Raid 0 массив из 4 жестких дисков. Виды RAID и их характеристики
Проблема повышения надежности хранения информации всегда стоит на повестке дня. Особенно это касается больших массивов данных, баз данных от которых зависит работа комплексных систем в большом диапазоне сфер отраслей. Особенно это важно для высокопроизводительных серверов.
Как известно, производительность современных процессоров неизменно растет, за чем явно не успевают в своем развитии современные
жесткие диски. Наличие одного диска, будь то SCSI или, еще хуже IDE, уже не сможет решить
задачи, актуальные нашему времени. Нужно множество дисков, которые будут дополнять друг друга, подменять в случае выхода одного из них, хранить резервные копии, работать качественно и продуктивно.
Однако, просто наличия нескольких жестких дисков недостаточно, их нужно объединить в систему , которая будет слаженно работать и не допустит потери данных при любых сбоях, связанных с дисками.
О создании такой системы нужно позаботиться заранее, ведь, как говорит известная пословица – пока жареный петух не клюнет - не хватятся. Можно потерять свои данные безвозвратно .
Этой системой может стать RAID – технология виртуального хранения информации, объединяющая несколько дисков в один логический элемент. RAID массивом называется избыточный массив независимых дисков. Используют обычно для улучшения производительности и надежности.
Что нужно для создания рейд? Как минимум наличие двух винчестеров. В зависимости от уровня массива варьируется количество используемых устройств хранения.
Какие бывают массивы raid
Существуют базовые, комбинированные массивы RAID. Институт в Беркли штат Калифорния предложил разделять рейд на уровни спецификации :
- Базовые
:
- RAID1 ;
- RAID2 ;
- RAID3 ;
- RAID4 ;
- RAID5 ;
- RAID6 .
- Комбинированные
:
- RAID10 ;
- RAID01 ;
- RAID50 ;
- RAID05 ;
- RAID60 ;
- RAID06 .
Рассмотрим наиболее часто используемые.
Рейд 0
RAID 0 предназначен
для увеличения скорости и записи. Он не увеличивает надежность хранения, в связи с этим не является избыточным. Еще его зовут страйп
(striping - «чередование»
). Обычно используется
от 2 до 4 дисков.
Данные делятся на блоки, записывающие по очереди на диски. Скорость записи/чтения возрастает при этом в число раз, кратное количеству дисков. Из недостатков можно отметить возросшую вероятность потери данных при такой системе. Базы данных на таких дисках хранить не имеет смысла, ведь любой серьезный сбой приведет к полной неработоспособности рейда, так как отсутствуют средства восстановления.
Рейд 1
RAID 1 обеспечивает зеркальное
хранение данных на аппаратном уровне. Называют также массив Mirror
, что значит «зеркало
»
. То есть данные дисков в этом случае дублируются. Можно использовать
при количестве устройств хранения от 2 до 4.
Скорость записи/чтения при этом практически не меняется, что можно отнести к преимуществам . Массив работает, если хоть один диск рейда находится в работе, но объем системы при этом равен объему одного диска. На практике при выходе из строя одного из винчестеров Вам нужно будет как можно быстрее принять меры к его замене.
Рейд 2
RAID 2 – использует так называемый код Хемминга
. Данные разбиваются по жестким дискам аналогично RAID 0, на оставшихся дисках хранятся коды исправления ошибок
, при сбое по которым можно регенерировать
информации. Этот метод позволяет на лету обнаруживать
, а затем и исправлять
сбои в системе.
Быстрота чтения/записи в этом случае в сравнении с использованием одного диска повышается . Минусом является большое количество дисков, при котором его рационально применять, чтобы не было избыточности данных, обычно это 7 и больше .
RAID 3 – в массиве данные разбиваются на все диске кроме одного, в котором хранятся байты четности. Устойчив к отказам системы
. Если один из дисков выходит из строя
. То его информацию легко «поднять», используя данные контрольных сумм четности.
В сравнении с RAID 2 нет возможности коррекции ошибок на лету. Этот массив отличается высокой производительностью и возможностью использовать от 3 дисков и больше.
Главным минусом такой системы можно считать повышенную нагрузку на диск, хранящий байты четности и низкую надежность этого диска.
Рейд 4
В целом RAID 4 аналогичен RAID 3 с той разницей , что данные четности хранятся в блоках, а не в байтах, что позволило увеличить скорость передачи данных малого объема.
Минусом
указанного массива оказывается скорость записи, ведь четность записи генерируется на один единственный диск, как и RAID 3.
Представляется собой неплохое решение для тех серверов, где файлы чаще считываются, чем записываются.
Рейд 5
RAID от 2 до 4 имеют недостатки, связанные с невозможностью распараллеливания операций записи. RAID 5 устраняет
этот недостаток. Блоки четности записываются одновременно
на все дисковые устройства массива, нет асинхронности
в распределении данных, а значит, четность является распределенной.
Число используемых винчестеров от 3. Массив очень распространён благодаря своей универсальности и экономичности , чем большее число дисков будет использоваться, тем экономнее будет затрачиваться дисковое пространство. Скорость при этом высокая за счет распараллеливания данных, но производительность снижается в сравнении с RAID 10, за счет большого числа операций. Если выходит из строя один диск, то надежность снижается до уровня RAID 0. Требуется много времени на восстановление.
