Algoritma RAID diperkenalkan ke publik pada tahun 1987. Hingga hari ini, mereka tetap menjadi teknologi paling populer untuk melindungi dan mempercepat akses ke data di bidang penyimpanan informasi. Tetapi usia teknologi IT, yang telah melewati tonggak sejarah 30 tahun, agaknya bukan jatuh tempo, melainkan usia tua. Alasannya adalah kemajuan, mau tidak mau membawa peluang baru. Di saat ketika hampir tidak ada drive selain HDD, algoritma RAID memungkinkan untuk menggunakan sumber daya penyimpanan yang tersedia dengan paling efisien. Namun, dengan munculnya SSD, situasinya telah berubah secara mendasar. Sekarang RAID ketika bekerja dengan SSD sudah menjadi "jerat" pada kinerja mereka. Oleh karena itu, untuk melepaskan potensi penuh dari karakteristik kecepatan SSD, pendekatan yang sama sekali berbeda untuk bekerja dengannya sangat diperlukan.
Selain perbedaan yang jelas antara HDD dan SSD dalam prinsip operasi, jenis media ini memiliki satu karakteristik yang lebih penting: hard drive apa pun dapat menimpa data apa pun dengan rincian dalam satu blok (sekarang ini paling sering 4K). Untuk SSD, proses penulisan ulang adalah prosedur yang jauh lebih rumit:
- Data yang diubah disalin ke lokasi baru. Pada saat yang sama, granularity adalah blok yang sama, tetapi terdiri dari beberapa halaman dan memiliki ukuran 256KB - 4MB. Yaitu ketika mengubah 4KB yang sama, perlu untuk menyalin termasuk semua halaman yang berdekatan, membentuk satu blok.
- Tandai blok "lama" sebagai tidak terpakai, lalu bersihkan dengan pengumpul sampah.
Tulis / Timpa berurutan pada SSD
Dalam hal perekaman berurutan / dubbing, fitur SSD ini tidak memainkan peran besar dalam hal kinerjanya, karena blok terletak di dekatnya, dan pengumpul sampah melakukan tugasnya di latar belakang. Namun dalam kehidupan nyata, dan terlebih lagi di segmen Enterprise untuk SSD, akses acak ke data paling sering digunakan. Dan data ini ditulis ke tempat-tempat sembarang pada drive.
Semakin banyak data ditulis ke SSD, semakin sulit bagi pengumpul sampah untuk bekerja, karena fragmentasi tumbuh dengan cepat. Akibatnya, momen itu muncul ketika proses membersihkan drive tidak lagi menjadi "latar belakang": kinerja SSD turun secara signifikan, karena sebagian besar diambil oleh Pengumpul Sampah.
Tata letak data nyata pada SSD untuk penggunaan sehari-hari
Untuk mengilustrasikan pengaruh dampak pengumpul sampah, tergantung pada mode perekaman pada drive, seseorang dapat melakukan tes sederhana: perekaman berurutan dan acak dalam blok 4K ke drive 100GB. (Sumber - Mikron )
Kinerja Penulisan Berurutan
Kinerja Tulisan Acak
Seperti yang dapat Anda lihat dari tes, penurunan kinerja dapat mencapai lebih dari dua kali. Dan ini hanya satu drive. Dalam hal menggunakan SSD sebagai bagian dari kelompok RAID, jumlah operasi penulisan ulang meningkat secara signifikan, berkat bekerja dengan paritas.
Secara umum, berkat fitur-fitur ini dari SSD, bagi mereka ada parameter seperti koefisien tulis (write amplification). Ini adalah rasio jumlah data yang ditulis ke drive dengan jumlah data yang dikirim oleh tuan rumah. Dan untuk RAID5 paling populer, rasio ini adalah ~ 3.5.
Akibatnya, sistem dengan RAID klasik pada dasarnya hanya menggunakan SSD ~ 10% dari kecepatan sebenarnya dan skalanya dalam kinerja yang buruk dengan peningkatan jumlah drive lebih dari selusin.
Kami juga mencatat bahwa operasi penulisan yang berlebihan tidak hanya mengurangi kinerja SSD, tetapi juga mengurangi jauh dari sumber daya tak berujung, sehingga mengurangi masa pakai drive.
Teknologi FlexiRemap® , yang merupakan inti dari semua produk AccelStor, telah dikembangkan sebagai alternatif dari algoritma RAID klasik untuk bekerja dengan SSD. Inovasi teknologi dicatat oleh berbagai paten dan penghargaan (termasuk di Flash Memory Summit 2016), dan oleh hasil tes independen (misalnya, SPC1).
Inti dari FlexiRemap® adalah untuk mengubah semua permintaan penulisan yang masuk, dan terutama dari jenis acak, menjadi satu set blok yang sama mungkin dengan rekaman berurutan dari sudut pandang drive. Akibatnya, perekaman ke SSD berlangsung dalam mode paling nyaman untuk mereka, dan kinerja akhir melebihi sistem apa pun dengan RAID klasik.
