RAID 算法於 1987 年向公眾介紹。 時至今日，它們仍然是信息存儲領域保護和加速數據訪問最需要的技術。 但跨過30年里程碑的IT技術時代，與其說是成熟，不如說已經是老齡化。 原因是進步，這不可避免地帶來了新的機會。 在那個除了 HDD 幾乎沒有其他驅動器的時代，RAID 算法使最有效地利用可用存儲資源成為可能。 然而，隨著SSD的出現，情況發生了翻天覆地的變化。 現在，使用固態驅動器時的 RAID 已經成為其性能的“絞索”。 因此，要釋放 SSD 速度特性的全部潛力，只需要一種完全不同的方法來使用它們。
除了 HDD 和 SSD 在工作原理上的明顯區別之外，這些類型的介質還有一個重要特徵：任何硬盤驅動器都可以以一個塊的粒度（現在通常是 4KB）覆蓋任何數據。 對於 SSD，覆蓋過程是一個複雜得多的過程：
- 更改的數據將復製到新位置。 同時，粒度是同一個塊，但由若干頁組成，大小為256KB - 4MB。 那些。 當更改相同的 4KB 時，除其他外，有必要復制形成單個塊的所有相鄰頁面。
- “舊”塊被標記為未使用，因此它們可以被垃圾收集器覆蓋。
順序寫入/覆蓋到 SSD
在順序寫入/重寫的情況下，SSD 的這一功能特性對其性能沒有太大影響，因為。 這些塊是並排的，垃圾收集器在後台很好地完成了它的工作。 但在現實生活中，尤其是在 SSD 的企業級領域，最常使用的是隨機訪問數據。 並且這些數據被寫入驅動器上的任意位置。
寫入 SSD 的數據越多，垃圾收集器就越難工作，因為碎片會大大增加。 結果，清潔驅動器的過程不再是“背景”的時刻到來了：SSD 的性能顯著下降，因為。 它的一個顯著部分被垃圾收集器佔用。
日常使用中 SSD 上數據的實際位置
為了說明“垃圾收集器”的工作效果取決於寫入驅動器的模式，您可以執行最簡單的測試：以 4KB 塊順序和隨機寫入 100GB 驅動器。 （來源-公司 )
順序寫入性能
隨機寫入性能
從測試中可以看出，性能下降可以達到兩倍以上。 而且它只是一個驅動器。 在將 SSD 用作 RAID 組的一部分的情況下，由於使用奇偶校驗，重寫操作的數量會大大增加。
通常，由於 SSD 操作的這些功能，它們有一個參數，如寫入放大係數。 這是寫入驅動器的數據量與主機實際發送的數據量之比。 對於最流行的 RAID5，這個比率約為 3.5。
因此，具有經典 RAID 的系統基本上僅使用 SSD 的實際速度的 10%，並且當驅動器數量增加到十幾個時，性能擴展性很差。
另請注意，過多的寫入操作不僅會降低 SSD 的性能，還會減少其無限資源，從而縮短驅動器的使用壽命。
，它是所有川源產品的核心，被設計為在使用 SSD 時替代經典 RAID 算法。 該技術的創新性體現在多項專利和獎項（包括 2016 年閃存峰會）以及獨立測試的結果（例如 SPC1）。
心臟 包括將所有傳入的寫入請求（主要是隨機類型）轉換為一組從驅動器的角度來看與順序寫入模式盡可能相似的塊。 因此，寫入 SSD 以最舒適的模式進行，最終性能超過任何具有經典 RAID 的系統。
川源系統中的所有 SSD 都分為兩個對稱的 FlexiRemap® 組。 組大小取決於型號，為 5-11 個驅動器。 對於組內的容錯，使用類似於 RAID5 的奇偶校驗。 兩組一起使用，形成一個共同的存儲空間。 因此，由此產生的容錯能力將類似於由兩組組成的 RAID50 陣列：系統能夠承受最多兩個 SSD 的故障，但每個 FlexiRemap® 組中不超過一個。
所有傳入的寫入請求都被分成 4KB 的塊，這些塊以循環模式寫入兩個 FlexiRemap® 組。 同時，系統不斷地記錄對記錄塊的需求，試圖在相似的塊發生變化時盡可能靠近彼此寫入。 如果用存儲系統來表示，它實際上類似於撕裂。 在這種情況下，“垃圾收集器”的工作就大大方便了：畢竟，未使用的塊總是在附近。
它應該指出的是 與競爭對手的產品不同，它們不使用在控制器的 RAM 中緩存傳入請求的功能。 所有傳入的數據塊都會立即寫入 SSD。 只有在將數據物理放置在驅動器上之後，主機才會收到寫入成功的確認信息。 只有 SSD 上的塊分配表存儲在 RAM 中，以加快訪問速度並確定將下一個數據塊寫入何處。 當然，為了可靠性，這些表格的副本位於媒體本身。 因此，AccelStor 系統不需要任何電池/電容器緩存保護（但是，可以與 UPS 通信 - 以便在出現電源問題時“軟”關機）。
由於這種組織記錄的方法，垃圾收集器真正能夠在後台工作而不會顯著影響驅動器的速度，最終允許系統內使用高達 90% 的 SSD 性能。 這正是川源系統在基於RAID算法的All Flash背景下的高IOPS性能。
FlexiRemap® 技術的另一個重要特性是冗餘 SSD 寫入的顯著減少。 所以AccelStor系統的寫放大隻有1.3，用通俗的話說就是硬盤的使用壽命比RAID5提高了2.5倍以上！
由於系統持續監控 SSD 上的數據放置策略，所有驅動器都以相同的方式磨損。 這種方法允許預測它們的使用壽命並提前向管理員發出有關記錄資源耗盡的信號。
很明顯，SSD 可能會發生故障。 在這種情況下，系統將立即開始重建到其中一個熱備用磁盤。 在這種情況下，處於降級狀態的 FlexiRemap® 組進入只讀模式，所有寫請求都定向到第二組。 提供這種保護機制是為了加快重建操作並降低同一組內另一個驅動器發生故障的可能性。 眾所周知，在重建過程中，由於熱備份上的讀取、寫入和恢復操作受到干擾，組中的所有驅動器的負載都會增加。 這增加了另一個驅動器發生故障的可能性。 寫入操作越多，重建所需的時間就越長。
重建過程完成且 FlexiRemap® 組恢復正常後，兩組之間的寫入資源將略有偏差。 因此，為了平衡它，後續的寫操作將更多地落在恢復組上（當然，以最終系統性能不會受到太大影響的方式）。
即使使用複雜的快取系統，也不可能將基於 RAID 演算法的全快閃系統的效能提高到高於特定值（~280K IOPS@4K 隨機寫入）。 FlexiRemap®技術憑藉著完全不同的儲存空間組織方式，不僅輕鬆克服了這項障礙，同時也將SSD的使用壽命延長數倍。 所以系統 在許多方面（IOPS/$、GB/$、TCO、ROI）在全閃存陣列中具有顯著優勢，使其成為客戶數據中心關鍵位置解決資源密集型任務的理想人選。
來源： www.habr.com
