في
المقالة السابقة ، تناولنا بالفعل مسألة "Will RAID تكون قابلة للتطبيق على محركات أقراص الحالة الصلبة" باستخدام محركات Kingston كمثال ، لكننا فعلنا ذلك فقط في إطار مستوى الصفر. في هذه المقالة ، سنحلل خيارات استخدام حلول NVMe الاحترافية والمنزلية في الأنواع الأكثر شيوعًا من صفائف RAID ونتحدث عن توافق وحدات تحكم
Broadcom مع محركات Kingston.
لماذا أحتاج RAID على SSD؟
تشمل مزايا صفائف التخزين المستندة إلى SSD عبر صفيفات تخزين القرص الثابت انخفاض وقت الوصول إلى محرك الأقراص وأداء قراءة / كتابة متفوق. ومع ذلك ، من أجل الأداء المثالي لـ RAID المستند إلى SSD ، يلزم الجمع الأمثل بين المعالج وذاكرة التخزين المؤقت والبرامج والأجهزة. عندما تعمل كل هذه العوامل معًا تمامًا ، يمكن أن تفوق صفيف RAID من SSD بشكل كبير على تكوين مشابه باستخدام محركات الأقراص الصلبة التقليدية.
يستهلك محرك أقراص الحالة الصلبة المعتاد طاقة أقل من محركات الأقراص الصلبة ، لذلك عند دمج عدد كبير من محركات الأقراص الصلبة في مجموعة RAID ، فإن توفير الطاقة مقارنة بمجموعة RAID من محرك الأقراص الصلبة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى انخفاض التكاليف عند دفع فواتير الكهرباء الخاصة بالشركات.
ومع ذلك ، فإن SSD RAID لها قيود وعيوب: على وجه الخصوص ، سعر أعلى لكل غيغابايت من المساحة مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة ذات السعة المماثلة. والفلاش MTBF محدود بعدد معين من دورات إعادة الكتابة. أي أن محركات SSD لها عمر خدمة معين ، وهذا يعتمد على العملية: كلما تمت إعادة كتابة المعلومات الموجودة عليه بشكل أكثر فاعلية ، كلما فشل محرك الأقراص بشكل أسرع. تتميز محركات أقراص الحالة الثابتة للشركات ، من ناحية أخرى ، بحياة لائقة تشبه محركات الأقراص الصلبة الميكانيكية.
كيف يعيش كينغستون سواقات الأقراص الصلبة في وضع RAID مع وحدات تحكم Broadcom
في فجر ظهور محركات الأقراص الصلبة ، كانت تصاميم RAID محفوفة بالعديد من الفروق الدقيقة. بما في ذلك بسبب استخدام محركات الأقراص الصلبة الأقل تحملاً للأخطاء. تعد محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة أكثر موثوقية من نظيراتها استنادًا إلى الأقراص المغناطيسية. كما نعلم ، لا توجد عناصر متحركة في حلول SSD ، لذلك يتم تقليل الأضرار الميكانيكية إلى الصفر. من غير المحتمل أيضًا أن يحدث فشل SSD بسبب زيادة الطاقة ، نظرًا لأنه على مستوى الكمبيوتر الشخصي الخاص بك وأي خادم تقوم بحمايته بواسطة UPS وشرائح الطاقة وحتى مزود الطاقة.
في الوقت نفسه ، تحتوي محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة على ميزة أخرى مهمة: حتى إذا تم تهالك خلايا الذاكرة للكتابة ، فلا يزال من الممكن قراءة البيانات منها ، ولكن في حالة تلف القرص المغناطيسي ، للأسف.
