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Configuraciones de RAID y recomendaciones

DESCRIPCIÓN GENERAL

Para el almacenamiento de datos suelen utilizarse RAID (siglas, en inglés, de Matriz redundante de unidades independientes), con el objeto de proteger los datos contra fallos o averías de los soportes de almacenamiento. RAID y otros métodos de protección suelen variar en la manera en que son implementados para ajustarse a los requisitos de las unidades físicas subyacentes. Por lo general, las políticas de protección de datos son específicas, y se basan en equilibrios entre rendimiento, capacidad, resiliencia y tiempo de recuperación. En este documento abordamos las opciones de protección de datos mediante RAID para un dispositivo NVMe DCP1000 de Kingston, en entornos Linux y Windows.

ANTECEDENTES

Las tarjetas PCIe se han convertido en una opción habitual para implementar el almacenamiento de alto rendimiento en SSD PCIe en arquitecturas de sistemas. Muchos diseñadores de sistemas requieren RAID u otros mecanismos de protección de datos en estas soluciones de almacenamiento en AIC (tarjeta interna). Por lo general, esto requiere la instalación de varias AIC, de modo que sea posible implementar los mecanismos de protección de datos. Sin embargo, instalar varias AIC puede resultar oneroso por lo que respecta a la alimentación eléctrica, los costes o las restricciones de espacio.

La AIC NVMe DCP1000 de Kingston resuelve estos problemas, ya que contiene varias SSD dentro de una misma unidad NVMe. Estas SSD se presentan como unidades NVMe individuales, posibilitando la implementación de diversos mecanismos de protección de datos —por ejemplo, RAID de software (SW)— tanto en tarjetas individuales como en varias AIC.

Tabla 1: Ejemplos de mecanismos de protección de datos (fuente: Wikipedia)

CONFIGURACIONES HABITUALES

Cuando se implementa una AIC NVMe DCP1000 en un sistema, aparecerá como cuatro SSD físicas individuales. A continuación podemos ver cuatro configuraciones habituales al implementar AIC en múltiples dispositivos.

Configuración 1: JBOD

Algunas aplicaciones ejecutarán directamente la protección de datos, o podrán tolerar las pérdidas de datos, eliminando así la necesidad de RAID a nivel de AIC. En un entorno JBOF (solo un grupo de unidades Flash) no se requiere ninguna configuración adicional. La unidad DCP1000 se presentará como 4 unidades SSD independientes, y la aplicación podrá utilizar cada una de ellas sin ningún mecanismo RAID si así se desea. De todos modos, la configuración JBOF protegerá la ruta de datos de extremo a extremo, aunque ninguna protección contra fallo o avería de cualquiera de los soportes. Una configuración JBOF permite obtener el máximo rendimiento y capacidad de cuada una de las cuatro unidades individuales dentro de la DCP1000.

Configuración 2: RAID de SW Linux

La mayoría de los sistemas operativos, como Linux, cuentan con métodos integrados de RAID SW. Cuando se implementa la unidad DCP1000 dentro de un sistema, aparecerá como 4 unidades SSD individuales. El RAID de software (SW) a nivel de sistema operativo puede utilizarse para la fragmentación o protección de datos en dichos dispositivos. Cada unidad DCP1000 es compatible con los esquemas típicos de RAID, como RAID 0, 1, 5, 10, etc. Además, RAID podrá utilizarse en múltiples unidades DCP1000 de un sistema. Las 4 unidades de una AIC DCP1000 podrán configurarse como un único nombre utilizando el RAID SW.

Tabla 2: Ejemplo de configuración de RAID 0 en Linux
Datos
SO Linux – CentOS 7.2
Ejemplos de RAID RAID 0 (Fragmentación de 4 dispositivos) – Tamaño de fragmento: 256K
Ejemplo de comando mdadm --create /dev/md0 --level=raid0 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
Tabla 4: Ejemplo de configuración de RAID 10 en Linux
Datos
SO Linux – CentOS 7.2
Ejemplos de RAID RAID 10 (Reflejo y fragmentación de 4 dispositivos) – Tamaño de fragmento: 64K
Ejemplo de comando mdadm --create /dev/md0 --level=raid10 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=64K

Sobre la base de un análisis interno se implementaron varios resultados importantes:
1) Funciones integradas en RAID para NVMe; también se verificaron RAID 0, 1, 5 y 10
2) El ajuste de la capacidad fue el esperado (en cada mecanismo RAID comprobado)
3) El ajuste del rendimiento fue el esperado: 80%-95% del rendimiento de JBOF

Table 3: Example RAID-1 Configuration in Linux
Details
OS Linux – CentOS 7.2
RAID Examples RAID-1 (Mirroring of 2 devices) – 256K Chunk Size
Sample Command mdadm --create /dev/md0 --level=raid1 --raid-devices=2 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 --chunk=256K
(md1 can be set up using the remaining 2 drives)
Table 5: Example RAID-5 Configuration in Linux
Details
OS Linux – CentOS 7.2
RAID Examples RAID-5 (Single fault tolerance across 4 devices) – 256K Chunk Size
Sample Command mdadm --create /dev/md0 --level=raid5 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
Configuración 3: RAID de SW Windows

También los entornos Windows incorporan métodos de compatibilidad con RAID. Cuando se implementa la AIC DCP1000 dentro de un sistema Windows, aparecerá como 4 unidades individuales. El RAID de SW en Windows puede utilizarse para proteger los datos de estas unidades. Pueden utilizarse métodos de implementación típicos, como fragmentación o reflejo simples de la administración de disco. También puede utilizarse el administrador de volúmenes de espacios de almacenamiento. La compatibilidad original de NVMe para Windows ha sido confirmada en Win8.1, Win10, Win2012 Server R2 y Win2016 Server.

RESUMEN

El sector continúa descubriendo métodos innovadores para proteger los datos contra errores o averías de almacenamiento. La implementación de la protección de datos en la capa de software (por ejemplo, RAID de SW) posibilita métodos más flexibles de implementación, y permite a los diseñadores adaptarse mejor a las necesidades de las aplicaciones a las que se está prestando servicio. Las SSD NVMe DCP1000

admiten varias unidades dentro de una misma AIC, y el RAID de SW a nivel de host puede aprovecharse para implementar el método de protección de datos adecuado para la aplicación desplegada. Activar la protección de datos en un único dispositivo AIC puede reducir drásticamente los costes y la complejidad de los centros de datos.

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