Përshëndetje Habr! Në këtë artikull do t'ju tregojmë nëse ia vlen të organizoni grupe RAID bazuar në zgjidhjet e gjendjes së ngurtë SATA SSD dhe NVMe SSD, dhe a do të ketë një fitim serioz nga kjo? Ne vendosëm ta shqyrtojmë këtë çështje duke marrë në konsideratë llojet dhe llojet e kontrolluesve që e lejojnë këtë, si dhe shtrirjen e zbatimit të konfigurimeve të tilla.
Në një mënyrë apo tjetër, secili prej nesh të paktën një herë në jetën tonë ka dëgjuar përkufizime të tilla si "RAID", "RAID-array", "RAID-kontroller", por nuk ka gjasa që t'i kushtojmë rëndësi serioze kësaj, sepse e gjithë kjo është nuk ka gjasa për një djalë të zakonshëm PC Interesante. Por të gjithë duan shpejtësi të larta nga disqet e brendshme dhe funksionim pa probleme. Në fund të fundit, pavarësisht se sa i fuqishëm është pajisja e kompjuterit, shpejtësia e diskut bëhet një pengesë kur bëhet fjalë për performancën e kombinuar të kompjuterit dhe serverit.
Ky ishte pikërisht rasti derisa HDD-të tradicionale u zëvendësuan nga SSD moderne NVMe me kapacitete të krahasueshme prej 1 TB ose më shumë. Dhe nëse më herët në PC kishte shpesh kombinime të SATA SSD + nja dy HDD me kapacitet, sot ato kanë filluar të zëvendësohen nga një zgjidhje tjetër - NVMe SSD + disa SATA SSD të mëdha. Nëse flasim për serverët e korporatave dhe "retë", shumë prej tyre tashmë kanë kaluar me sukses në SATA SSD, thjesht sepse ato janë më të shpejta se "kanaçet e kallajit" konvencionale dhe janë të afta të përpunojnë një numër më të madh operacionesh I/O në të njëjtën kohë.
Sidoqoftë, toleranca ndaj gabimeve të sistemit është ende në një nivel mjaft të ulët: ne nuk mund të parashikojmë, si në "Betejën e Psikikës", me një saktësi deri në një javë kur një makinë e caktuar në gjendje të ngurtë do të vdesë. Dhe nëse HDD-të "vdesin" gradualisht, duke ju lejuar të kapni simptomat dhe të veproni, atëherë SSD-të "vdesin" menjëherë dhe pa paralajmërim. Dhe tani është koha për të kuptuar pse e gjithë kjo është e nevojshme fare? A ia vlen të organizoni grupe RAID bazuar në zgjidhjet e gjendjes së ngurtë SATA SSD dhe NVMe SSD, dhe a do të ketë një fitim serioz nga kjo?
Pse keni nevojë për një grup RAID?
Vetë fjala "array" tashmë nënkupton se për krijimin e tij përdoren disa disqe (HDD dhe SSD), të cilat kombinohen duke përdorur një kontrollues RAID dhe njihen nga OS si një ruajtje e vetme e të dhënave. Detyra globale që mund të zgjidhin grupet RAID është minimizimi i kohës së aksesit të të dhënave, rritja e shpejtësisë dhe besueshmërisë së leximit/shkrimit, e cila arrihet falë aftësisë për të rikuperuar shpejt në rast dështimi. Nga rruga, nuk është aspak e nevojshme të përdorni RAID për kopjet rezervë të shtëpisë. Por nëse keni serverin tuaj të shtëpisë, në të cilin keni nevojë për qasje të vazhdueshme 24/7, kjo është një çështje tjetër.
