هل أحتاج إلى إنشاء مجموعة RAID من SSD وما هي وحدات التحكم اللازمة لهذا الغرض

مرحباً هبر! سنخبرك في هذه المقالة ما إذا كان الأمر يستحق تنظيم مصفوفات RAID استنادًا إلى حلول الحالة الصلبة SATA SSD و NVMe SSD ، وهل سيكون هناك ربح كبير من هذا؟ قررنا فهم هذه المشكلة من خلال النظر في أنواع وأنواع وحدات التحكم التي تسمح بذلك ، وكذلك نطاق تطبيق هذه التكوينات.



بطريقة أو بأخرى ، سمع كل واحد منا مرة واحدة على الأقل في حياتنا تعاريف مثل "RAID" ، "RAID-array" ، "RAID-controller" ، لكن كان من غير المرجح أن نعلق أهمية جدية على هذا ، لأنه من غير المرجح أن يولي هذا الكمبيوتر أهمية عادية مثيرة للاهتمام. ولكن الجميع يريد أن يتمتع الجميع بسرعات عالية من محركات الأقراص الداخلية وموثوقية أعمالهم. بعد كل شيء ، بغض النظر عن مدى قوة ملء جهاز الكمبيوتر ، تصبح سرعة محرك الأقراص عنق الزجاجة ، إذا تحدثنا عن السرعة المدمجة لجهاز الكمبيوتر والخادم.

كان ذلك بالضبط حتى اللحظة التي حلت فيها محركات الأقراص الثابتة NVMe التقليدية بسعة مماثلة تبلغ 1 تيرابايت أو أكثر محل محرك الأقراص الصلبة التقليدي. وإذا كانت حزم SATA SSD + في وقت سابق في الكمبيوتر الشخصي أكثر شيوعًا ، فقد بدأت اليوم باستبدالها بحل آخر - NVMe SSD + بضع محركات أقراص SATA ضخمة. إذا تحدثنا عن خوادم الشركات و "السحب" ، فقد انتقل العديد منها بالفعل بنجاح إلى SATA SSD ، ببساطة لأنها أسرع من "علب" عادية وقادرة على معالجة المزيد من عمليات الإدخال / الإخراج في نفس الوقت.



ومع ذلك ، لا يزال تسامح النظام مع الخطأ في مستوى منخفض إلى حد ما: لا يمكننا ، كما في معركة الوسطاء النفسيين ، التنبؤ بدقة حتى فترة تصل إلى أسبوع عندما تطلب واحدة أو أخرى من الحالة الصلبة العيش لفترة طويلة. وإذا "تموت" الأقراص الصلبة تدريجياً ، مما يتيح لك التقاط الأعراض واتخاذ الإجراءات ، فإن "SSD" تموت على الفور ودون سابق إنذار. والآن حان الوقت لمعرفة السبب وراء كل هذا على الإطلاق؟ هل يستحق تنظيم صفائف RAID استنادًا إلى حلول الحالة الصلبة SATA SSD و NVMe SSD ، وهل سيكون هناك ربح كبير من هذا؟

لماذا أحتاج إلى مجموعة RAID؟

تشير كلمة "مجموعة" نفسها بالفعل إلى استخدام العديد من محركات الأقراص (HDD و SSD) لإنشاءها ، والتي يتم دمجها باستخدام وحدة تحكم RAID ويتم التعرف عليها من قبل نظام التشغيل كتخزين بيانات واحد. تتمثل المهمة العالمية التي يمكن لمصفوفات RAID في تقليل وقت الوصول إلى البيانات ، وزيادة سرعة القراءة / الكتابة والموثوقية ، والتي يتم تحقيقها بفضل القدرة على الاسترداد السريع في حالة حدوث عطل. بالمناسبة ، ليس من الضروري استخدام RAID للنسخ الاحتياطية المنزلية. ولكن إذا كان لديك خادم المنزل الخاص بك ، والذي يتطلب الوصول المستمر على مدار 24/7 - فهذه مسألة أخرى.

