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RAID-Konfigurationen & Empfehlungen

ÜBERSICHT

In der Datenspeicherung dient RAID (Redundant Array of Independent Drives) häufig dazu, die Daten gegen Ausfälle von Speichermedien zu schützen. Die unterschiedlichen Arten, in denen RAID und andere Schutzmethoden implementiert werden, richten sich nach den Anforderungen des verwendeten physischen Speichers. Datensicherheitsrichtlinien sind oft anwendungsspezifisch und beziehen Kompromisse zwischen Leistung, Speicherkapazität, Belastbarkeit und Wiederanlaufzeit ein. In diesem Artikel werden die Möglichkeiten für RAID-Datensicherheit für ein Kingston DCP1000 NVMe Laufwerk unter Linux- und Windows-Umgebungen erörtert.

HINTERGRUND

Für den Einsatz von hochleistungsfähiger PCIe SSD-Speicherung in Systemarchitekturen werden immer häufiger PCIe-Karten gewählt. Viele Systementwickler setzen RAID oder andere Mechanismen für die Datensicherheit für diese AIC (Add-In-Card) Speicherlösungen voraus. Damit Datensicherheitssysteme implementiert werden können, müssen häufig multiple AICs verwendet werden. Aufgrund ihres/r Stromverbrauchs, Kosten oder von Platzproblemen ist der Einsatz multipler AICs evtl. keine wünschenswerte Lösung.

Die DCP1000 NVMe AIC löst dieses Problem, da in ihr mehrere SSDs in einem einzigen NVMe Laufwerk eingebunden sind. Diese SSDs präsentieren sich als einzelne NVMe-Laufwerke und ermöglichen somit verschiedene Datensicherheitssysteme. D. h. diese werden als Software (SW) RAID sowohl neben einer Single- bzw. Einzelkarte wie auch über mehrere AICs gehend implementiert.

Tabelle 1: Beispiele für Datensicherheit (Quelle: Wikipedia)

ALLGEMEINÜBLICHE KONFIGURATIONEN

Wenn eine DCP1000 NVMe AIC in einem System installiert wurde, wird sie als 4 einzelne SSDs angezeigt. Die nachstehenden vier Setup-Konfigurationen werden häufig für AICs mit mehreren Laufwerken verwendet.

1. Konfiguration: JBOD

Verschiedene Anwendungen laufen mit direkter Datensicherheit, oder können den Verlust von Daten tolerieren, wodurch RAID auf AIC-Ebene überflüssig ist. In einem JBOF-Umfeld (Just a Bunch Of Flash) besteht kein weiterer Setup-Bedarf. Das DCP1000 Laufwerk wird als 4 voneinander unabhängige SSD-Laufwerke angezeigt und, falls gewünscht, kann die Anwendung jedes Laufwerk ohne RAID-System verwenden. In einer JBOF-Konfiguration sind die Daten zwar End-to-End geschützt, jedoch nicht gegen den Ausfall eines Laufwerks. Bei einem JBOF-Setup werden Höchstleistung und maximale Speicherkapazität für jedes der vier Einzellaufwerke der DCP1000 erreicht.

2. Konfiguration: Linux SW RAID

In den meisten Betriebssystemen (BS), wie beispielsweise Linux, sind Methoden für SW RAID integriert. Nachdem eine DCP1000 in einem System installiert wurde, wird sie als 4 einzelne SSDs angezeigt Auf diesen Geräten kann Software auf BS-Niveau (SW) RAID zum Striping oder für den Datenschutz verwendet werden. Typische RAID-Schemen, wie RAID0, 1, 5, 10, usw. werden alle von einem DCP1000-Laufwerk unterstützt, oder können über mehrere in einem System installierte DCP1000-Laufwerke verteilt werden. Die 4 Laufwerke auf einer DCP1000 Einzel-AIC können mit SW RAID auch als ein Namespace konfiguriert werden.

Tabelle 2: Beispiel RAID-0-Konfiguration in Linux.
Details
BS Linux – CentOS 7.2
RAID-Beispiele RAID-0 (Striping von 4 Geräten) – Chunk-Größe 256K
Befehlsbeispiel mdadm --create /dev/md0 --level=raid0 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
Tabelle 4: Beispiel RAID-10-Konfiguration in Linux.
Details
BS Linux – CentOS 7.2
RAID-Beispiele RAID-10 (Mirroring + Striping von 4 Geräten) – Chunk-Größe 64K
Befehlsbeispiel mdadm --create /dev/md0 --level=raid10 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=64K

Aufgrund interner Analysen wurden verschiedene wichtige Resultate erreicht:
1) In-box RAID-Funktionen für NVMe; RAID 0, 1, 5, 10 wurden auch bestätigt:
2) Die Abstufung der Speicherkapazität war wie erwartet (getestet nach RAID-Schema)
3) Die Abstufung der Leistung war wie erwartet: 80 % - 95 % der JBOF-Leistung

Tabelle 3: Beispiel RAID-1-Konfiguration in Linux.
Details
BS Linux – CentOS 7.2
RAID-Beispiele RAID-1 (Mirroring von 2 Geräten) – Chunk-Größe 256K
Befehlsbeispiel mdadm --create /dev/md0 --level=raid1 --raid-devices=2 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 --chunk=256K
(md1 kann mit den verbliebenen 2 Laufwerken eingerichtet werden)
Tabelle 5: Beispiel RAID-5-Konfiguration in Linux.
Details
BS Linux – CentOS 7.2
RAID-Beispiele RAID-5 (Einfehlertoleranz über 4 Geräte) – Chunk-Größe 256K
Befehlsbeispiel mdadm --create /dev/md0 --level=raid5 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
3. Konfiguration: Windows SW RAID

Auch im Windows-Umfeld sind Methoden für die Unterstützung von RAID integriert. Wenn eine DCP1000 AIC in einem Windows-System installiert wurde, wird sie als 4 einzelne SSDs angezeigt Windows SW RAID kann für den Datenschutz auf diesen Laufwerken verwendet werden. Typische Methoden der Implementierung, wie Disk Management, einfaches Striping oder Mirroring können verwendet werden Auch der Speicherplatz Volume Manager kann verwendet werden. In-Box-Unterstützung für Windows NVMe auf Win8.1, Win10, Win2012 Server R2 und Win2016 Server wurde bestätigt.

ÜBERBLICK:

Die Branche sucht weiterhin nach innovativen Methoden für den Schutz der Daten bei Speicherausfall. Die Implementierung von Datensicherung auf Software-Ebene (z.B. SW RAID) ermöglicht mehr Flexibilität in den Einsatzmethoden und erlaubt Entwicklern die Bedürfnisse der Anwendung, die bedient wird, besser abzustimmen. Die DCP1000 NVMe SSDs unterstützen mehrere Laufwerke auf einer Einzel-AIC.

Zudem kann SW RAID auf Host-Ebene wirksam eingesetzt werden. Durch die Aktivierung von Datenschutz auf einem AIC-Einzelgerät können die Kosten und Komplexität des Rechenzentrums wesentlich reduziert werden.

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