Semua SSD dalam sistem AccelStor dibagi menjadi dua kelompok FlexiRemap® simetris. Ukuran grup tergantung pada model dan 5-11 drive. Untuk ketahanan dalam suatu grup, paritas digunakan seperti RAID5. Kedua kelompok digunakan bersama untuk membentuk ruang penyimpanan bersama. Oleh karena itu, toleransi kesalahan yang dihasilkan akan mirip dengan array RAID50 yang terdiri dari dua kelompok: sistem mampu menahan kegagalan hingga dua SSD, tetapi tidak lebih dari satu di setiap kelompok FlexiRemap®.
Semua permintaan penulisan yang masuk dibagi menjadi 4K blok, yang dalam mode round robin ditulis untuk kedua kelompok FlexiRemap®. Selain itu, sistem terus melacak permintaan untuk blok yang direkam, mencoba untuk merekam blok tersebut sedekat mungkin satu sama lain. Ternyata analog virtual robek, jika dinyatakan dalam hal penyimpanan. Dalam hal ini, pekerjaan pemulung sangat difasilitasi: toh, blok yang tidak digunakan akan selalu ada di dekatnya.
Perlu dicatat bahwa sistem AccelStor , tidak seperti produk pesaing, tidak menggunakan fungsi caching dari permintaan yang masuk dalam RAM pengontrol. Semua blok data yang masuk segera ditulis ke SSD. Tuan rumah menerima konfirmasi perekaman yang sukses hanya setelah penempatan fisik data pada drive. Hanya tabel alokasi blok pada SSD yang disimpan dalam RAM untuk mempercepat akses dan menentukan tempat untuk menulis blok data selanjutnya. Tentu saja, untuk keandalan, salinan tabel ini juga terdapat di media itu sendiri. Akibatnya, sistem AccelStor tidak memerlukan perlindungan cache apa pun dalam bentuk baterai / kapasitor (namun, ada peluang untuk membuat koneksi dengan UPS untuk shutdown “lunak” jika terjadi masalah listrik).
Berkat pendekatan pengorganisasian rekaman ini, pengumpul sampah benar-benar dapat bekerja di latar belakang tanpa secara signifikan memengaruhi kecepatan drive, yang pada akhirnya memungkinkan memanfaatkan hingga 90% kinerja SSD dalam sistem. Ini persis seperti apa IOPS dalam sistem AccelStor terhadap All Flash, berdasarkan algoritma RAID.
Fitur penting lainnya dari teknologi FlexiRemap® adalah pengurangan signifikan dalam operasi penulisan yang berlebihan pada SSD. Jadi koefisien amplifikasi tulis untuk sistem AccelStor hanya 1,3, yang diterjemahkan ke dalam bahasa umum, berarti peningkatan umur drive lebih dari 2,5 kali dibandingkan dengan RAID5!
Berkat pemantauan konstan oleh sistem kebijakan penempatan data pada SSD, semua drive aus dengan cara yang sama. Pendekatan ini memungkinkan kami untuk memprediksi masa pakai dan sinyal mereka kepada administrator terlebih dahulu tentang habisnya sumber daya rekaman.
Jelas bahwa SSD mungkin gagal. Dalam hal ini, sistem akan segera mulai membangun kembali ke salah satu drive cadangan panas. Dalam hal ini, grup FlexiRemap®, yang dalam kondisi terdegradasi, beralih ke mode read-only, dan semua permintaan penulisan dikirim ke grup kedua. Mekanisme perlindungan tersebut disediakan untuk mempercepat operasi pembangunan kembali dan mengurangi kemungkinan kegagalan drive lain dalam kelompok yang sama. Bukan rahasia lagi bahwa selama pembangunan kembali, semua drive dalam grup mengalami peningkatan beban karena gangguan operasi baca, tulis, dan kembalikan pada cadangan panas. Ini meningkatkan kemungkinan kegagalan drive lain. Dan semakin banyak operasi perekaman, semakin lama pembangunan kembali akan dilakukan.
Setelah proses pemulihan selesai dan grup FlexiRemap® kembali ke keadaan normal, akan ada sedikit bias dalam sumber daya perekaman antara kedua kelompok. Oleh karena itu, untuk menyelaraskannya, operasi perekaman selanjutnya akan sering jatuh pada kelompok yang dipulihkan (tentu saja, sedemikian rupa sehingga kinerja sistem akhir tidak banyak menderita).
Tidak mungkin untuk meningkatkan kinerja semua sistem Flash berdasarkan algoritma RAID di atas beberapa nilai (~ 280K IOPS @ 4K tulis acak) bahkan ketika menggunakan sistem caching yang kompleks. Teknologi FlexiRemap®, berkat pendekatan yang sama sekali berbeda untuk mengatur ruang penyimpanan, tidak hanya dengan mudah mengatasi penghalang ini, tetapi juga secara bersamaan meningkatkan masa pakai SSD. Jadi sistem AccelStor memiliki keunggulan serius di antara semua larik Flash di banyak lini (IOPS / $, GB / $, TCO, ROI), menjadikannya kandidat yang ideal untuk posisi kunci di pusat data pelanggan untuk menyelesaikan tugas yang membutuhkan banyak sumber daya.