Что такое рейд контроллер

Что такое RAID-массивы

Содержание:

RAID (Redundant Array of Independent Disks или «избыточный массив независимых дисков») — метод виртуализации, позволяющий объединять несколько дисков в единый логический том, имеющий лучшие характеристики. Чтобы описать, чем RAID может быть полезен на практике, рассмотрим теоретические основы, классификацию и особенности использования данной технологии.

Для чего применяется RAID

RAID позволяет превратить несколько дисковых накопителей в один большой и быстрый диск. Его можно использовать в качестве хранилища данных с функцией автоматического резервного копирования или настроить как системный диск повышенной отказоустойчивости.

У технологии RAID-массивов существуют и минусы. Платой за быстродействие и надежность становится усложнение системы, а также необходимость закупать дополнительное оборудование. Однако эта цена невелика по сравнению с потенциальными убытками, которые может понести пользователь при потере информации или внезапной поломке накопителя.

Преимущества технологии

Условие применения

Технологию можно использовать не во всех случаях. Для этого требуется ее аппаратная и программная поддержка. BIOS должен содержать настройку вида «SATA Configuration: RAID». Если же ее по каким-либо причинам нет, то необходимо «перепрошить» базовую систему ввода-вывода.

В случае, когда поддержка RAID программным методом невозможна, нужно подключить дополнительное устройство — RAID-контроллер и установить соответствующий драйвер. В последних версиях ОС Linux (Ubuntu 20.04, POP-OS 20.04 и т. д.) драйвер для включения режима RAID инсталлируется автоматически.

Основные понятия

В основе функционирования RAID-массивов лежит несколько базовых терминов, без которых нельзя понять принципы работы этой технологии.

Типы RAID-массивов

Классификация RAID по уровням

Основные отличия между конфигурациями или уровнями RAID заключаются в методах формирования и размещения данных, а также в алгоритмах распределения информации на носителях. Базовые типы RAID-массивов — RAID 0 и RAID 1. Остальные уровни считаются их производными, сочетающими в себе достоинства той или иной базовой модели.

RAID 0

Технология виртуализации RAID 0 называется striping («чередование»). Для ее реализации применяется от 2 до 4 накопителей, которые совместно выполняют процедуру «чтения/записи».

При записи информация разделяется на блоки, которые одновременно сохраняются на накопители. Первый блок — на один, второй — на другой жесткий диск и так далее. Производительность массива возрастает прямо пропорционально количеству накопителей в системе. То есть, 4 диска будут работать в 2 раза быстрее, чем два.

Однако, такая конфигурация RAID-массива чревата потерей данных, что уменьшает безопасность хранения информации. Это объясняется структурой каждого файла. Последний состоит из определенной последовательности блоков (байт), поскольку каждый из них записывается на разные диски и происходит «нарушение» его целостности. Если один накопитель выходит из строя, то блок «теряется». При этом получается «битый» файл, который практически невозможно восстановить.

Достоинства

Недостатки

Использование

Применяется в приложениях для скоростного обмена информацией, в хранилищах временных файлов. Также RAID 0 нужен для систем, использующих некритичные по важности массивы данных.

RAID 1

Технология RAID 1 называется мirroring («зеркалирование»). Она подразумевает использование от 2 до 4 накопителей. Однако при этом теряется половина объема дисков, поскольку это пространство используется резервированием данных.

Простыми словами, если RAID-система состоит из 2 жестких дисков, то при выходе одного из них информация не потеряется полностью, поскольку один накопитель является точной копией другого.

Достоинства

Недостатки

Использование

Уровень RAID 1 необходимо применять для увеличения надежности хранения информации на серверах.

RAID 5

Технология RAID 5 («чередование с чётностью») считается наиболее распространенной и безопасной. Для подобной конфигурации необходимо минимум 3 диска, а максимальное допустимое количество — 16.

При записи информации происходит разделение на блоки данных, но с одним условием — на один из дисков, называемый блок «чётность данных» (Parity Drive, PD), происходит запись информации для восстановления. Этот подход позволяет спасти данные при повреждении одного из накопителей.

RAID 5 может реализовываться программным методом при помощи специальных утилит, но IT-специалисты рекомендуют все же отдать предпочтение аппаратному способу.

