SSD/HDD混合RAID解決方案 　　點擊藍字 　　2023 　　關注我們 　　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，數據中心因此面臨提高基礎設施性能的持續挑戰。一些組件提供相對簡單的升級路徑：CPU繼續變得更加強大，網絡速度提高，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往往受限于數據庫升級的速度。搜索算法的性能可能取決于從磁盤讀取各種數據結構的快慢。成功訪問某個網站的用戶數量，取決于其網頁打開的速度。 　　本文內容參考《Adaptec 混合 RAID解決方案》，全文詳細介紹了混合RAID技術背景，原理，典型應用場景，以及如何搭建一套混合RAID技術解決方案。 　　最終用戶數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Equation Research: 　　78% 的網站訪問者因為高峰期間該網站糟糕的性能表現而去了競爭對手的網站. 　　88% 的網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站. 　　47% 的網站訪問者離開該網站時會對該公司有不積極的看法. 　　為了提升系統性能，數據中心有時會添加高速硬盤(HDD) —例如1.5萬轉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器，即使現有服務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，最終結果都是存儲容量利用率的降低。此外，添加服務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。固態盤普及的緩解了很多問題，并改變了數據中心對于存儲架構的思考方式。 　　SSDs: 固態盤的局限性 　　相比HDD來說，固態盤具有諸多優點，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據。相反，它在數據寫入之前必須首先擦除整個目標數據塊——即使只有少數字節發生變化。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利用損耗均衡技術分散擦除操作，在介質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“每GB成本”的標準來衡量。在大多數環境中，如果不考慮潛在優點，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適合于數據等級較低的應用，例如互聯網網關、 文件服務器或者虛擬機。 　　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，使數據中心和云計算環境能夠托管更多用戶，每秒鐘在每臺服務器上執行更多交易，減少了支持任何特定工作負載所需的服務器數量。 　　除了服務器數量縮減會減少數據中心服務器的占地空間之外，在財務上體現出的好處就是降低了采購額外服務器所需的資本開支，以及供電、冷卻與維護相關的運營開支。 　　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插槽服務器，同時能夠快速啟動。該客戶很保守，他們希望讓OS遠離數據（OS在鏡像中，數據在RAID 5中，容量最大化）。 　　純HDD方法（見圖2）的問題在于，服務器中有兩個插槽浪費了，用于操作系統啟動驅動器，因此限制了容量使得RAID 5中只有6個驅動器。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: 　　服務器總容量是RAID 5中每個驅動器可用容量的6倍 　　服務器快速啟動，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，而不希望在驅動器發生故障時遇到重建工作站的麻煩。 　　混合解決方案（見圖4）的優點包括: 　　從固態盤上直接讀取，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 . 　　不管哪個硬盤出現故障都不會丟失數據。當更換故障硬盤時, 陣列將重建到替代硬盤上，將系統恢復到發生硬盤故障之前的狀態. 　　注意，這里不推薦利用該場景中500GB HDD中尚未使用的200GB容量，因為這里數據不是冗余的，HDD故障將會導致數據丟失 　　場景3：小企業服務器很多小企業服務器要求至少配置一些高性能存儲組件以處理會計軟件、針對特定行業的小型數據庫甚至是郵件服務器。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據。 　　這種混合解決方案的優點是: 　　該場景中160GB磁盤足以創建一個操作系統的啟動卷，同時仍留有100GB的充足空間用于數據庫功能 。 　　因為這160GB混合鏡像的讀取操作是直接從SSD進行的，因此操作系統啟動時間和數據庫功能將有顯著提升，超過2個HDD的標準景象。 　　從數據鏡像容量損失了160GB，但這在3TB硬盤容量中只占很小一部分, 不會對服務器可用容量有明顯的影響。 　　場景4：小企業服務器，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 數量必須相同）。如果這個RAID陣列使用容量不同的驅動器，那么驅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，那么邏輯設備就是128GB。 　　一個RAID 10使用2個128GB SSD和2個2TB HDD，邏輯設備就是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 　　所幸的是發揮混合RAID技術的優勢很簡單，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嗳萘浚詣觿摻ㄒ粋€混合RAID陣列，將1個或者多個SSD與相同數量的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. 　　數據中心面臨著應對更多用戶更大傳輸量的持續壓力。而面對不斷緊縮的預算，只是簡單添加更多服務器的日子即將結束。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控制卡經過最新的固件升級之后, 可以自動創建一個無縫的混合RAID陣列, 將一個或者多個SSD與相同數量的HDD做成RAID 1或者RAID 10陣列。與競爭對手RAID控制卡半數是從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 系統性能. 　　與純HDD陣列相比，Adaptec混合陣列交付了每秒更多數量的讀操作，而寫I/O性能沒有降級，對于操作系統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｜關注我們 　　微信號｜Networking_MG 　　關注公眾號 　　加入“網絡工程師”交流群 　　更多內容 　　1 　　割接、運維你真的有經驗嗎？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 　　網絡常見的 9 大命令，非常實用！