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Configuraciones y recomendaciones de RAID

DESCRIPCIÓN GENERAL

Para el almacenamiento de datos, el RAID (matriz redundante de unidades independientes) se utiliza frecuentemente para proteger los datos contra fallos en los medios de almacenamiento. El RAID y otros métodos de protección a menudo varían en la forma en que se implementan para satisfacer los requisitos de la unidad física subyacente. La política de protección de datos suele ser específica de la aplicación, lo que implica intercambios entre el rendimiento, la capacidad, la resistencia y el tiempo de recuperación. Este documento trata las opciones de protección de datos RAID para un dispositivo DCP1000 NVMe de Kingston en entornos Linux y Windows.

TRASFONDO

Las tarjetas PCIe se están convirtiendo en una opción común para implementar el almacenamiento SSD PCIe de alto rendimiento en las arquitecturas del sistema. Muchos diseñadores de sistemas requieren de RAID u otros mecanismos de protección de datos en estas soluciones de almacenamiento AIC (tarjeta incluida). Esto a menudo requiere el despliegue de múltiples AICs para que se puedan implementar esquemas de protección de datos. Sin embargo, el despliegue de múltiples AIC puede ser indeseable debido a limitaciones de energía, costo o espacio.

El DCP1000 NVMe AIC soluciona este problema porque contiene varios SSD dentro de una sola unidad NVMe. Estos SSDs se presentan a sí mismos como unidades NVMe individuales, permitiendo que varios esquemas de protección de datos, es decir, software (SW) RAID, se implementen encima de una tarjeta sencilla/individual, así como a través de múltiples AIC.

Tabla 1: Ejemplos de protección de datos (Fuente: Wikipedia)

CONFIGURACIONES COMUNES

Cuando se implementa un DCP1000 NVMe AIC dentro de un sistema, este se mostrará como 4x unidades SSD físicas. Abajo encontramos cuatro configuraciones de ajustes comunes cuando se implementan AICs de múltiples unidades.

Configuración #1: JBOD

Algunas aplicaciones realizarán la protección de datos directamente o pueden tolerar la pérdida de datos, eliminando así la necesidad de RAID en el nivel de la AIC. En un ambiente JBOF (mucho flash), no se necesitan hacer configuraciones adicionales. La unidad DCP1000 se presentará como 4x unidades SSD independientes, y la aplicación puede usar cada unidad sin ningún esquema RAID, si lo desea. La configuración JBOF seguirá proporcionando protección para la ruta de datos de extremo a extremo, pero no protegerá contra un fallo de medios de cualquier unidad en sí. Una configuración JBOF proporcionará el máximo rendimiento y capacidad para cada una de las cuatro unidades individuales dentro del DCP1000.

Configuración #2: SW RAID para Linux

La mayor parte de los sistemas operativos (OSs), como Linux, tienen métodos integrados para SW RAID. Cuando la unidad DCP1000 es implementada dentro de un sistema, esta aparecerá como 4 unidades SSD individuales. SO de nivel software (SW) RAID puede ser usado para suministrar protección contra seccionamiento o de datos para estas unidades. Los esquemas RAID típicos como RAID0, 1, 5, 10, etc. son compatibles con una sola unidad DCP1000 o se pueden utilizar en varias unidades DCP1000 instaladas en un sistema. Las 4 unidades de un único DCP1000 AIC se pueden configurar como espacio único mediante SW RAID, si se desea.

Tabla 2: Ejemplo de configuración RAID-0 en Linux
Detalles
SO Linux – CentOS 7.2
Ejemplos de RAID RAID-0 (Seccionamiento de 4 dispositivos) - Tamaño de fragmento de 256K
Comando de prueba mdadm --create /dev/md0 --level=raid0 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
Tabla 4: Ejemplo de configuración RAID-10 en Linux
Detalles
SO Linux – CentOS 7.2
Ejemplos de RAID RAID -10 (Replicación + Seccionamiento de 4 dispositivos) - Tamaño de fragmento de 64K
Comando de prueba mdadm --create /dev/md0 --level=raid10 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=64K

Basado en el análisis interno, se aplicaron varios resultados importantes:
1) Funciones RAID incorporadas para NVMe; RAID 0, 1, 5, 10 también se verificaron
2) La escala de capacidad fue como se esperaba (por esquema RAID probado)
3) La escala de rendimiento fue como se esperaba: 80% a 95% del desempeño JBOF

Tabla 3: Ejemplo de configuración RAID-1 en Linux
Detalles
SO Linux – CentOS 7.2
Ejemplos de RAID RAID-1 (Replicando 2 unidades) – Tamaño de fragmento de 256K
Comando de prueba mdadm --create /dev/md0 --level=raid1 --raid-devices=2 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 --chunk=256K
(el md1 se puede configurar usando las 2 unidades restantes)
Tabla 5: Ejemplo de configuración RAID-5 en Linux
Detalles
SO Linux – CentOS 7.2
Ejemplos de RAID RAID -5 (Tolerancia a una falla sencilla a través de 4 unidades) - Tamaño de fragmento de 64K
Comando de prueba mdadm --create /dev/md0 --level=raid5 --raid-devices=4 /dev/nvme0n1 /dev/nvme1n1 /dev/nvme2n1 /dev/nvme3n1 --chunk=256K
Configuración #3: Windows SW RAID

Los entornos de Windows también tienen métodos integrados para soportar RAID. Cuando el DCP1000 AIC se implementa en el sistema Windows, aparecerá como 4 unidades individuales. Windows SW RAID se puede utilizar para proporcionar protección de datos en estas unidades. Se pueden emplear métodos de implementación típicos, como Administración de discos, seccionamiento simple o replicación. También se puede utilizar el administrador de volúmenes de espacios de almacenamiento. La compatibilidad con la bandeja de entrada para Windows NVMe se ha confirmado en los servidores Win8.1, Win10, Win2012 Server R2 y Win2016.

RESUMEN

La industria sigue encontrando métodos innovadores para proporcionar protección de datos contra fallas de almacenamiento. La implementación de la protección de datos en la capa de software (ej. SW RAID) permite métodos de implementación más flexibles, y permite a los diseñadores adaptarse mejor a las necesidades de la aplicación que se está atendiendo. Los SSDs DCP1000 NVMe

soportan múltiples unidades en un solo AIC, y el RAID SW de nivel huésped se puede aprovechar para implementar el método de protección de datos correcto para la aplicación que se implementa. Al habilitar la protección de datos en un solo dispositivo AIC puede reducir drásticamente el costo y la complejidad del centro de datos.

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