Достоинства

Недостатки

Использование

Технология виртуализации 5 уровня (RAID 5) прекрасно подойдет для безопасного хранения данных, но при этом не будет утрачена производительность. Очень часто ее используют файловые серверы.

RAID 6

Технология виртуализации 6 уровня («чередование с двойной чётностью») похожа на RAID 5. Отличие состоит в записи информации для восстановления на два диска. Первый — блок «чётность данных» (PD) используются в архитектуре RAID 5 для резервного хранения данных. Второй диск «чётности» дублирует работу первого. Его работа основана на коде Рида-Соломона (Reed-Solomon), поэтому диск часто имеет краткое обозначение — RS или Q.

Благодаря использованию принципа двойной чётности, система может перенести без потерь информации отказ сразу двух жестких дисков. Однако для создания RAID 6 потребуется минимум четыре накопителя.

Достоинства

Недостатки

Использование

RAID 6 является более надежной конфигурацией, чем RAID пятого уровня. Она часто применяется на файловых серверах, где используются большие объемы данных.

RAID 10

Технология виртуализации 10 — «гибрид» RAID нулевого и первого уровней, сочетающая в себе все их преимущества.

Достоинства

Недостатки

Использование

Гибридная технология RAID 10 используется в тех же случаях, что и RAID 0 и RAID 1.

Утилиты для создания

В операционной системе Windows есть встроенная утилита для создания RAID. Однако она поддерживает только RAID-массивы первого. Поэтому для более сложных операций, а также для платформ на базе Unix/Linux требуется установка стороннего ПО.

Перед выбором соответствующей конфигурации RAID-массива, специалисты рекомендуют сохранить информацию на отдельный носитель. При создании или удалении RAID-системы данные на дисках уничтожаются.

Mdadm

Для операционных систем на основе Linux рекомендуется использовать штатную утилиту «mdadm», которую необходимо предварительно установить через терминал.

Основные возможности

Установка

Для инсталляции утилиты требуется ввести в терминале следующие команды:

При этом в систему будет инсталлирована утилита, а также необходимый набор библиотек.

MegaRAID Storage Manager (MSM)

Бесплатное приложение от Microsoft, разработанное с целью обеспечения гибкого управления RAID-системами в ОС Windows.

Основные возможности

Установка

Заключение

Использование RAID-массивов позволяет реализовать повышенние потенциала нескольких дисковых накопителей за счет их объединения. В частности, растет производительность и надежность хранения информации. Однако эффективность работы массива будет сильно зависеть от того, каким способом он создан. Оптимальным является аппаратный метод на базе отдельного RAID-контроллера, но его организация потребует больших финансовых вложений.

Помимо способа реализации для работы RAID важна конфигурация массивов, которая делится на несколько базовых уровней. Оптимальным уровнем считается RAID-10, поскольку он обеспечивает не только высокую скорость обработки данных, но и их сохранность.

Виртуальный сервер от Eternalhost — надежная площадка для современного веб-ресурса! Быстрые NVMe диски, реальная защита от DDoS, техподдержка 24/7.

Источник

Аппаратный RAID: особенности использования

Организация единого дискового пространства — задача, легко решаемая с помощью аппаратного RAID-контроллера. Однако следует вначале ознакомиться с особенностями использования и управления таким контроллером. Об этом сегодня расскажем в нашей статье.

Надежность и скорость работы дисковых накопителей — вопрос, волнующий каждого системного администратора. Несмотря на заверения производителей о качестве собственных устройств — HDD и SSD продолжают выходить из строя в самое неподходящее время, теряя драгоценные данные. Технология S.M.A.R.T. в большинстве случаев дает возможность оценить «здоровье» накопителя, но это не гарантирует того, что диск будет продолжать беспроблемно работать.

Предсказать выход диска из строя со 100%-ой точностью невозможно, поэтому следует предусмотреть вариант, при котором это не станет проблемой или причиной остановки сервисов. Использование RAID-массивов решает эту задачу. Рассмотрим три основных подхода, применяющихся для этой задачи:

Давайте рассмотрим аппаратный RAID детально.

Внешний вид

Мы выбрали решения Adaptec от компании Microsemi. Это RAID-контроллеры, зарекомендовавшие себя удобством использования и высокой производительностью. Их мы устанавливаем, если наш клиент решил заказать сервер произвольной или фиксированной конфигурации.

