Merhaba Habr! Bu yazımızda size RAID dizilerini katı hal çözümleri SATA SSD ve NVMe SSD'ye dayalı olarak organize etmeye değip değmeyeceğini anlatacağız ve bundan ciddi bir kazanç olacak mı? Bunun yapılmasına izin veren kontrolör türlerinin ve türlerinin yanı sıra bu tür konfigürasyonların uygulama kapsamını da göz önünde bulundurarak bu konuyu incelemeye karar verdik.
Öyle ya da böyle, her birimiz hayatımızda en az bir kez "RAID", "RAID dizisi", "RAID denetleyicisi" gibi tanımları duymuşuzdur, ancak buna ciddi bir önem vermemiz pek olası değildir, çünkü bunların hepsi sıradan bir PC boyar için pek olası değil. İlginç. Ancak herkes dahili sürücülerden yüksek hızlar ve sorunsuz çalışma ister. Sonuçta, bilgisayarın donanımı ne kadar güçlü olursa olsun, konu bilgisayar ve sunucunun birleşik performansı olduğunda sürücünün hızı bir darboğaz haline gelir.
Geleneksel HDD'lerin yerini 1 TB veya daha fazla benzer kapasiteye sahip modern NVMe SSD'ler alana kadar durum tam olarak böyleydi. Ve daha önce PC'lerde genellikle SATA SSD + birkaç kapasiteli HDD'nin kombinasyonları varsa, bugün bunların yerini başka bir çözüm almaya başlıyor - NVMe SSD + birkaç kapasiteli SATA SSD. Kurumsal sunucular ve "bulutlar" hakkında konuşursak, birçoğu geleneksel "teneke kutulardan" daha hızlı oldukları ve aynı anda daha fazla sayıda G/Ç işlemini gerçekleştirebildikleri için zaten başarılı bir şekilde SATA SSD'lere geçmiştir.
Ancak sistemin hata toleransı hala oldukça düşük bir seviyede: "Medyumlar Savaşı"nda olduğu gibi, belirli bir katı hal sürücüsünün ne zaman öleceğini bir haftaya kadar bir doğrulukla tahmin edemiyoruz. Ve HDD'ler yavaş yavaş "ölerek" belirtileri yakalayıp önlem almanıza olanak tanıyorsa, SSD'ler de hemen ve hiçbir uyarı vermeden "ölür". Peki şimdi tüm bunlara neden ihtiyaç duyulduğunu anlamanın zamanı geldi mi? Katı hal çözümleri SATA SSD ve NVMe SSD'ye dayalı RAID dizilerini düzenlemeye değer mi ve bundan ciddi bir kar elde edilecek mi?
Neden bir RAID dizisine ihtiyacınız var?
"Dizi" kelimesi zaten onu oluşturmak için bir RAID denetleyicisi kullanılarak birleştirilen ve işletim sistemi tarafından tek bir veri deposu olarak tanınan birkaç sürücünün (HDD ve SSD) kullanıldığını ima eder. RAID dizilerinin çözebileceği küresel görev, veri erişim süresini en aza indirmek, okuma/yazma hızını ve güvenilirliği artırmaktır; bu, bir arıza durumunda hızlı bir şekilde kurtarma yeteneği sayesinde elde edilir. Bu arada, ev yedeklemeleri için RAID kullanmaya hiç gerek yok. Ancak 24/7 sürekli erişime ihtiyaç duyduğunuz kendi ev sunucunuz varsa bu farklı bir konudur.
Her biri içinde kullanılan sürücü sayısına göre farklılık gösteren ve kendi artıları ve eksileri olan bir düzineden fazla RAID dizisi düzeyi vardır: örneğin, RAID 0, hata toleransı olmadan yüksek performans elde etmenizi sağlar; RAID 1, şunları yapmanızı sağlar: hızı artırmadan verileri otomatik olarak yansıtır ve RAID 10, yukarıdaki olasılıkları içerir. RAID 0 ve 1 en basit olanlardır (çünkü yazılım hesaplamaları gerektirmezler) ve sonuç olarak en popüler olanlardır. Sonuçta, bir veya başka bir RAID düzeyi lehine seçim, disk dizisine atanan görevlere ve RAID denetleyicisinin yeteneklerine bağlıdır.
Ev ve kurumsal RAID: fark nedir?
Herhangi bir modern işletmenin temeli, şirket sunucularında güvenli bir şekilde depolanması gereken büyük miktarda veridir. Ayrıca yukarıda da belirttiğimiz gibi 24/7 sürekli erişim sağlanması gerekiyor. Donanımın yanı sıra yazılım kısmının da önemli olduğu açıktır ancak bu durumda hala bilginin güvenilir şekilde depolanmasını ve işlenmesini sağlayan ekipmanlardan bahsediyoruz. Donanımın kendisine verilen görevleri yerine getirmemesi durumunda hiçbir yazılım bir şirketi yıkımdan kurtaramaz.
