RAID як основний атрибут сервера, Комп'ютери, огляди

Сьогодні виробники жорстких дисків ведуть дуже жорстку конкурентну боротьбу між собою. У цій боротьбі вони змушені збільшувати обсяги своїх вінчестерів, випускаючи все більші і більші за обсягами диски. На жаль, на противагу обсягом носіїв найчастіше ставиться їх надійність. Більшість виробників HDD вже знизили терміни гарантії на свої вінчестери до одного року, а це означає, що надійність дисків падає. І тепер ситуація виглядає таким чином, що користувач може зберігати на вінчестері великі обсяги інформації, але не може бути за неї спокійний, адже зниження термінів гарантії відбувається не просто так – нові запатентовані технології, застосовувані в вінчестерах, часто призводять до зниження надійності диска. Так як вибір серед різних марок вінчестерів невеликий, то користувачеві часто не залишається нічого, як купувати ці самі нові, великі вінчестери, навіть якщо виявиться, що вони працюватимуть не більше ніж півроку. Резервне копіювання даних не завжди може допомогти, тому що зберегти сотні гігабайт сьогодні можуть, хіба що, стрічкові накопичувачі, які є майже що екзотикою. Вихід є – RAID масиви, які не тільки збільшують продуктивність дискової підсистеми комп'ютера, але і підвищують її надійність.

Звичайно ж, SCSI диски в порівнянні з IDE дисками мають набагато більшу продуктивність і надійність, але навіть сьогодні SCSI пристрої залишаються занадто дорогими не тільки для звичайних користувачів, але і для компаній, що бажають зібрати недорогі сервери. На жаль, вартість одного мегабайта SCSI вінчестерів незрівнянно вище вартості мегабайта IDE HDD. Про диски з Serial ATA говорити ще рано: на сьогоднішній день цей стандарт ще дуже слабо поширений – материнські плати тільки обзаводяться вбудованими контролерами Serial ATA, а вінчестери з підтримкою цього стандарту відрізняються від IDE-вінчестерів, хіба що електронікою, так що говорити про будь-яке збільшення надійності так само не доводиться.

Тому, де-факто, сьогодні RAID масиви на IDE вінчестерах є відмінним вибором для тих, кому потрібна більша продуктивність, ніж та, яку готовий дати звичайний вінчестер і велика надійність. На ринку присутні десятки моделей IDE вінчестерів, всі вони можуть використовуватися в RAID масивах, та й з контролерами недоліку в асортименті немає: багато материнські плати середнього рівня і майже все материнські плати для комп'ютерних ентузіастів мають вбудовані ATA-133 RAID контролери, і в разі потреби можна придбати окрему плату-контролер від відомих виробників і використовувати її для створення RAID масиву.

У цій статті ми розглянемо переваги, які представляють нам RAID масиви і порівняємо чотири IDE RAID контролера від таких виробників, як 3ware, Adaptec, HighPoint і Promise.

Лікнеп по RAID

Перш за все, що ж таке RAID? Ця стала вже прозивним абревіатура, розшифровується як Redundat Array of Inexpensive Disks або як Redundant Array of Independent Disks (Надмірна Масив Недорогих Дисків або Надмірна Масив Незалежних Дисків). Як розшифровувати це скорочення – вибирати вам, оскільки користувач може побудувати RAID-масив як з недорогих вінчестерів з частотою обертання шпинделя 5400 оборотів в хвилину, так і з дорогих високопродуктивних SCSI дисків з частотою обертання шпинделя 15 000 оборотів в хвилину. В RAID масив об'єднуються кілька фізичних дисків, в результаті чого ці диски управляються одним контролером і розглядаються системою як один масив, тобто, як один диск. В результаті збільшується або продуктивність масиву, або надійність в порівнянні з одним диском, або і те й інше. При об'єднанні вінчестерів в RAID масив, можливі різні конфігурації побудови масиву, залежно від того, за якими принципами контролер буде працювати з кожним вінчестером. Розрізняють декілька рівнів RAID масивів:

RAID 1 – Призначений для тих, кому вкрай важлива інформація на жорсткому диску, а динамічне її зміна унеможливлює постійне резервне копіювання. RAID першого рівня, використовує дзеркалювання, то Тобто, контролер дублює вміст одного вінчестера на інший, щоб у разі виходу з ладу одного з носіїв, на другому залишилася точна копія вмісту першого, тобто, такий от бекап, який створюється в реальному часі. На жаль, RAID 1 не може захистити від ураження інформації вірусами, або інший втрати інформації з вини операційної системи або програмного забезпечення. RAID 1 збільшує ресурс дискової підсистеми, її час напрацювання на відмову. Навряд чи два вінчестери вийдуть з ладу одночасно (якщо їм не допомогти), а якщо зламається один з них, то його варто просто замінити на новий і RAID контролер відновить функціонування масиву.

RAID 1

При встановленні двох вінчестерів в RAID 1, операційна система бачить лише один логічний диск, так як дані на двох вінчестерах дублюються. І ємність RAID масиву першого рівня буде дорівнює ємності одного з вінчестерів у складі масиву.

RAID 0 – Можна сказати, що RAID 0 є протилежністю RAID 1. У випадку встановлення вінчестерів в RAID масив нульового рівня, контролер так само використовує декілька фізичних дисків як один логічний, розподіляючи записувану інформацію по кожному з них. RAID 0 так само прийнято називати "Stripping", тому що контролер як би розкидає записувану інформацію відразу на кілька вінчестерів, але не дублює її, як у випадку з дзеркалювання. В результаті обсяг дискової підсистеми зростає разом з ризиком втрати інформації, так як вихід з ладу одного будь-якого вінчестера а RAID масиві нульового рівня призводить до втрати даних всього масиву. Тобто, RAID 0 масив з двох вінчестерів буде в два рази ненадійніше, ніж будь-який з цих вінчестерів і в чотири рази ненадійніше ніж RAID 1 масив з тих же двох вінчестерів.

RAID 0

Але переваги RAID 0 в тому, що обсяг дискового масиву нульового рівня буде складатися з обсягів усіх вінчестерів, що входять в масив. Це важливо, якщо ви працюєте з величезними файлами (бази даних або відеофайли), які просто не можуть вміститися на одному фізичному диску, але відмінно розмістяться на одному логічному, зібраному RAID-контролером з двох.

RAID 10/0+1 – RAID масив 10 рівня і RAID 0 +1 схожі в тому, що використання цих масивів призводить до збільшення продуктивності і надійності, тому що ці масиви комбінують в собі можливості RAID 0 і RAID 1, хоча роблять це по різному. RAID 10 розподіляє інформацію по віддзеркалювати дискам, а RAID 0 +1 є масивом, що складається ніби з двох віддзеркалювати один щодо одного RAID 0 масивів. У разі RAID 10 ми маємо справу з розподілом по дзеркалах, а у випадку з RAID 0 +1 – з дзеркалювання розподіленої інформації. Хм … це не одне й те саме …

RAID 10

У випадку з RAID 0 +1 і RAID 10 обсяг масиву дорівнюватиме половині суми обсягів всіх вхідних в масив носіїв. Кожен з вінчестерів матиме свою "дзеркальну пару", на якій буде зберігатися та ж інформація, що і на ньому, так що логічно робота буде проводитися тільки з половиною вінчестерів, хоча фізично будуть використовуватися всі.

RAID 0+1

Ну а що ж за надійністю? У разі виходу з ладу одного вінчестера в RAID 0 +1 масиві складається з чотирьох вінчестерів, будуть втрачені відразу два вінчестери і в роботі залишиться лише половина RAID 0 +1, тобто, RAID 0 масив, розподілений по двох дисків, а він, як відомо, має в два рази меншу надійність, ніж один вінчестер. Так що краще скоріше замінити що вийшов з ладу диск. У цьому плані RAID 10 набагато надійніше, тому що дозволяє виходити з ладу кількох дискам в різних дзеркалах. Правда, якщо в RAID 10 вийдуть з ладу два вінчестери, які є дзеркалами один одного, то масив перестане функціонувати.

