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RAID 構成と推奨事項

概要

データを保存する場合、データの損失を防ぐために、データを保護する RAID (Redundant Array of Independent Drives) がしばしば利用されます。RAID とその他のデータ保護方法は、基本的な物理ドライブの要件を満たすために、実装方法がしばしば異なります。データ保護ポリシーは、パフォーマンス、容量、回復力、および回復時間のトレードオフを含むアプリケーション固有のものになります。このドキュメントでは Linux と Windows 環境の両方で、Kingston DCP1000 NVMe デバイスの RAID データ保護オプションについて説明しています。

背景

PCIe カードは、高性能な PCIe SSD ストレージをシステム・アーキテクチャに導入するための一般的なオプションになっています。多くのシステム設計者は、これらの AIC (アド・イン・カード) ストレージソリューションで RAID やその他のデータ保護機構を求めています。多くの場合、データ保護スキームを実装できるように、複数の AIC を展開する必要があります。しかし、複数の AIC を展開することは、電力、コスト、またはスペースの制約のため望ましくない可能性があります。

DCP1000 NVMe AIC は、単一の NVMe ドライブ内に複数の SSD が含まれているため、この問題を解決します。これらの SSD は、個々の NVMe ドライブとしての役割を果たし、さまざまなデータ保護スキーム、つまりソフトウェア (SW) RAID を単一/個々のカード上に実装でき、また複数の AIC に実装できます。

表 1: データ保護の例 (出典: Wikipedia)

一般的な構成

DCP1000 NVMe AIC をシステム上に展開すると、4x の個別の物理 SSD として見えます。複数ドライブの AIC を展開した時の 4 つの共通設定の構成を、以下に示します。

構成 #1: JBOD

一部のアプリケーションは、データ保護を直接実行するか、またはデータ損失を許容することができるため、AIC レベルでの RAID の必要性は無くなります。JBOF (Just a Bunch Of Flash)環境では、追加のセットアップを行う必要はありません。DCP1000 は 4 つの独立した SSD ドライブとして認識され、アプリケーションは必要に応じて RAID スキームなしで各ドライブを使用できます。JBOF 構成は引き続きエンドツーエンドのデータパス保護を行いますが、ドライブ自体のデータ損傷に対する保護はできません。JBOF のセットアップで、DCP1000 内の 4 つの個々のドライブのそれぞれに対して、最大のパフォーマンスと容量が提供されます。

構成 #2: Linux SW RAID

Linux のような大部分のオペレーティングシステム (OS) は、SW RAID 用の組み込みメソッドを持っています。DCP1000 ドライブはシステム上に展開されると、4 つの個別の物理 SSD ドライブとして認識されます。OS レベルのソフトウェア (SW) RAID は、これらのデバイスでのストライピングまたはデータ保護を行うために利用できます。1、5、10 などの一般的な RAID 方式は、すべて一つの DCP1000 ドライブでサポートするか、またはシステムにインストールされている複数の DCP1000 ドライブで使用することができます。1 つの DCP1000 AIC 上の 4 つのドライブは、SW RAID を使用して、一つの名前空間として設定できます。

表 2: Linux での RAID-0 構成の一例
詳細
OS Linux – CentOS 7.2
RAID 構成例 RAID-0 (4 デバイスのストライピング) – 256K チャンク・サイズ
サンプル・コマンド mdadm --create /dev/md0 --level=raid0 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
表 4: Linux での RAID-10 構成の一例
詳細
OS Linux – CentOS 7.2
RAID 構成例 RAID-10 (4 デバイスのミラーリング + ストライピング) – 64K チャンク・サイズ
サンプル・コマンド mdadm --create /dev/md0 --level=raid10 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=64K

内部分析に基づき、いくつかの重要な成果が得られました:
1) NVMe のインボックス RAID 機能。RAID 0、1、5、10 も検証されました。
2) 容量スケーリングは予想通りでした (テスト対象の RAID スキーム毎に)
3) パフォーマンス・スケーリングは予想通りでした。JBOF パフォーマンスの 80%~95%

表 3: Linux での RAID-1 構成の一例
詳細
OS Linux – CentOS 7.2
RAID 構成例 RAID-1 (2 デバイスのミラーリング) – 256K チャンク・サイズ
サンプル・コマンド mdadm --create /dev/md0 --level=raid1 --raid-devices=2 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 --chunk=256K
(md1 は、残りの 2 ドライブを使用してセットアップ可能です)
表 5: Linux での RAID-5 構成の一例
詳細
OS Linux – CentOS 7.2
RAID 構成例 RAID-5 (4 デバイスの単一フォールトトレランス) – 256K チャンク・サイズ
サンプル・コマンド mdadm --create /dev/md0 --level=raid5 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
構成 #3: Windows SW RAID

Windows 環境には、RAID をサポートする組み込みメソッドもあります。DCP1000 AIC は Windows システム上に展開されると、4 つの個別のドライブとして認識されます。Windows SW RAID は、これらのドライブ上でデータ保護を行うために使用できます。ディスク管理のシンプル・ストライピングまたはミラーリングなどの典型的な実装方法を採用することができます。Storage Spaces のボリューム・マネージャーも使用できます。Windows NVMe のインボックス・サポートは Window8.1、Window 10、Win2012 Server R2、および Win2016 Server で確認済みです。

概略

業界は引き続き、ストレージ障害に対するデータ保護を行うために、革新的な方法を探しています。ソフトウェアレイヤー(SW RAID など)でのデータ保護を実現することで、より柔軟な展開方法が可能になり、設計者はサービスされているアプリケーションのニーズをよりよく満たすことができます。DCP1000 

NVMe SSD は単一の AIC 上の複数のドライブをサポートし、ホストレベルの SW RAID を活用して、展開されているアプリケーションに適切なデータ保護方法を実装することができます。1 つの AIC デバイスでデータ保護を有効にすることにより、データセンターのコストと複雑さが大幅に削減されます。

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