Рейд 6
Технология RAID 6 схожа с RAID 5, но повышается надежностью
за счет увеличения количества дисков четности.
Однако, дисков уже требуется минимум 5 и более мощный процессор для обработки возросшего числа операций, причем количество дисков обязательно должно быть равно простому числу 5,7,11 и так далее.
Рейд 10, 50, 60
Далее идут комбинации
указанных ранее рейдов. Например, RAID 10 это RAID 0 + RAID 1.
Они наследуют и преимущества массивов их составляющих в плане надежности, производительности и количестве дисков, а вместе с тем экономичности.
Создание рейд массива на домашнем ПК
Преимущества создания рейд массива дома неочевидны, ввиду того, что это неэкономично , потеря данных не столь критична в сравнении с серверами, а информацию можно хранить в резервных копиях, периодически делая бэкапы.
Для этих целей Вам понадобится рейд-контроллер , обладающий собственной BIOS и своими настройками. В современных системных платах рейд-контроллер может быть интегрирован в южный мост чипсета. Но даже в таких плата посредством подключения к PCI или PCI-E разъему можно подключить еще один контроллер. Примерами могут быть устройства фирм Silicon Image и JMicron.
Каждый контроллер может иметь свою утилиту для настройки.
Рассмотрим создание рейд с помощью Intel Matrix Storage Manager Option ROM.
Перенесите все данные с Ваших дисков, иначе в процессе создания массива они будут очищены .
Зайдите в BIOS
Setup
Вашей материнской платы и включите режим работы RAID
для вашего sata винчестера.
Чтобы запустить утилиту перезагрузите ПК, нажмите ctrl+i
во время процедуры POST
. В окне программы Вы увидите список доступных дисков. Нажмите Create Massive
, Далее выберите необходимый уровень массива
.
В дальнейшем следуя интуитивно понятному интерфейсу введите размер массива и подтвердите его создание.
Сегодня мы поговорим о RAID-массивах . Разберемся, что это такое, зачем это нам надо, какое оно бывает и как все это великолепие использовать на практике.
Итак, по порядку: что такое RAID-массив или просто RAID ? Расшифровывается эта аббревиатура как "Redundant Array of Independent Disks" или "избыточный (резервный) массив независимых дисков". Говоря по-простому, RAID-массив это совокупность физических дисков, объединенных в один логический.
Обычно бывает наоборот - в системный блок установлен один физический диск, который мы разбиваем на несколько логических. Здесь обратная ситуация - несколько жестких дисков сначала объединяются в один, а потом операционной системой воспринимаются как один. Т.е. ОС свято уверена, что у нее физически только один диск.
RAID-массивы бывают аппаратные и программные.
Аппаратные RAID-массивы создаются до загрузки ОС посредством специальных утилит, зашитых в RAID-контроллер - нечто вроде BIOS. В результате создания такого RAID-массива уже на стадии инсталляции ОС, дистрибутив "видит" один диск.
Программные RAID-массивы создаются средствами ОС. Т.е. во время загрузки операционная система "понимает", что у нее несколько физических дисков и только после старта ОС, посредством программного обеспечения диски объединяются в массивы. Естественно сама операционная система располагается не на RAID-массиве , поскольку устанавливается до его создания.
"Зачем все это нужно?" - спросите Вы? Отвечаю: для повышения скорости чтения/записи данных и/или повышения отказоустойчивости и безопасности.
"Каким образом RAID-массив может увеличить скорость или обезопасить данные?" - для ответа на этот вопрос рассмотрим основные типы RAID-массивов , как они формируются и что это дает в результате.
RAID-0
. Называемый так же "Stripe" или "Лента". Два или более жестких дисков объединяются в один путем последовательного слияния и суммирования объемов. Т.е. если мы возьмем два диска объемом 500Гб и создадим из них RAID-0
, операционной системой это будет восприниматься как один диск объемом в терабайт. При этом скорость чтения/записи у этого массива будет вдвое больше, нежели у одного диска, поскольку, например, если база данных расположена таким образом физически на двух дисках, один пользователь может производить чтения данных с одного диска, а другой пользователь производить запись на другой диск одновременно. В то время как в случае расположения базы на одном диске, сам жесткий диск задачи чтения/записи разных пользователей будет выполнять последовательно. RAID-0
позволит выполнять чтение/запись параллельно. Как следствие - чем больше дисков в массиве RAID-0
, тем быстрее работает сам массив. Зависимость прямопропорциональная - скорость возрастается в N раз, где N - количество дисков в массиве.
У массива RAID-0
есть только один недостаток, который перекрывает все плюсы от его использования - полное отсутствие отказоустойчивости. В случае смерти одного из физических дисков массива, умирает весь массив. Есть старая шутка на эту тему: "Что обозначает "0" в названии RAID-0
? - объем восстанавливаемой информации после смерти массива!"
