В прошлый материал Мы уже рассматривали вопрос «Можно ли использовать RAID на SSD» на примере накопителей Kingston, но сделали это только в пределах нулевого уровня.
В этой статье мы разберем варианты использования профессиональных и домашних NVMe-решений в наиболее популярных типах RAID-массивов и поговорим о совместимости контроллеров.
Бродком с дисками Kingston. 
Зачем нужен RAID на SSD?
Преимущества массивов хранения данных на базе SSD по сравнению с массивами хранения данных на жестких дисках включают сокращение времени доступа к диску и превосходную производительность чтения/записи.Однако идеальная производительность RAID на базе SSD требует оптимального сочетания процессора, кэша, программного и аппаратного обеспечения.
Когда все эти факторы прекрасно работают вместе, RAID-массив SSD может значительно превзойти аналогичную конфигурацию с использованием традиционных жестких дисков.
Типичный твердотельный накопитель потребляет меньше энергии, чем жесткие диски, поэтому при объединении большого количества твердотельных накопителей в RAID-массив экономия энергии по сравнению с HDD RAID может также привести к снижению корпоративных счетов за электроэнергию.
Однако SSD RAID имеет ограничения и недостатки, в том числе более высокую цену за гигабайт пространства по сравнению с жесткими дисками сопоставимой емкости.
А время наработки на отказ флэш-памяти ограничено определенным количеством циклов перезаписи.
То есть SSD-накопители имеют определенный срок службы, который зависит от использования: чем активнее перезаписывается информация на нем, тем быстрее накопитель выйдет из строя.
С другой стороны, корпоративные твердотельные накопители имеют приличный срок службы, сравнимый с механическими жесткими дисками.
Как твердотельные накопители Kingston работают в режиме RAID с контроллерами Broadcom
На заре появления SSD-накопителей конструкции RAID были таят в себе множество нюансов.В том числе и из-за использования менее отказоустойчивых HDD. Твердотельные накопители гораздо более надежны, чем их аналоги на магнитных дисках.
Как мы знаем, SSD-решения не имеют движущихся элементов, поэтому механические повреждения сведены к нулю.
Выход из строя твердотельных накопителей из-за скачков напряжения также маловероятен, учитывая, что на уровне домашнего ПК и любого сервера вы защищены ИБП, сетевыми фильтрами и даже блоком питания.
В то же время у твердотельных накопителей есть еще одно существенное преимущество: даже если ячейки памяти изнашиваются при записи, данные с них все равно можно прочитать, а вот при повреждении магнитного диска — увы.
Сегодня использование SSD-решений в RAID-массивах разного уровня — вполне нормальная практика.
Главное — правильно выбрать SSD, у которых задержка минимальна.
Также идеально использовать твердотельные накопители одного производителя и одной модели, чтобы не получить в итоге мешанину накопителей, поддерживающих разные типы нагрузок и построенных на разных типах памяти, контроллерах и других технологиях.
То есть, если бы мы решили приобрести у Kingston четыре или 16 NVMe SSD для создания RAID-массива, было бы лучше, если бы они все были из одной серии и модельного ряда.
Кстати, в последняя статья Мы неспроста приводили в пример контроллеры Broadcom, когда говорили о NVMe SSD от Kingston. Дело в том, что в мануалах к этим устройствам сразу указаны совместимые накопители (в том числе решения от вышеупомянутого американского производителя SSD), с которыми контроллер будет работать безупречно.
На эту информацию необходимо положиться при выборе комбинации контроллер-SSD для RAID.
Анализируем работу твердотельных накопителей Kingston в самых популярных типах RAID — «1», «5», «10», «50».
Итак, «нулевой» уровень RAID не обеспечивает избыточность данных, а лишь увеличивает производительность.
RAID 0 вообще не обеспечивает никакой защиты данных, поэтому в рамках корпоративного сегмента мы его рассматривать не будем.
С другой стороны, RAID 1 обеспечивает полную избыточность, но лишь скромный прирост производительности, и поэтому его следует учитывать, если повышение производительности не является основным фактором при создании RAID-массива из SSD.
RAID 1 на базе твердотельных накопителей Kingston и контроллеров Broadcom.
Так, RAID-массив первого уровня на базе контроллера Broadcom MegaRAID 9460-16i объединяет от двух до 32 накопителей Kingston, которые являются копиями друг друга, и обеспечивает полное резервирование.Если при использовании традиционных HDD скорость записи и чтения данных осталась на том же уровне, что и у самого HDD, то при использовании решений NVMe SSD мы получаем десятикратный прирост производительности.
Особенно в плане времени доступа к данным.
Например, с двумя твердотельными накопителями Kingston DC1000M U.2 NVMe в серверном RAID 1 мы получаем 350 000 IOPS при чтении случайных данных и 75 000 IOPS при записи.
По скорости последовательного чтения результаты будут соответствовать характеристикам накопителя — 3200 МБ/с.
Но поскольку оба твердотельных накопителя NVMe находятся в рабочем состоянии, данные с них можно считывать одновременно, что делает операции чтения довольно быстрыми.