يوجد أكثر من عشرة مستويات من صفائف RAID ، يختلف كل منها في عدد محركات الأقراص المستخدمة فيه وله مزايا وعيوب خاصة به: على سبيل المثال ، يتيح لك RAID 0 الحصول على أداء عالٍ دون تسامح مع الأخطاء ، ويسمح لك RAID 1 بنسخ البيانات تلقائيًا دون زيادة السرعة ، ويجمع RAID 10 في حد ذاته احتمالات ما سبق. RAID 0 و 1 هما الأسهل (نظرًا لأنها لا تتطلب حسابات برمجية) ، ونتيجة لذلك ، فهي الأكثر شيوعًا. في النهاية ، يعتمد الاختيار المؤيد لمستوى RAID معين على المهام المعينة لصفيف القرص وقدرات وحدة تحكم RAID.

المنزل والمؤسسات RAID: ما هو الفرق؟

أساس أي عمل حديث هو كميات كبيرة من البيانات التي يجب تخزينها بشكل آمن على خوادم الشركة. وكذلك ، كما أشرنا أعلاه ، ينبغي تزويدهم بوصول مستمر على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. من الواضح أن جزء البرنامج مهم على قدم المساواة مع الأجهزة ، ولكن في هذه الحالة ، ما زلنا نتحدث عن أجهزة توفر تخزينًا موثوقًا ومعالجة للمعلومات. لن يقوم أي برنامج بحفظ الشركة من الخراب إذا كانت الأجهزة "الأجهزة" لا تفي بالمهام المعينة لها.



بالنسبة لهذه المهام ، يقدم أي مُصنِّع للأجهزة ما يسمى بأجهزة الشركة. لدى Kingston حلول قوية للحالة الصلبة في شكل طرز SATA من Kingston 450R (DC450R) وسلسلة DC500 ، بالإضافة إلى طرز DC1000M U.2 NVMe NVMe و DCU1000 U.2 NVMe و DCP-1000 PCI-e المخصصة للاستخدام في مراكز البيانات (مراكز البيانات) وأجهزة الكمبيوتر العملاقة. عادةً ما يتم استخدام المصفوفات من محركات الأقراص هذه جنبًا إلى جنب مع وحدات تحكم الأجهزة.



بالنسبة إلى السوق الاستهلاكية (أي لأجهزة الكمبيوتر الشخصية وخوادم NAS) ، تتوفر محركات أقراص مثل Kingston KC2000 NVMe PCIe ، لكن في هذه الحالة ، ليس من الضروري شراء وحدة تحكم في الأجهزة. يمكنك تقييد أنفسكم على كمبيوتر شخصي أو خادم NAS مضمن في اللوحة الأم ، ما لم تكن بالطبع تخطط لبناء خادم منزلك الخاص للقيام بمهام غير نمطية (قم بإجراء استضافة منزلية صغيرة للأصدقاء ، على سبيل المثال). بالإضافة إلى ذلك ، لا تتضمن مصفوفات RAID المنزلية ، كقاعدة عامة ، وجود المئات أو الآلاف من محركات الأقراص ، مما يقتصر على جهازين وأربعة وثمانية أجهزة (عادةً SATA).

أنواع وأنواع وحدات تحكم RAID

هناك ثلاثة أنواع من وحدات تحكم RAID بناءً على مبادئ تطبيق RAID:

1. البرنامج ، الذي يقع فيه عنصر التحكم في الصفيف على وحدة المعالجة المركزية و DRAM (أي ، يتم تنفيذ رمز البرنامج على المعالج).

2. المتكاملة ، وهذا هو ، في صلب اللوحة الأم لجهاز الكمبيوتر أو خادم NAS.

3. الأجهزة (وحدات) ، والتي هي بطاقات التوسع منفصلة للموصلات اللوحات الأم PCI / PCIe.

ما هو اختلافهم الأساسي عن بعضهم البعض؟ تعتبر وحدات التحكم RAID في البرامج أدنى من الأجهزة المدمجة والأداء في التسامح مع الخطأ ، ولكنها لا تتطلب معدات خاصة للتشغيل. ومع ذلك ، من المهم التأكد من أن المعالج المضيف قوي بما يكفي لتشغيل برنامج RAID دون التأثير سلبًا على أداء التطبيقات التي تعمل أيضًا على المضيف. وحدات التحكم المدمجة ، كقاعدة عامة ، مجهزة بذاكرة التخزين المؤقت الخاصة بهم وتستخدم كمية معينة من موارد وحدة المعالجة المركزية.