اليوم ، يعد استخدام حلول SSD في صفائف RAID بمستويات مختلفة ممارسة عادية جدًا. الشيء الرئيسي هو اختيار محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة المناسبة ، حيث يكون زمن الوصول إلى الحد الأدنى. كما أنه مثالي لاستخدام محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) من نفس المصنّع ونفس الطراز بحيث لا يوجد mashmash من محركات الأقراص التي تدعم أنواعًا مختلفة من الأحمال ومبنية على أساس أنواع مختلفة من الذاكرة ووحدات التحكم والتقنيات الأخرى. أي إذا قررنا شراء أربعة أو 16 محرك أقراص SSD من Kingston NVMe لإنشاء مجموعة RAID ، فسيكون من الأفضل إذا كانت جميعها تأتي من نفس السلسلة ونطاق الطراز.
بالمناسبة ، في
المقال الأخير ، استشهدنا بوحدات التحكم في Broadcom كمثال عندما تحدثنا عن NVMe SSD في Kingston. والحقيقة هي أنه في أدلة هذه الأجهزة يتم تسجيل محركات الأقراص المتوافقة (بما في ذلك حلول من الشركة المصنعة الأمريكية SSD المذكورة أعلاه) على الفور ، والتي سوف تعمل وحدة تحكم لا تشوبه شائبة. من الضروري الاعتماد على هذه المعلومات عند اختيار حزمة "controller-SSD" ل RAID.
نحن نحلل عمل محركات أقراص الحالة الصلبة Kingston في أكثر أنواع RAID شعبية - "1" ، "5" ، "10" ، "50"
لذلك ، لا يوفر المستوى "صفر" من RAID تكرار البيانات ، ولكنه يزيد الإنتاجية فقط. لا يوفر RAID 0 أي حماية للبيانات على الإطلاق ، وبالتالي ، فإننا لن نعتبرها ضمن قطاع الشركات. RAID 1 ، من ناحية أخرى ، يوفر التكرار الكامل ، ولكن فقط زيادة متواضعة في الأداء ، وبالتالي ينبغي النظر إذا كان تحسين الأداء ليس عاملا أساسيا عند إنشاء مجموعة RAID من SSD.
RAID 1 يعتمد على محركات الأقراص الصلبة Kingston ووحدات تحكم Broadcom
لذلك ، تجمع مجموعة RAID من المستوى الأول المستندة إلى وحدة تحكم Broadcom MegaRAID 9460-16i بين محركين إلى 32 محرك أقراص Kingston ، وهما نسخان من بعضهما البعض ، وتوفر تكرارًا كاملًا. في حالة استخدام محركات الأقراص الصلبة التقليدية ، بقيت سرعة كتابة البيانات وقراءتها على مستوى محرك الأقراص هذا نفسه ، ثم باستخدام حلول NVMe SSD نحصل على زيادة عشرة أضعاف في الأداء. خاصة من حيث وقت الوصول إلى البيانات. على سبيل المثال ، مع SSDs Kingston DC1000M U.2 NVMe في الخادم RAID 1 ، نحصل على 350،000 IOPS عند قراءة بيانات عشوائية و 75000 IOPS عند الكتابة.
من حيث سرعة القراءة المتتابعة ، فإن النتائج تتوافق مع خصائص محرك الأقراص - 3200 ميجابايت / ثانية. ولكن نظرًا لأن كلا SSDs من محركات NVMe تعمل ، يمكن قراءة البيانات منها في نفس الوقت ، مما يجعل عمليات القراءة سريعة إلى حد كبير. لكن سرعة الكتابة (المطالب بها 2000 ميجابايت / ثانية) ستكون أبطأ ، لأن كل عملية كتابة تتم مرتين.
مجموعة RAID 1 مثالية لقواعد البيانات الصغيرة أو أي بيئة أخرى تتطلب التسامح مع الخطأ ولكن سعة صغيرة. يساعد النسخ المتطابق لمحركات الأقراص في سيناريوهات الاسترداد بعد عطل فادح (يتدهور الأداء قليلاً) لأنه يوفر "إعادة تنشيط" فورية للبيانات المهمة في حالة فشل أحد محركات الأقراص في الصفيف. ولكن نظرًا لأن مستوى الحماية هذا يتطلب مضاعفة القدرة على تخزين نسخة متطابقة من البيانات (سيتطلب 100 تيرابايت مساحة تخزين تبلغ 200 تيرابايت) ، تستخدم العديد من أنظمة المؤسسات خيارات تخزين أكثر اقتصادا: RAID 5 و RAID 6.