RAID-контроллеры форм-фактора PCI-E

Для подключения дисков используются специальные интерфейсные кабели. Со стороны контроллера используются разъемы SFF8643. Каждый кабель позволяет подключить до 4-х дисков SAS или SATA (в зависимости от модели). Помимо этого интерфейсный кабель еще имеет восьмипиновый разъем SFF-8485 для шины SGPIO, о назначении которой поговорим чуть позже.

Помимо самого RAID-контроллера существует еще два дополнительных устройства, позволяющих увеличить надежность:

Это особенно важно, когда включен режим отложенной записи кэша (Writeback). При пропадании электропитания содержимое кэша не будет сброшено на диски, что приведет к потере данных и, как следствие, штатная работа дискового массива будет нарушена.

Технические характеристики

Температура

Вначале хотелось бы затронуть такую важную вещь, как температурный режим аппаратных RAID-контроллеров Adaptec. Все они оснащены небольшими пассивными радиаторами, что может вызвать ложное представление о небольшом тепловыделении.

Производитель контроллера приводит в качестве рекомендуемого значения воздушного потока — 200 LFM (linear feet per minute), что соответствует показателю 8,24 литра в секунду (или 1,02 метра в секунду). Рассчитаны такие контроллеры исключительно на установку в rackmount-корпусы, где такой воздушный поток создается скоростными штатными кулерами.

От 0°C до 40-55°C — рабочая температура большинства RAID-контроллеров Adaptec (в зависимости от наличия установленных модулей), рекомендованная производителем. Максимальная рабочая температура чипа составляет 100°C. Функционирование контроллера при повышенной температуре (более 85°C) может вывести его из строя. Удобства ради приводим под спойлером табличку рекомендуемых температур для разных серий контроллеров Adaptec.

Рекомендуемые температуры

Нашим клиентам не приходится беспокоиться о перегреве контроллеров, поскольку в наших дата-центрах поддерживается постоянный температурный режим, а сборка серверов произвольной конфигурации происходит с учетом особенностей таких комплектующих (о чем мы упоминали в нашей предыдущей статье).

Скорость работы

Для того чтобы продемонстрировать, как наличие аппаратного RAID-контроллера способствует увеличению скорости работы сервера, мы решили собрать тестовый стенд со следующей конфигурацией:

В качестве операционной системы будет установлена CentOS 7. Роль серверного приложения возьмет на себя 1C Bitrix24. Вначале мы соберем программный RAID-массив с помощью mdadm и измерим производительность с помощью встроенного в Bitrix24 теста. Каких-либо изменений или дополнительных настроек в систему специально не вносим — устанавливается демо-конфигурация с настройками по-умолчанию.

Затем в этот же стенд поставим RAID-контроллер Adaptec ASR 7805 с модулем защиты кэша AFM-700, подключим к нему эти же жесткие диски и выполним точно такое же тестирование.

С программным RAID

Несомненное преимущество программного RAID — простота использования. Массив в ОС Linux создается с помощью штатной утилиты mdadm. При установке операционной системы чаще всего создание массива предусмотрено непосредственно из установщика. В случае, когда такой возможности установщик не предоставляет, достаточно всего лишь перейти в соседнюю консоль с помощью сочетания клавиш Ctrl+Alt+F2 (где номер функциональной клавиши — это номер вызываемой tty).

Проверяем, чтобы на дисках не было метаданных, например, от предыдущего массива:

На всех 4-х дисках должно быть сообщение:

В случае, если на одном или нескольких дисках будут метаданные, удалить их можно следующим образом (где sdX — требуемый диск):

Создадим на каждом диске разделы для будущего массива c помощью fdisk. В качестве типа раздела следует указать fd (Linux RAID autodetect).

Собираем массив RAID 10 из созданных разделов с помощью команды:

Сразу после этого будет создан массив /dev/md0 и будет запущен процесс перестроения данных на дисках. Для отслеживания текущего статуса процесса введите:

Пока процесс перестроения данных не будет завершен, скорость работы дискового массива будет снижена.