لكن الجهاز يحتوي على ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به ، ومعالج متكامل لتنفيذ خوارزميات البرنامج. عادة ما تسمح لك بتطبيق جميع أنواع مستويات RAID ودعم عدة أنواع من محركات الأقراص مرة واحدة. على سبيل المثال ، يمكنك توصيل أجهزة SATA و SAS و NVMe في وقت واحد بوحدات تحكم أجهزة Broadcom الحديثة ، مما يتيح لك عدم تغيير وحدة التحكم عند ترقية الخوادم: على وجه الخصوص ، عند الانتقال من SATA SSD إلى NVMe SSD ، لا يلزم تغيير وحدات التحكم.



في الواقع ، في هذه المذكرة توصلنا إلى تصنيف وحدات تحكم أنفسهم. إذا كان هناك ثلاثة أوضاع ، فهل يجب أن يكون هناك المزيد؟ في هذه الحالة ، ستكون إجابة هذا السؤال بالإيجاب. اعتمادًا على الوظائف والقدرات ، يمكن تقسيم وحدات تحكم RAID إلى عدة أنواع:

1. تحكم RAID العادي
في التسلسل الهرمي بأكمله ، هذا هو أبسط جهاز تحكم يسمح لك بدمج HDD و SSD في صفائف RAID من المستويات "0" أو "1" أو "0 + 1". البرنامج يتم تنفيذه على مستوى البرامج الثابتة. ومع ذلك ، لا يمكن التوصية بهذه الأجهزة للاستخدام في قطاع الشركات ، لأنها تفتقر إلى ذاكرة تخزين مؤقت ولا تدعم صفائف من المستويات "5" ، "3" ، إلخ. ولكن بالنسبة لخادم المنزل ذي المستوى الأولي ، فهي مناسبة تمامًا.

2. أدوات التحكم المقترنة مع وحدات تحكم RAID الأخرى
يمكن إقران هذا النوع من وحدة التحكم بوحدات تحكم اللوحة الأم المتكاملة. يتم تطبيق ذلك وفقًا للمبدأ التالي: وحدة تحكم RAID منفصلة تهتم بحل المشكلات "المنطقية" ، وتبادل البيانات المدمج بين محركات الأقراص. ولكن هناك فارق بسيط: التشغيل المتوازي لمثل وحدات التحكم هذه ممكن فقط على اللوحات الأم المتوافقة ، مما يعني أن نطاقها يضيق بشكل خطير.

3. تحكم RAID مستقل
تحتوي هذه الحلول المنفصلة على جميع الرقائق اللازمة للعمل مع الخوادم من فئة المؤسسات ، والتي تحتوي على BIOS خاص بها ، وذاكرة تخزين مؤقت ومعالج لتصحيح الأخطاء بسرعة وحساب المجموع الاختباري. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تلبي معايير موثوقية عالية من حيث التصنيع ولديها وحدات ذاكرة عالية الجودة.

4. تحكم RAID الخارجي
من السهل تخمين أن جميع وحدات التحكم المذكورة أعلاه داخلية وتتلقى الطاقة من خلال موصل PCIe باللوحة الأم. عن ماذا يتحدث هذا؟ وحقيقة أن فشل اللوحة الأم يمكن أن يؤدي إلى أخطاء في تشغيل مجموعة RAID وفقدان البيانات. وحدات التحكم الخارجية خالية من سوء الفهم هذا ، حيث توجد في سكن منفصل مزود بمصدر طاقة مستقل. من حيث الموثوقية ، توفر وحدات التحكم هذه أعلى مستوى من تخزين البيانات.

تعد Broadcom و Microsemi Adaptec و Intel و IBM و Dell و Cisco مجرد بعض الشركات التي تقدم حاليًا أجهزة التحكم في RAID للأجهزة.

SAS / SATA / NVMe RAID وسائط التحكم

تتمثل المهمة الرئيسية لوحدات تحكم HBA و RAID ثلاثية الوضع (أو وحدات التحكم ذات وظيفة Tri-Mode) في إنشاء RAID للأجهزة بناءً على NVMe. في Broadcom ، تستطيع وحدات التحكم سلسلة 9400 القيام بذلك: على سبيل المثال ، MegaRAID 9460-16i . إنه ينتمي إلى نوع مستقل من وحدات التحكم RAID ، وهو مزود بأربعة موصلات SFF-8643 ، وبفضل دعم Tri-Mode ، يسمح لك بتوصيل محركات SATA / SAS و NVMe في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك ، تعد أيضًا واحدة من أكثر أدوات التحكم في استهلاك الطاقة كفاءة في السوق (تستهلك فقط 17 واط من الطاقة ، بينما تقل عن 1.1 واط لكل من المنافذ الستة عشر).