Bu görevler için herhangi bir donanım üreticisi kurumsal cihazlar olarak adlandırılan cihazlar sunar. Kingston, SATA modelleri biçiminde güçlü katı hal çözümlerine sahiptir и , ayrıca veri merkezlerinde ve süper bilgisayarlarda kullanılması amaçlanan NVMe modelleri DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe ve DCP-1000 PCI-e. Bu tür sürücülerin dizileri genellikle donanım denetleyicileriyle birlikte kullanılır.
Tüketici pazarı için (yani ev bilgisayarları ve NAS sunucuları için), aşağıdaki gibi sürücüler NVMe PCIe, ancak bu durumda bir donanım denetleyicisi satın almanıza gerek yoktur. Atipik görevler için (örneğin, arkadaşlar için küçük bir ev barındırma başlatmak) kendiniz bir ev sunucusu kurmayı planlamıyorsanız, kendinizi anakartta yerleşik bir PC veya NAS sunucusuyla sınırlayabilirsiniz. Ek olarak, ev tipi RAID dizileri, kural olarak, iki, dört ve sekiz cihazla (genellikle SATA) sınırlı olduğundan yüzlerce veya binlerce sürücü gerektirmez.
RAID denetleyicilerinin türleri ve türleri
RAID dizilerini uygulama ilkelerine dayanan üç tür RAID denetleyicisi vardır:
1. Dizi yönetiminin CPU ve DRAM'e düştüğü yazılım (yani program kodu işlemcide yürütülür).
2. Entegre, yani bir PC veya NAS sunucusunun anakartlarına yerleşik.
3. Anakartlardaki PCI/PCIe konnektörleri için ayrı genişletme kartları olan donanım (modüler).
Birbirlerinden temel farkları nedir? Yazılım RAID denetleyicileri, performans ve hata toleransı açısından entegre ve donanım denetleyicilerinden daha düşüktür, ancak çalışması için özel ekipman gerektirmezler. Ancak ana bilgisayar sisteminin işlemcisinin, ana bilgisayarda çalışan uygulamaların performansını olumsuz yönde etkilemeden RAID yazılımını çalıştıracak kadar güçlü olmasını sağlamak önemlidir. Entegre denetleyiciler genellikle kendi önbellekleriyle donatılmıştır ve belirli miktarda CPU kaynağı kullanır.
Ancak donanımsal olanların hem kendi önbellekleri hem de yazılım algoritmalarını yürütmek için yerleşik bir işlemcileri vardır. Tipik olarak, tüm RAID düzeylerini uygulamanıza ve aynı anda birden fazla sürücü türünü desteklemenize olanak tanırlar. Örneğin, Broadcom'un modern donanım denetleyicileri aynı anda SATA, SAS ve NVMe aygıtlarını bağlayabilir; bu, sunucuları yükseltirken denetleyiciyi değiştirmemenize olanak tanır: özellikle SATA SSD'den NVMe SSD'ye geçerken denetleyicilerin değiştirilmesi gerekmez.
Aslında bu notta kontrolörlerin tipolojisine geliyoruz. Üç modlu olanlar varsa, başkaları da olmalı mı? Bu durumda bu sorunun cevabı olumlu olacaktır. İşlevlere ve yeteneklere bağlı olarak RAID denetleyicileri çeşitli türlere ayrılabilir:
1. RAID fonksiyonlu sıradan denetleyiciler
Tüm hiyerarşide bu, HDD ve SSD'yi "0", "1" veya "0+1" düzeyindeki RAID dizilerinde birleştirmenize olanak tanıyan en basit denetleyicidir. Bu, ürün yazılımı düzeyinde programlı olarak uygulanır. Bununla birlikte, bu tür cihazların kurumsal segmentte kullanılması pek tavsiye edilemez çünkü önbellekleri yoktur ve "5", "3" vb. düzey dizilerini desteklemezler. Ancak giriş seviyesi bir ev sunucusu için oldukça uygundurlar.
2. Diğer RAID denetleyicileriyle birlikte çalışan denetleyiciler
Bu tür denetleyici, entegre anakart denetleyicileriyle eşleştirilebilir. Bu, aşağıdaki prensibe göre uygulanır: ayrı bir RAID denetleyicisi "mantıksal" sorunların çözülmesiyle ilgilenir ve yerleşik olan, sürücüler arasındaki veri alışverişi işlevlerini üstlenir. Ancak bir nüans var: Bu tür denetleyicilerin paralel çalışması yalnızca uyumlu anakartlarda mümkündür, bu da bunların uygulama kapsamının ciddi şekilde sınırlı olduğu anlamına gelir.