После установки операционной системы и Bitrix24 на созданный массив мы запустили стандартный тест и получили следующие результаты:

С аппаратным RAID

Прежде чем сервер сможет использовать единое дисковое пространство RAID-массива, необходимо выполнить базовую настройку контроллера и логических дисков. Сделать это можно двумя способами:

Первый способ идеально подходит для первоначальной настройки. Вход в утилиту в режиме Legacy (режим для наших серверов по умолчанию) осуществляется с помощью сочетания клавиш CTRL + A при появлении уведомления в процессе инициализации POST.

Внешний вид утилиты

Утилита позволяет не только управлять настройками контроллера, но и логическими устройствами. Инициализируем физические диски (вся информация на дисках при инициализации будет уничтожена) и создадим массив RAID-10 с помощью раздела Create Array. При создании система запросит желаемый размер страйпа, то есть размер блока данных за одну I/O-операцию:

Сразу после того, как контроллеру отдана команда создания массива, также, как и с программным RAID, начинается процесс перестроения данных на дисках. Этот процесс работает в фоновом режиме, при этом логический диск становится сразу доступен для BIOS. Производительность дисковой подсистемы будет также снижена до завершения процесса. В случае, если было создано несколько массивов, то необходимо определить загрузочный массив с помощью сочетания клавиш Ctrl + B.

После того как статус массива изменился на Optimal, мы установили Bitrix24 и провели точно такой же тест. Результат теста:

Сразу становится понятно, что аппаратный RAID-контроллер ускоряет операции чтения и записи на дисковый носитель за счет использования кэша, что позволяет быстрее обрабатывать массовые обращения пользователей.

Управление контроллером

Непосредственно из операционной системы управление контроллером производится с помощью программного обеспечения, доступного для скачивания с сайта производителя. Доступны варианты для большинства операционных систем и гипервизоров:

Пользователям других дистрибутивов Linux также доступны исходные коды драйверов. Помимо драйверов и консольной утилиты ARCCONF производитель также предлагает программу с графическим интерфейсом для удобного управления контроллером — maxView Storage Manager.

С помощью указанных утилит можно, не прерывая работу сервера, легко управлять логическими и физическими дисками. Также можно задействовать такой полезный функционал, как «подсветка диска». Мы уже упоминали про пятый кабель для подключения SGPIO — этот кабель подключается напрямую в бэкплейн (от англ. backplane — соединительная плата для накопителей сервера) и позволяет RAID-контроллеру полностью управлять световой индикацей каждого диска.

Следует помнить, что бэкплэйны поддерживают не только SGPIO, но и I2C. Переключение между этими режимами осуществляется чаще всего с помощью джамперов на самом бэкплэйне.

Каждому устройству, подключенному к аппаратному RAID-контроллеру Adaptec, присваивается идентификатор, состоящий из номера канала и номера физического диска. Номера каналов соответствуют номерам портов на контроллере.

Замена диска — штатная операция, впрочем, требующая однозначной идентификации. Если допустить ошибку при этой операции, можно потерять данные и прервать работу сервера. С аппаратным RAID-контроллером такая ошибка является редкостью.

Делается это очень просто:

Контроллер даст соответствующую команду на бэкплэйн, и светодиод нужного диска начнет равномерно моргать цветом, отличающимся от стандартного рабочего.

Например, на платформах Supermicro штатная работа диска — зеленый или синий цвет, а «подсвеченный» диск будет моргать красным. Перепутать диски в этом случае невозможно, что позволит избежать ошибки из-за человеческого фактора.

«Подсвеченный» диск

Настройка кэширования

Теперь пару слов о вариантах работы кэша на запись. Вариант Write Through означает, что контроллер сообщает операционной системе об успешном выполнении операции записи только после того, как данные будут фактически записаны на диски. Это повышает надежность сохранности данных, но никак не увеличивает производительность.

Чтобы достичь максимальной скорости работы, необходимо использовать вариант Write Back. При такой схеме работы контроллер будет сообщать операционной системе об успешной IO-операции сразу после того, как данные поступят в кэш.

Важно — при использовании Write Back настоятельно рекомендуется использовать BBU или ZMCP-модуль, поскольку без него при внезапном отключении электричества часть данных может быть утеряна.