Но скорость записи (заявленная 2000 МБ/с) будет медленнее, поскольку каждая операция записи выполняется дважды.
RAID 1 идеально подходит для небольших баз данных или любой другой среды, требующей отказоустойчивости, но небольшой емкости.
Зеркальное отображение дисков особенно полезно в сценариях аварийного восстановления (с небольшим снижением производительности), поскольку оно обеспечивает мгновенную «реанимацию» важных данных в случае выхода из строя одного из дисков массива.
Но поскольку для этого уровня защиты требуется вдвое больший объем хранилища, чем для зеркальной копии данных (100 ТБ хранилища потребует 200 ТБ пространства), многие корпоративные системы используют более экономичные варианты хранения: RAID 5 и RAID 6.
RAID 5 на базе SSD Kingston и контроллеров Broadcom
Для организации RAID-массива 5-го уровня нам потребуются как минимум три диска, данные на которых чередуются (циклически записываются на все диски массива), но не дублируются.При их организации следует учитывать их более сложную структуру, поскольку здесь появляется понятие «контрольная сумма» (или «четность»).
Под этим понятием понимается логическая алгебраическая функция XOR (также исключающее «ИЛИ»), которая диктует использование в массиве не менее трёх накопителей (максимум 32).
В этом случае информация о четности записывается на все «диски» массива.
Для массива из четырех SATA SSD-накопителей Kingston DC500R емкостью по 3,84 ТБ каждый получаем 11,52 ТБ пространства и 3,84 на контрольные суммы.
А если объединить 16 накопителей Kingston DC1000M U.2 NVMe емкостью 7,68 ТБ в RAID уровня 5, то получим 115,2 ТБ с потерей 7,68 ТБ.
Как видите, чем больше дисков, тем в итоге лучше.
Это также лучше, поскольку чем больше дисков в RAID 5, тем выше общая производительность операций записи.
А линейное чтение достигнет уровня RAID 0. 
Группа дисков RAID 5 обеспечивает высокую пропускную способность (особенно для больших файлов) и резервирование с минимальными потерями мощности.
Этот тип организации массива лучше всего подходит для сетей, которые одновременно выполняют множество небольших операций ввода-вывода (I/O).
Но не стоит использовать его для задач, требующих большого количества операций записи на маленькие или мелкие блоки.
Есть еще один нюанс: при выходе из строя хотя бы одного из NVMe-накопителей RAID 5 переходит в режим деградации и выход из строя другого накопителя может стать критическим для всех данных.
Если один диск в массиве выходит из строя, RAID-контроллер использует информацию о четности для воссоздания всех недостающих данных.
RAID 10 на базе SSD Kingston и контроллеров Broadcom
Так, RAID 0 дает нам двукратное увеличение скорости и времени доступа, а RAID 1 обеспечивает надежность.В идеале их следует объединить, и тут на помощь приходит RAID 10 (или 1+0).
«Десятка» собирается из четырех SATA SSD или NVMe-накопителей (максимум 32) и подразумевает массив «зеркал», количество накопителей в которых всегда должно быть кратно четырем.
Данные в этот массив записываются путем разделения на фиксированные блоки (как в случае с RAID 0) и чередования между дисками, распределяя копии между «дисками» в массиве RAID 1. А благодаря возможности одновременного доступа к нескольким группам дисков RAID 10 показывает высокую производительность.
Поскольку RAID 10 способен распределять данные по нескольким зеркальным парам, это означает, что он может допускать сбой одного диска в паре.
Однако если обе пары зеркал (то есть все четыре диска) выйдут из строя, неизбежно произойдет потеря данных.
В результате мы также получаем хорошую отказоустойчивость и надежность.
Но стоит иметь в виду, что, как и RAID 1, массив десятого уровня использует лишь половину общей емкости, а потому является дорогостоящим решением.
А еще сложно настроить.
RAID 10 подходит для использования с хранилищами данных, требующими 100-процентной избыточности зеркальных групп дисков, а также улучшенной производительности ввода-вывода RAID 0. Это лучшее решение для баз данных среднего размера или любой среды, требующей большей отказоустойчивости.
чем RAID 5.
RAID 50 на базе SSD Kingston и контроллеров Broadcom
Комбинированный массив, аналогичный RAID десятого уровня, который представляет собой массив нулевого уровня, созданный из массивов пятого уровня.Как и прежде, основная цель этого массива — добиться удвоения производительности при сохранении надежности данных в массивах RAID 5. Однако RAID 50 обеспечивает повышенную производительность записи и лучшую защиту данных, чем стандартный RAID 5, в случае отказа диска, а также способен к более быстрому восстановлению в случае выхода из строя одного из дисков.
Группа дисков RAID 50 разбивает данные на более мелкие блоки, а затем распределяет их по каждому массиву RAID 5. Группа дисков RAID 5, в свою очередь, также разбивает данные на более мелкие блоки, вычисляет четность, выполняет логическую операцию ИЛИ над блоками, а затем выполняет операции записи блоков данных и проверки четности на каждом диске в группе дисков.