RAID 5 يعتمد على محركات الأقراص الصلبة Kingston ووحدات تحكم Broadcom
لتنظيم صفيف RAID من المستوى الخامس ، نحتاج إلى ثلاثة محركات أقراص على الأقل ، تكون البيانات عليها مخططة (تتم كتابتها دوريًا لجميع محركات الأقراص في الصفيف) ، ولكنها غير مكررة. عند تنظيمها ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار هيكلها الأكثر تعقيدًا ، حيث يظهر هنا مفهوم مثل "المجموع الاختباري" (أو "التكافؤ"). يشير هذا المفهوم إلى الدالة الجبرية المنطقية XOR (وهي أيضًا "OR" الحصرية ، التي تحدد استخدام ثلاثة محركات أقراص على الأقل في المصفوفة (الحد الأقصى - 32)). في هذه الحالة ، يتم تسجيل معلومات التماثل على جميع "الأقراص" في المصفوفة.
للحصول على مجموعة من أربعة محركات أقراص صلبة من نوع Kingston DC500R SATA بسعة 3.84 تيرابايت لكل منها ، نحصل على 11.52 تيرابايت من المساحة و 3.84 للاختبارات. وإذا قمت بدمج 16 محرك أقراص Kingston DC1000M U.2 NVMe في RAID من المستوى الخامس بسعة 7.68 تيرابايت ، فسوف نعلم 115.2 تيرابايت مع خسارة 7.68 تيرابايت. كما ترون ، والمزيد من محركات الأقراص ، كان ذلك أفضل. إنه أفضل أيضًا لأنه كلما زاد عدد محركات الأقراص في RAID 5 ، ارتفع إجمالي أداء الكتابة. وستصل القراءة الخطية إلى RAID 0.
توفر مجموعة محركات RAID 5 إنتاجية عالية (خاصة للملفات الكبيرة) وتكرارًا مع الحد الأدنى من فقد الطاقة. يناسب هذا النوع من تنظيم الصفيف الشبكات التي تؤدي العديد من عمليات الإدخال / الإخراج الصغيرة في نفس الوقت. لكن الأمر لا يستحق استخدامه في المهام التي تتطلب عددًا كبيرًا من عمليات الكتابة من الكتل الصغيرة أو الصغيرة.
هناك فارق بسيط آخر: في حالة فشل محرك أقراص NVMe واحد على الأقل ، ينتقل RAID 5 إلى وضع التحلل ويمكن أن يصبح فشل جهاز تخزين آخر أمرًا بالغ الأهمية لجميع البيانات. في حالة حدوث عطل في محرك أقراص واحد في الصفيف ، تستخدم وحدة التحكم RAID معلومات التماثل لإعادة إنشاء كافة البيانات المفقودة.
RAID 10 يعتمد على محركات الأقراص الصلبة Kingston ووحدات تحكم Broadcom
لذلك ، يوفر لنا RAID 0 زيادة مضاعفة في السرعة ووقت الوصول ، ويوفر RAID 1 الموثوقية. سيكون من المثالي الجمع بينهما ، وهنا يأتي RAID 10 (أو 1 + 0) في عملية الإنقاذ. يتم تجميع "Ten" من أربعة محركات أقراص SATA SSD أو NVMe (بحد أقصى - 32) ، وهي تتضمن مجموعة من "المرايا" ، وعدد محركات الأقراص التي يجب أن تكون دائمًا متعددة من أربعة. تتم كتابة البيانات في هذه المصفوفة عن طريق التقسيم إلى كتل ثابتة (كما في حالة RAID 0) والتداخل بين محركات الأقراص وتوزيع النسخ بين "الأقراص" في RAID 1. وبسبب إمكانية الوصول المتزامن إلى عدة مجموعات من الأقراص ، يُظهر RAID 10 أداءً عاليًا.