Настройка мониторинга

Вопрос мониторинга статуса работы оборудования и возможности оповещения стоит достаточно остро для любого системного администратора. Для того чтобы настроить «связку» из Zabbix и RAID-контроллера Adaptec рекомендуем воспользоваться перечисленными решениями.

Зачастую требуется отслеживать состояние контроллера напрямую из гипервизора, например, VMware ESXi™. Задача решается с помощью установки CIM-провайдера с помощью инструкции Microsemi.

Прошивка

Необходимость прошивки RAID-контроллера возникает чаще всего для исправления выявленных производителем проблем с работой устройства. Несмотря на то, что прошивки доступны для самостоятельного обновления, к этой операции следует подойти очень ответственно, особенно если процедура выполняется на «боевой» системе.

Если нашему клиенту требуется сменить версию прошивки контроллера, то ему достаточно создать тикет в нашей панели управления. Системные инженеры выполнят перепрошивку RAID-контроллера до требуемой версии в указанное время и сделают это максимально корректно.

Важно — не следует выполнять перепрошивку самостоятельно, поскольку любая ошибка может привести к потере данных!

Заключение

Использование аппаратного RAID-контроллера оправдано в большинстве случаев, когда требуется высокая скорость и надежность работы дисковой подсистемы.

Системные инженеры Selectel бесплатно выполнят базовую настройку дискового массива на аппаратном RAID-контроллере при заказе сервера произвольной конфигурации. В случае, если потребуется дополнительная помощь с настройкой, мы будем рады помочь в рамках нашей услуги администрирования. Также мы подготовили для наших читателей небольшую памятку по командам утилиты arcconf.

Используете ли вы аппаратные RAID-контроллеры? Ждем вас в комментариях.

Источник

Нужно ли создавать RAID-массив из SSD и какие контроллеры для этого нужны

Привет Хабр! В этом материале мы расскажем, стоит ли организовывать RAID-массивы на базе твердотельных решений SATA SSD и NVMe SSD, и будет ли от этого серьезный профит? Мы решили разобраться в этом вопросе, рассмотрев виды и типы контроллеров, которые позволяют это сделать, а также сферы применения таких конфигураций.

Так или иначе, каждый из нас хоть раз в жизни слышал такие определения, как “RAID”, “RAID-массив”, “RAID-контроллер”, но вряд ли придавал этому серьезное значение, потому что рядовому ПК-боярину все это вряд ли интересно. А вот высоких скоростей от внутренних накопителей и безотказности их работы хочется всем и каждому. Ведь, какой бы мощной ни была начинка компьютера, скорость работы накопителя становится узким местом, если говорить о совокупном быстродействии ПК и сервера.

Так было ровно до того момента, пока на смену традиционным HDD не пришли современные NVMe SSD со сравнимой емкостью в 1 Тбайт и более. И если раньше в ПК чаще встречались связки SATA SSD + парочка емких HDD, то сегодня их начинает сменять другое решение — NVMe SSD + парочка емких SATA SSD. Если говорить о корпоративных серверах и “облаках”, многие уже успешно переехали на SATA SSD, просто потому что они быстрее обычных “жестянок” и способны обрабатывать большее количество операций ввода/вывода одновременно.

Однако отказоустойчивость системы все равно находится на достаточно низком уровне: мы не можем как в “Битве экстрасенсов” предугадать с точностью даже до недели, когда тот или иной твердотельный накопитель прикажет долго жить. И если HDD “умирают” постепенно, позволяя уловить симптомы и принять меры, то SSD “мрут” сразу и без предупреждений. И вот теперь самое время разобраться, зачем все это вообще нужно? Стоит ли организовывать RAID-массивы на базе твердотельных решений SATA SSD и NVMe SSD, и будет ли от этого серьезный профит?

Зачем нужен RAID-массив?

Само слово “массив” уже подразумевает то, что для его создания используется несколько накопителей (HDD и SSD), которые объединяются с помощью RAID-контроллера и распознаются ОС, как единое хранилище данных. Глобальная задача, которую позволяют решить RAID-массивы — минимизация времени доступа к данным, повышение скорости чтения/записи и надежности, которая достигается благодаря возможности быстрого восстановления в случае сбоя. К слову, для домашних бэкапов использовать RAID совсем не обязательно. А вот если у вас есть свой домашний сервер, к которому необходим постоянный доступ 24/7 — тут уже другое дело.

