RAID-масив: доступне швидкодію

1. Два диска в RAID 0
2. Масив RAID 0
3. Масив RAID 1
4. Одиночний диск високої ємності
5. Особливості експлуатації RAID-масивів
6. Створення RAID-масиву
7. Як ми тестували
8. підсумки

Як відомо, ємність і продуктивність дискової підсистеми надлишковими не бувають. А ось з їх браком доводиться боротися досить часто. Чи можна одним рішенням вбити двох зайців, та так, щоб при цьому не розоритися? Спробуємо розібратися.

Ідея об'єднання кількох вінчестерів в один масив виникла близько двадцяти років тому. Раніше абревіатура RAID розшифровувалась як Redundant Array of Inexpensive Disks - надлишковий масив недорогих дисків. Так як зараз багато вінчестери можна назвати відносно недорогими, то більш актуальною стала розшифровка Redundant Array of Independent Disks - надлишковий масив незалежних дисків.

Першочергові завдання, які вирішуються шляхом створення RAID-масивів, - це збільшення швидкості дискової підсистеми, нарощування її обсягу і підвищення надійності зберігання даних.

Сьогодні можливість побудови RAID-конфігурації мають практично всі покупці сучасних материнських плат, на яких підтримка RAID реалізована за допомогою інтегрованого в чіпсет контролера або за допомогою мікросхем сторонніх виробників. Наявність RAID стало правилом хорошого тону - без нього системну плату вже не можна назвати багатофункціональною. Ситуація з RAID-контролерами в чомусь нагадує історію зі звуковими картами, коли з повсюдним поширенням інтегрованих кодеків окремі плати, до того мали дуже широке поширення, поступово почали здавати свої позиції. Тільки у випадку з RAID-контролерами не все так просто: якщо без звуку ПК немислимий вже досить давно, то дискові масиви до засобів «першої необхідності» поки що не відносяться. Проте, якщо не потрібно покупка додаткового пристрою, чому б не звернути більш пильну увагу на можливості материнської плати, які ми отримуємо у вигляді «бонуса»? Звичайно, інтегровані рішення дозволяють організовувати порівняно прості масиви - RAID 0, 1, 0 + 1 (10), рідше RAID 5. Але якраз саме вони з найбільшою ймовірністю можуть бути затребувані в домашніх системах.

Популяризації RAID-масивів сприяє широке поширення послідовного інтерфейсу SATA. Незалежні канали та висока пропускна здатність не обмежуватимуть можливості таких змін і не стануть негативно впливати на роботу пристроїв, що не входять в масив. Це робить RAID ще більш привабливим, ніж за часів панування IDE в десктопном сегменті.

Два диска в RAID 0

Ціна - $ 115 × 2 по 250 GB або $ 125 × 2 по 300 GB

На поточний момент оптимальними з точки зору вартості зберігання даних є моделі об'ємом 250 або 300 GB. Тому RAID-масиви, побудовані на таких дисках, зберігають згадану хорошу «спадковість».

Для створення масиву RAID 0 ми використовували по два жорстких диска Western Digital WD2500YD RAID Edition (250 GB, буфер 16 MB) і Maxtor MaxLine III 7V300F0 (300 GB, буфер 16 MB). Вони оснащені 16 MB кеш-пам'яті, а також мають необхідний обсяг і збільшене до 1 млн ч час напрацювання на відмову (MTBF). Крім того, у HDD є спеціальні оптимізації для функціонування в дискових масивах. Зокрема, моделі лінійки Western Digital RAID Edition підтримують технологію TLER (Time Limited Error Recovery), що запобігає «випадання» вінчестера з RAID-масиву. Це може відбуватися в тому випадку, коли час самостійної корекції виниклої помилки одного жорсткого диска, протягом якого він не посилає повідомлення RAID-контролеру, перевищує встановлене значення. Для RAID 0 така технологія має принципове значення, адже відключення одного диска унеможливить подальшу роботу всієї системи.

Масив RAID 0

Масив RAID 0, також має назву stripe ( «смужка»), передбачає використання декількох дисків з блоковим розміщенням даних (розмір блоку можна задати при формуванні RAID). При цьому запис і читання блоків проводиться паралельно - диски, що входять в масив, задіюються одночасно. Наприклад, під час запису даних D1-D6 блоки D1, D3 і D5 будуть розміщені на одному фізичному накопичувачі, а D2, D4 і D6 - на другому (для дводисковою конфігурації). Зчитування також буде виконуватися в аналогічному порядке.Такой масив лише умовно можна віднести до RAID, так як він не передбачає надмірності і призначений тільки для збільшення швидкості передачі даних, а також обсягу інформації, що зберігається, який дорівнює сумі обсягів входять до нього HDD. При цьому надійність такої конфігурації кілька знижується в порівнянні з одним жорстким диском. Проте саме RAID нульового рівня найбільш часто застосовується для підвищення продуктивності дискової підсистеми настільних ПК.