RAID-1 . Называемый так же "Mirror" или "Зеркало". Два или более жестких дисков объединяются в один путем параллельного слияния. Т.е. если мы возьмем два диска объемом 500Гб и создадим из них RAID-1 , операционной системой это будет восприниматься как один диск объемом в 500Гб. При этом скорость чтения/записи у этого массива будет такая же, как у одного диска, поскольку, чтение/запись информации производятся на оба диска одновременно. RAID-1 не дает выигрыша в скорости, однако обеспечивает большую отказоустойчивость, поскольку в случае смерти одного из жестких дисков, всегда есть полный дубль информации, находящийся на втором диске. При этом необходимо помнить, что отказоустойчивость обеспечивается только от смерти одного из дисков массива. В случае если данные были удалены целенаправленно, то они удаляются со всех дисков массива одновременно!
RAID-5
. Более безопасный вариант RAID-0. Объем массива рассчитывается по формуле (N - 1) * DiskSize
RAID-5
из трех дисков по 500Гб, мы получим массив объемом в 1 терабайт. Суть массива RAID-5
в том, что несколько дисков объединятся в RAID-0, а на последнем диске хранится так называемая "контрольная сумма" - служебная информация, предназначенная для восстановления одного из дисков массива, в случае его смерти. Скорость записи в массиве RAID-5
несколько ниже, поскольку тратится время на расчет и запись контрольной суммы на отдельный диск, зато скорость чтения такая же, как в RAID-0.
Если один из дисков массива RAID-5
умирает, резко падает скорость чтения/записи, поскольку все операции сопровождаются дополнительными манипуляциями. Фактически RAID-5
превращается в RAID-0 и если своевременно не позаботиться восстановлением RAID-массива
есть существенный риск потерять данные полностью.
С массивом RAID-5
можно использовать так называемый Spare-диск, т.е. запасной. Во время стабильной работы RAID-массива
этот диск простаивает и не используется. Однако в случае наступления критической ситуации, восстановление RAID-массива
начинается автоматически - на запасной диск восстанавливается информация с поврежденного с помощью контрольных сумм, расположенных на отдельном диске.
RAID-5
создается как минимум из трех дисков и спасает от одиночных ошибок. В случае одновременного появления разных ошибок на разных дисках RAID-5
не спасает.
RAID-6
- является улучшенным вариантом RAID-5. Суть та же самая, только для контрольных сумм используется уже не один, а два диска, причем контрольные суммы считаются с помощью разных алгоритмов, что существенно повышает отказоустойчивость всего RAID-массива
в целом. RAID-6
собирается минимум из четырех дисков. Формула расчета объема массива выглядит как (N - 2) * DiskSize
, где N - количество дисков в массиве, а DiskSize - объем каждого диска. Т.е. при создании RAID-6
из пяти дисков по 500Гб, мы получим массив объемом в 1,5 терабайта.
Скорость записи RAID-6
ниже чем у RAID-5 примерно на 10-15%, что обусловлено дополнительными временными затратами на расчет и запись контрольных сумм.
RAID-10 - так же иногда называется RAID 0+1 или RAID 1+0 . Представляет собой симбиоз RAID-0 и RAID-1. Массив строится минимум из четырех дисков: на первом канале RAID-0, на втором RAID-0 для повышения скорости чтения/записи и между собой они в зеркале RAID-1 для повышения отказоустойчивости. Таким образом, RAID-10 совмещает в себе плюс первых двух вариантов - быстрый и отказоустойчивый.
RAID-50 - аналогично RAID-10 является симбиозом RAID-0 и RAID-5 - фактически строится RAID-5, только его составляющими элементами являются не самостоятельные жесткие диски, а массивы RAID-0. Таким образом, RAID-50 дает очень хорошую скорость чтения/записи и содержит устойчивость и надежность RAID-5.
RAID-60 - та же самая идея: фактически имеем RAID-6, собранный из нескольких массивов RAID-0.
Так же существуют другие комбинированные массивы RAID 5+1 и RAID 6+1 - они похожи на RAID-50 и RAID-60 с той лишь разницей, что базовыми элементами массива являются не ленты RAID-0, а зеркала RAID-1.
Как Вы сами понимаете комбинированные RAID-массивы: RAID-10 , RAID-50 , RAID-60 и варианты RAID X+1 являются прямыми наследниками базовых типов массивов RAID-0 , RAID-1 , RAID-5 и RAID-6 и служат только для повышения либо скорости чтения/записи, либо повышения отказоустойчивости, неся при этом в себе функционал базовых, родительских типов RAID-массивов .
Если перейти к практике и поговорить о применении тех или иных RAID-массивов в жизни, то логика довольно проста:
RAID-0 в чистом виде не используем вообще;
RAID-1 используем там, где не особо важна скорость чтения/записи, но важна отказоустойчивость - например на RAID-1 хорошо ставить операционные системы. В таком случае к дискам никто кроме ОС не обращается, скорости самих жестких дисков для работы вполне достаточно, отказоустойчивость обеспечена;
RAID-5 ставим там, где нужна скорость и отказоустойчивость, но не хватает денег на покупку большего количества жестких дисков или есть необходимость восстанавливать массивы в случае их повреждения, не прекращая работы - тут нам помогут запасные Spare-диски. Обычное применение RAID-5 - хранилища данных;
RAID-6 используется там, где просто страшно или есть реальная угроза смерти сразу нескольких дисков в массиве. На практике встречается достаточно редко, в основном у параноиков;
RAID-10 - используется там, где нужно чтобы работало быстро и надежно. Так же основным направлением для использования RAID-10 являются файловые серверы и серверы баз данных.