Существует свыше десятка уровней RAID-массивов, каждый из которых отличается количеством используемых в нем накопителей и имеет свои плюсы и минусы: например, RAID 0 позволяет получить высокую производительность без отказоустойчивости, RAID 1 — наладить автоматическое зеркалирование данных без прироста скорости, а RAID 10 объединяет в себе возможности вышеперечисленных. RAID 0 и 1 — самые простые (поскольку не требуют произведения программных вычислений) и, как следствие, — самые популярные. В конечном счете выбор в пользу того или иного уровня RAID зависит от возлагаемых на дисковый массив задач и возможностей RAID-контроллера.

Домашний и корпоративный RAID: в чем разница?

Основа любого современного бизнеса — большие объемы данных, которые должны надежно храниться на серверах компаний. А еще, как мы уже отмечали выше, к ним должен обеспечиваться постоянный доступ 24/7. Понятное дело, что наравне с “железом” важна и софтверная часть, но в данном случае мы говорим все-таки об оборудовании, которое обеспечивает надежное хранение и обработку информации. Никакой софт не спасет компанию от разорения, если “железное” оснащение не соответствует возложенным на него задачам.

Для этих задач любой производитель “железа” предлагает так называемые корпоративные устройства. У Kingston — это мощные твердотельные решения в лице SATA-моделей Kingston 450R (DC450R) и серии DC500, а также NVMe-моделей DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe и DCP-1000 PCI-e, предназначенных для использования в ЦОД (центрах обработки данных) и суперкомпьютерах. Массивы из таких накопителей, как правило, используются в связке с аппаратными контроллерами.

Для потребительского же рынка (то есть для домашних ПК и NAS-серверов) доступны такие накопители как Kingston KC2000 NVMe PCIe, но в этом случае необязательно покупать аппаратный контроллер. Можно ограничиться встроенным в материнскую плату ПК или NAS-сервера, если вы конечно не планируете самостоятельно собрать домашний сервер для нетипичных задач (завести маленький домашний хостинг для друзей, к примеру). К тому же, домашние RAID-массивы, как правило, не предполагают наличие сотен и тысяч накопителей, ограничиваясь двумя, четырьмя и восемью устройствами (чаще SATA).

Виды и типы RAID-контроллеров

Существует три вида RAID-контроллеров, основанные на принципах реализации RAID-массивов:

1. Программные, в которых управление массивом ложится на CPU и DRAM (то есть исполнение программного кода происходит на процессоре).

2. Интегрированные, то бишь встроенные в материнские платы ПК или NAS-сервера.

3. Аппаратные (модульные), представляющие собой дискретные платы расширения для разъемов PCI/PCIe системных плат.

В чем их принципиальное отличие друг от друга? Программные RAID-контроллеры уступают интегрированным и аппаратным по производительности и отказоустойчивости, но при этом не требуют специального оборудования для работы. Однако важно убедиться, что процессор хост-системы является достаточно мощным для запуска программного обеспечения RAID, не оказывая негативного влияния на производительность приложений, которые также работают на хосте. Интегрированные контроллеры, как правило, оснащаются собственной кэш-памятью и задействуют некоторое кол-во ресурсов CPU.

А вот аппаратные обладают и собственной кэш-памятью, и встроенным процессором для выполнения программных алгоритмов. Обычно они позволяют реализовать все виды уровней RAID-массивов и поддерживают сразу несколько видов накопителей. Например, к современным аппаратным контроллерам компании Broadcom можно одновременно подключать SATA-, SAS- и NVMe-устройства, что позволяет не менять контроллер при апгрейде серверов: в частности, при переезде с SATA SSD на NVMe SSD контроллеры менять не придется.

Собственно, на этой ноте мы подошли к типологизации самих контроллеров. Если есть трехрежимные, должны быть и какие-то еще? В данном случае ответ на этот вопрос будет утвердительным. В зависимости от функций и возможностей RAID-контроллеры можно поделить на несколько типов:

1. Обыкновенные контроллеры с функцией RAID
Во всей иерархии это самый просто контроллер, который позволяет объединять HDD и SSD в RAID-массивы уровней “0”, “1” или “0+1”. Программно это реализовано на уровне прошивки. Однако, такие устройства вряд ли можно рекомендовать для использования в корпоративном сегменте, ведь у них отсутствует кэш и не поддерживаются массивы уровней “5”, “3” и т.п. А вот для домашнего сервера начального уровня они вполне подойдут.

