Algoritmet RAID u prezantuan publikut që në vitin 1987. Edhe sot ata mbeten teknologjia më e kërkuar për mbrojtjen dhe përshpejtimin e qasjes në të dhëna në fushën e ruajtjes së informacionit. Por mosha e teknologjisë IT, e cila ka kaluar pragun e 30 vjetëve, nuk është më shumë se sa një plakje. Arsyetimi është progresi, i cili sjell vazhdimisht mundësi të reja. Në kohën kur praktikisht nuk kishte ruajtës tjetër përveç HDD-ve, algoritmet RAID lejonin përdorimin më efikas të burimeve të ruajtjes. Megjithatë, me shfaqjen e SSD-ve, situata është ndryshuar rrënjësisht. Tani, RAID kur punon me ruajtësit me gjendje të ngurtë është tashmë një "përmbysje" në performancën e tyre. Prandaj, për të shpalosur potencialin e plotë të karakteristikave të shpejtësisë së SSD-ve, është e nevojshme një qasje krejtësisht e ndryshme në punën me to.
Përveç dallimeve të dukshme në parimet e punës, HDD dhe SSD kanë një karakteristikë tjetër të rëndësishme: çdo disk i fortë mund të ripërshkruajë të dhëna në një granularitet prej një blloku (shpesh kjo është 4KB). Për SSD, procesi i ripërshkrimit është një procedurë më e ndërlikuar:
- Të dhënat e ndryshuara kopjohen në një vend të ri. Në këtë rast, granulariteti është blloku i njëjtë, por i përbërë nga disa faqe dhe me një madhësi prej 256KB – 4MB. Pra, kur ndryshohen ato 4KB, është e nevojshme të kopjohen gjithashtu të gjitha fqinjët që formojnë një bllok të vetëm.
- "Blloqet e 'vjetra' të shënohen si të papërdorura, për t'u fshirë më vonë nga mbledhësi i 'mbetjeve' (Garbage Collector).
Shkrimi/ripërshkrimi i radhës në SSD
Në rastin e shkrimit/ripërshkrimit të radhës, kjo veçori e funksionimit të SSD-ve nuk luan një rol të madh në performancën e tij, pasi blloqet janë të vendosura afër, dhe mbledhësi i 'mbetjeve' e përfundon punën e tij në sfond. Por në jetën reale, dhe sidomos në segmentin Enterprise, për SSD zakonisht përdoret qasja e rastësishme në të dhëna. Dhe këto të dhëna shkruhen në vende të rastësishme në ruajtësit.
Sa më shumë të dhëna shkruhen në SSD, aq më e vështirë bëhet puna e mbledhësit të "debrisë", pasi fraksionimi rritet ndjeshëm. Si rezultat, arrin momenti kur procesi i pastrimit të pajisjes nuk është më "në sfond": performanca e SSD ulet ndjeshëm, pasi një pjesë të konsiderueshme të saj e merr Garbage Collector.
Pozita reale e të dhënave në SSD gjatë përdorimit të përditshëm
Për të ilustruar efektin e ndikimit të punës së mbledhësit të "debrisë" në varësi të modit të shkruarjes në pajisje, mund të kryhen teste të thjeshta: shkruajtje rreshtash dhe rastësore me blloqe 4KB në një pajisje 100GB. (Burimi – kompania )
Performanca gjatë shkruajtjes rreshtash
Performanca gjatë shkruajtjes rastësore
Siç shihet nga testet, rënia e performancës mund të arrijë më shumë se dy herë. Dhe kjo është thjesht një pajisje e vetme. Në rastin e përdorimit të SSD në një grup RAID, numri i operacioneve të rishtimit rritet ndjeshëm, për shkak të punës me paritet.
Në përgjithësi, për shkak të këtyre veçorive të punës së SSD, për to ekziston një parametër i tillë si koeficienti i shkruajtjes (write amplification). Ky është raporti i volumin e të dhënave që janë shkruar në pajisje, ndaj volumin e të dhënave që në të vërtetë dërgoi hosti. Dhe për RAID5 më të njohur ky koeficient është afërsisht ~3.5.
Si rezultat, sistemet me RAID klasik përdorin SSD vetëm ~10% të shpejtësisë së tyre reale dhe kanë vështirësi në shkallëzimin e performancës kur numri i pajisjeve kalon dhjetë.
Gjithashtu, vlen të përmendet se operacionet e tepërta të shkruajtjes jo vetëm që zvogëlojnë performancën e SSD, por gjithashtu e pakësojnë burimin e tij, duke e shkurtuar kështu jetëgjatësinë e pajisjes.
, e cila është thelbi i të gjithë produkteve AccelStor, është zhvilluar si një alternativë ndaj algoritmeve klasike të RAID kur punojnë me SSD. Inovacioni i teknologjisë është vlerësuar si nga patente të ndryshme dhe çmime (përfshirë në Flash Memory Summit 2016), ashtu edhe nga rezultatet e testeve të pavarura (për shembull, SPC1).
Kuptimi përfshihet në transformimin e të gjitha kërkesave që vijnë për shkarkim, kryesisht nga tipi i rastësishëm, në një grup bllokesh, maksimalisht të ngjashëm me modalitetin e shkarkimit rreshtor nga perspektiva e ruajtësit. Si rezultat, shkarkimi në SSD ndodh në modalitetin më të rehatshëm për ta, dhe performanca përfundimtare e tejkalon çdo sistem me RAID klasik.
