Здраво Хабр! У овом чланку ћемо вам рећи да ли је вредно организовати РАИД низове засноване на солид-стате решењима САТА ССД и НВМе ССД, и да ли ће од тога бити озбиљног профита? Одлучили смо да размотримо ово питање разматрајући врсте и типове контролера који то омогућавају, као и обим примене таквих конфигурација.
На овај или онај начин, свако од нас је барем једном у животу чуо дефиниције као што су „РАИД“, „РАИД-низ“, „РАИД-контролер“, али је мало вероватно да смо томе придавали озбиљан значај, јер је све ово мало вероватно за обичног ПЦ бојара Занимљиво. Али сви желе велике брзине од унутрашњих дискова и рад без проблема. На крају крајева, без обзира колико је хардвер рачунара моћан, брзина диска постаје уско грло када су у питању комбиноване перформансе рачунара и сервера.
То је био управо случај све док традиционални ХДД нису замењени модерним НВМе ССД-овима са упоредивим капацитетима од 1 ТБ или више. И ако су раније на рачунарима често постојале комбинације САТА ССД-а + неколико пространих ХДД-а, данас их почиње заменити друго решење - НВМе ССД + неколико пространих САТА ССД-ова. Ако говоримо о корпоративним серверима и „облацима“, многи су већ успешно прешли на САТА ССД, једноставно зато што су бржи од конвенционалних „лимених конзерви“ и способни су да обрађују већи број И/О операција истовремено.
Међутим, толеранција на грешке система је још увек на прилично ниском нивоу: не можемо, као у „Битки видовњака“, да предвидимо са тачношћу чак до недељу дана када ће одређени ССД уређај умрети. А ако ХДД-ови „умру” постепено, омогућавајући вам да ухватите симптоме и предузмете акцију, онда ССД-ови „умру” одмах и без упозорења. И сада је време да схватимо зашто је све ово уопште потребно? Да ли је вредно организовати РАИД низове засноване на солид-стате решењима САТА ССД и НВМе ССД, и да ли ће од тога бити озбиљног профита?
Зашто вам је потребан РАИД низ?
Сама реч „низ“ већ подразумева да се за његово креирање користи неколико дискова (ХДД и ССД), који се комбинују помоћу РАИД контролера и препознају од ОС-а као јединствено складиште података. Глобални задатак који РАИД низови могу да реше је минимизирање времена приступа подацима, повећање брзине читања/писања и поузданости, што се постиже захваљујући могућности брзог опоравка у случају квара. Узгред, уопште није неопходно користити РАИД за кућне резервне копије. Али ако имате свој кућни сервер, коме је потребан стални приступ 24/7, то је друга ствар.
Постоји преко десетина нивоа РАИД низова, од којих се сваки разликује по броју дискова који се користе у њему и има своје предности и недостатке: на пример, РАИД 0 вам омогућава да добијете високе перформансе без толеранције грешака, РАИД 1 вам омогућава да аутоматски пресликава податке без повећања брзине, а РАИД 10 комбинује садржи могућности горе наведеног. РАИД 0 и 1 су најједноставнији (пошто не захтевају софтверске прорачуне) и, као резултат, најпопуларнији. На крају крајева, избор у корист једног или другог нивоа РАИД-а зависи од задатака који су додељени низу дискова и могућности РАИД контролера.
Кућни и корпоративни РАИД: у чему је разлика?
Основа сваког модерног пословања су велике количине података који морају бити безбедно ускладиштени на серверима компаније. И такође, као што смо горе напоменули, мора им се обезбедити сталан приступ 24/7. Јасно је да је, уз хардвер, важан и софтверски део, али у овом случају је ипак реч о опреми која обезбеђује поуздано складиштење и обраду информација. Ниједан софтвер неће спасити компанију од пропасти ако хардвер не испуњава задатке који су му додељени.
За ове задатке сваки произвођач хардвера нуди такозване уређаје за предузећа. Кингстон има моћна солид-стате решења у облику САТА модела и , као и НВМе модели ДЦ1000М У.2 НВМе, ДЦУ1000 У.2 НВМе и ДЦП-1000 ПЦИ-е, намењени за употребу у дата центрима и суперрачунарима. Низови таквих драјвова се обично користе заједно са хардверским контролерима.
За потрошачко тржиште (односно за кућне рачунаре и НАС сервере), дискови као нпр НВМе ПЦИе, али у овом случају није потребно купити хардверски контролер. Можете се ограничити на ПЦ или НАС сервер уграђен у матичну плочу, осим ако наравно не планирате сами да саставите кућни сервер за нетипичне задатке (на пример, покретање малог кућног хостинга за пријатеље). Поред тога, кућни РАИД низови, по правилу, не захтевају стотине или хиљаде дискова, јер су ограничени на два, четири и осам уређаја (обично САТА).
Врсте и типови РАИД контролера
Постоје три типа РАИД контролера заснованих на принципима имплементације РАИД низова:
1. Софтвер, у којем управљање низом пада на ЦПУ и ДРАМ (то јест, програмски код се извршава на процесору).