Ekzistojnë mbi një duzinë nivelesh të grupeve RAID, secila prej të cilave ndryshon në numrin e disqeve të përdorura në të dhe ka të mirat dhe të këqijat e veta: për shembull, RAID 0 ju lejon të merrni performancë të lartë pa tolerancë ndaj gabimeve, RAID 1 ju lejon të pasqyron automatikisht të dhënat pa rritur shpejtësinë, dhe kombinimi RAID 10 përmban mundësitë e sa më sipër. RAID 0 dhe 1 janë më të thjeshtat (pasi nuk kërkojnë llogaritjet e softuerit) dhe, si rezultat, më të njohurit. Në fund të fundit, zgjedhja në favor të një ose një niveli tjetër RAID varet nga detyrat e caktuara në grupin e diskut dhe aftësitë e kontrolluesit RAID.
RAID shtëpie dhe korporative: cili është ndryshimi?
Baza e çdo biznesi modern është vëllimi i madh i të dhënave që duhet të ruhen në mënyrë të sigurt në serverët e kompanisë. Dhe gjithashtu, siç e kemi theksuar më lart, atyre duhet t'u sigurohet akses i vazhdueshëm 24/7. Është e qartë se krahas harduerit është e rëndësishme edhe pjesa e softuerit, por në këtë rast ende po flasim për pajisje që sigurojnë ruajtjen dhe përpunimin e besueshëm të informacionit. Asnjë softuer nuk do ta shpëtojë një kompani nga rrënimi nëse hardueri nuk përmbush detyrat që i janë caktuar.
Për këto detyra, çdo prodhues i harduerit ofron të ashtuquajturat pajisje ndërmarrje. Kingston ka zgjidhje të fuqishme të gjendjes së ngurtë në formën e modeleve SATA и , si dhe modelet NVMe DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe dhe DCP-1000 PCI-e, të destinuara për përdorim në qendrat e të dhënave dhe superkompjuterët. Vargjet e disqeve të tillë zakonisht përdoren në lidhje me kontrollorët e harduerit.
Për tregun e konsumit (d.m.th., për kompjuterët e shtëpisë dhe serverët NAS), disqet si p.sh NVMe PCIe, por në këtë rast nuk është e nevojshme të blini një kontrollues harduerësh. Ju mund të kufizoni veten në një server PC ose NAS të integruar në motherboard, përveç nëse sigurisht planifikoni të montoni vetë një server në shtëpi për detyra atipike (për shembull, duke filluar një pritje të vogël në shtëpi për miqtë). Për më tepër, grupet RAID në shtëpi, si rregull, nuk kërkojnë qindra ose mijëra disqe, duke u kufizuar në dy, katër dhe tetë pajisje (zakonisht SATA).
Llojet dhe llojet e kontrollorëve RAID
Ekzistojnë tre lloje të kontrolluesve RAID bazuar në parimet e zbatimit të grupeve RAID:
1. Softuer, në të cilin menaxhimi i grupeve bie mbi CPU dhe DRAM (d.m.th., kodi i programit ekzekutohet në procesor).
2. I integruar, domethënë i integruar në pllakat amë të një serveri PC ose NAS.
3. Hardware (modular), të cilat janë kartat e zgjerimit diskrete për lidhësit PCI/PCIe në pllakat amë.
Cili është ndryshimi themelor i tyre nga njëri-tjetri? Kontrollorët RAID të softuerit janë inferiorë ndaj atyre të integruar dhe harduerikë për sa i përket performancës dhe tolerancës së gabimeve, por nuk kërkojnë pajisje speciale për të funksionuar. Megjithatë, është e rëndësishme të sigurohet që procesori i sistemit pritës të jetë mjaft i fuqishëm për të ekzekutuar softuerin RAID pa ndikuar negativisht në performancën e aplikacioneve që po funksionojnë gjithashtu në host. Kontrollorët e integruar zakonisht janë të pajisur me memorien e tyre të memories dhe përdorin një sasi të caktuar burimesh CPU.