RAID 5 – Цей тип масиву розподіляє інформацію з кількох вінчестерам, як і в RAID 0, але при цьому враховує парність. Індекс парності зберігається на кожному диску, що входить до масиву. Перевірка парності трохи знижує продуктивність RAID 5 масиву в цілому, але значно збільшує надійність в порівнянні з іншими рівнями RAID. Якщо в масиві п'ятого рівня один з дисків виходить з ладу, контролер відновлює масив, використовуючи індекси парності, читаються з інших фізичних дисків.

RAID 5

Обсяг масиву RAID п'ятого рівня залежить від числа фізичних дисків, об'єднаних в логічні. Обсяг індексу парності в RAID 5 дорівнює обсягу одного з фізичних дисків. Чим більше вінчестерів в масиві, тим менше буде процентне співвідношення обсягу індексних файлів по відношенню до обсягу всього масиву. При використанні чотирьох вінчестерів, об'єднаних в RAID 5, Обсяг масиву дорівнюватиме сумі обсягів трьох з них, так як на кожному з вінчестерів 25% буде зайнято індексом парності.

Таким чином, ми бачимо, що RAID 0 дає користувачеві найбільшу продуктивність, за яку доводиться платити найменшою надійністю масиву, навіть меншою, ніж надійність одного диска. І чим більше вінчестерів буде об'єднано в масив, тим менше буде його надійність. RAID 1 навпаки збільшує надійність, але не дає приросту в продуктивності і обсяг масиву буде в два рази нижче, ніж сумарний обсяг усіх вінчестерів, що входять до його складу. RAID 10 і RAID 0 +1 так само дозволяють використовувати лише половину обсягу всіх вінчестерів, але підвищують при цьому продуктивність і надійність дискової підсистеми. RAID 5 є як би універсальним способом по надійності та використання обсягу входять до складу вінчестерів, але використання цього способу знижує продуктивність дискової підсистеми.

Який рівень RAID вибрати, залежить лише від ступенів завдань, що вирішуються сервером і тієї суми, яку ви готові заплатити за сервер в цілому. Для забезпечення більшої надійності потрібна більша кількість вінчестерів і більш потужний RAID контролер, а це призводить до використання великих за розмірами серверних корпусів з більш потужними блоками живлення. Однак, витрати на все це обладнання можуть здатися незначними в порівнянні зі збитками, понесеними в результаті виходу з ладу одного з вінчестерів, що призведе до втрати всього масиву. Ось чому сьогодні RAID-масиви є неодмінним атрибутом усіх серверів, всіх робочих станцій і вже значної частини домашніх комп'ютерів.

RAID-контролери

Всі RAID-контролери, які використовуються нами в тестах, розраховані на роботу в операційних середовищах Windows NT, Windows 2000 і Windows XP. Звичайно ж, деякі з них будуть працювати і в Windows 98 і Windows ME, але ці операційні системи не розраховані на роботу з RAID масивами. Розглянуті нами карти підтримують кілька RAID масивів на одному контролері і навіть організацію RAID масивів з самих RAID масивів, тобто, можна зробити два RAID 0 масиву з двох вінчестерів кожен і об'єднати їх в RAID 1. Так само розглянуті нами контролери підтримують гарячу заміну вінчестерів, щоб була можливість замінити що вийшов з ладу носій без зупинки роботи сервера.