نظرًا لأن RAID 10 قادر على توزيع البيانات عبر عدة أزواج متطابقة ، فهذا يعني أنه يمكن أن يسمح بفشل محرك أقراص واحد في زوج. ومع ذلك ، في حالة حدوث فشل في كلا أزواج النسخ المتطابق (على سبيل المثال ، جميع محركات الأقراص الأربعة) ، سيحدث فقدان بيانات لا مفر منه. نتيجة لذلك ، نحصل على تسامح مع الخطأ وموثوقية جيدة. لكن تجدر الإشارة إلى أنه ، مثل RAID 1 ، لا تستخدم صفيف المستوى العاشر سوى نصف السعة الإجمالية ، وبالتالي فهو حل مكلف. نعم ، ويصعب تكوينه.
يعتبر RAID 10 مناسبًا للاستخدام مع مستودعات البيانات التي تتطلب تكرارا بنسبة 100٪ لمجموعات الأقراص المتطابقة ، بالإضافة إلى زيادة أداء I / O من RAID ، وهذا هو الحل الأفضل لقواعد البيانات متوسطة الحجم أو أي بيئة تتطلب تسامحًا أكبر مع الأخطاء من RAID 5.
RAID 50 يعتمد على محركات الأقراص الصلبة Kingston ووحدات تحكم Broadcom
صفيف مدمج ، يشبه RAID من المستوى العاشر ، وهو صفيف ذو مستوى صفري تم إنشاؤه من مصفوفات من المستوى الخامس. كما في الحالة السابقة ، فإن الهدف الرئيسي من هذه المصفوفة هو مضاعفة الأداء مع الحفاظ على موثوقية البيانات في صفائف RAID 5. وفي الوقت نفسه ، يوفر RAID 50 أداء زيادة في الكتابة وحماية أفضل للبيانات من RAID 5 القياسي في حالة تعطل القرص ، كما أنه قادر على أسرع الانتعاش في حالة فشل أحد محركات الأقراص.
تقوم مجموعة أقراص RAID 50 بتقسيم البيانات إلى كتل أصغر ، ثم تقوم بتوزيعها على كل RAID 5. تقوم مجموعة أقراص RAID 5 ، بدورها ، بتقسيم البيانات إلى كتل أصغر ، وحساب التماثل ، وتنفيذ عملية منطقية على الكتل ، ثم ينفذ عمليات الكتابة على كتل البيانات والتماثل لكل قرص في مجموعة الأقراص.
وعلى الرغم من انخفاض الأداء بشكل حتمي في حالة فشل أحد محركات الأقراص ، إلا أنه ليس مهمًا كما هو الحال في صفيف RAID 5 ، نظرًا لأن أحد الإخفاقات يؤثر على واحدة فقط من المصفوفات ، مما يجعل الآخر يعمل بشكل كامل. في الواقع ، يمكن أن يتحمل RAID 50 ما يصل إلى ثمانية إخفاقات لمحرك الأقراص HDD / SSD / NVMe إذا كان كل محرك أقراص فاشل في مجموعة RAID 5 منفصلة.
يستخدم RAID 50 بشكل أفضل للتطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية ويجب أن تعالج عددًا كبيرًا من الطلبات مع الحفاظ على معدلات نقل بيانات عالية ومحركات أقراص منخفضة التكلفة من RAID 10. ومع ذلك ، فمن الضروري وجود ستة محركات أقراص على الأقل لتكوين RAID 50 ، التكلفة ليست مستبعدة تماما كعامل. أحد عيوب RAID 50 هو أنه ، مثل RAID 5 ، يحتاج إلى وحدة تحكم متطورة: مثل Broadcom
MegaRAID 9460-16i التي ذكرناها في مقال سابق.