Por ato harduerike kanë si memorien e tyre cache ashtu edhe një procesor të integruar për ekzekutimin e algoritmeve softuerike. Në mënyrë tipike, ato ju lejojnë të zbatoni të gjitha llojet e niveleve RAID dhe të mbështesni disa lloje disqet në të njëjtën kohë. Për shembull, kontrollorët modernë të harduerit nga Broadcom mund të lidhin njëkohësisht pajisjet SATA, SAS dhe NVMe, gjë që ju lejon të mos ndryshoni kontrolluesin kur përmirësoni serverët: në veçanti, kur lëvizni nga SATA SSD në NVMe SSD, kontrollorët nuk duhet të ndryshohen.
Në fakt, në këtë shënim vijmë te tipologjia e vetë kontrollorëve. Nëse ka tre modalitete, a duhet të ketë disa të tjera? Në këtë rast, përgjigja për këtë pyetje do të jetë pozitive. Në varësi të funksioneve dhe aftësive, kontrollorët RAID mund të ndahen në disa lloje:
1. Kontrollues të zakonshëm me funksion RAID
Në të gjithë hierarkinë, ky është kontrolluesi më i thjeshtë që ju lejon të kombinoni HDD dhe SSD në grupe RAID të niveleve "0", "1" ose "0+1". Kjo zbatohet në mënyrë programore në nivelin e firmuerit. Sidoqoftë, pajisje të tilla vështirë se mund të rekomandohen për përdorim në segmentin e korporatës, sepse ato nuk kanë një cache dhe nuk mbështesin grupe të niveleve "5", "3", etj. Por për një server shtëpiak të nivelit fillestar ata janë mjaft të përshtatshëm.
2. Kontrollorët që punojnë së bashku me kontrollorët e tjerë RAID
Ky lloj kontrolluesi mund të çiftohet me kontrollues të integruar të pllakës amë. Kjo zbatohet sipas parimit të mëposhtëm: një kontrollues diskret RAID kujdeset për zgjidhjen e problemeve "logjike" dhe kontrolluesi i integruar merr përsipër funksionet e shkëmbimit të të dhënave midis disqeve. Por ekziston një nuancë: funksionimi paralel i kontrollorëve të tillë është i mundur vetëm në pllakat amë të pajtueshme, që do të thotë se fusha e zbatimit të tyre është seriozisht e kufizuar.
3. Kontrollorët e pavarur RAID
Këto zgjidhje diskrete përmbajnë në bord të gjithë çipat e nevojshëm për të punuar me serverët e klasit të ndërmarrjes, duke pasur BIOS-in e tyre, memorien e memories dhe procesorin për korrigjimin e shpejtë të gabimeve dhe llogaritjet e shumës së kontrollit. Përveç kësaj, ato plotësojnë standarde të larta të besueshmërisë për sa i përket prodhimit dhe kanë module memorie me cilësi të lartë.
4. Kontrollorët e jashtëm RAID
Nuk është e vështirë të merret me mend se të gjithë kontrollorët e listuar më sipër janë të brendshëm dhe marrin energji përmes lidhësit PCIe të motherboard. Çfarë do të thotë kjo? Dhe ky dështim i motherboard mund të çojë në gabime në funksionimin e grupit RAID dhe humbje të të dhënave. Kontrollorët e jashtëm janë të çliruar nga ky keqkuptim, pasi ato janë të vendosura në një kuti të veçantë me një furnizim të pavarur me energji elektrike. Për sa i përket besueshmërisë, kontrollues të tillë ofrojnë nivelin më të lartë të ruajtjes së të dhënave.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell dhe Cisco janë vetëm disa nga kompanitë që aktualisht ofrojnë kontrollues harduer RAID.
