RAID SSD là gì? RAID có thể cải thiện hiệu suất SSD như thế nào?

SSD RAID là một phương pháp để tăng hiệu suất ổ đĩa đệm (SSD) và thường được sử dụng để bảo vệ dữ liệu bằng cách phân phối các khối dữ liệu dư thừa trên các ổ đĩa SSD.

Một mảng đĩa độc lập dư thừa (RAID) là một công nghệ ảo hóa lưu trữ dữ liệu kết hợp nhiều ổ đĩa lưu trữ vật lý thành các đơn vị logic đơn hoặc đa để bảo vệ dữ liệu và tối ưu hóa hiệu suất.

Hiện nay, hầu hết các bo mạch chủ đều có RAID tích hợp, nhưng nếu không có thể sử dụng bộ điều khiển RAID. Các đơn vị RAID đứng trên sàn được sử dụng rộng rãi cho các mạng lưu trữ diện tích lớn (SANs) với lượng dữ liệu và bộ nhớ cache khổng lồ, và RAID cũng được sử dụng trong máy tính chơi game và doanh nghiệp.

Mặc dù SSD có độ tin cậy cao hơn so với ổ đĩa cứng (HDD), nhưng vẫn có thể gặp sự cố, dẫn đến mất dữ liệu. SSD RAID chủ yếu được sử dụng để bảo vệ chống lại mất dữ liệu đó, điều này có thể dẫn đến tăng hiệu suất. Ngoài ra, SSD RAID còn hữu ích và hiệu quả cho các ứng dụng nơi tốc độ đọc/ghi dữ liệu và bảo vệ dữ liệu đặc biệt quan trọng.

Tính năng của SSD RAID

Các giải pháp lưu trữ SSD RAID đáng tin cậy và hướng tới hiệu suất đi kèm với các công cụ cần thiết và cơ chế lưu trữ. Dưới đây là một số tính năng của SSD RAID.

Tốc độ đọc/ghi dữ liệu nhanh hơn SSD RAID được khuyến nghị rộng rãi vì khả năng đọc và ghi dữ liệu nhanh, nơi SSD RAID vượt trội so với một ổ đĩa SSD đơn lẻ. Mảng RAID được cấu hình với nhiều ổ đĩa SSD có thể ảnh hưởng lớn đến việc đọc và ghi dữ liệu.

Ví dụ, phương pháp striping cho phép phân tán dữ liệu liên tục vào nhiều ổ đĩa SSD để truy cập tốc độ đọc / ghi dữ liệu, tăng tốc độ bằng cách phân tán dữ liệu liên tục thành nhiều ổ đĩa. RAID 0 phổ biến như một tập hợp được phân tán với ít nhất hai ổ đĩa và có thể tăng dung lượng bằng cách thêm nhiều dung lượng SSD cùng nhau.

Tính khả dụng

Tính khả dụng của RAID SSD là một tính năng hấp dẫn đặc biệt thu hút nhiều doanh nghiệp. Khả năng sao chép đảm bảo tính sẵn sàng và cấp độ RAID phụ thuộc vào số lượng SSD được sử dụng trong thiết bị hệ thống.

Tính khả dụng thường được sử dụng để bảo vệ dữ liệu bằng cách phân tán các khối dữ liệu dư thừa trên nhiều ổ đĩa SSD và có thể được cấu hình để bảo vệ tính toàn vẹn dữ liệu thông qua các phương pháp sao lưu hoặc sửa chữa.

Công cụ quản lý

Các công cụ quản lý RAID SSD đơn giản hóa cấu hình và quản lý các bộ điều khiển RAID và cho phép quản lý chúng thông qua giao diện người dùng (UI) hoặc giao diện dòng lệnh (CLI). Phần mềm chuyên dụng phát hiện và giám sát trạng thái của nhiều SSD và cho phép cấu hình các bộ điều khiển. Tuy nhiên, các chức năng của các công cụ quản lý RAID SSD có thể khác nhau tùy thuộc vào nền tảng.

Làm thế nào RAID SSD hoạt động?

SSD RAID làm việc dựa trên ba khái niệm chính – striping, mirroring và parity – để cải thiện hiệu suất và đảm bảo an toàn dữ liệu cao hơn.

Striping

Striping liên quan đến chia dữ liệu thành các khối và phân tán các khối dữ liệu trên nhiều thiết bị lưu trữ, trong đó dữ liệu được chia đều trên hai hoặc nhiều ổ đĩa. Phương pháp này cho phép một tệp duy nhất được phân phối trên nhiều ổ đĩa SSD, giúp tăng tốc độ đọc/ghi dữ liệu và hiệu suất. Khi phân tán trên nhiều ổ SSD, dữ liệu có thể được chia thành nhiều cách khác nhau.

