SSD/HDD混合RAID解決方案 　　點擊藍字 　　2023 　　關(guān)注我們 　　隨著用戶對于速度的需求逐漸增長，以及應用變得越來越強大，數(shù)據(jù)中心因此面臨提高基礎(chǔ)設(shè)施性能的持續(xù)挑戰(zhàn)。一些組件提供相對簡單的升級路徑：CPU繼續(xù)變得更加強大，網(wǎng)絡(luò)速度提高，硬盤容量增長，等等。但是如果I/O操作的性能不能跟上的話，取得這些進展沒有任何意義。 　　例如，一個在線交易處理系統(tǒng)往往受限于數(shù)據(jù)庫升級的速度。搜索算法的性能可能取決于從磁盤讀取各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的快慢。成功訪問某個網(wǎng)站的用戶數(shù)量，取決于其網(wǎng)頁打開的速度。 　　本文內(nèi)容參考《Adaptec 混合 RAID解決方案》，全文詳細介紹了混合RAID技術(shù)背景，原理，典型應用場景，以及如何搭建一套混合RAID技術(shù)解決方案。 　　最終用戶數(shù)量的增長使這個問題變得更加嚴重，導致響應時間和延遲的增加。根據(jù)Equation Research: 　　78% 的網(wǎng)站訪問者因為高峰期間該網(wǎng)站糟糕的性能表現(xiàn)而去了競爭對手的網(wǎng)站. 　　88% 的網(wǎng)站訪問者在得到糟糕的用戶體驗之后不太可能再返回該網(wǎng)站. 　　47% 的網(wǎng)站訪問者離開該網(wǎng)站時會對該公司有不積極的看法. 　　為了提升系統(tǒng)性能，數(shù)據(jù)中心有時會添加高速硬盤(HDD) —例如1.5萬轉(zhuǎn)SAS硬盤，以及利用“短擊”— 也就是應用只使用磁盤的外邊緣磁道，這時候性能是最高的?；蛘?，他們會添加新的服務(wù)器，即使現(xiàn)有服務(wù)器有足夠的存儲容量支持更多用戶。 　　然而，不管是哪一種方法，最終結(jié)果都是存儲容量利用率的降低。此外，添加服務(wù)器意味著要增加資本和運營開支 (也就是維護、供電和冷卻成本）以及物理空間需求。固態(tài)盤普及的緩解了很多問題，并改變了數(shù)據(jù)中心對于存儲架構(gòu)的思考方式。 　　SSDs: 固態(tài)盤的局限性 　　相比HDD來說，固態(tài)盤具有諸多優(yōu)點，包括更高的讀取帶寬、更高的IOPs、更好的機械可靠性、更高的抗沖擊力和抗震性。不過，提供這些好處的功能特性的同時，也帶來了一些固有的局限性，例如有限的容量和更低的流寫入帶寬。 　　SSD的另一個局限性在于無法像HDD那樣直接過量寫入數(shù)據(jù)。相反，它在數(shù)據(jù)寫入之前必須首先擦除整個目標數(shù)據(jù)塊——即使只有少數(shù)字節(jié)發(fā)生變化。這個過程不僅給寫性能造成負面影響，而且可能導致閃存介質(zhì)表面磨損不均勻，造成硬盤的過早損壞。 　　為了克服損耗不均衡的問題，很多SSD利用損耗均衡技術(shù)分散擦除操作，在介質(zhì)表面均勻地重新寫入。損耗均衡延長了硬盤的壽命，但是隨著時間的推移，寫性能也會進一步降級。 　　而且，SSD成本遠高于HDD，尤其是用傳統(tǒng)“每GB成本”的標準來衡量。在大多數(shù)環(huán)境中，如果不考慮潛在優(yōu)點，用一個SSD取代所有HDD是不切實際的。然而，HDD與SSD混合的方式提供了很高的成本效益， 尤其是用“每I/O成本”標準或者更多以綠色節(jié)能為主導的 “每I/O能耗” 標準來衡量。 　　什么是混合RAID? 　　混合RAID是一種冗余存儲解決方案，采用高容量低成本的SATA或者高性能SAS硬盤與低延遲高IOPs的固態(tài)盤，再加上SSD感知的RAID控制卡. 　　在混合RAID中，讀取操作在更高速的SSD中進行，而出于冗余考慮，寫入操作則在SSD和HDD中進行?