Масив RAID 1

Якщо збереження використовуваних даних цікавить в першу чергу, кращим варіантом виявиться RAID 1, званий також mirror ( «дзеркало»). Цей масив передбачає повне дублювання інформації на двох дисках. Стовідсоткова її надмірність дозволяє зберегти всі дані навіть в тому випадку, коли один з накопичувачів вийшов з ладу.

RAID 1 часто застосовується в ситуаціях, коли потрібен оперативний доступ до досить важливих файлів значного обсягу, при цьому критичні тимчасові витрати на отримання необхідної інформації з резервних носіїв. Швидкість читання / запису в такому масиві не перевищує показників одиночного диска, а сумарний обсяг відповідає ємності одного HDD. Це досить рідкісна конфігурація RAID-масиву на домашньому комп'ютері - далеко не у всіх користувачів є необхідність підвищувати надійність зберігання даних при незмінних продуктивності і обсязі ціною покупки ще одного жорсткого диска.

Одиночний диск високої ємності

Ціна - $ 210-225 за 400 GB

Для однодискових конфігурацій ми використовували три мо-діли вінчестерів об'ємом 400 GB від різних виробників: Hitachi HDS724040KLSA80 (400 GB, буфер 8 MB, серія Deskstar 7K400), Maxtor 6H400F0 (400 GB, буфер 16 MB, серія DiamondMax 11) і Seagate ST3400633AS ( 400 GB, буфер 16 MB, серія Barracuda 7200.9). Моделі зазначеного обсягу були обрані з тих міркувань, що за вартістю один такий накопичувач можна порівняти з двома обсягом 250-300 GB. У продажу також є диски ємністю 500 GB, яка до недавнього часу була максимальною для 3,5-дюймових HDD. Однак завдяки впровадженню перпендикулярного методу запису (докладніше про дану технологію читайте в «Домашньому ПК», № 9, 2005) компанії Seagate вдалося підвищити цю планку до 750 GB. Такі накопичувачі ще не були помічені в роздрібному продажі, в той час як моделі об'ємом 400-500 GB цілком доступні і пропонуються всіма постачальниками на ринку дисків для настільних систем. Вартість зберігання даних на цих носіях істотно перевищує таку для вінчестерів меншого обсягу, однак, наприклад, при гострій потребі створення масиву об'ємом 800 GB - 1 TB питання ціни відходять на другий план.

Особливості експлуатації RAID-масивів

RAID-масив нульового рівня може бути створений на двох дисках різних виробників навіть з моделями різного об'єму. Однак є маса доказів, які переконують утриматися від подібних конфігурацій. У випадку з дисками різного об'єму сумарна ємність масиву дорівнюватиме подвоєному обсягом меншого. При цьому вільне місце на більш місткому диску не буде використовуватися. Якщо говорити про моделі різних виробників, то, як відомо, всі вони мають свої настройки, алгоритми кешування, методи обробки збоїв і т. П., Тому при синхронізації функціонування такого «міксу» можуть бути небажані затримки, що підвищує ймовірність його відмови. Щоб уникнути подібних ситуацій краще використовувати однакові моделі одного виробника, в ідеалі мають збільшеним часом MTBF і оптимізаціями для RAID.

Особливу увагу слід приділити блоку живлення. В першу чергу тут мова йде не про великий енергоспоживанні жорстких дисків (як правило, один HDD споживає 10-20 Вт), а про необхідної стабільності енергозабезпечення. Нерідко неякісні БП стають причиною виходу з ладу вінчестерів. Різні моделі по різному ставляться до «шорсткості» одержуваних напруг, однак сподіватися на їх несприйнятливість до подібного роду сплесків все ж не варто. Тим паче, коли йдеться про stripe-масиві. До речі в цьому випадку виявиться і джерело безперебійного живлення (ДБЖ). Втім, останній не втрачає своєї актуальності і для однодискових конфігурацій.

Окремої згадки заслуговує система охолодження дискової підсистеми. Установка другого накопичувача, безумовно, підвищить температуру в області, де знаходяться HDD, і, як наслідок - в корпусі комп'ютера. Щоб уникнути перегріву вінчестерів, слід встановлювати їх в кошик не впритул один до одного, а залишаючи деякий зазор. Крім того, дуже бажано подбати про додаткове охолодження дисків. Як варіант можна розглядати установку навпаки шасі з накопичувачами вентилятора, що працює на вдув. У цьому випадку, щоб збалансувати повітряні потоки, а не просто відводити тепло від дисків, нагнітаючи його всередину корпусу, незайвим буде другий вентилятор на задній панелі корпусу.

Створення RAID-масиву

Судження про складність настройки RAID-масивів справедливі, коли мова йде про побудову неординарною конфігурації для серверних рішень. Для настільної системи все досить просто: необхідно у вікні настройки RAID-контролера вказати назву масиву і його рівень. Потім слід вибрати диски, з яких він буде складатися, а також розмір блоків (для RAID 0) і сумарний обсяг створюваного масиву. Власне, на цьому процедура формування RAID і закінчується. Після чого можна приступити до установки операційної системи. Під час інсталяції Windows XP необхідно по F6 надати драйвери RAID-контролера, незалежно від того, на який накопичувач встановлюється ОС. У нашому випадку, щоб наявність файлів не впливало на підсумкові результати, як системного ми використовували окремий накопичувач.

