SSD RAID: повышение производительности с помощью RAID массива

RAID SSD

RAID-массивы используются для повышения надежности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи на жестких дисках (HDD). Но RAID-массив с твердотельными накопителями (SSD) может быть в разы выше производительности RAID массива из HDD, и поэтому часто рассматривается как альтернатива.

Некоторые массивы RAID также можно использовать для сохранности данных в случае выхода из строя диска. Твердотельные накопители как правило более надежны чем жесткие диски, поскольку у них нет движущихся частей, но они все же подвержены ошибкам и сбоям. Плюс экономически не выгодно использовать SSD для надежности хранения данных.

По этой причине полезность SSD в RAID массивах может быть только для скорости чтения и записи, где надежность данных особо не важна.

Предназначение RAID

Термин RAID происходит от фразы «Redundant Arrays of Independent Disks» что в переводе «Избыточный массив недорогих дисков», самое важное слово в этой фразе — «Недорогих». Потому что RAID был изобретен в 1987 году компьютерными учеными, которые хотели продемонстрировать что стандартные недорогие диски сконфигурированные в подходящем массиве RAID могут обеспечивать производительность превосходящие дорогие высокопроизводительные диски, которые были доступны в то время.

Суть в следующем: RAID можно использовать для повышения производительности диска или для защиты от потери данных в случае полного или частичного выхода из строя одного (а иногда и нескольких) дисков в массиве.

тест скорости и чтения raid массива из SSD дисков
Тесты производительности RAID массива заметно увеличиваются, когда несколько SSD дисков обрабатывают данные.

SSD и RAID

Твердотельные накопители как правило очень надежны, поскольку у них нет движущихся частей и поскольку они выделяют меньше тепла чем жесткие диски, поэтому не подвержены износу от теплового расширения. Но даже если выход из строя диска случается довольно редко, данные хранящиеся на SSD все равно могут быть потеряны. Это может произойти из-за искажения битов хранящихся в ячейках NAND, из-за помех между ячейками или даже из-за полного отказа ячеек по причине исчерпания их ресурса.

При использовании SSD RAID в конфигурации RAID 1 если один диск выходит из строя данные не будут потеряны, потому что данные которые он хранит, также зеркалируются на другом диске в массиве SSD RAID. RAID 1 также дает некоторое повышение производительности, поскольку любой запрос на чтение может быть обработан любым диском в массиве SSD RAID.

Основными недостатками массива SSD RAID 1 являются:

  • Можно использовать только половину общей емкости хранения двух дисков (полезный объем массива 50%).

На самом деле существует множество других конфигураций RAID в которых используется разное количество дисков, а также такие методы как страйп RAID (разделение данных между разными дисками) и хранение битов четности.

HDD в RAID массиве против SSD RAID

При рассмотрении конфигурации HDD RAID или SSD RAID ключевыми являются два факта:

  • Жесткие диски более подвержены отказам.
  • Жесткие диски дают более низкую производительность.

Это важно, потому что RAID-массив нужен вам для того чтобы добиться большей скорости чтения/записи или для сохранности данных, либо того и другого.

Наиболее часто использующие массив RAID из SSD, нуждались именно в производительности. В некоторых случаях отдельные твердотельные накопители без RAID не могут обеспечить нужную производительность и в таких случаях RAID-массив SSD может обеспечить необходимый прирост производительности.

Поэтому при сравнении HDD RAID и SSD RAID полезно знать следующее: HDD RAID может повысить производительность с низкого уровня до приемлемого уровня, в то время как SSD RAID может повысить производительность с приемлемого уровня до очень высокого уровня.

Время восстановления SSD в RAID массиве

Как и в SSD RAID и HDD RAID есть варианты сохранности данных, но на практике между ними есть существенная разница. Это различие возникает из-за того что твердотельные накопители дают быструю скорость чтения и записи, а это означает что при выходе из строя диска в SSD RAID массиве восстановление массива из оставшихся дисков может быть выполнено намного быстрее, чем в случае с массивом RAID HDD.

А поскольку жесткие диски по своей природе менее надежны чем твердотельные накопители, есть вероятность что еще один диск выйдет из строя во время восстановления массива RAID, чем в случае с массивом из SSD.