2. Интегрисан, односно уграђен у матичне плоче рачунара или НАС сервера.
3. Хардвер (модуларни), који су дискретне картице за проширење за ПЦИ/ПЦИе конекторе на матичним плочама.
Која је њихова суштинска разлика једни од других? Софтверски РАИД контролери су инфериорнији од интегрисаних и хардверских у погледу перформанси и толеранције грешака, али не захтевају посебну опрему за рад. Међутим, важно је осигурати да је процесор хост система довољно моћан да покрене РАИД софтвер без негативног утицаја на перформансе апликација које такође раде на хосту. Интегрисани контролери су обично опремљени сопственом кеш меморијом и користе одређену количину ЦПУ ресурса.
Али хардверски имају и сопствену кеш меморију и уграђени процесор за извршавање софтверских алгоритама. Обично вам омогућавају да имплементирате све типове РАИД нивоа и подржавају неколико типова драјвова одједном. На пример, савремени хардверски контролери компаније Броадцом могу истовремено да повезују САТА, САС и НВМе уређаје, што вам омогућава да не мењате контролер приликом надоградње сервера: посебно, када прелазите са САТА ССД на НВМе ССД, контролери не морају да се мењају.
У ствари, на овој белешци долазимо до типологије самих контролора. Ако постоје тромодни, да ли треба да постоје неки други? У овом случају, одговор на ово питање ће бити потврдан. У зависности од функција и могућности, РАИД контролери се могу поделити на неколико типова:
1. Обични контролери са РАИД функцијом
У целој хијерархији, ово је најједноставнији контролер који вам омогућава да комбинујете ХДД и ССД у РАИД низове нивоа „0”, „1” или „0+1”. Ово се имплементира програмски на нивоу фирмвера. Међутим, такви уређаји се тешко могу препоручити за употребу у корпоративном сегменту, јер немају кеш меморију и не подржавају низове нивоа „5“, „3“ итд. Али за кућни сервер почетног нивоа они су сасвим прикладни.
2. Контролери који раде у тандему са другим РАИД контролерима
Овај тип контролера може бити упарен са интегрисаним контролерима матичне плоче. Ово се спроводи по следећем принципу: дискретни РАИД контролер брине о решавању „логичких” проблема, а уграђени преузима функције размене података између дискова. Али постоји нијанса: паралелни рад таквих контролера је могућ само на компатибилним матичним плочама, што значи да је њихов обим примене озбиљно ограничен.
3. Самостални РАИД контролери
Ова дискретна решења садрже све неопходне чипове за рад са серверима пословне класе, који имају сопствени БИОС, кеш меморију и процесор за брзо исправљање грешака и израчунавање контролне суме. Поред тога, испуњавају високе стандарде поузданости у погледу производње и имају висококвалитетне меморијске модуле.
4. Екстерни РАИД контролери
Није тешко претпоставити да су сви горе наведени контролери интерни и да се напајају преко ПЦИе конектора матичне плоче. Шта ово значи? И тај квар матичне плоче може довести до грешака у раду РАИД низа и губитка података. Екстерни контролери су ослобођени овог неспоразума, јер су смештени у посебном кућишту са независним напајањем. Што се тиче поузданости, такви контролери обезбеђују највиши ниво складиштења података.
, Мицросеми Адаптец, Интел, ИБМ, Делл и Цисцо су само неке од компанија које тренутно нуде хардверске РАИД контролере.
Режими рада РАИД контролера САС/САТА/НВМе
Главна сврха три-моде ХБА и РАИД контролера (или контролера са Три-Моде функционалношћу) је стварање хардверског РАИД-а заснованог на НВМе. Броадцом-ови контролери серије 9400 могу ово да ураде: на пример, . Припада независном типу РАИД контролера, опремљен је са четири СФФ-8643 конектора и, захваљујући Три-Моде подршци, омогућава вам да истовремено повежете САТА/САС и НВМе драјвове. Поред тога, он је такође један од енергетски најефикаснијих контролера на тржишту (троши само 17 вати енергије, са мање од 1,1 вати за сваки од 16 портова).
Интерфејс за повезивање је ПЦИ Екпресс к8 верзија 3.1, који омогућава проток од 64 Гбит/с (очекује се да ће се контролери за ПЦИ Екпресс 2020 појавити 4.0. године). Контролер са 16 портова је заснован на 2-језгарном чипу и 72-битни ДДР4-2133 СДРАМ (4 ГБ), као и могућност повезивања до 240 САТА/САС уређаја, или до 24 НВМе уређаја. У погледу организовања РАИД низова, подржани су нивои “0”, “1”, “5” и “6”, као и “10”, “50” и “60”. Узгред, кеш меморија и други контролери у серији 9400 су заштићени од нестанка напона опционим ЦацхеВаулт ЦВПМ05 модулом.