واجهة الاتصال هي الإصدار 3.1 من PCI Express x8 ، والذي يسمح لك بتنفيذ عرض نطاق ترددي 64 جيجابت / ثانية (في عام 2020 ، من المتوقع أن تظهر وحدات التحكم الخاصة بـ PCI Express 4.0). تعتمد وحدة التحكم ذات 16 منفذًا على شريحة SAS3516 ثنائية المركز وذاكرة DDR4-2133 SDRAM سعة 72 بت (4 جيجابايت) ، فضلاً عن القدرة على توصيل ما يصل إلى 240 محرك أقراص SATA / SAS أو ما يصل إلى 24 جهاز NVMe. فيما يتعلق بتنظيم صفائف RAID ، يتم دعم المستويات "0" و "1" و "5" و "6" ، وكذلك "10" و "50" و "60". بالمناسبة ، فإن ذاكرة التخزين المؤقت للذاكرة MegaRAID 9460-16i ووحدات التحكم الأخرى في سلسلة 9400 محمية من انقطاع التيار الكهربائي من خلال وحدة CacheVault CVPM05 الاختيارية.

تعتمد التقنية الثلاثة على وظيفة تحويل بيانات SerDes: تحويل تمثيل البيانات التسلسلية في واجهات SAS / SATA إلى شكل مواز في PCIe NVMe والعكس. أي أن وحدة التحكم تتفاوض على السرعات والبروتوكولات للعمل بسلاسة مع أي من الأنواع الثلاثة لأجهزة التخزين. يوفر هذا طريقة غير متقطعة لتوسيع نطاق البنية التحتية لمركز البيانات: يمكن للمستخدمين استخدام NVMe دون تغييرات كبيرة في تكوينات النظام الأخرى.



ومع ذلك ، عند تخطيط التكوينات مع محركات NVMe ، تجدر الإشارة إلى أن حلول NVMe تستخدم 4 خطوط PCIe للاتصال ، مما يعني أن كل محرك أقراص يستخدم جميع خطوط منافذ SFF-8643. اتضح أنه لا يمكن توصيل سوى أربعة محركات أقراص NVMe مباشرة بوحدة التحكم MegaRAID 9460-16i. أو حصر نفسك في حلين NVMe أثناء توصيل ثمانية محركات أقراص SAS في نفس الوقت (انظر الرسم التخطيطي للاتصال أدناه).



يوضح الشكل استخدام الموصل "0" (C0 / Connector 0) والموصل "1" لتوصيلات NVMe ، وكذلك الموصلات "2" و "3" لتوصيلات SAS. يمكن عكس هذا الترتيب ، ولكن يجب توصيل كل محرك أقراص x4 NVMe باستخدام خطوط متجاورة. يتم ضبط أوضاع تشغيل جهاز التحكم عن طريق أدوات تكوين StorCLI أو البنية التحتية للواجهة البشرية (HII) ، والتي تعمل في بيئة UEFI.



الوضع الافتراضي هو ملف تعريف "PD64" (يدعم فقط SAS / SATA). كما ذكرنا أعلاه ، هناك ثلاثة ملفات تعريف في المجموع: وضع SAS / SATA فقط (PD240 / PD64 / PD 16) ، ووضع NVMe فقط (PCIe4) ، والوضع المختلط ، حيث يمكن لجميع أنواع محركات الأقراص العمل: PD64 -PCIe4 "(دعم 64 قرصًا فعليًا وظاهريًا مع 4 محركات أقراص NVMe). في الوضع المختلط ، يجب أن تكون قيمة ملف التعريف المحدد هكذا - "ProfileID = 13". بالمناسبة ، يتم حفظ ملف التعريف المحدد باعتباره الرئيسي ولا تتم إعادة تعيينه حتى عند الرجوع إلى إعدادات المصنع من خلال الأمر Set Factory Defaults. سيكون من الممكن تغييره يدويًا فقط.

