RAID-algoritmerna presenterades för allmĂ€nheten redan 1987. Ăn idag Ă€r de den mest efterfrĂ„gade teknologin för skydd och snabbare Ă„tkomst till data inom lagring. Men Ă„ldern pĂ„ en IT-teknologi som har passerat 30-Ă„rs grĂ€nsen Ă€r snarare en Ă„lderdom Ă€n mognad. Anledningen Ă€r framsteg, som obevekligt bĂ€r med sig nya möjligheter. NĂ€r det nĂ€stan inte fanns nĂ„gra andra lagringsenheter Ă€n HDD, gjorde RAID-algoritmerna det möjligt att effektivt utnyttja tillgĂ€ngliga lagringsresurser. Men med uppkomsten av SSD Ă€ndrades situationen radikalt. Idag, nĂ€r man anvĂ€nder solid-state-enheter, Ă€r RAID en "snara" pĂ„ deras prestanda. DĂ€rför krĂ€vs det ett helt annat tillvĂ€gagĂ„ngssĂ€tt för att avslöja den fulla potentialen hos hastighetskarakteristikernas SSD.
Förutom de uppenbara skillnaderna mellan HDD och SSD i arbetsprinciperna, har dessa typer av lagringsmedium ocksÄ en annan viktig egenskap: varje hÄrddisk kan skriva över alla data med en granularitet pÄ en block (ofta 4KB idag). För SSD Àr processen att skriva över betydligt mer komplicerad:
- Ăndrade data kopieras till en ny plats. Granulariteten Ă€r samma block, men som bestĂ„r av flera sidor och har en storlek pĂ„ 256KB - 4MB. Det vill sĂ€ga, vid förĂ€ndring av samma 4KB mĂ„ste man kopiera Ă€ven alla angrĂ€nsande sidor som utgör ett helt block.
- "Gamla" block markeras som oanvÀnda för att senare skrivas över av "skrÀpprocessorn" (Garbage Collector).
Sekventiell skrivning/överskrivning pÄ SSD
Vid sekventiell skrivning/överskrivning spelar denna funktionella egenskap hos SSD inte stor roll för dess prestanda, eftersom blocken ligger nÀra varandra, och skrÀpprocessorn klarar av sitt arbete i bakgrunden. Men i verkliga livet, sÀrskilt inom företagssegmentet, anvÀnds SSD oftast för slumpmÀssig Ätkomst till data. Och dessa data skrivs till slumpmÀssiga platser pÄ lagringsenheterna.
Ju fler data som skrivs till SSD, desto svÄrare blir det för skrÀpuppsamlaren att arbeta, eftersom fragmenteringen ökar kraftigt. Som ett resultat kommer den tidpunkt dÄ rengöringsprocessen slutar vara "bakgrundsarbete": prestandan hos SSD faller avsevÀrt, eftersom en stor del av den tas av Garbage Collector.
Den verkliga placeringen av data pÄ SSD vid daglig anvÀndning
För att illustrera effekten av skrĂ€puppsamlarens arbete beroende pĂ„ skrivlĂ€get pĂ„ lagringsenheten kan man genomföra enkla tester: sekventiell och slumpmĂ€ssig skrivning i block av 4KB pĂ„ en 100GB-lagringsenhet. (KĂ€lla â företaget )
Prestanda vid sekventiell skrivning
Prestanda vid slumpmÀssig skrivning
Som tester visar kan prestandafallet nÄ mer Àn dubbelt. Och detta Àr bara en enskild lagringsenhet. Vid anvÀndning av SSD i en RAID-grupp ökar antalet omskrivningar kraftigt tack vare arbetet med paritet.
Generellt, tack vare dessa egenskaper hos SSD, finns det en parameter som kallas skrivförstÀrkning (write amplification). Detta Àr förhÄllandet mellan volymen av data som skrivs till enheten och volymen av data som faktiskt skickades av vÀrden. För den mest populÀra RAID5 Àr detta förhÄllande cirka ~3.5.
I slutÀndan utnyttjar system med klassisk RAID i grunden SSD endast ~10% av deras verkliga hastighet och har lÄg skalbarhet nÀr det gÀller prestanda vid ökning av antalet enheter över ett tiotal.
Vi ska ocksÄ notera att överflödiga skrivoperationer inte bara minskar SSD:ns prestanda utan Àven förkortar dess inte oÀndliga livslÀngd, vilket dÀrmed minskar enhetens livslÀngd.
, som Àr kÀrnan i alla AccelStor-produkter, har utvecklats som ett alternativ till klassiska RAID-algoritmer vid arbete med SSD. Den innovativa teknologin har erkÀnts av bÄde olika patent och priser (inklusive vid Flash Memory Summit 2016), samt resultat frÄn oberoende tester (till exempel SPC1).
Essens innebÀr att alla skrivförfrÄgningar som tas emot, framför allt av random-typ, omvandlas till en uppsÀttning block som liknar sekventiell skrivning sett ur lagringsenhetens perspektiv. Som ett resultat sker skrivning pÄ SSD i det mest bekvÀma lÀget för dem, och den slutliga prestandan övertrÀffar alla system med klassisk RAID.