Подивимося на порівняльні характеристики використовуваних контролерів

  RAID Level Число каналів PCI шина Інтер-фейс

Підтримка альтернативних операційних систем

Ціна
Read Write Linux BSD

Інші

3ware Escalade 7500 0,1,10,5, JBOD 4 64-біт

33МГц
ATA 133 Red Hat, SuSE, open source driver Free BSD Немає $252
Adaptec 2400A 0,1, 0+1, 5, JBOD 4 32-біт

33МГц
ATA 100 SCO Free BSD Novell Netware $323
HighPoint Rocket RAID133 0,1, 0+1, JBOD 2 32-біт

66МГц
ATA 133 Caldera, Red Hat, SuSE, Turbo, open source driver Free BSD Немає $80
Promise FastTrak SX4000 0,1, 0+1,5 4 32-біт

66МГц
ATA 100 ATA 133  Red Hat, SuSE, Turbo None Немає $183

При виборі контролера, важливо знати, які рівні RAID він підтримує. І тут є деякі моменти, на які треба звернути увагу. Єдина плата, що підтримує RAID 10 в нашому огляді – це 3ware Escalade 7500. Дешевий контролер HighPoint RocketRAID 133 не підтримує RAID 5, а Promise FastTrak SX4000 не підтримує JBOD (Just a Bunch of Disks, простий пучок дисків).

HighPoint PocketRAID – єдина двоканальна плата, що також і пояснюється її низька вартість. Двоканальний контролер підтримує до чотирьох дисків у конфігурації Master / Slave. Всі інші карти підтримують не більше ніж по одному вінчестера на кожен канал і так само можуть працювати лише не більше ніж з чотирма вінчестерами. І тільки контролер від Adaptec використовує 64-бітну 33-мегагерцовую шину PCI, але ж при роботі з швидкими вінчестерами, пропускної здатності шини PCI (133 Мб / с) може вже й не вистачити, так що використання 64-бітної шини цілком виправдано.

Що стосується підтримки операційних систем, то 3ware і HighPoint надають відкриті драйвера для Linux, операційної системи, досить поширеною в серверах і робочих станціях. 3ware також пропонує драйвер під FreeBSD від сторонніх виробників, що так само непогано, адже FreeBSD часто використовується в вебсервер.

Не завжди дорожчий RAID контролер є кращим. Більше того – часто до дорогого RAID контролера доведеться докуповувати ще й пам'ять SDRAM, використовувану для кешування ним інформації. А в таких контролерах використовується SDR SDRAM ECC пам'ять, Яка на сьогодні вже є рідкістю і виробники контролерів вже подумують про використання більш поширеною DDR SDRAM як кеш-пам'яті. Перш, ніж купувати IDE RAID контролер, треба вибрати конфігурацію сервера, число використовуваних вінчестерів і в який масив вони будуть об'єднані. Тому що якщо ви використовуєте два вінчестери в RAID масиві, то природно, немає сенсу купувати чотирьохканальний RAID контролер з підтримкою RAID п'ятого рівня.

Тестування

Як ми вже говорили, продуктивність RAID-масиву залежить від його рівня і від числа вінчестерів, що входять в масив. Порівняємо продуктивність RAID 1, RAID 0 з двома вінчестерами, RAID 0 з чотирма вінчестерами і RAID 5. Для тестування використовувалася наступна тестова конфігурація:

Процесор Intel Pentium 4 2.26 ГГц
Шина 533 МГц
Материнська плата Abit BD7II-RAID
Чіпсет Intel 845E
Північний міст Intel 82845E (MCH)
Південний міст Intel 82801DB (ICH4)
Драйвери чіпсета Intel 4.00.1013

Intel Application Accelerator 2.2.2
Пам'ять 512 Мб (2 DIMM модуля)
Тип пам'яті CAS 2.5 PC2700 DDR SDRAM
Відеокарта GeForce4 Ti 4200 128 Мб
Драйвер відеокарти NVIDIA Detonator 30.82
Вінчестери

Maxtor 740X-6L 40GB 7200RPM ATA/133

ОС Windows XP Professional SP1

У всіх тестах використовувалася файлова система NTFS з розміром кластера 4 Кб. Для RAID 0 +1, RAID 10 і RAID 5 використовувалися чотири вінчестера. Розглянемо продуктивність RAID масивів в WinBench 99.