Опять же, если еще упростить, то приходим к выводу, что там где нет большой и объемной работы с файлами вполне достаточно RAID-1 - операционная система, AD, TS, почта, прокси и т.д. Там же, где требуется серьезная работа с файлами: RAID-5 или RAID-10 .
Идеальным решением для сервера баз данных представляется машина с шестью физическими дисками, два из которых объединены в зеркало RAID-1 и на нем установлена ОС, а оставшиеся четыре объединены в RAID-10 для быстрой и надежной работы с данными.
Если прочитав, все вышеизложенное Вы решили установить на своих серверах RAID-массивы , но не знаете, как это делать и с чего начать - обращайтесь к нам ! - мы поможем подобрать необходимое оборудование, а так же проведем инсталляционные работы по внедрению RAID-массивов .
Массивы RAID были разработаны в целях повышения надежности хранения данных, увеличения скорости работы с и для обеспечения возможности объединения нескольких дисков в один большой . Разные типы RAID решают разные задачи, здесь мы рассмотрим несколько наиболее распространенных конфигураций RAID массивов из одинаковых по размеру .
RAID 0
RAID 1
RAID 10
RAID 1E
RAID 5
"Программные" реализации RAID5, встроенные в южные мосты материнских плат, не отличаются высокой скоростью записи, поэтому годятся далеко не для всех применений.
RAID 5EE
RAID 6
RAID 50
RAID 60
У энтузиастов есть неписаное правило: жёсткий диск Western Digital WD1500 Raptor является идеальной моделью для настольных ПК, если вам нужна максимальная производительность. Но по этому пути могут последовать далеко не все пользователи, поскольку тратить $240 на жёсткий диск ёмкостью всего 150 Гбайт - решение не очень привлекательное. Остаётся ли Raptor лучшим выбором? Цена не менялась уже многие месяцы, а сегодня за такие деньги можно легко купить пару 400-Гбайт накопителей. Не настало ли время сравнить производительность современных RAID массивов с Raptor?
Энтузиасты хорошо знакомы с жёсткими дисками Raptor, поскольку это единственный 3,5" жёсткий диск для настольных ПК, который вращается на скорости 10 000 об/мин. Большинство винчестеров в этом секторе рынка имеют скорость вращения 7 200 об/мин. Только дорогие жёсткие диски для серверов вращаются быстрее. Первые жёсткие диски WD Raptor на 36 и 74 Гбайт были представлены три года назад. Около года назад на рынок вышел Western Digital Raptor-X , который обеспечивает более высокую производительность, доступны также модели с прозрачной крышкой, которая позволяет заглянуть внутрь жёсткого диска.
Жёсткие диски Western Digital Raptor после своего выхода обошли все другие 3,5" винчестеры Serial ATA для настольных ПК, хотя изначально они позиционировались на недорогие серверы.
Скорость вращения шпинделя 10 000 об/мин даёт два существенных преимущества. Во-первых, скорость передачи данных заметно увеличивается. Да, максимальная последовательная скорость чтения не особо впечатляет, но минимальная скорость намного превосходит любые жёсткие диски на 7 200 об/мин. Кроме того, у жёсткого диска на 10 000 об/мин меньше задержки на вращение, то есть накопителю требуется меньшее время на получение данных после того, как головки чтения/записи будут позиционированы.
Главным недостатком WD Raptor является цена - около $240 за 150-Гбайт модель. Среди других недостатков отметим более высокий (хотя и не критичный) уровень шума и более высокое тепловыделение. Впрочем, энтузиасты легко смирятся с подобными недостатками, если этот жёсткий диск даст более высокую производительность подсистемы хранения данных.
Если посчитать стоимость хранения гигабайта данных, то Raptor будет уже не так привлекателен. За $240 можно взять пару 400-Гбайт жёстких дисков, да и до уровня $300 за 750-Гбайт Seagate Barracuda 7200.10 уже недалеко. Если обратить взор на дешёвый сегмент, то можно взять пару 160-Гбайт жёстких дисков на 7 200 об/мин по $50 каждый, которые обеспечат ту же ёмкость, что и Raptor, но более чем в два раза дешевле. Поэтому сегодня даже энтузиасты часто спрашивают себя: стоит ли брать WD Raptor, не лучше ли выбрать конфигурацию RAID 0 на двух жёстких дисках на 7 200 об/мин?
Массив RAID 0 не снижает время доступа, но зато он практически удваивает скорость последовательного чтения, так как данные распределяются между двумя жёсткими дисками. Недостатком можно считать повышенный риск потери данных, поскольку если один жёсткий диск выйдет из строя, то будет потерян весь массив (правда, сегодня существуют и варианты восстановления информации RAID ). Многие встроенные контроллеры на материнских платах верхнего ценового уровня поддерживают режимы RAID, которые легко настроить и установить.