Использование SSD с разными типами RAID

Использование SSD-массива RAID может дать эффективную защиту данных и повышение производительности. Большой вопрос: какой уровень RAID следует использовать для массива из SSD?

SDD RAID Stripe

В целях защиты от потери данных можно исключить RAID 0, поскольку он используется для повышения производительности. Уровень RAID 1 дает полное резервирование и сохранность данных, но скромный прирост производительности. Поэтому это нужно учитывать если повышение производительности является для вас приоритетной задачей.

SSD RAID 5 и 6

Популярными вариантами являются RAID 5 (который использует чередование данных с битами четности как минимум с тремя дисками) и RAID 6 (который использует чередование и двойную четность как минимум с четырьмя дисками). Конфигурации такого типа дают преимущество: любые два диска могут выйти из строя без потери данных. Обе эти конфигурации предлагают повышенную производительность, но прирост не так велик, как в конфигурации SSD RAID 0 и в твердотельном накопители работающим отдельно (т.е. не являющимся частью массива SSD RAID). Проблема с RAID 5 и RAID 6 в RAID-массивах SSD заключается в том что обе эти конфигурации требуют большого количества операций записи на диск для размещения информации о четности. (В частности, для RAID 6 требуется две дополнительных записи с контролем четности при каждой записи любых данных) Поскольку ячейки NAND имеют ограниченное количество операций записи до того как они износятся, это делает RAID 5 и RAID 6 менее подходящими для массивов SSD RAID.

Производительность SSD в RAID массиве

Подключение нескольких твердотельных накопителей к RAID-контроллеру для создания SSD RAID-массива в определенных конфигурациях может иметь огромное влияние на производительность, при условии того что пиковая производительность не ограничена пропускной способностью самого RAID-контроллера. Уровень RAID, обеспечивающий наилучшую производительность — это RAID 0.

Массив RAID 0 против производительности одного SSD накопителя

Как обсуждалось ранее, простая настройка RAID 0 с двумя твердотельными накопителями, в которой используются методы RAID-чередования данных между двумя твердотельными накопителями, может привести к удвоению скорости чтения/записи по сравнению с одним SSD без использования RAID массива.

Массив из четырех твердотельных накопителей RAID 0 обеспечит в четыре раза больше производительности (с учетом ограничения контроллера SSD RAID).

Другие уровни SSD RAID, такие как RAID 1 дают небольшой прирост производительности. Массив RAID 1 с двумя твердотельными накопителями в основном предназначен для надежности данных, но поскольку оба диска могут быть прочитаны одновременно, наблюдается некоторое улучшение скорости чтения (но улучшение в скорости отсутствует при записи данных).

Массив из RAID 10 который состоит из комбинации RAID 0 и RAID 1 (который использует зеркалирование), может предложить значительное повышение производительности SSD, но он менее эффективен чем RAID 0, а прирост производительности составляет примерно половину.

Стоит ли использовать SSD RAID?

Твердотельные накопители сильно подешевели за последние несколько лет, но они по-прежнему во много раз дороже в перерасчете на гигабайты чем жесткие диски. Самым большим ограничением массивов SSD RAID (опять же, помимо ограничения скорости контроллеров в SSD RAID) является стоимость. Твердотельные накопители дороже чем жесткие диски и использование конфигурации SSD RAID которая обеспечивает 50% полезного объема хранения данных обойдется намного дороже чем массив из жестких дисков.

Жесткие диски в последнее время увеличивают емкость, поскольку они не могут конкурировать по производительности. Это делает SSD непривлекательными в качестве накопителей для хранения данных. Жесткие диски в конфигурациях RAID по-прежнему очень актуальны и экономически выгодны.

Что касается производительности, если защиты данных от потери не требуется, то подходящая конфигурация SSD RAID, такая как RAID 0 дает возможность получить огромный прирост производительности.

В конечном счете, все зависит от ваших потребностей и бюджета. Если другая технология может предложить лучшую производительность при тех же или меньших затратах, тогда может не потребоваться RAID-массив из SSD дисков.