；旌蟁AID適合于數(shù)據(jù)等級較低的應用，例如互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、 文件服務(wù)器或者虛擬機。 　　混合RAID 的好處是什么? 　　混合RAID陣列的性能遠遠超過標準HDD RAID陣列， 而且 成本比純SSD RAID陣列更低。相比純HDD RAID陣列，混合陣列加速IOPS并降低延遲，使數(shù)據(jù)中心和云計算環(huán)境能夠托管更多用戶，每秒鐘在每臺服務(wù)器上執(zhí)行更多交易，減少了支持任何特定工作負載所需的服務(wù)器數(shù)量。 　　除了服務(wù)器數(shù)量縮減會減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的占地空間之外，在財務(wù)上體現(xiàn)出的好處就是降低了采購額外服務(wù)器所需的資本開支，以及供電、冷卻與維護相關(guān)的運營開支。 　　混合RAID 示例 向存儲解決方案中融入混合RAID，可以獲得最高容量、啟動時間和總體性能，如下面的例子所示： 　　場景1: 大容量服務(wù)器，在該場景中，客戶希望最大限度地利用大容量的8插槽服務(wù)器，同時能夠快速啟動。該客戶很保守，他們希望讓OS遠離數(shù)據(jù)（OS在鏡像中，數(shù)據(jù)在RAID 5中，容量最大化）。 　　純HDD方法（見圖2）的問題在于，服務(wù)器中有兩個插槽浪費了，用于操作系統(tǒng)啟動驅(qū)動器，因此限制了容量使得RAID 5中只有6個驅(qū)動器。此外，因為是從鏡像中的標準HDD啟動，不是高速RAID，所以服務(wù)器的啟動速度并不快。 　　混合解決方案（圖3）提供了以下幾點好處: 　　服務(wù)器總?cè)萘渴荝AID 5中每個驅(qū)動器可用容量的6倍 　　服務(wù)器快速啟動，因為在啟動過程中是從SSD中讀取的 　　如有需要，每個磁盤上未使用的磁盤空間可以被其他陣列使用 　　在上述場景中，這6個未使用的磁盤可創(chuàng)建一個500GB RAID 5磁盤 　　場景2：工作站，在該場景中，工作站用戶希望有一個快速啟動、快速應用加載的系統(tǒng)，而不希望在驅(qū)動器發(fā)生故障時遇到重建工作站的麻煩。 　　混合解決方案（見圖4）的優(yōu)點包括: 　　從固態(tài)盤上直接讀取，因此工作站的讀取速度大幅提升,超過單個標準HDD. 　　寫速度與標準工作站相同，但由于在控制卡上配置了緩存，所以它要快于連接至板載磁盤控制卡的標準HDD . 　　不管哪個硬盤出現(xiàn)故障都不會丟失數(shù)據(jù)。當更換故障硬盤時, 陣列將重建到替代硬盤上，將系統(tǒng)恢復到發(fā)生硬盤故障之前的狀態(tài). 　　注意，這里不推薦利用該場景中500GB HDD中尚未使用的200GB容量，因為這里數(shù)據(jù)不是冗余的，HDD故障將會導致數(shù)據(jù)丟失 　　場景3：小企業(yè)服務(wù)器很多小企業(yè)服務(wù)器要求至少配置一些高性能存儲組件以處理會計軟件、針對特定行業(yè)的小型數(shù)據(jù)庫甚至是郵件服務(wù)器。這樣的性能要求，往往伴隨著對于容量的需求。即使是小型企業(yè)也可以輕而易舉地生成若干TB的文檔、照片和視頻等格式的數(shù)據(jù)。 　　這種混合解決方案的優(yōu)點是: 　　該場景中160GB磁盤足以創(chuàng)建一個操作系統(tǒng)的啟動卷，同時仍留有100GB的充足空間用于數(shù)據(jù)庫功能 。 　　因為這160GB混合鏡像的讀取操作是直接從SSD進行的，因此操作系統(tǒng)啟動時間和數(shù)據(jù)庫功能將有顯著提升，超過2個HDD的標準景象。 　　從數(shù)據(jù)鏡像容量損失了160GB，但這在3TB硬盤容量中只占很小一部分, 不會對服務(wù)器可用容量有明顯的影響。 　　