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Configurazioni RAID e raccomandazioni

PANORAMICA

Nell'ambito dello storage dei dati, è molto frequente l'impiego del RAID (Redundant Array of Independent Drive) per la protezione dei dati contro il rischio di malfunzionamento dei supporti di archiviazione. Il RAID e gli altri metodi di protezione spesso differiscono per il modo in cui vengono implementati al fine di rispondere ai requisiti dei diversi drive fisici. Le policy di protezione dei dati vengono spesso realizzate in base alla caratteristiche dell'applicazione, realizzando dei compromessi tra diversi fattori, quali prestazioni, capacità, resilienza e tempi di ripristino. Questo documento esamina le opzioni RAID per la protezione dei dati offerte da un dispositivo Kingston DCP1000 NVMe in entrambi gli ambienti, Linux e Windows.

BACKGROUND

Le schede PCIe si stanno rivelando un'opzione molto comune per l'integrazione di storage SSD PCIe a elevate prestazioni all'interno delle architetture di sistema. Molti progettisti di sistema richiedono la presenza di RAID o di altri meccanismi di protezione dei dati all'interno di queste soluzioni di storage AIC (Add-In-Card). Ciò spesso comporta la necessità di integrare diverse schede AIC al fine di realizzare i previsti schemi di protezione dei dati. Tuttavia, l'integrazione di numerose schede AIC potrebbe non essere sempre possibile per motivi di spazio, consumi di alimentazione o costi.

L'unità DCP1000 NVMe AIC risolve tutti questi problemi, dal momento che integra diversi SSD all'interno di un unico drive NVMe. Questi SSD si presentano come un drive NVMe singolo, permettendo così di realizzare diversi schemi di protezione dei dati - ovvero RAID di tipo software - da implementare su una singola scheda o su più schede AIC.

Tabella 1: Esempi di protezione dei dati (fonte: Wikipedia)

CONFIGURAZIONI FREQUENTI

Quando viene installata un'unità DCP1000 NVMe AIC, il sistema la riconosce come fossero 4 drive SSD indipendenti. Di seguito vengono illustrate 4 delle configurazioni più frequenti nella distribuzione delle schede multi-drive AIC.

Configurazione #1: JBOD

Alcune applicazioni eseguono la protezione dei dati in modo diretto oppure possono sostenere la perdita dei dati, per cui non necessitano di RAID al livello di AIC. In un ambiente JBOF (gruppo di unità Flash) non è necessaria alcuna operazione di configurazione. Il drive DCP1000 verrà considerato come fossero 4 singoli drive SSD fra loro indipendenti, che l'applicazione potrà utilizzare senza alcuno schema RAID. La configurazione JBOF fornisce comunque una protezione del percorso dati end-to-end, ma non protegge nei casi di malfunzionamento dell'unità o di uno dei suoi drive. Una configurazione JBOF può considerarsi preferibile nei casi in cui si desidera sfruttare al massimo le prestazioni e la capacità di ciascun singolo drive da cui è composta l'unità DCP1000.

Configurazione #2: RAID software in ambiente Linux

Molti SO (Sistemi Operativi), come Linux, dispongono di metodi di RAID software integrati. Alla sua installazione, l'unità DCP1000 viene riconosciuta dal sistema come fossero 4 drive SSD indipendenti. È possibile utilizzare il RAID software integrato nel SO per unire i dispositivi o assicurare la protezione dei dati in essi archiviati. Tutti gli schemi tipici di RAID - 0, 1, 5, 10, ecc. - sono supportati su un singolo drive dell'unità DCP1000, oppure possono essere utilizzati su più drive DCP1000 installati nel sistema. Servendosi del RAID SW, i 4 drive che compongono l'unità DCP1000 AIC possono essere configurati a piacimento, come fosse un singolo namespace.

Tabella 2: Esempio di configurazione RAID-0 in ambiente Linux
Dettagli
SO Linux – CentOS 7.2
Esempi di RAID RAID-0 (Striping di 4 dispositivi) – Dimensione chunk 256K
Comando di esempio mdadm --create /dev/md0 --level=raid0 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
Tabella 4: Esempio di configurazione RAID-10 in ambiente Linux
Dettagli
SO Linux – CentOS 7.2
Esempi di RAID RAID-10 (Mirroring + Striping di 4 dispositivi) – Dimensione chunk 64K
Comando di esempio mdadm --create /dev/md0 --level=raid10 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=64K

Così come rivelato da analisi condotte internamente, sono stati realizzati diversi obiettivi:
1) Integrazione di funzioni RAID nell'unità NVMe, inclusi RAID 0, 1, 5, 10
2)Scalabilità della capacità conforme alle attese (per gli schemi di RAID testati)
3) Scalabilità delle prestazioni conforme alle attese: 80%-95% delle prestazioni JBOF

Tabella 3: Esempio di configurazione RAID-1 in ambiente Linux
Dettagli
SO Linux – CentOS 7.2
Esempi di RAID RAID-1 (Mirroring di 2 dispositivi) – Dimensione chunk 256K
Comando di esempio mdadm --create /dev/md0 --level=raid1 --raid-devices=2 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 --chunk=256K
(è possibile configurare md1 usando i 2 drive residui)
Tabella 5: Esempio di configurazione RAID-5 in ambiente Linux
Dettagli
SO Linux – CentOS 7.2
Esempi di RAID RAID-5 (Tolleranza a guasto singolo su 4 dispositivi) – Dimensione chunk 256K
Comando di esempio mdadm --create /dev/md0 --level=raid5 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
Configurazione #3: RAID software in ambiente Windows

Anche il sistema operativo Windows dispone di metodi di integrati per il supporto RAID. Alla sua installazione, l'unità DCP1000 AIC viene riconosciuta dal sistema Windows come fossero 4 drive indipendenti. È possibile utilizzare il RAID software integrato in Windows per assicurare la protezione dei dati salvati in questi drive. Sono disponibili tutti i comuni metodi di implementazione, inclusi lo striping o il mirroring della gestione dischi. È possibile anche utilizzare il gestore del volume dello spazio di storage. Il supporto integrato per Windows NVMe è stato confermato sulle seguenti versioni Windows: Win8.1, Win10, Win2012 Server R2 e Win2016 Server.

RIEPILOGO

Il settore continua a inventare metodi innovativi per assicurare la protezione dei dati contro i rischi connessi ai malfunzionamenti dello storage. L'implementazione della protezione dati a livello software (es. RAID SW) permette di accedere a metodi di implementazione più flessibili e consente ai progettisti di rispondere meglio alle esigenze dell'applicazione servita dallo storage. L'unità DCP1000 NVMe

supporta numerosi drive su una singola AIC, mentre il RAID SW a livello host può essere sfruttato per implementare il metodo di protezione dei dati più adatto all'applicazione da distribuire. La possibilità di realizzare la protezione dei dati su una singola unità AIC consente ridurre in modo significativo i costi e la complessità del data center.

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