Хотя производительность неизбежно снизится в случае выхода из строя одного из дисков, это не так существенно, как в случае с массивом RAID 5, поскольку один сбой затрагивает только один из массивов, оставляя другой полностью работоспособным.
Фактически, RAID 50 может выдержать до восьми отказов жестких дисков/SSD/NVMe, если каждый вышедший из строя «диск» находится в отдельном массиве RAID 5. 
RAID 50 лучше всего использовать для приложений, которые требуют высокой надежности и должны обрабатывать большое количество запросов, сохраняя при этом высокую скорость передачи данных и более низкие затраты на диски, чем RAID 10. Однако, поскольку для настройки массива RAID 50 требуется минимум шесть дисков, стоимость не полностью исключен как фактор.
Одним из недостатков RAID 50 является то, что, как и RAID 5, он требует сложного контроллера: например упомянутый нами в предыдущей статье МегаРАИД 9460-16i от Бродкома.
Также стоит отметить, что RAID 50 имеет меньше полезного дискового пространства, чем RAID 5, из-за выделения емкости для хранения записей четности.
Однако он по-прежнему имеет больше полезного пространства, чем другие уровни RAID, особенно те, которые используют зеркалирование.
При минимальных требованиях к шести дискам RAID 50 может оказаться дорогостоящим вариантом, но дополнительное дисковое пространство оправдывает затраты, поскольку защищает корпоративные данные.
Этот тип массива рекомендуется использовать для данных, требующих высокой надежности хранения, высокой скорости запросов, высокой скорости передачи и большой емкости хранилища.
RAID 6 и RAID 60: мы и о них не забыли
Поскольку мы уже говорили о массивах пятого и пятидесятого уровней, было бы стыдно не упомянуть о таких типах организации массивов, как RAID 6 и RAID 60.
Производительность RAID 6 аналогична RAID 5, но здесь как минимум два диска подлежат контролю четности, что позволяет массиву пережить выход из строя двух дисков без потери данных (в RAID 5 такая ситуация крайне нежелательна).
Это обеспечивает более высокую надежность.
В остальном все так же, как и в массиве 5-го уровня: при выходе из строя одного или двух дисков RAID-контроллер использует блоки четности для воссоздания всей недостающей информации.
При выходе из строя двух дисков восстановление не происходит одновременно: сначала восстанавливается первый диск, затем второй.
Таким образом выполняются две операции восстановления данных.
Нетрудно догадаться, что если RAID 50 — это массив нулевого уровня из массивов пятого уровня, то RAID 60 — это массив нулевого уровня из массивов шестого уровня, о котором мы только что говорили.
То есть такая организация RAID-хранилища позволяет пережить потерю двух SSD в каждой группе дисков RAID 6. Принцип работы аналогичен тому, о чем мы говорили в разделе про RAID 50, но количество сбоев, которые может выдержать массив шестидесятого уровня, увеличивается с 8 до 16 дисков.
Обычно такие массивы используются для онлайн-обслуживания клиентов, где требуется высокая отказоустойчивость.
Подведем итоги:
Хотя зеркалирование обеспечивает большую отказоустойчивость, чем RAID 50/60, оно также требует гораздо больше места.Поскольку объем данных увеличивается в два раза, вы фактически получаете только 50% от общей емкости установленных в сервере накопителей для записи и хранения информации.
Выбор между RAID 50/60 и RAID 10, скорее всего, будет зависеть от вашего доступного бюджета, мощности сервера и ваших потребностей в защите данных.
Более того, стоимость выходит на первый план, когда мы говорим о SSD-решениях (как корпоративного, так и потребительского класса).
Не менее важно и то, что теперь мы точно знаем, что RAID на базе SSD — это совершенно безопасное решение и нормальная практика для современного бизнеса.
Для домашнего использования тоже есть повод перейти на NVMe, если позволяет бюджет. А если у вас еще остался вопрос, зачем все это нужно, вернитесь к началу статьи – мы уже подробно на него ответили.
Эта статья подготовлена при поддержке наших коллег из Broadcom, которые предоставляют свои контроллеры инженерам Kingston для тестирования с дисками SATA/SAS/NVMe корпоративного класса.
Благодаря этому дружественному симбиозу клиентам не придется сомневаться в надежности и стабильности накопителей Kingston с выпускаемыми HBA и RAID-контроллерами.
Бродком .
Более подробную информацию о продукции Kingston можно найти на сайте Официальный веб-сайт компании.
Теги: #центр обработки данных #ИТ-инфраструктура #Хранилище данных #Высокая производительность #Накопители #Kingston #raid #controller #server Solution #raid Controller #drive #ssd disk
-
Влияние Кабеля Наушников На Звук
19 Oct, 24 -
Googlebot Понимает Javascript
19 Oct, 24 -
Как Вы Реализуете Пагинацию На Своих Сайтах?
19 Oct, 24 -
Firefox 4.0 Beta 2 Доступен Для Загрузки
19 Oct, 24