تجدر الإشارة أيضًا إلى أن RAID 50 لديه مساحة قرص أقل من RAID 5 ، نظرًا لتخصيص السعة لمحتوى سجلات التماثل. ومع ذلك ، لا يزال لديه مساحة أكثر قابلية للاستخدام من مستويات RAID الأخرى ، خاصة تلك التي تستخدم النسخ المتطابق. مع توفر الحد الأدنى من ستة محركات ، يمكن أن يكون RAID 50 خيارًا مكلفًا ، ولكن مساحة القرص الإضافية تبرر التكلفة من خلال حماية بيانات الشركة. يوصى بهذا النوع من الصفيف للتعامل مع البيانات التي تتطلب موثوقية عالية للتخزين ، وتيرة عالية للطلبات ، وسرعة نقل عالية وقدرة عالية على الاستضافة.
RAID 6 و RAID 60: لم ننسها
نظرًا لأننا تحدثنا عن المصفوفات من المستويين الخامس والخامس والخمسين ، فمن الخطيئة ألا نذكر أنواع تنظيم المصفوفات مثل RAID 6 و RAID 60.
يتشابه أداء RAID 6 مع RAID 5 ، ولكن هنا يتم إعطاء محركين على الأقل تحت التكافؤ ، مما يسمح للصفيف بالبقاء على قيد الحياة بعد فشل محركين دون فقدان البيانات (في RAID 5 ، هذا الموقف غير مرغوب فيه للغاية). هذا يضمن موثوقية أعلى. خلاف ذلك ، كل شيء هو نفسه كما في صفيف المستوى الخامس: في حالة فشل قرص واحد أو اثنين ، يستخدم جهاز التحكم RAID كتل التماثل لإعادة إنشاء جميع المعلومات المفقودة. في حالة فشل محركي الأقراص ، لا يحدث الاسترداد في وقت واحد: أولاً ، يتم تنشيط محرك الأقراص الأول ، ثم محرك الأقراص الثاني. وبالتالي ، يتم إجراء عمليتين لاستعادة البيانات.
من السهل تخمين أنه إذا كانت RAID 50 عبارة عن صفيف مستوى صفيف من صفائف المستوى الخامس ، فإن RAID 60 عبارة عن صفيف مستوى صفيف من صفائف المستوى السادس ، تحدثنا عنها للتو. وهذا يعني أن تنظيم تخزين RAID يسمح لك بالبقاء على قيد الحياة بعد فقدان اثنين من محركات الأقراص الصلبة (SSD) في كل مجموعة من محركات RAID 6. مبدأ التشغيل مشابه للمبدأ الذي وصفناه في القسم RAID 50 ، لكن عدد حالات الفشل التي يمكن أن تتحملها مجموعة من المستوى الست من 8 إلى 16 محرك أقراص. عادة ، يتم استخدام هذه المصفوفات لخدمة العملاء عبر الإنترنت ، الأمر الذي يتطلب التسامح مع الخطأ عالية.
لتلخيص:
على الرغم من أن النسخ المتطابق يوفر مزيدًا من التسامح مع الخطأ من RAID 50/60 ، إلا أنه يتطلب أيضًا مساحة أكبر بكثير. نظرًا لتضاعف حجم البيانات ، تتلقى فعليًا 50٪ فقط من إجمالي سعة محركات الأقراص المثبتة في الخادم لتسجيل المعلومات وتخزينها. من المرجح أن يعتمد الاختيار بين RAID 50/60 و RAID 10 على ميزانياتك ، وسعة الخادم ، واحتياجات حماية البيانات الخاصة بك. وتأتي التكلفة في المقدمة عندما نتحدث عن حلول SSD (فئة الشركات والمستهلكين على حد سواء).
من المهم بنفس القدر أن نعرف الآن بشكل مؤكد - RAID على أساس SSD هو حل آمن تمامًا وممارسة عادية للأعمال الحديثة. كجزء من الاستخدام المنزلي ، هناك أيضًا سبب للتبديل إلى NVMe ، إذا سمحت الميزانيات بذلك. وإذا كان لا يزال لديك سؤال ، لماذا كل هذا ضروري ، ارجع إلى بداية المقال - لقد أجبنا عليه بالتفصيل بالفعل.
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.