هل ينبغي علي إنشاء مجموعة RAID على SSD؟

لذلك ، أدركنا بالفعل أن صفائف RAID هي مفتاح الأداء العالي. ولكن هل يستحق بناء RAID من محركات الأقراص الصلبة للاستخدام المنزلي والشركات؟ يقول العديد من المتشككين أن الزيادة في السرعة ليست مهمة لدرجة إفلاسها على محركات NVMe. ولكن هل هو حقا كذلك؟ بالكاد. أكبر سعر لاستخدام محركات أقراص الحالة الثابتة في RAID (سواء في المنزل أو على مستوى الشركات) يمكن أن يكون السعر فقط. أيا كان ما يمكن للمرء أن يقول ، فإن تكلفة غيغابايت من المساحة على القرص الصلب أرخص بكثير.

يمكن أن يكون لتوصيل "محركات" متعددة الحالة الصلبة بوحدة تحكم RAID لإنشاء مجموعة من محركات أقراص الحالة الصلبة في تكوينات معينة تأثير كبير على الأداء. ومع ذلك ، لا تنس أن الحد الأقصى للأداء يقتصر على عرض النطاق الترددي لوحدة التحكم RAID نفسها. مستوى RAID الذي يوفر أفضل أداء هو RAID 0.



سيؤدي تنظيم RAID 0 منتظم باستخدام محركي SSD ، اللذين يستخدمان طريقة تقسيم البيانات إلى كتل ثابتة وتناوبهما بين وحدات التخزين ذات الحالة الصلبة ، إلى مضاعفة الأداء (عند مقارنتها بالسرعات التي ينتجها أحد محركات أقراص الحالة الصلبة). في هذه الحالة ، سيكون صفيف RAID 0 مع أربعة محركات أقراص صلبة أسرع أربع مرات من أبطأ SSD في الصفيف (حسب حد عرض النطاق الترددي على مستوى وحدة تحكم RAID SSD).

استنادًا إلى الحساب البسيط ، يكون محرك SATA SSD أسرع بثلاث مرات من محرك الأقراص الصلبة التقليدية SATA. حلول NVMe أكثر فعالية - 10 مرات أو أكثر. شريطة أن اثنين من محركات الأقراص الصلبة في مستوى RAID صفر تظهر مضاعفة الأداء ، وزيادة بنسبة 50 ٪ ، سيكون سواقات الأقراص الصلبة SATA أسرع 6 مرات ، واثنين من محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe ستكون أسرع 20 مرة. على وجه الخصوص ، يمكن لمحرك Kingston KC2000 NVMe PCIe أن يحقق سرعات قراءة وكتابة متسلسلة تصل إلى 3200 ميجابايت / ثانية ، والتي في تنسيق RAID 0 ستصل إلى 6 جيجابايت / ثانية مثيرة للإعجاب. وسرعة القراءة / الكتابة من كتل عشوائية 4 كيلوبايت سوف تتحول من 350،000 IOPS إلى 700،000 IOPS. لكن ... في نفس الوقت ، RAID "صفر" لا يوفر لنا التكرار.

يمكننا أن نقول أنه في المنزل ، عادةً ما لا تكون هناك حاجة لتكرار التخزين ، وبالتالي فإن RAID 0 هو الأنسب لتهيئة RAID ل RAID 0. هذه طريقة موثوقة للحصول على زيادة كبيرة في الأداء كبديل لاستخدام تقنيات مثل Intel Optane SSDs. ولكن كيف ستتصرف حلول SSD في أكثر أنواع RAID شيوعًا ("1" ، "5" ، "10" ، "50") - سنتحدث في مقالتنا التالية.

تم إعداد هذه المقالة بدعم من زملائنا من Broadcom ، الذين يوفرون وحدات التحكم الخاصة بهم لمهندسي Kingston للاختبار باستخدام محركات أقراص SATA / SAS / NVMe من فئة المؤسسات. بفضل هذا التعايش الودي ، لا يتعين على العملاء أن يشكوا في موثوقية واستقرار محركات كينغستون مع وحدات التحكم HBA و RAID من Broadcom.

يمكن العثور على معلومات إضافية حول منتجات Kingston على الموقع الرسمي للشركة.