Mirroring

Mirroring liên quan đến sao chép dữ liệu, nơi dữ liệu được ghi đồng thời trên hai hoặc nhiều ổ SSD riêng biệt. Sao chép dữ liệu lên một ổ đĩa khác cho phép phục hồi dữ liệu nếu một ổ đĩa đơn lẻ thất bại trong mảng; điều này hiệu quả hơn cho dữ liệu quan trọng.

Việc ghi cùng dữ liệu lên hai hoặc nhiều ổ đĩa giúp phục hồi dữ liệu nhanh chóng và đơn giản. Khi một trong các ổ đĩa trong mảng bị lỗi, bộ điều khiển RAID cho phép sao chép dữ liệu từ ổ đĩa tốt sang một ổ SSD mới. Trong trường hợp sự cố, dữ liệu sẽ ngay lập tức có sẵn trên ổ đĩa thứ hai có thể hoạt động mà không gặp sự cố gián đoạn.

Parity

SSD RAID liên quan đến tính toán tham số cộng – trừ để đảm bảo an toàn và hiệu suất, trong đó dữ liệu được phân tán trên nhiều SSD. Tính toán tham số cộng – trừ được sử dụng trong các mảng ổ đĩa để chống lỗi bằng cách tính toán dữ liệu trên các ổ đĩa và lưu trữ kết quả trên một ổ đĩa khác. Thông thường, nó được tính bằng hệ nhị phân hoặc bằng cách thực hiện phép XOR (hoặc loại trừ độc quyền) để so sánh một bit từ một SSD với một bit từ một ổ đĩa thứ hai và lưu trữ kết quả tính toán trên ổ đĩa thứ ba.

Hardware RAID vs. Software RAID

Hệ thống lưu trữ áp dụng RAID trên toàn bộ ổ đĩa, và tính dự phòng được sử dụng để quản lý dữ liệu ở mức độ chi tiết hơn. Bạn có thể thực hiện điều này bằng cách sử dụng phần cứng RAID hoặc phần mềm RAID – tùy thuộc vào công nghệ hiện tại của bạn.

Phần cứng RAID cần phải có bộ điều khiển được cài đặt trên máy chủ và được thực hiện trên bo mạch chủ hoặc một thẻ RAID riêng biệt. Thẻ RAID quản lý các mảng RAID bằng cách cung cấp các ổ đĩa logic cho hệ thống. RAID phần cứng cho phép nhiều cấu hình RAID khác nhau đồng thời, và truy cập dữ liệu thường nhanh hơn với độ bền cao hơn.

Trong khi đó, RAID phần mềm được thực hiện trên máy chủ nội bộ, thường yêu cầu cài đặt trình điều khiển RAID hoặc phần mềm để tạo và quản lý cơ sở hạ tầng RAID. Nếu bạn không có bộ điều khiển RAID và các ổ đĩa SSD của bạn được kết nối trực tiếp với bo mạch chủ, thì cấu hình RAID có thể được điều khiển bởi phần mềm tiện ích trong hệ điều hành.

RAID phần mềm được khuyến khích sử dụng cho lưu trữ cục bộ, và nhiều hệ điều hành cung cấp các bản triển khai RAID phần mềm. Hơn nữa, nó thường rẻ hơn và không đòi hỏi nhiều phần cứng đặc biệt ngoài mảng lưu trữ.

Sử dụng SSD với các cấu hình RAID khác nhau

Các cấu hình RAID của SSD có thể được cấu hình vào các cấp độ khác nhau, cải thiện cả hiệu suất và bảo mật dữ liệu. Hiệp Hội Lưu Trữ Mạng (SNIA) đã tiêu chuẩn hóa các cấp độ RAID và định dạng dữ liệu tương ứng của chúng.

RAID 0

Trong hệ thống RAID 0, tất cả các ổ đĩa SSD được kết nối thành một bể lưu trữ đơn để kết hợp tốc độ để cải thiện hiệu suất, trong đó dữ liệu được chia thành các khối trên các ổ đĩa lưu trữ trong mảng. Hiệu suất có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng nhiều bộ điều khiển, nhưng nếu có bất kỳ ổ đĩa lưu trữ nào bị lỗi thì bạn sẽ mất toàn bộ dữ liệu. Hệ thống RAID 0 tốt cho người dùng thường xuyên sao lưu lưu trữ của họ và nó lý tưởng cho một hệ thống không quan trọng yêu cầu tốc độ cao để đọc và ghi dữ liệu.