Быстрый или разумный жёсткий диск?
| Производительность | Ёмкость | Безопасность хранения данных | Цена | |
| Один винчестер (7 200 об/мин) | Хорошая | От достаточной до отличной | Достаточная * | От низкой к высокой, от $50 до $300 |
| 150-Гбайт WD Raptor (10 000 об/мин) | Отличная | Достаточная | Достаточная * | Высокая: $ 240+ |
| 2x 160 Гбайт (7 200 об/мин) | От очень хорошей до отличной | От хорошей до отличной | Недостаточная * | От низкой до высокой: от $50 за жёсткий диск |
| 2x 150 Гбайт WD Raptor (10 000 об/мин) | Отличная | Хорошая | Недостаточная * | От высокой до очень высокой: от $240 за накопитель |
* Следует помнить, что любой жёсткий диск рано или поздно выйдет из строя. Технология базируется на механических компонентах, а время жизни у них ограниченное. Производители указывают для жёстких дисков время наработки на отказ (MTBF, Mean Time Between Failures). Если вы установили массив RAID 0 на двух жёстких дисках на 7 200 об/мин, то риск потери данных увеличивается в два раза, поскольку при сбое одного винчестера вы потеряете весь массив RAID 0. Поэтому регулярно проводите резервирование важных данных и создавайте образ операционной системы.
Сегодня можно купить 40-80-Гбайт жёсткие диски чуть ли не за копейки, и если у вас нет особых требований по ёмкости, то такого объёма будет достаточно даже сегодня. Впрочем, мы рекомендуем брать жёсткие диски по цене $50-$70, поскольку вы можете легко взять модели с ёмкостью от 120 до 200 Гбайт. В интернет-магазинах уже начали появляться модели на 250 и 320 Гбайт по цене меньше $100. За те деньги, которые вы потратите на WD Raptor с 10 000 об/мин, можно легко получить ёмкость от 800 Гбайт до 1 Тбайт на жёстких дисках с 7 200 об/мин.
Если вам не нужна такая высокая ёмкость, можно довольствоваться жёсткими дисками на 7 200 об/мин начального уровня. Два накопителя WD1600AAJS от Western Digital обойдутся в $55 каждый, при этом вы легко получите ёмкость 320 Гбайт в массиве RAID 0. И потратите в два раза меньше денег, и получите в два раза большую ёмкость. Насколько оправдана подобная экономия? Давайте разберёмся.
7 200 или 10 000 об/мин? RAID 0 или Raptor?
Мы решили протестировать разные конфигурации жёстких дисков. В нашем тестировании участвуют одиночный WD Raptor WD1500ADFD, одиночный WD4000KD, Raptor в массиве RAID 0 и WD4000 в массиве RAID 0. Мы решили взять 400-Гбайт жёсткие диски WD на 7 200 об/мин, поскольку два таких винчестера примерно соответствуют по цене одному Raptor. Посмотрим, насколько хорошо "бюджетный" RAID-массив покажет себя по сравнению с одним Raptor.
WD4000KD оснащён 16 Мбайт кэша и имеет интерфейс Serial ATA/150. Основное отличие по сравнению с WD Raptor на 10 000 об/мин кроется в производительности и ёмкости. Raptor существенно уступает по стоимости хранения одного гигабайта, которая оказывается, как минимум, в шесть раз больше по сравнению с 400-Гбайт WD4000KD. Тесты покажут, насколько сильны различия в производительности. На момент публикации цена WD4000KD Caviar составляла $130.
Raptor - бесспорный чемпион по производительности на рынке настольных ПК, но это и самый дорогой жёсткий диск. WD1500 Raptor использует интерфейс Serial ATA/150, которого по-прежнему вполне достаточно. Если взглянуть на результаты тестов, то ни один другой жёсткий диск не может обойти Raptor, пусть даже с интерфейсом SATA 300 Мбайт/с. В общем, скорость интерфейса SATA не должна влиять на решение о покупке. На момент публикации цена WD1500ADFD Raptor составляла $240.
Данная конфигурация должна сразиться с WD1500 Raptor. Смогут ли два жёстких диска WD4000KD в массиве RAID 0 обойти Raptor?
Этот сценарий самый дорогой в нашем тестировании, поскольку он требует двух жёстких дисков WD Raptor, но он, тем не менее, очень интересен. Два жёстких диска Raptor на 10 000 об/мин в массиве RAID 0 должны "порвать" буквально всех.
RAID 0
Производительность
В теории RAID 0 является идеальным решением для увеличения производительности, поскольку последовательная скорость передачи информации практически линейно масштабируется с ростом числа жёстких дисков в массиве. Файлы распределяются поблочно по всем жёстким дискам, то есть RAID-контроллер записывает данные практически одновременно на несколько винчестеров. Скорость передачи данных RAID 0 заметно возрастает почти во всех сценариях, хотя время доступа и не уменьшается. В реальных тестах время доступа в массивах RAID 0 даже увеличивается, хотя и очень незначительно, примерно на половину миллисекунды.