場景4：小企業(yè)服務(wù)器，高速度小容量如果性能比容量更重要的話，那么用戶可以安裝2個600GB SSD，并把它們鏡像到HDD，獲得1.2TB的SSD（見圖7）. 　　請注意，在這個配置下，是可以添加第3個SSD的 (使用RAID卡上的第4個端口), 共用3個SSD和HDD做3個混合鏡像. 　　搭建混合解決方案 　　從硬件的角度看，搭建一個混合RAID解決方案是相當簡單的，可以使用任何容量的SSD和HDD（不過SSD和HDD的 數(shù)量必須相同）。如果這個RAID陣列使用容量不同的驅(qū)動器，那么驅(qū)動器容量就是更小的那個。例如, 一個RAID 1 使用1個128GB SSD和2TB HDD，那么邏輯設(shè)備就是128GB。 　　一個RAID 10使用2個128GB SSD和2個2TB HDD，邏輯設(shè)備就是256GB。剩下的HDD容量可用于存儲。不過，從應用的角度看，就不是那么簡單了，因為大多數(shù)軟件并不能識別出采用兩種有著不同特點的存儲的可能性。為了充分利用混合RAID，必須部署一種具有智能存儲處理能力、SSD感知的RAID控制卡。 　　Adaptec混合RAID解決方案 　　所幸的是發(fā)揮混合RAID技術(shù)的優(yōu)勢很簡單，在任何一款Adaptec 7系列, 6系列和Q系列的SAS/SATA控制卡上安裝升級固件就可以了?？刂瓶〞芎玫乩檬Ｓ嗳萘?，自動創(chuàng)建一個混合RAID陣列，將1個或者多個SSD與相同數(shù)量的HDD做成RAID 1或者RAID 10陣列。這個混合RAID陣列對于操作系統(tǒng)和所有運行中的應用都是透明的。此外，Adaptec控制卡通過向HDD和SSD的寫入、100%從SSD讀取，提供了最高的混合陣列性能（見圖8）。 　　相比之下，其他控制卡是從HDD和SSD進行讀寫的（見圖9）。因為運用了SSD的服務(wù)器I/O可以是用HDD的100倍之多，所以競爭對手的混合RAID解決方案I/O性能往往要低一些。 　　Adaptec混合RAID陣列提供了比標準HDD陣列更高的IOPs性能，同時寫I/O性能也沒有降級（見圖10）. 　　一些應用甚至看到了通過Adaptec混合RAID獲得的少量性能優(yōu)勢，并且混合RAID 1速度比單個SSD更快（見圖11）. 　　正因為如此，Adaptec混合RAID提供了比競爭對手混合RAID解決方案更高的性能、更低的每GB成本、每I/O更低成本和功耗. 　　數(shù)據(jù)中心面臨著應對更多用戶更大傳輸量的持續(xù)壓力。而面對不斷緊縮的預算，只是簡單添加更多服務(wù)器的日子即將結(jié)束。采用SSD和HDD的混合RAID陣列提供了比標準HDD RAID陣列更高的性能，而且成本比純SSD陣列更低. 　　Adaptec 7系列、6系列和Q系列SAS/SATA控制卡經(jīng)過最新的固件升級之后, 可以自動創(chuàng)建一個無縫的混合RAID陣列, 將一個或者多個SSD與相同數(shù)量的HDD做成RAID 1或者RAID 10陣列。與競爭對手RAID控制卡半數(shù)是從HDD進行讀取不同的是, Adaptec控制卡通過只從SSD讀取而交付了最高的 系統(tǒng)性能. 　　與純HDD陣列相比，Adaptec混合陣列交付了每秒更多數(shù)量的讀操作，而寫I/O性能沒有降級，對于操作系統(tǒng)和所有運行中的應用是完全透明的。相比純SDD陣列，Adaptec混合陣列提供了最低的每GB成本，和每I/O最低的成本以及功耗。 　　2023 　　掃二維碼｜關(guān)注我們 　　微信號｜Networking_MG 　　關(guān)注公眾號 　　加入“網(wǎng)絡(luò)工程師”交流群 　　更多內(nèi)容 　　1 　　割接、運維你真的有經(jīng)驗嗎？一問便知 　　2 　　誰把無線路由器當Hub亂接啦？ 　　3 　　線上故障排查全套路，拿走不謝！ 　　4 　　割接！寫腳本的重要性 　　5 　　網(wǎng)絡(luò)常見的 9 大命令，非常實用！