 

Ну що ж, перші тести показують, що не завжди чим дорожче, тим краще: 80-доларова плата початкового рівня HighPoint RocketRAID 133 виграє у дорогих контролерів RAID. На жаль, RocketRAID 133 не підтримує RAID масиви п'ятого рівня, тому не можна припустити, як би повів себе контролер при розподілі індексів парності по вінчестерам. Але High-End Winmark і Business WinMark показують лише узагальнені очки, набрані контролерами. Розглянемо результати синтетичних тестів. Наступний тест – WinBench 99 Data Transfer Rate.

 

У тестах Data Transfer Rate виграють контролери від Promise і 3ware, однак, на початку і кінці диска показники різні. З точки зору оптимального співвідношення продуктивності і надійності, нас цікавлять режими RAID 10 і RAID 0 +1. Тут, безумовно, і на початку і в кінці диска виграє контролер 3Ware. Зверніть увагу, що при роботі в RAID 1 з чотирма дисками швидкість передачі даних перевалює через 100 Мб / с. Але до переваг 64-бітної шини PCI, які розкриває контролер 3ware Escalade 7500, ще далеко. Теоретично, всі контролери здатні передавати до 133 Мб / с і щоб досягти цього межі, потрібно встановити в RAID 0 Чотири вінчестера зі швидкістю читання вище 33 Мб / с.

Час доступу до диска змінюється у різних контролерів і залежно від типу масиву. Найменший вплив типу масиву на час доступу до диска у контролера HighPoint Rocket RAID 133. Найбільше – у Adaptec 2400 A; це єдиний контролер, у якого в режимі RAID 0 +1 час доступу збільшується в порівнянні з RAID 0 і у цього контролера найбільший час доступу до диска в режимі RAID 1.

Завантаженість процесора – дуже важливий фактор вибору контролера і типу масиву як в сервері, так і в робочій станції. Практично всі контролери показують однакові значення, рознящіеся залежно від типу масиву. Найвища завантаження процесора, як і очікувалося, проявляється в режимі RAID 5, тут майже всі ресурси 2.4 ГГц процесора Pentium 4 йдуть на роботу з дисковою підсистемою. Трохи менше витрачається в режимі RAID 0 з чотирма вінчестерами. Ну а RAID 1, RAID 0 з двома дисками, RAID 10 і RAID 0 +1 є найбільш щадними в питанні завантаження CPU.

Наступний тест – WinStone 2001: як впливає рівень RAID масиву на продуктивність в реальних додатках.

Ситуація повторюється: найбільш продуктивною є RAID масив нульового рівня з чотирма вінчестерами, і в цих двох тестах найбільшу продуктивність показують контролери на чіпах HighPoint і 3ware. Наступний тест – час завантаження операційної системи Windows XP.

Чим нижче проходить крива на графіку, тим результати вище. Як видно, тут знову виграють HighPoint і 3ware. Причому, у плати 3Ware Escalade 7500, як і у Promise FastTrack SX4000, час завантаження WinXP практично не залежить від рівня RAID масиву. Взагалі, як видно з діаграми, майже на всіх RAID масивах, крім тих, що створені платою 3ware Escalade 7500, час завантаження вище, ніж у простого диска, підключеного до ATA інтерфейсу. Причина цього в тому, що операційна система змушена завантажувати драйвери для RAID контролера, а це вимагає часу. Ну і наостанок подивимося, як впливає RAID масив на продуктивність в іграх на прикладі гри Jedi Knight II.