Если построить конфигурацию RAID на нескольких жёстких дисках, "узким местом" может стать контроллер накопителей. Обычная шинная PCI позволяет передавать, максимум, 133 Мбайт/с, что легко поглощается двумя современными жёсткими дисками. Контроллеры Serial ATA, которые входят в чипсет, дают, как правило, более высокую пропускную способность, поэтому они не ограничивают производительность массивов RAID.
Мы получили до 350 Мбайт/с на четырёх жёстких дисках WD Raptor с 10 000 об/мин на чипсетах с южными мостами Intel ICH7 и ICH8 . Великолепный результат, который очень близок к суммарной пропускной способности четырёх отдельных жёстких дисков. В то же время, чипсет nVidia nForce 680 показал максимум в 110 Мбайт/с, увы. Похоже, что не каждый интегрированный RAID-контроллер способен обеспечить высокую производительность массивов RAID, пусть даже технически такая возможность есть.
Сравнение режимов RAID
Следует отметить, что RAID 0 на самом деле не раскрывает идею массивов RAID, что расшифровывается как Redundant Arrays of Independent/Inexpensive Drives (избыточный массив недорогих/независимых дисков). Избыточность подразумевает хранение данных, по крайней мере, в двух местах, чтобы они сохранились даже при сбое одного жёсткого диска. Так и происходит, например, в случае массива RAID 1, в котором все данные зеркалируются на втором жёстком диске. Если один из винчестеров "умрёт", то вы узнаете об этом только из сообщений RAID-контроллера. Массив RAID 5 намного более сложный и рассчитан на профессиональный сектор. Он работает подобно массиву RAID 0, распределяя данные по всем жёстким дискам, но к данным добавляется информация избыточности. Поэтому чистая ёмкость массива RAID 5 равняется суммарной ёмкости всех жёстких дисков за исключением одного. Информация избыточности записывается не на один жёсткий диск (как в случае RAID 3), а распределяется по всем накопителям, чтобы не создавать "узкое место" при чтении или записи информации избыточности на один HDD. Массив RAID 5, вполне понятно, требует не меньше трёх жёстких дисков.
Риски и побочные эффекты
Главная опасность для массива RAID 0 - выход из строя любого жёсткого диска, так как при этом теряется весь массив. Именно поэтому чем больше дисков в массиве RAID 0, тем выше риск потерять информацию. Если используются три винчестера, то вероятность потери информации по сравнению с одним накопителем увеличивается в три раза. Именно поэтому RAID 0 нельзя считать хорошим вариантом для пользователей, кому нужна надёжная система, и кто не может допустить ни минуты простоя.
Даже если вы купите мощный и дорогой отдельный RAID-контроллер, вы всё равно будете зависеть от "железа". Два разных контроллера могут поддерживать RAID 5, но конкретная реализация может очень сильно отличаться.
Intel Matrix RAID: на одном наборе жёстких дисков можно создавать разные массивы RAID.
Если RAID-контроллер достаточно "умный", то он может позволять устанавливать два или больше массивов RAID на один набор жёстких дисков. Хотя каждый RAID-контролер может поддерживать несколько массивов RAID, для этого, чаще всего, требуются разные наборы жёстких дисков. Поэтому южные мосты Intel ICH7-R и ICH8-R оказались очень интересными: они поддерживают функцию Intel Matrix RAID.
Типичной реализацией можно назвать два массива RAID на двух жёстких дисках. Первую треть ёмкости двух жёстких дисков можно отвести на быстрый массив RAID 0 для операционной системы, а остальную часть - на массив RAID 1 для хранения важных данных. Если один из жёстких дисков выйдет из строя, то операционная система будет потеряна, но важные данные, которые зеркалируются на второй жёсткий диск, сохранятся благодаря RAID 1. Кстати, после установки Windows можно создать образ операционной системы и хранить его на надёжном массиве RAID 1. Тогда, если винчестер выйдет из строя, ОС можно будет быстро восстановить.
Следует помнить, что многие RAID-массивы требуют установки драйвера RAID (например, Intel Matrix Storage Manager), что может создавать проблемы во время загрузки и восстановления системы. Любому загрузочному диску, который вы будете использовать для восстановления, потребуются драйверы RAID. Поэтому приберегите дискету с драйверами для такого случая.