3. Bağımsız RAID denetleyicileri
Bu ayrı çözümler, hızlı hata düzeltme ve sağlama toplamı hesaplamaları için kendi BIOS'larına, önbelleklerine ve işlemcilerine sahip olan, kurumsal sınıf sunucularla çalışmak için gerekli tüm yongaları yerleşik olarak içerir. Ayrıca üretim açısından yüksek güvenilirlik standartlarını karşılıyorlar ve yüksek kaliteli bellek modüllerine sahipler.
4. Harici RAID denetleyicileri
Yukarıda sıralanan denetleyicilerin tamamının dahili olduğunu ve anakartın PCIe konektörü üzerinden güç aldığını tahmin etmek zor değil. Bu ne anlama gelir? Anakartın bu arızası, RAID dizisinin çalışmasında hatalara ve veri kaybına yol açabilir. Harici kontrolörler, bağımsız bir güç kaynağı ile ayrı bir kasaya yerleştirildiklerinden bu yanlış anlamadan kurtulurlar. Güvenilirlik açısından bu tür denetleyiciler en yüksek düzeyde veri depolama sağlar.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell ve Cisco şu anda donanımsal RAID denetleyicileri sunan şirketlerden yalnızca birkaçıdır.
RAID denetleyicilerinin SAS/SATA/NVMe çalışma modları
Üç modlu HBA ve RAID denetleyicilerinin (veya Üç Mod işlevine sahip denetleyicilerin) temel amacı, NVMe tabanlı donanım RAID oluşturmaktır. Broadcom'un 9400 serisi denetleyicileri bunu yapabilir: örneğin, . Bağımsız bir RAID denetleyici türüne aittir, dört SFF-8643 konektörüyle donatılmıştır ve Üçlü Mod desteği sayesinde SATA/SAS ve NVMe sürücülerini aynı anda bağlamanıza olanak tanır. Buna ek olarak, aynı zamanda piyasadaki enerji açısından en verimli kontrolörlerden biridir (17 bağlantı noktasının her biri için 1,1 Watt'tan az enerji tüketerek yalnızca 16 Watt enerji tüketir).
Bağlantı arayüzü, 8 Gbit/sn'lik bir aktarıma izin veren PCI Express x3.1 sürüm 64'dir (PCI Express 2020 denetleyicilerinin 4.0'de ortaya çıkması beklenmektedir). 16 bağlantı noktalı denetleyici, 2 çekirdekli bir yongayı temel alır ve 72 bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB) ile 240 adede kadar SATA/SAS sürücüyü veya 24 adede kadar NVMe cihazını bağlama yeteneği. RAID dizilerinin düzenlenmesi açısından “0”, “1”, “5” ve “6” ile “10”, “50” ve “60” seviyeleri desteklenir. Bu arada, önbellek ve 9400 serisindeki diğer denetleyiciler, isteğe bağlı CacheVault CVPM05 modülü aracılığıyla voltaj arızalarına karşı korunur.
Üç modlu teknoloji, SerDes veri dönüştürme işlevine dayanmaktadır: SAS/SATA arayüzlerindeki verilerin seri temsilini PCIe NVMe'de paralel forma (veya tam tersi) dönüştürür. Yani denetleyici, üç tür depolama aygıtından herhangi biriyle sorunsuz bir şekilde çalışacak şekilde hızları ve protokolleri belirler. Bu, veri merkezi altyapılarını ölçeklendirmek için kusursuz bir yol sağlar: Kullanıcılar, diğer sistem yapılandırmalarında önemli değişiklikler yapmadan NVMe'yi kullanabilir.
Bununla birlikte, NVMe sürücüleriyle yapılandırmaları planlarken, NVMe çözümlerinin bağlanmak için 4 PCIe hattı kullandığını dikkate almak gerekir; bu, her sürücünün SFF-8643 bağlantı noktasının tüm hatlarını kullandığı anlamına gelir. MegaRAID 9460-16i denetleyicisine doğrudan yalnızca dört NVMe sürücüsünün bağlanabileceği ortaya çıktı. Veya sekiz SAS sürücüyü aynı anda bağlarken kendinizi iki NVMe çözümüyle sınırlandırın (aşağıdaki bağlantı şemasına bakın).
Şekilde NVMe bağlantıları için "0" konektörü (C0 / Konektör 0) ve "1" konektörünün yanı sıra SAS bağlantıları için "2" ve "3" konektörlerinin kullanımı gösterilmektedir. Bu düzenleme tersine çevrilebilir ancak her x4 NVMe sürücüsünün bitişik şeritler kullanılarak bağlanması gerekir. Denetleyici çalışma modları, UEFI ortamında çalışan StorCLI veya İnsan Arayüzü Altyapısı (HII) yapılandırma yardımcı programları aracılığıyla ayarlanır.