Як видно з діаграм, рівень RAID у великій мірі впливає на час завантаження рівня гри. Ясна річ, що тут, на відміну від завантаження Windows XP, драйвери кожен раз не вантажаться. І дуже цікаво виглядають результати Promise FastTrak з RAID масивом 0 +1: час завантаження рівня значно менше, ніж у конкурентів, але і швидкість в грі так само значно менше. Це тим більше дивно, що судячи з WinBench 99, завантаження процесора при роботі з масивом у цього контролера вельми і вельми низька. Якщо враховувати, що навіть різниця в часі завантаження рівня в Jedi Knight II у різних контролерів не висока (не рахуючи Promise FastTrak SX4000), то можна сказати, що для ігор RAID не має практично ніякого значення.

Висновки

Важко уявити сучасний сервер або робочу станцію, не використовує RAID масив. Десь використовуються вінчестери з інтерфейсом SCSI, десь Serial ATA, а десь ATA100/133. Вибір інтерфейсу залежить, насамперед, від грошової суми, на яку розраховує замовник сервера. Інтерфейс SCSI має переваги при частих зверненнях до файлової системи, тому великі сервери на великих підприємствах мають ATA100/133 вінчестер для завантаження операційної системи і SCSI RAID масив для зберігання інформації, до якої буде здійснюватися доступ клієнтів. Як правило, такі сервери мають дуже високу вартість та їх використання не завжди виправдано. Для серверів початкового рівня або для комп'ютерів, що використовуються для обробки медіа-файлів, найбільш вигідно використовувати RAID масиви з ATA100/133 вінчестерів з частотою обертання шпінделя 7200 оборотів в хвилину. З одного боку, вони мають високу швидкість передачі, порівнянну з SCSI вінчестерами, прийнятну вартість за мегабайт, та й IDE RAID контролери стоять набагато дешевше, ніж SCSI RAID плати. При використанні чотирьох вінчестерів оптимальним є вибір RAID масиву десятого рівня, оскільки він має трохи меншу продуктивність, ніж чотири вінчестера в RAID 0, але при цьому його надійність навіть вище, ніж у RAID 1 і RAID 0 +1. Можна сказати, що недоліком RAID 10 є використання лише половини обсягу всіх вінчестерів в масиві, але за наявності в продажу 160-200 Гб вінчестерів, це питання можна знімати з розгляду, оскільки 400 Гб вистачить для більшості сучасних завдань. А там, де йде робота з великими обсягами даних, зазвичай встановлюються сервери зовсім іншого рівня.

Ну а якщо в комп'ютері встановлені лише два жорсткі диски, відведених під RAID масив? Тоді треба чітко розуміти, як буде використовуватися їх дисковий простір. Якщо під тимчасові файли або файл підкачки, то має сенс встановити їх в RAID 0, так як вартість інформації на них буде нижчою, ніж вартість часу, який дозволить виграти швидший масив. Ну а якщо на цих вінчестерах буде зберігатися важлива інформація, то має сенс ставити лише RAID 1 (дзеркалювання). Оскільки надійність такого масиву буде навіть нижчою, ніж надійність одного вінчестера і в разі виходу з ладу оного, відновити дані буде неможливо. А в наш час інформація коштує дорожче, ніж носій, на якому вона зберігається.

У висновку хочу нагадати, що виробники IDE вінчестерів завжди заявляють ресурс напрацювання на відмову, MTBF, що вимірюється в тисячах годин. Приємно бачити, що ресурс вінчестера становить, скажімо 60 000 годин (майже 7 років безперервної роботи), але це значення – усереднене і на жаль, часто вінчестери не виробляють і половину заявленого ресурсу. Так що при виборі RAID масиву краще прийняти за істину, що все IDE вінчестери ненадійні і треба бути готовим до того, що будь-вінчестер може вийти з ладу на другий день після установки – зайва обережність не завадить. І не забувайте робити резервні копії!

Ми дякуємо компанії "X-FORM Computers" за допомогу, надану при підготовці матеріалу. З питань консультацій звертайтесь за телефонами в Києві: (095) 261-00-88, 231-20-81.

LIKE OFF

16/04.2003

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*