Тестовая конфигурация
Конфигурация для тестов низкого уровня
| Процессоры | 2x Intel Xeon (ядро Nocona), 3,6 ГГц, FSB800, кэш L2 1 Мбайт |
| Платформа | Asus NCL-DS (Socket 604), чипсет Intel E7520, BIOS 1005 |
| Память | Corsair CM72DD512AR-400 (DDR2-400 ECC, reg.), 2x 512 Мбайт, задержки CL3-3-3-10 |
| Системный жёсткий диск | Western Digital Caviar WD1200JB, 120 Гбайт, 7200 об/мин, кэш 8 Мбайт, UltraATA/100 |
| Контроллеры накопителей | Intel 82801EB UltraATA/100 Controller (ICH5) Silicon Image Sil3124, PCI-X |
| Сеть | Встроенный контроллер Broadcom BCM5721 Gigabit Ethernet |
| Видеокарта | Встроенная ATi RageXL, 8 Мбайт |
| Тесты и настройки | |
| Тесты производительности | c"t h2benchw 3.6 PCMark05 V1.01 |
| Тесты ввода/вывода | IOMeter 2003.05.10 Fileserver-Benchmark Webserver-Benchmark Database-Benchmark Workstation-Benchmark |
| Системное ПО | |
| ОС | Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition, Service Pack 1 |
| Драйвер платформы | Intel Chipset Installation Utility 7.0.0.1025 |
| Графический драйвер | Default Windows Graphics Driver |
Конфигурация для SYSmark2004 SE
| Системное аппаратное обеспечение | |
| Процессор | Intel Core 2 Extreme X6800 (Conroe 65 нм, 2,93 ГГц, 4 Мбайт кэша L2) |
| Материнская плата | Gigabyte GA-965P-DQ6 2.0, чипсет: Intel 965P, BIOS: F9 |
| Общее аппаратное обеспечение | |
| Память | 2x 1024 Мбайт DDR2-1111 (CL 4,0-4-4-12), Corsair CM2X1024-8888C4D XMS6403v1.1 |
| Видеокарта | HIS X1900XTX IceQ3, GPU: ATi Radeon X1900 XTX (650 МГц), память: 512 Мбайт GDDR3 (1550 МГц) |
| Жёсткий диск I | 150 Гбайт, 10 000 об/мин, кэш 8 Мбайт, SATA/150, Western Digital WD1500ADFD |
| Жёсткий диск II | 400 Гбайт, 7 200 об/мин, кэш 16 Мбайт, SATA/300, Western Digital WD4000KD |
| DVD-ROM | Gigabyte GO-D1600C (16x) |
| Программное обеспечение | |
| Драйверы ATi | Catalyst Suite 7.1 |
| Драйверы чипсета Intel | Software Installation Utility 8.1.1.1010 |
| Драйверы RAID Intel | Matrix Storage Manager 6.2.1.1002 |
| DirectX | 9.0c (4.09.0000.0904) |
| ОС | Windows XP, Build 2600 SP2 |
| Тесты и настройки | |
| SYSmark | Version 2004 Second Edition, Official Run |
Что ж, придётся перейти к итогам битвы между текущими 150-Гбайт жёсткими дисками WD Raptor и 400-Гбайт винчестерами WD4000KD в массиве RAID 0. Результат оказался удивительным. Хотя WD Raptor остаётся, без сомнения, самым быстрым настольным жёстким диском Serial ATA, массив RAID 0 выходит на первое место в большинстве тестов, не считая времени доступа и производительности ввода/вывода. Стоимость хранения гигабайта данных на Raptor вызывает наибольшие сомнения, поскольку вы можете купить в три раза более ёмкий жёсткий диск на 7 200 об/мин в два раза дешевле. То есть по цене гигабайта Raptor сегодня проигрывает в шесть раз. Впрочем, если вы беспокоитесь за сохранность данных, то дважды подумайте, прежде чем предпочесть массив RAID 0 на двух дешёвых жёстких дисках на 7 200 об/мин по сравнению с WD Raptor.
В ближайшие месяцы цена на 500-Гбайт жёсткие диски упадёт ниже $100. Но возрастут требования к доступному объёму, чтобы хранить видео высокого разрешения, музыку и фотографии. Наконец, плотность записи на пластины жёстких дисков продолжает увеличиваться, поэтому вскоре появятся более производительные модели на 7 200 об/мин. В перспективе привлекательность Raptor будет падать.
Как нам кажется, Western Digital следует изменить ценовую политику модельного ряда Raptor, поскольку прирост производительности происходит за счёт больших компромиссов по ёмкости жёстких дисков. И, надо сказать, подобные компромиссы не всем покажутся оправданными. Мы хотели бы увидеть появление обновлённого жёсткого диска Raptor на 300 Гбайт, который, возможно, стал бы ещё и гибридным винчестером со встроенной флэш-памятью для Windows Vista.
При создании файлового сервера или производительной рабочей станции часто приходится сталкиваться с проблемой выбора конфигурации дисковой подсистемы. Современные материнские платы, даже бюджетного уровня, предлагают возможность создания RAID массивов всех популярных уровней, не стоит также забывать и о программной реализации RAID. Какой из вариантов будет надежнее и производительнее? Мы решили провести свое тестирование.
Тестовый стенд
Как правило в организациях малого и среднего бизнеса на роль файловых серверов, серверов уровня отдела и т.п. используется обычный ПК, собранный из обычных, бюджетных, комплектующих. Целью нашего тестирования было изучение производительности дисковой подсистемы собранной с помощью RAID контроллера чипсета и его сравнение с программными реализациями RAID массивов (средствами ОС). Поводом для проведения тестирования стало отсутствие в широком доступе объективных тестов бюджетных RAID, а также большое количество "мифов и легенд" по этому вопросу. Мы специально не подбирали железо, а воспользовались тем, что было под рукой. А под рукой оказались несколько обычных ПК для очередного внедрения, один из которых был использован в качестве тестового стенда.