Varsayılan mod “PD64” profilidir (yalnızca SAS/SATA'yı destekler). Yukarıda da söylediğimiz gibi toplamda üç profil bulunuyor: “Yalnızca SAS/SATA modu” modu (PD240 / PD64 / PD 16), “Yalnızca NVMe modu” (PCIe4) modu ve tüm sürücü türlerinin yer aldığı karma mod. şunları çalıştırabilir: “PD64 -PCIe4" (64 NVMe sürücülü 4 fiziksel ve sanal disk desteği). Karma modda belirtilen profilin değeri “ProfileID=13” olmalıdır. Bu arada, seçilen profil ana profil olarak kaydedilir ve Fabrika Varsayılanlarını Ayarla komutu aracılığıyla fabrika ayarlarına dönülse bile sıfırlanmaz. Yalnızca manuel olarak değiştirilebilir.
SSD'de RAID dizisi oluşturmaya değer mi?
Yani RAID dizilerinin yüksek performansın anahtarı olduğunu zaten anladık. Peki ev ve kurumsal kullanım için SSD'lerden RAID oluşturmaya değer mi? Pek çok şüpheci, hızdaki artışın NVMe sürücülerine savurganlık yapacak kadar önemli olmadığını söylüyor. Peki bu gerçekten böyle mi? Zorlu. RAID'de (hem evde hem de kurumsal düzeyde) SSD kullanmanın en büyük sınırlaması sadece fiyat olabilir. Ne derse desin, HDD'deki bir gigabaytlık alanın maliyeti çok daha ucuzdur.
Bir SSD dizisi oluşturmak için birden fazla katı hal "sürücünün" bir RAID denetleyicisine bağlanması, belirli yapılandırmalarda performans üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir. Ancak maksimum performansın RAID denetleyicisinin verimiyle sınırlı olduğunu unutmayın. En iyi performansı sunan RAID düzeyi RAID 0'dır.
Verileri sabit bloklara bölme ve bunları katı hal depolama boyunca şeritleme yöntemini kullanan, iki SSD'li geleneksel bir RAID 0, tek bir SSD'ye kıyasla iki kat performansla sonuçlanacaktır. Ancak dört SSD'ye sahip bir RAID 0 dizisi, dizideki en yavaş SSD'den zaten dört kat daha hızlı olacaktır (RAID SSD denetleyici düzeyindeki bant genişliği sınırlamasına bağlı olarak).
Basit aritmetiğe dayalı olarak bir SATA SSD, geleneksel bir SATA HDD'den yaklaşık 3 kat daha hızlıdır. NVMe çözümleri daha da verimlidir; 10 kat veya daha fazla. Sıfır seviyeli bir RAID'deki iki sabit sürücünün iki kat performans göstermesi, %50 oranında artması durumunda, iki SATA SSD 6 kat, iki NVMe SSD ise 20 kat daha hızlı olacaktır. Özellikle tek bir Kingston KC2000 NVMe PCIe sürücüsü, RAID 3200 formatında etkileyici bir 0 GB/s'ye ulaşacak olan 6 MB/s'ye varan sıralı okuma ve yazma hızlarına ulaşabilir. Boyutu 4 KB olan rastgele blokların okuma/yazma hızı da 350 IOPS'den 000 IOPS'ye çıkacak. Ama... aynı zamanda "sıfır" RAID bize yedeklilik sağlamaz.
Ev ortamlarında genellikle depolama yedekliliğine ihtiyaç duyulmadığı söylenebilir, bu nedenle SSD'ler için en uygun RAID yapılandırması gerçekten RAID 0 olur. Bu, Intel Optane tabanlı gibi teknolojilerin kullanılmasına alternatif olarak önemli performans iyileştirmeleri elde etmenin güvenilir bir yoludur. SSD'ler. Ancak bir sonraki yazımızda SSD çözümlerinin en popüler RAID türlerinde (“1”, “5”, “10”, “50”) nasıl davrandığından bahsedeceğiz.
Bu makale, denetleyicilerini kurumsal sınıf SATA/SAS/NVMe sürücülerle test etmeleri için Kingston mühendislerine sağlayan Broadcom'daki meslektaşlarımızın desteğiyle hazırlanmıştır. Bu dost canlısı simbiyoz sayesinde müşterilerin, üretimden HBA ve RAID denetleyicilerine sahip Kingston sürücülerinin güvenilirliğinden ve kararlılığından şüphe etmesi gerekmiyor. .
Kingston ürünleri hakkında daha fazla bilgi için lütfen şu adresi ziyaret edin: şirketi.
Kaynak: habr.com