Mënyrat e funksionimit të kontrollorëve RAID SAS/SATA/NVMe
Qëllimi kryesor i kontrollorëve me tri modalitete HBA dhe RAID (ose kontrollorëve me funksionalitet Tri-Mode) është krijimi i RAID-it të harduerit të bazuar në NVMe. Kontrollorët e serisë 9400 të Broadcom mund ta bëjnë këtë: për shembull, . I përket një lloji të pavarur të kontrolluesit RAID, është i pajisur me katër lidhës SFF-8643 dhe, falë mbështetjes Tri-Mode, ju lejon të lidhni disqet SATA/SAS dhe NVMe njëkohësisht. Për më tepër, ai është gjithashtu një nga kontrollorët më efikas në treg (duke konsumuar vetëm 17 vat energji, me më pak se 1,1 vat për secilën nga 16 portat).
Ndërfaqja e lidhjes është PCI Express x8 versioni 3.1, i cili lejon një xhiro prej 64 Gbit/s (kontrolluesit për PCI Express 2020 pritet të shfaqen në vitin 4.0). Kontrolluesi me 16 porte bazohet në një çip me 2 bërthama dhe 72-bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB), si dhe aftësinë për të lidhur deri në 240 disqe SATA/SAS, ose deri në 24 pajisje NVMe. Për sa i përket organizimit të grupeve RAID, mbështeten nivelet "0", "1", "5" dhe "6", si dhe "10", "50" dhe "60". Nga rruga, memorie cache dhe kontrollorët e tjerë në serinë 9400 mbrohen nga dështimet e tensionit nga moduli opsional CacheVault CVPM05.
Teknologjia me tre mënyra bazohet në funksionin e konvertimit të të dhënave SerDes: konvertimi i paraqitjes serike të të dhënave në ndërfaqet SAS/SATA në formë paralele në PCIe NVMe dhe anasjelltas. Kjo do të thotë, kontrolluesi negocion shpejtësitë dhe protokollet për të punuar pa probleme me cilindo nga tre llojet e pajisjeve të ruajtjes. Kjo ofron një mënyrë pa probleme për të shkallëzuar infrastrukturat e qendrave të të dhënave: përdoruesit mund të përdorin NVMe pa bërë ndryshime të rëndësishme në konfigurimet e tjera të sistemit.
Sidoqoftë, kur planifikoni konfigurime me disqet NVMe, vlen të merret parasysh që zgjidhjet NVMe përdorin 4 korsi PCIe për t'u lidhur, që do të thotë se çdo disk përdor të gjitha linjat e porteve SFF-8643. Rezulton se vetëm katër disqe NVMe mund të lidhen drejtpërdrejt me kontrolluesin MegaRAID 9460-16i. Ose kufizohuni në dy zgjidhje NVMe ndërsa lidhni njëkohësisht tetë disqe SAS (shih diagramin e lidhjes më poshtë).
Figura tregon përdorimin e lidhësit "0" (C0 / Lidhës 0) dhe lidhësit "1" për lidhjet NVMe, si dhe lidhësit "2" dhe "3" për lidhjet SAS. Ky rregullim mund të ndryshohet, por çdo makinë x4 NVMe duhet të lidhet duke përdorur korsi ngjitur. Mënyrat e funksionimit të kontrolluesit vendosen përmes shërbimeve të konfigurimit të StorCLI ose Human Interface Infrastructure (HII), i cili funksionon në mjedisin UEFI.
Modaliteti i parazgjedhur është profili "PD64" (mbështet vetëm SAS/SATA). Siç thamë më lart, ka gjithsej tre profile: modaliteti "vetëm SAS/SATA" (PD240 / PD64 / PD 16), modaliteti "Vetëm NVMe" (PCIe4) dhe një modalitet i përzier në të cilin të gjitha llojet e disqeve mund të funksionojë: "PD64 -PCIe4" (mbështetje për 64 disqe fizike dhe virtuale me 4 disqe NVMe). Në modalitetin e përzier, vlera e profilit të specifikuar duhet të jetë “ProfileID=13”. Nga rruga, profili i zgjedhur ruhet si ai kryesor dhe nuk rivendoset edhe kur kthehet në cilësimet e fabrikës përmes komandës Set Factory Defaults. Mund të ndryshohet vetëm me dorë.