2. Контроллеры, работающие в паре с другими RAID-контроллерами
Этот тип контроллеров может работать в паре с интегрированными контроллерами материнских плат. Реализовано это по следующему принципу: дискретный RAID-контроллер берет на себя решение “логических” задач, а встроенный — функции обмена данными между накопителями. Но есть нюанс: параллельная работа таких контроллеров возможна только на совместимых системных платах, а значит область их применения серьезно сужается.

3. Самостоятельные RAID-контроллеры
Эти дискретные решения содержат на борту все необходимые чипы для работы с серверами корпоративного класса, обладая собственным BIOS’ом, кэш-памятью и процессором для быстрой коррекции ошибок и вычисления контрольных сумм. К тому же они отвечают высоким стандартам надежности в плане изготовления и обладают высококачественными модулями памяти.

4. Внешние RAID-контроллеры
Нетрудно догадаться, что все перечисленные выше контроллеры являются внутренними и получают питание через разъем PCIe материнской платы. О чем это говорит? А о том, что выход из строя системной платы может привести к ошибкам в работе RAID-массива и потере данных. Внешние же контроллеры избавлены от этого недоразумения, так как размещаются в отдельном корпусе с независимым блоком питания. В плане надежности такие контроллеры обеспечивают самый высокий уровень хранения данных.

Broadcom, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell и Cisco — это лишь некоторые из компаний, которые предлагают аппаратные RAID-контроллеры в настоящее время.

Режимы работы RAID контроллеров SAS/SATA/NVMe

Основной задачей трехрежимных HBA- и RAID-контроллеров (или контроллеров с функцией Tri-Mode) является создание аппаратного RAID на базе NVMe. У компании Broadcom это умеют делать контроллеры 9400 серии: например, MegaRAID 9460-16i. Он относится к самостоятельному типу RAID-контроллеров, оснащен четырьмя разъемами SFF-8643 и, благодаря поддержке Tri-Mode, позволяет коннектить к себе SATA/SAS- и NVMe-накопители одновременно. К тому же это еще и один из самых энергоэффективных контроллеров на рынке (потребляет всего 17 Ватт энергии, при этом менее 1,1 Ватт на каждый из 16 портов).

Интерфейсом подключения служит PCI Express x8 версии 3.1, что позволяет реализовать пропускную способность на уровне 64 Гбит/с (в 2020 году ожидается появление контроллеров для PCI Express 4.0). В основе 16-портового контроллера лежит 2-ядерный чип SAS3516 и 72-битная DDR4-2133 SDRAM (4 Гбайт), а также реализована возможность подключения до 240 накопителей SATA/SAS-, либо до 24 NVMe-устройств. По части организации RAID-массивов поддерживаются уровни “0”, “1”, “5” и “6”, а также “10”, “50” и “60”. К слову, кэш-память MegaRAID 9460-16i и других контроллеров в серии 9400 защищена от сбоев напряжения дополнительным модулем CacheVault CVPM05.

В основе трехрежимной технологии лежит функция преобразования данных SerDes: преобразование последовательного представления данных в интерфейсах SAS/SATA в параллельную форму в PCIe NVMe и наоборот. То есть контроллер согласовывает скорости и протоколы, чтобы беспрепятственно работать с любым из трех типов устройств хранения. Это обеспечивает бесперебойный способ масштабирования инфраструктур центров обработки данных: пользователи могут использовать NVMe без существенных изменений в других конфигурациях системы.

Однако при планировании конфигураций с NVMe-накопителями, стоит учитывать, что NVMe-решения используют для подключения 4 линии PCIe, а значит каждый накопитель задействует все линии портов SFF-8643. Выходит, что напрямую к контроллеру MegaRAID 9460-16i можно подключить только четыре накопителя NVMe. Либо ограничиться двумя NVMe-решениями при одновременном подключении восьми SAS-накопителей (см. схему подключения ниже).