Як ми тестували

Для тестування можливостей RAID-масиву ми використовували ту ж методику, що і для одиночних дисків. Зокрема, це завмер швидкості копіювання великих (дев'ять DivX-фільмів загальним обсягом 4,98 GB) і дрібних (65 293 файлу в 5456 директоріях загальним обсягом 388 MB) файлів з одного розділу в інший на одному накопичувачі, а також синтетичні тести HDD з пакету PCMark05. Крім того, для дослідження максимальної та мінімальної швидкості передачі даних наявних накопичувачів ми використовували утиліту HD Tune 2.52. Для всіх дисків активізувалася технологія NCQ.

підсумки

Говорячи про переваги RAID 0, слід зазначити значно збільшилася швидкість роботи дискової підсистеми. Лінійні трансфери спарених дисків подолали планку в 110 MBps, в той час як для кращих моделей одиночних HDD зі швидкістю обертання 7200 об / хв він ледь перевищує 75 MBps. Більш того, середня швидкість передачі даних для RAID 0 склала 90-100 MBps, а для одного вінчестера вона не досягає 60 MBps. Якщо говорити про реальні завдання, то на копіювання набору великих файлів масиву знадобилося на 41% менше часу, а аналогічна операція з дрібними файлами була завершена на 20-30% швидше. Об'єднані диски також добре показали себе в синтетичних тестах HDD з пакета PCMark05. Подібного приросту продуктивності при оновленні модельних рядів вінчестерів, на жаль, ми вже давно не бачили. Приємно також констатувати той факт, що обсяг масиву збільшується пропорційно кількості використовуваних дисків, відповідно, вартість зберігання даних залишається на колишньому (мінімальному) рівні.

Втім, серед безлічі позитивних сторін є і такі, які, в принципі, можуть стримувати ентузіазм користувачів. Перш за все, це дещо підвищений ризик зберігання інформації - вихід з ладу одного диска призводить до втрати всього, що зберігається в масиві. Однозначно судити про надійність різних примірників HDD не представляється можливим, тому ефективно боротися з проблемою можна лише шляхом більш частого резервування важливих даних. Одним з варіантів також є застосування RAID 0 + 1, коли масиви нульового рівня будуть дублюватися, але для цих цілей знадобляться чотири диска. Ще до мінусів масивів можна віднести додаткове джерело нагріву, і, туди ж, кілька підвищений рівень видаваного шуму (має важливе значення, якщо диск є найбільш гучним компонентом в системі). Також потрібно відзначити статус «невиїзних» у жорстких дисків, що застосовуються в RAID 0, т. Е. Їх не можна використовувати для перенесення даних, розбиваючи RAID-масив - для цього знадобиться інший накопичувач.

Що стосується одиночних дисків з великим обсягом, то їм в актив потрібно записати меншу ймовірність втрати даних і не настільки сильне нагрівання. Також може бути затребувана безпроблемна транспортування значних обсягів інформації. Змагатися в плані продуктивності з двома менш ємними дисками вони не можуть. Втім, такі диски вельми корисні, якщо потрібно зробити масив великого обсягу.

Навіть в тому випадку, коли апаратного RAID-контролера в системі немає, є можливість створити RAID програмними методами. Зокрема, операційні системи Windows NT / 2000 / XP дозволяють побудувати прості RAID-масиви. Однак в даному матеріалі такий варіант ми не розглядаємо. Тут є цілий ряд негативних моментів, починаючи з необхідності використання значних ресурсів CPU і закінчуючи нестабільністю ПО, яке може піддаватися зовнішньому впливу. Збої в роботі програм можуть призводити до втрати інформації внаслідок порушення логічної структури масивів. Незважаючи на те що в домашніх системах найчастіше зберігаються не дуже важливі дані, все ж навмисно піддавати їх додатковому ризику не варто.

В цілому використання RAID 0 виявляється вельми привабливим методом збільшення швидкості роботи найбільш «слабкої ланки» в сучасній обчислювальній техніці. З огляду на, що такий метод не вимагає зайвих витрат, крім як на покупку другого вінчестера, обсяг якого також буде використовуватися в повній мірі, думаємо, багатьом захочеться взяти його на озброєння.

Продукти надані компаніями Системна плата ASUS P5LD2 (i945P + ICH7R) MTI, www.mti.ua Процесор Pentium 4 670 (3,8 GHz) Представництво компанії Intel в Україні, www.intel.com/ua Пам'ять 1 GB (2 × 512 MB) A-Data Vitesta DDR2-667 MTI, www.mti.ua Відеокарта Sapphire X800 GTO Ultimate Compass, www.compass.ua Жорсткий диск Maxtor MTI, www.mti.ua Western Digital ELKO, Kiev, www.elko.kiev.ua Hitachi, Seagate ASBIS-Ukraine, www.asbis.ua