A ia vlen të krijoni një grup RAID në një SSD?
Pra, ne e kemi kuptuar tashmë se grupet RAID janë çelësi i performancës së lartë. Por a ia vlen të ndërtoni RAID nga SSD për përdorim shtëpiak dhe korporativ? Shumë skeptikë thonë se rritja e shpejtësisë nuk është aq e rëndësishme sa të mburret në disqet NVMe. Por a është vërtet kështu? Vështirë. Kufizimi më i madh për përdorimin e SSD-ve në RAID (si në shtëpi ashtu edhe në nivel ndërmarrje) mund të jetë vetëm çmimi. Çfarëdo që mund të thuhet, kostoja e një gigabajt hapësirë në një HDD është shumë më e lirë.
Lidhja e shumë "disqeve" të gjendjes së ngurtë me një kontrollues RAID për të krijuar një grup SSD mund të ketë një ndikim të madh në performancën në konfigurime të caktuara. Sidoqoftë, mos harroni se performanca maksimale kufizohet nga xhiroja e vetë kontrolluesit RAID. Niveli RAID që ofron performancën më të mirë është RAID 0.
Një RAID 0 konvencional me dy SSD, i cili përdor një metodë të ndarjes së të dhënave në blloqe fikse dhe ndarjes së tyre në ruajtjen e gjendjes së ngurtë, do të rezultojë në dyfishin e performancës në krahasim me një SSD të vetme. Sidoqoftë, një grup RAID 0 me katër SSD do të jetë tashmë katër herë më i shpejtë se SSD më i ngadalshëm në grup (në varësi të kufizimit të gjerësisë së brezit në nivelin e kontrolluesit RAID SSD).
Bazuar në aritmetikën e thjeshtë, një SATA SSD është rreth 3 herë më i shpejtë se një SATA HDD tradicional. Zgjidhjet NVMe janë edhe më efikase - 10 herë ose më shumë. Me kusht që dy hard disk në një RAID të nivelit zero të tregojnë dyfishimin e performancës, duke e rritur atë me 50%, dy SATA SSD do të jenë 6 herë më të shpejta dhe dy SSD NVMe do të jenë 20 herë më të shpejtë. Në veçanti, një disk i vetëm Kingston KC2000 NVMe PCIe mund të arrijë shpejtësi sekuenciale leximi dhe shkrimi deri në 3200 MB/s, të cilat në formatin RAID 0 do të arrijnë një mbresëlënëse 6 GB/s. Dhe shpejtësia e leximit/shkrimit të blloqeve të rastësishme me madhësi 4 KB do të kthehet nga 350 IOPS në 000 IOPS. Por... në të njëjtën kohë, RAID “zero” nuk na ofron tepricë.
Mund të thuhet se në mjediset shtëpiake, teprica e ruajtjes zakonisht nuk nevojitet, kështu që konfigurimi më i përshtatshëm RAID për SSD bëhet me të vërtetë RAID 0. Kjo është një mënyrë e besueshme për të marrë përmirësime të rëndësishme të performancës si një alternativë ndaj përdorimit të teknologjive si të bazuara në Intel Optane SSD-të. Por ne do të flasim për mënyrën sesi zgjidhjet SSD sillen në llojet më të njohura të RAID ("1", "5", "10", "50") në artikullin tonë të ardhshëm.
Ky artikull u përgatit me mbështetjen e kolegëve tanë në Broadcom, të cilët u ofrojnë kontrollorët e tyre inxhinierëve të Kingston për testim me disqet SATA/SAS/NVMe të klasit të ndërmarrjes. Falë kësaj simbioze miqësore, klientët nuk duhet të dyshojnë në besueshmërinë dhe qëndrueshmërinë e disqeve Kingston me kontrollorët HBA dhe RAID nga prodhimi. .
Për më shumë informacion rreth produkteve Kingston, ju lutemi vizitoni kompania.
Burimi: www.habr.com