На рисунке показано использование разъема «0» (С0 / Connector 0) и разъема «1» для подключений NVMe, а также разъемов «2» и «3» для подключений SAS. Это расположение может быть изменено на обратное, но каждый накопитель x4 NVMe должен быть подключен с использованием соседних линий. Режимы работы контроллера устанавливается через конфигурационные утилиты StorCLI или Human Interface Infrastructure (HII), которая работает в среде UEFI.

Режим по умолчанию — профиль «PD64» (поддержка только SAS / SATA). Как мы уже говорили выше, всего профилей три: режим «SAS/SATA only mode» (PD240 / PD64 / PD 16), режим «NVMe only mode» (PCIe4) и смешанный режим, в котором могут работать все типы накопителей: «PD64-PCIe4» (поддержка 64 физических и виртуальных дисков с 4 NVMe-накопителями). В смешанном режиме значение задаваемого профиля должно быть таким – «ProfileID=13». К слову, выбранный профиль сохраняется в качестве ведущего и не сбрасывается даже при откате к заводским настройкам через команду Set Factory Defaults. Сменить его можно будет только вручную.

Стоит ли создавать RAID-массив на SSD?

Итак, мы уже поняли, что RAID-массивы – это залог высокого быстродействия. Но стоит ли собирать RAID из твердотельных накопителей для домашнего и корпоративного использования? Многие скептики говорят о том, что прирост в скорости получается не столь существенным, чтобы разоряться на NVMe-накопители. Но так ли это на самом деле? Вряд ли. Самым большим ограничением для использования SSD в RAID (как в домашних условиях, так и на корпоративном уровне) может стать только цена. Как ни крути, а стоимость гигабайта пространства у HDD значительно дешевле.

Подключение нескольких твердотельных “дисков” к контроллеру RAID для создания массива из SSD в определенных конфигурациях может оказать огромное влияние на производительность. Не стоит, однако, забывать, что максимальная производительность ограничена пропускной способностью самого контроллера RAID. Уровнем RAID, который предлагает лучшую скорость работы, является RAID 0.

Организация обычного RAID 0 с двумя SSD-накопителями, в которой используется метод разбиения данных на фиксированные блоки и их чередования между твердотельными хранилищами, приведет к удвоению производительности (если сравнивать со скоростями, которые выдает один SSD). При этом массив RAID 0 с четырьмя твердотельными накопителями будет уже в четыре раза быстрее, чем самый медленный SSD в массиве (в зависимости от ограничения пропускной способности на уровне контроллера RAID SSD).

Если исходить из простой арифметики, SATA SSD примерно в 3 раза быстрее традиционного SATA HDD. NVMe-решения еще эффективнее — в 10 раз и более. При условии, что два жестких диска в RAID’е нулевого уровня покажут удвоенную производительность, увеличив ее на 50%, два SATA SSD окажутся в 6 раз быстрее, а два NVMe SSD — в 20 раз быстрее. В частности, один накопитель Kingston KC2000 NVMe PCIe может достигать скорости последовательного чтения и записи до 3200 Мбайт/с, что в формате RAID 0 достигнет внушительных 6 Гбайт/с. А скорость чтения/записи случайных блоков размером 4 Кбайт превратится из 350 000 IOPS в 700 000 IOPS. Но… в то же время “нулевой” RAID не обеспечивает нам избыточности.

Можно сказать, что в домашних условиях избыточность хранилища обычно и не требуется, поэтому самой подходящей конфигурацией RAID для SSD действительно становится RAID 0. Это надежный способ получить значительное повышение производительности в качестве альтернативы использованию таких технологий, как твердотельные накопители на базе Intel Optane. А вот как поведут себя SSD-решения в самых популярных типах RAID (“1”, “5”, “10”, “50”) — мы поговорим в нашем следующем материале.

Данная статья подготовлена при поддержке наших коллег из Broadcom, которые предоставляют свои контроллеры инженерам Kingston для тестирования с накопителями SATA/SAS/NVMe корпоративного класса. Благодаря этому дружескому симбиозу, клиентам не приходится сомневаться в надежности и стабильности работы накопителей Kingston c HBA- и RAID-контроллерами производства Broadcom.

Дополнительную информацию о продуктах Kingston можно найти на официальном сайте компании.

Источник