Технологија са три режима је заснована на СерДес функцији конверзије података: претварање серијског приказа података у САС/САТА интерфејсима у паралелни облик у ПЦИе НВМе и обрнуто. То јест, контролер преговара о брзинама и протоколима како би неометано радио са било којим од три типа уређаја за складиштење. Ово пружа неприметан начин за скалирање инфраструктуре центара података: корисници могу да користе НВМе без значајних промена у другим системским конфигурацијама.
Међутим, када планирате конфигурације са НВМе диск јединицама, вреди узети у обзир да НВМе решења користе 4 ПЦИе траке за повезивање, што значи да сваки диск користи све линије СФФ-8643 портова. Испоставило се да се само четири НВМе диска могу директно повезати на МегаРАИД 9460-16и контролер. Или се ограничите на два НВМе решења док истовремено повезујете осам САС уређаја (погледајте дијаграм повезивања испод).
На слици је приказано коришћење конектора „0” (Ц0 / конектор 0) и конектора „1” за НВМе везе, као и конектора „2” и „3” за САС везе. Овај распоред се може обрнути, али сваки к4 НВМе диск мора бити повезан помоћу суседних трака. Режими рада контролера се подешавају преко услужних програма за конфигурацију СторЦЛИ или Хуман Интерфаце Инфраструцтуре (ХИИ), који раде у УЕФИ окружењу.
Подразумевани режим је „ПД64“ профил (подржава само САС/САТА). Као што смо рекли горе, постоје укупно три профила: режим „само САС/САТА“ (ПД240 / ПД64 / ПД 16), режим „само НВМе“ (ПЦИе4) и мешовити режим у којем се користе сви типови драјвова. може да ради: „ПД64 -ПЦИе4“ (подршка за 64 физичка и виртуелна диска са 4 НВМе драјва). У мешовитом режиму, вредност наведеног профила треба да буде „ПрофилеИД=13“. Иначе, изабрани профил се чува као главни и не ресетује се чак ни при враћању на фабричка подешавања преко команде Постави фабричка подешавања. Може се променити само ручно.
Да ли је вредно креирања РАИД низа на ССД-у?
Дакле, већ смо схватили да су РАИД низови кључ за високе перформансе. Али да ли је вредно градити РАИД од ССД-а за кућну и корпоративну употребу? Многи скептици кажу да повећање брзине није толико значајно да би се трошило на НВМе дискове. Али да ли је то заиста тако? Тешко. Највеће ограничење за коришћење ССД-а у РАИД-у (и код куће и на нивоу предузећа) може бити само цена. Шта год да се каже, цена гигабајта простора на ХДД-у је много јефтинија.
Повезивање више ССД „дрива“ са РАИД контролером за креирање ССД низа може имати огроман утицај на перформансе у одређеним конфигурацијама. Међутим, не заборавите да је максималне перформансе ограничене пропусношћу самог РАИД контролера. РАИД ниво који нуди најбоље перформансе је РАИД 0.
Конвенционални РАИД 0 са два ССД-а, који користи методу раздвајања података у фиксне блокове и њиховог разврставања по ССД меморији, резултираће двоструким перформансама у поређењу са једним ССД-ом. Међутим, РАИД 0 низ са четири ССД-а ће већ бити четири пута бржи од најспоријег ССД-а у низу (у зависности од ограничења пропусног опсега на нивоу РАИД ССД контролера).
На основу једноставне аритметике, САТА ССД је око 3 пута бржи од традиционалног САТА ХДД-а. НВМе решења су још ефикаснија – 10 или више пута. Под условом да два чврста диска у РАИД-у нултог нивоа покажу дупло боље перформансе, повећавајући их за 50%, два САТА ССД-а ће бити 6 пута бржа, а два НВМе ССД-а ће бити 20 пута бржа. Конкретно, један Кингстон КЦ2000 НВМе ПЦИе диск може да постигне секвенцијалну брзину читања и писања до 3200 МБ/с, што ће у РАИД 0 формату достићи импресивних 6 ГБ/с. А брзина читања/писања насумичних блокова величине 4 КБ ће се променити са 350 ИОПС на 000 ИОПС. Али... у исто време, „нулти“ РАИД нам не обезбеђује редундантност.
Може се рећи да у кућним окружењима, редундантност складиштења обично није потребна, тако да најпогоднија РАИД конфигурација за ССД заиста постаје РАИД 0. То је поуздан начин да се постигне значајна побољшања перформанси као алтернатива коришћењу технологија као што је Интел Оптане заснована ССД дискови. Али о томе како се ССД решења понашају у најпопуларнијим типовима РАИД-а („1“, „5“, „10“, „50“) ћемо говорити у нашем следећем чланку.
Овај чланак је припремљен уз подршку наших колега из Броадцом-а, који обезбеђују своје контролере Кингстон инжењерима за тестирање са САТА/САС/НВМе дисковима пословне класе. Захваљујући овој пријатељској симбиози, купци не морају да сумњају у поузданост и стабилност Кингстон дискова са ХБА и РАИД контролерима из производње. .
За више информација о Кингстон производима, посетите компанија.
Извор: ввв.хабр.цом