RAID 1

Hệ thống RAID 1 cung cấp độ tin cậy cao hơn, trong đó dữ liệu phản ánh một ổ đĩa SSD thứ hai. Trong hệ thống này, dữ liệu được lưu trữ hai lần đồng thời bằng cách viết trên cả ổ đĩa dữ liệu và ổ đĩa phản ánh. Nếu một ổ đĩa bị lỗi, dữ liệu có thể được khôi phục từ ổ đĩa phản ánh.

Tuy nhiên, RAID 1 thực hiện chậm hơn và tăng gấp đôi số lượng ổ đĩa SSD cần thiết. Nó lý tưởng cho lưu trữ quan trọng và phù hợp cho các máy chủ nhỏ, nơi bảo mật dữ liệu quan trọng hơn là hiệu suất.

RAID 2

RAID 2 sử dụng bit-level striping với Hamming code parity và mỗi bit liên tiếp được lưu trữ trên một ổ đĩa khác nhau. Nó ghi lại mã sửa lỗi (ECC) bằng Hamming code parity, được tính toán trên các bit. Mỗi bit dữ liệu được ghi lại trên một đĩa riêng, và các mã ECC được lưu trữ trên các ổ đĩa khác nhau.

Tuy nhiên, RAID 2 đắt hơn và phức tạp hơn và nó không được sử dụng bởi bất kỳ hệ thống thương mại nào.

RAID 3

RAID 3 sử dụng byte-level striping với parity dành riêng, trong đó dữ liệu được chia thành từng byte liên tiếp trên các ổ đĩa khác nhau. Với RAID 3, có khả năng chuyển dữ liệu lớn thông qua, nhưng có thể cần nhiều cấu hình, ngay cả khi chuyển file nhỏ.

Giống như RAID 2, RAID 3 yêu cầu một bộ điều khiển đặc biệt cho các ổ đĩa lưu trữ được đồng bộ hóa, và nó không được sử dụng bởi bất kỳ hệ thống thương mại nào.

Hệ thống RAID 4 sử dụng block-level striping với các bit parity dành riêng. Nếu chỉ có một khối dữ liệu được yêu cầu, mỗi SSD sẽ hoạt động độc lập và không cần đồng bộ hóa. Lợi ích chính của RAID 4 là bảo mật và tốc độ đọc/ghi được thực hiện song song, giúp cải thiện hiệu suất.

Hiện nay, RAID 4 đã được thay thế bởi RAID-DP, một phiên bản độc quyền của RAID 4 với hai đĩa parity.

RAID 5

Hệ thống RAID 5 sử dụng block-level data striping với distributed parity cho các ổ đĩa lưu trữ và nó là cấu hình mức độ chuẩn. Việc ghi parity và các hoạt động I/O được phân bố đều trên tất cả các ổ đĩa dữ liệu.

Hơn nữa, RAID 5 là hiệu quả về chi phí và đã trở nên phổ biến cho các hệ thống con SSD. Nó tăng cường bảo mật thông qua dữ liệu parity và cải thiện tốc độ bằng cách xen kẽ dữ liệu trên các ổ đĩa lưu trữ. Khi ổ đĩa bị hỏng, các đọc tiếp theo có thể được tính toán từ parity được phân phối; không mất dữ liệu.

Tương tự như RAID 3, RAID 5 yêu cầu ít nhất ba ổ đĩa, nhưng dự phòng được phân tán trên tất cả các ổ đĩa, khác với các ổ đĩa dự phòng riêng biệt của RAID 3.

RAID 6

Hệ thống RAID 6 sử dụng phân đoạn cấp khối với hai dự phòng phân tán thay vì một, cung cấp khả năng chịu lỗi cho đến hai ổ đĩa lưu trữ bị lỗi. Nó hiệu quả cho các dung lượng ổ đĩa lớn và kích thước mảng, đặc biệt là cho các hệ thống có tính sẵn sàng cao.

RAID 6 yêu cầu tối thiểu bốn ổ đĩa lưu trữ và sẽ tồn tại ngay cả khi hai ổ đĩa dữ liệu bị hỏng đồng thời. Các ổ đĩa bị hỏng được thay thế, nhưng ổ đĩa SSD có dung lượng lớn cần thời gian để khôi phục.

RAID 6 phù hợp cho các hệ thống cần hiệu suất tốt và lưu trữ hiệu quả với bảo mật tuyệt vời. Nó tương tự như RAID 5 nhưng không được sử dụng rộng rãi. Đây là một công nghệ phức tạp; việc xây dựng lại một mảng có thể mất rất nhiều thời gian.

Nested RAID