Alla SSD i AccelStor-systemen delas upp i tvÄ symmetriska grupper FlexiRemapŸ. Gruppens storlek beror pÄ modellen och bestÄr av 5-11 lagringsenheter. För att sÀkerstÀlla redundans inom gruppen anvÀnds paritet liknande RAID5. BÄda grupperna anvÀnds tillsammans, vilket skapar ett gemensamt lagringsutrymme. DÀrför kommer den slutliga redundansen att vara liknande en RAID50-matris som bestÄr av tvÄ grupper: systemet kan motstÄ att upp till tvÄ SSD gÄr ner, men inte mer Àn en i varje FlexiRemapŸ-grupp.
Alla skrivförfrÄgningar som kommer in delas upp i block om 4KB, som i round robin-lÀge skrivs till bÄda FlexiRemapŸ-grupperna. Systemet hÄller stÀndigt reda pÄ efterfrÄgan pÄ de skrivna blocken och försöker vid förÀndring av dessa block skriva liknande block sÄ nÀra varandra som möjligt. Detta ger en virtuell analog av tiering, om man uttrycker sig i termer av lagringssystem. I det hÀr fallet underlÀttas arbetet för "skrÀpprocessorn": oanvÀnda block kommer stÀndig att ligga nÀra varandra.
Det Àr vÀrt att nÀmna att till skillnad frÄn konkurrenternas produkter inte anvÀnder sig av funktionaliteten att cacha inkommande förfrÄgningar i controllerns RAM. Alla inkommande datablok skrivs omedelbart till SSD. VÀrden fÄr bekrÀftelse pÄ att skrivningen har lyckats först efter att data har placerats fysiskt pÄ lagringsenheterna. I RAM lagras endast tabeller för blockens placering pÄ SSD för att pÄskynda Ätkomst och bestÀmma var nÀsta datablok ska skrivas. Naturligtvis finns kopior av dessa tabeller Àven pÄ lagringsenheterna för ökad tillförlitlighet. Som ett resultat krÀver AccelStor-system ingen cache-skydd i form av batteri/kondensator (Àven om det finns möjlighet att ansluta till en UPS för "mjukt" avstÀngning vid strömproblem).
Tack vare detta tillvÀgagÄngssÀtt för organisering av registrering kan "skrÀpinsamlaren" faktiskt arbeta i bakgrunden utan att pÄverka hastigheten pÄ lagringsenheterna avsevÀrt, vilket i slutÀndan möjliggör att upp till 90% av SSD-prestandan kan utnyttjas inom systemet. Det Àr detta som förklarar de höga IOPS-vÀrdena i AccelStor-systemen jÀmfört med All Flash, som baseras pÄ RAID-algoritmer.
En annan viktig egenskap hos FlexiRemapŸ-teknologin Àr den betydande minskningen av överflödiga skrivoperationer pÄ SSD. SÄledes Àr skrivförstÀrkningskoefficienten (write amplification) för AccelStor-system endast 1,3, vilket i praktiska termer innebÀr att livslÀngden pÄ lagringsenheterna ökar med mer Àn 2,5 gÄnger jÀmfört med RAID5!
Tack vare systemets kontinuerliga övervakning av datalagringspolitiken pÄ SSD, slits alla lagringsenheter lika mycket. Denna strategi möjliggör att deras livslÀngd kan förutsÀgas och att administratören kan fÄ ett tidigt varningssignal om att skrivresursen Àr pÄ vÀg att ta slut.
Det Àr klart att SSD kan gÄ sönder. I sÄ fall börjar systemet omedelbart Äteruppbygga pÄ en av hot spare-enheterna. Under denna process gÄr FlexiRemapŸ-gruppen, som Àr i ett degraderat tillstÄnd, över till lÀslÀge, och alla skrivförfrÄgningar dirigeras till den andra gruppen. Denna skyddsmekanism Àr avsedd att pÄskynda Äteruppbyggnadsoperationen och minska risken för att ytterligare en lagringsenhet i samma grupp gÄr sönder. Det Àr ingen hemlighet att alla enheter i gruppen utsÀtts för ökad belastning under Äteruppbyggnaden pÄ grund av interferens frÄn lÀs-, skriv- och ÄterstÀllningsoperationer pÄ hot spares. Detta ökar risken för att ytterligare en disk gÄr sönder. Ju fler skrivoperationer, desto lÀngre tid kommer Äteruppbyggnaden att ta.
NÀr ÄterhÀmtningsprocessen Àr klar och FlexiRemapŸ-gruppen ÄtergÄr till normalt tillstÄnd kommer det att förekomma en liten obalans i skrivresursen mellan de tvÄ grupperna. DÀrför kommer de kommande skrivoperationerna oftare att utföras pÄ den ÄterstÀllda gruppen (naturligtvis med hÀnsyn till att den totala systemprestandan inte ska drabbas alltför mycket).
Att öka prestandan för All Flash-system som Àr baserade pÄ RAID-algoritmer över vissa nivÄer (~280K IOPS@4K random write) gÄr inte ens med komplexa cachingsystem. Tekniken FlexiRemapŸ, med sin helt andra strategi för lagringsorganisering, övervinner inte bara detta hinder med lÀtthet, utan förlÀnger dessutom SSD:ernas livslÀngd flera gÄnger. SÄ system har betydande fördelar bland All Flash-matriser pÄ mÄnga fronter (IOPS/$, GB/$, TCO, ROI), vilket gör dem till idealiska kandidater för viktiga positioner i kundernas datacenter för att hantera resurskrÀvande uppgifter.
KĂ€lla: habr.com
