Выбираем серверные RAID-массивы: какие технологии обеспечивают лучшую эффективность

Быстрые NVME-накопители получают всё большее распространение и становятся стандартом в предоставлении хостинг-услуг. Мы решили проверить, могут ли с ними тягаться твердотельные накопители с интерфейсом SATA III — конечно, не соло, а в составе RAID-массивов (между одиночными SSD SATA и SSD NVME разница будет слишком велика). В тесте участвуют три массива RAID 50 и три отдельных NVME-накопителя. Такие круглосуточно работающие под нагрузкой накопители устанавливают на серверах хостера AdminVPS.

Немного о RAID-массивах

Накопители объединяют в RAID-массивы для повышения производительности и для защиты от потери данных, если один или несколько накопителей в массиве выйдут из строя. Данные, записанные на массив, дублируются на нескольких накопителях, этим и обеспечивается их сохранность и повышение скорости: информация может быть считана с любого носителя в массиве RAID.

Главным недостатком технологии является уменьшение общего полезного объёма: в RAID-массивах разных типов потери могут составлять до 50% — но этот минус частично компенсируется более низкой стоимостью накопителей в сравнении с SSD NVME, и в одиночку показывающими высокий результат.

Особенности RAID 50

Схема RAID представлена на изображении:

RAID 50 (5+0) — вложенная структура RAID, состоящая из массивов RAID 5 и RAID 0, которые вместе обеспечивают высокую скорость ввода/вывода данных и эффективное использование дискового пространства.

При использовании технологии RAID 0 блоки данных записываются на накопители по очереди (чередование дисков), что существенно увеличивает производительность операций ввода/вывода. Однако данный тип массивов не обладает одним важным качеством — отказоустойчивостью. Выход из этой ситуации состоит в комбинации с массивами других типов, например RAID 5, где также применяется чередование, но, кроме того, на одном из накопителей ещё и сохраняется информация о чётности, необходимая для восстановления данных. Контроль чётности обеспечивает избыточность — информация не потеряется, даже если часть носителей выйдет из строя.

Благодаря своим преимуществам RAID 50 широко применяется для решения коммерческих задач, типичным примером использования является установка в серверах.

Что измеряется

Перейдём к сравнению. Рассмотрим массивы и накопители по нескольким параметрам:

• Производительность при выполнении случайных запросов для чтения (100 %) и записи (100 %). Во время теста на RAID-массив или накопитель записывался (считывался) файл размером 8 GB блоками по 4 KB, которые в тесте на случайные операции располагаются случайным образом (не последовательно). Измерялись IOPS — количество операций чтения/записи, которые система хранения данных успевает выполнить за секунду (фактически это количество блоков информации по 4 килобайта), а также скорость выполнения — в мегабайтах в секунду.
• Latency (время ожидания) — задержка выполнения запросов; измеряется в миллисекундах и показывает, через какое время после получения информации система начнёт выполнять операцию. Нормальными являются значения менее 20 мс. Измерение проводилось утилитой ioping, после выполнения 20 операций был выведен средний показатель.
• Показатель производительности Bitrix (так называемые битрикс-попугаи) — тест, показывающий производительность сервера с установленной «Битрикс24». Показатель находится по пути «Администрирование» → «Настройки» → «Производительность» → «Панель производительности» → вкладка «Конфигурация» → строка «Конфигурация». Данные обновляются по нажатию на «Тестировать конфигурацию».
• Скорость выполнения последовательных операций — тест проводился с помощью команды «dd». На RAID-массив было записано, а затем считано 16000 блоков по 64 килобайта — всего 1,1 GB. Блоки в этом тесте располагаются последовательно, поэтому скорость записи/чтения выше, чем при выполнении случайных операций.

Результаты тестов

RAID-массивы

Были протестированы два массива RAID-50 по 8 SSD INTEL D3-S4520 1.92Tb SATA 6GB/s (SSDSC2KB019TZ) и один RAID-50 из 6 SSD INTEL DC-S3500480GB SATA 6Gb/s (SSDSC2BB48), результаты занесены в таблицу:

Производительность одиночных SSD SATA накопителей

Если сравнивать полученные результаты с максимальными параметрами, указанными производителями, то в большинстве случаев накопители, объединённые в массивы, показали лучший результат. При этом нужно понимать, что характеристики, данные производителем, практически недостижимы при эксплуатации одиночного накопителя, поэтому реальная разница ещё больше.

• INTEL SSDSC2KB019TZ в спецификации указаны потоковое чтение до 550 MB/s, потоковая запись до 510 MB/s и IOPS =38/91k (запись/чтение);
• INTEL SSDSC2BB48 — потоковое чтение до 500 MB/s, потоковая запись до 410 MB/s и IOPS (чтение)=11k.

SSD NVME

Также протестировали следующие SSD NVME-накопители, установленные на VPS/VDS:

• Intel DC P4510 8TB (SSDPE2KX080T8),
• Kingston DC1500M 1.92TB (SEDC1500M/1920G),
• Intel DC P4610 6.4TB (SSDPE2KE064T8).

Полученные результаты — в таблице:

Объединение и визуализация данных

Случайные операции:

Последовательные операции:

Подведём итоги

Даже такое довольно поверхностное тестирование подтверждает тезис о том, что объединение SSD SATA в RAID-массивы способно значительно увеличить производительность системы хранения данных, и твердотельные накопители с SATA-интерфейсом пока рано списывать со счетов. Результаты выполнения случайных запросов в среднем находятся примерно на одном уровне, и только при последовательной записи массивы показали заметно худшую производительность. Протестированные массивы установлены на VPS-серверах и работают 24/7, что могло повлиять на их скорость. При этом они показали достаточно высокий уровень, как и серверные SSD NVMe-накопители.