Të gjitha SSD në sistemet AccelStor ndahen në dy grupe simetrike FlexiRemap®. Madhësia e grupit varet nga modeli dhe varion nga 5 në 11 ruajtës. Për qëllime qëndrueshmërie brenda grupit, përdoret pariteti si në RAID5. Të dy grupet përdoren së bashku, duke formuar një hapësirë të përbashkët ruajtjeje. Prandaj, qëndrueshmëria përfundimtare do të jetë e ngjashme me një masiv RAID50, që përbëhet nga dy grupe: sistemi është në gjendje të përballojë dështimin e deri në dy SSD, por jo më shumë se një nga çdo grup FlexiRemap®.
Të gjitha kërkesat për shkarkim ndahen në blloqe me madhësi 4KB, të cilat shkarkohen në mënyrë të ndërsjellë në të dy grupet FlexiRemap®. Gjatë kësaj kohe, sistemi mban vazhdimisht hesapin e kërkesave të blloqeve të shkarkuara, duke u përpjekur që gjatë ndryshimit të tyre të shkarkojë blloqet e ngjashme sa më afër njëri-tjetrit. Kjo rezulton në një analog virtual të tiering, në terma të SCSI. Në këtë rast, puna e mbledhësit të "mbetjeve" lehtësohet ndjeshëm: blloqet e pa përdorura do të mbeten gjithmonë pranë njëra-tjetrës.
Duhet theksuar se ndryshe nga produktet e konkurrentëve, nuk përdorin funksionalitetin e cache-it të kërkesave të ardhshme në memorien operacionale të kontrollorit. Të gjitha blloqet e dhënave që vijnë shkarkohen menjëherë në SSD. Hosti merr konfirmimin për shkarkimin e suksesshëm vetëm pasi të jenë vendosur fizikisht të dhënat në ruajtësit. Në RAM ruhen vetëm tabelat e vendosjes së blloqeve në SSD për të përshpejtuar aksesin dhe për të përcaktuar se ku të shkarkohet blloku i ardhshëm të dhënash. Sigurisht, për qëndrueshmëri, kopjet e këtyre tabelave janë gjithashtu të vendosura në vetë ruajtësit. Si rezultati, sistemet AccelStor nuk kërkojnë asnjë mbrojtje të cache-it në formën e një baterie/kapacitetori (ndërkohë, ekziston mundësia për të vendosur lidhje me UPS-in – për "shkëputje të butë" në rast probleme me furnizimin me energji).
Me falë një qasje të tillë në organizimin e shënimeve, mbledhësi i "plehrave" është në gjendje të punojë në sfond, pa ndikuar dukshëm në shpejtësinë e ruajtësve, çka në fund lejon që deri në 90% e performancës së SSD-së të riciklohet brenda sistemit. Kjo është pikërisht arsyeja pse performancat e larta IOPS në sistemet AccelStor janë të pranishme krahas All Flash, të cilat mbështeten në algoritmet RAID.
Gjithashtu, një veçori e rëndësishme e teknologjisë FlexiRemap® është reduktimi i dukshëm i operacioneve të tepruara të shkruarjes në SSD. Kështu, koeficienti i shkruarjes për sistemet AccelStor është vetëm 1.3, që në përkthim në gjuhën e zakonshme do të thotë se jeta e ruajtësve zgjatet më shumë se 2.5 herë krahasuar me RAID5!
Falë mbikëqyrjes së vazhdueshme nga sistemi mbi politikën e vendosjes së të dhënave në SSD, të gjitha ruajtësit konsumohen në mënyrë të barabartë. Kjo qasje lejon parashikimin e jetës së tyre dhe dërgimin e një sinjali të avancuar administratorit për shterimin e burimit të shkruarjes.
Është e qartë se SSD-të mund të dështojnë. Në këtë rast, sistemi menjëherë do të fillojë rindërtimin në një nga disqet rezervë. Ndërkohë, grupi FlexiRemap®, që ndodhet në gjendje të degraduar, kalon në modin "vetëm për lexim", dhe të gjitha kërkesat për shkruarje dërgohen në grupin e dytë. Ky mekanizëm mbrojtës është parashikuar për të përshpejtuar operacionin e rindërtimit dhe për të ulur probabilitetin e dështimit të një disku tjetër në të njëjtin grup. E vërteta është se gjatë rindërtimit të gjithë ruajtësit në grup ndiejnë një ngarkesë të shtuar për shkak të ndërferencave nga operacionet e leximit, shkruarjes dhe rimëkëmbjes në rezervë. Kështu, rritet probabiliteti i një dështimi tjetër disku. Sa më shumë operacione shkruarje, aq më gjatë do të zgjasë rindërtimi.
Pas përfundimit të procesit të rimëkëmbjes dhe kthimit të grupit FlexiRemap® në gjendjen normale, do të ketë një disbalancë të vogël në burimin e shkruarjes midis dy grupeve. Prandaj, për ta ekuilibruar, operacionet e ardhshme të shkruarjes do të bien më shpesh në grupin e rimëkëmbur (sigurisht, me llogari se performanca përfundimtare e sistemit të mos vuajë shumë).
Rritja e performancës së sistemeve All Flash, të bazuara në algoritmet RAID, mbi disa vlera (~280K IOPS@4K shkruar rastësor) nuk arrin të realizohet as me përdorimin e sistemeve të ndërlikuara të caching. Teknologjia FlexiRemap®, falë një qasje krejtësisht ndryshe ndaj organizatës së hapësirës së ruajtjes, jo vetëm që e kalon lehtësisht këtë barrierë, por gjithashtu rrit disa herë jetëgjatësinë e SSD-ve. Prandaj, sistemet kanë avantazhe të rëndësishme midis grupeve All Flash në shumë fronte (IOPS/$, GB/$, TCO, ROI), duke i bërë ato kandidatë idealë për pozita kyçe në qendrat e të dhënave të klientëve për zgjidhjen e detyrave që kërkojnë burime të mëdha.
Burimi: habr.com
