendar ne pozabite, da je največja zmogljivost omejena s prepustnostjo samega krmilnika RAID. Raven RAID, ki nudi najboljšo zmogljivost, je RAID 0.
Običajni RAID 0 z dvema diskoma SSD, ki uporablja metodo razdelitve podatkov na fiksne bloke in njihovo črtanje po polprevodniškem pomnilniku, bo povzročil dvojno zmogljivost v primerjavi z enim samim diskom SSD. Vendar pa bo polje RAID 0 s štirimi diski SSD že štirikrat hitrejše od najpočasnejšega diska SSD v nizu (odvisno od omejitve pasovne širine na ravni krmilnika RAID SSD).
Na podlagi preproste aritmetike je SSD SSD približno 3-krat hitrejši od tradicionalnega trdega diska SATA. Rešitve NVMe so še učinkovitejše – 10-krat ali več. Pod pogojem, da dva trda diska v RAID-u ničelne ravni podvojita zmogljivost in jo povečata za 50 %, bosta dva SSD-ja SATA 6-krat hitrejša, dva SSD-ja NVMe pa 20-krat hitrejša. Zlasti en pogon Kingston KC2000 NVMe PCIe lahko doseže zaporedne hitrosti branja in pisanja do 3200 MB/s, kar bo v formatu RAID 0 doseglo impresivnih 6 GB/s. In hitrost branja/pisanja naključnih blokov velikosti 4 KB se bo spremenila s 350 IOPS na 000 IOPS. Toda ... hkrati pa nam »nič« RAID ne zagotavlja redundance.
Lahko rečemo, da v domačih okoljih redundanca shranjevanja običajno ni potrebna, zato je najprimernejša konfiguracija RAID za diske SSD dejansko RAID 0. To je zanesljiv način za znatno izboljšanje zmogljivosti kot alternativa uporabi tehnologij, kot je na osnovi Intel Optane. SSD diski. Toda o tem, kako se rešitve SSD obnašajo v najbolj priljubljenih vrstah RAID ("1", "5", "10", "50"), bomo govorili v našem naslednjem članku.
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. .
Za več informacij o izdelkih Kingston obiščite podjetje.
Vir: www.habr.com