Конфигурация ПК:
- Материнская плата: ASUS M4N68T-M SocketAM3
- Процессор: CPU AMD ATHLON II X2 245 (ADX245O) 2.9 ГГц/ 2Мб/ 4000МГц Socket AM3
- Оперативная память: 2 х Kingston ValueRAM
DDR-III DIMM 1Gb - Жесткие диски: HDD 320 Gb SATA-II 300 Western Digital Caviar Blue
7200rpm 16Mb - Операционная система: Windows Server 2008 SP2 (32-bit)
- Файловая система: NTFS
Дисковая подсистема была сконфигурирована следующим образом: на один диск была установлена операционная система, из двух или трех других собирался RAID массив.
Методика тестирования
В качестве тестового ПО нами был выбран Intel NAS Performance Toolkit , данный пакет представляет набор тестов, позволяющий оценить производительность дисковой подсистемы на основных характерных задачах. Каждый тест выполнялся пять раз, конечный результат представляет среднее значение. За эталон мы взяли производительность одиночного жесткого диска.
Нами были протестированы массивы RAID0, RAID1 и RAID5, причем RAID5 был протестирован как в нормальном режиме, так и в аварийном, с одним изъятым диском. Почему в аварийном режиме мы протестировали только этот массив? Ответ прост: для RAID0 такого режима не существует, при отказе любого из дисков массив разрушается, а единственный оставшийся диск RAID1 ничем ни будет отличатся от одиночного диска.
Тестировались как аппаратные, так и программные реализации, первоначально мы еще замеряли среднюю загрузку ЦПУ, так как бытует мнение, что программный RAID сильно грузит процессор. Однако от включения данного замера в результаты тестов мы отказались, нагрузка на процессор оказалась приблизительно равна и составила около 37-40% для одиночного диска, RAID0, RAID1 и 40-45% для RAID5.
Файловые операции
Классическими операциями для любого накопителя являются операции чтения и записи. В Intel NASPT эти параметры оцениваются в четырех тестах: копирование на накопитель и обратно файла размером 247 Мб и 44 папок содержащих 2833 файла общим объемом 1,2 Гб.
Чтение / запись файлов
Если обратить внимание на результаты эталонного диска, то увидим, что скорость записи почти вдвое (на 89%) выше скорости чтения. Это связано с особенностями работы файловой системы и этот факт также следует учитывать. RAID0 (чередующийся массив), вне зависимости от способа реализации показал на 70% более высокую производительность, чем одиночный диск, в то время как скоростные параметры RAID1 (зеркало) полностью ему идентичны.
Отдельного разговора заслуживает RAID5, скорость записи на него неприемлемо низкая, замедление составляет до 70%, в то время как скорость чтения не уступает быстрому RAID0. Возможно это связано с недостатком вычислительных ресурсов и несовершенством алгоритмов, ведь при записи тратятся дополнительные ресурсы для вычисление контрольной суммы. При отказе одного из дисков скорость записи падает, у аппаратного решения спад менее выражен (15%), чем у программного (40%). Скорость чтения при этом падает значительно и соответствует скорости одиночного диска.
Чтение / запись папок
Каждый, кто пробовал скопировать россыпь мелких файлов, знает - лучше предварительно запаковать их в архив, так будет значительно быстрее. Наши тесты только подтверждают это эмпирическое правило, чтение россыпи мелких файлов и папок почти на 60% медленнее, чтения крупного файла, скорость записи также незначительно (10%) ниже.
RAID0 дает гораздо меньшее преимущество на операциях записи (30-40%), а на операциях чтения разницей вообще можно пренебречь. RAID1 ожидаемо не подносит нам никаких сюрпризов, идя один в один с одиночным диском.
RAID5 на мелких файлах показывает гораздо более лучший результат, но все равно продолжает уступать одиночному диску в среднем 35%. Скорость чтения ничем не отличается от остальных конфигураций, мы склонны считать, что в данном случае сдерживающим фактором является время произвольного доступа винчестера. А вот при изъятии из массива одного диска мы получили весьма неожиданный результат, который заставил нас его несколько раз перепроверить, в том числе и на другой модели винчестеров (500 Gb Seagate/Maxtor Barracuda 7200.12/DiamondMax 23 <3500418AS> 7200rpm 16Mb). Дело в том, что скорость записи аппаратного массива резко упала (почти в три раза), а скорость записи программного RAID5 наоборот выросла, возможно это связано с алгоритмом программной реализации массива. И все же мы предпочитаем оставить данный "феномен" без комментариев.
Работа с приложениями
Следующие тесты отражают производительность дисковой подсистемы при работе с различного рода приложениями, прежде всего офисными. Первый тест (Content Creation) отражает использование диска для хранения и работы с данными, пользователь создает, открывает, сохраняет документы не проявляя особой активности. Наиболее мощный тест - Office Productivity, он моделирует активную работу с документами, поиск информации в интернете (на накопитель сбрасывается кэш браузера), в общей сложности 616 файлов в 45 каталогах объемом 572 Мб. Последний тест - работа с фотоальбомом (преимущественно просмотр), более характерен для домашнего применения, включает в себя 1,2 Гб фото (169 файлов, 11 каталогов).
Работа с документами
При работе с одиночными файлами RAID0 вполне предсказуемо почти в два раза опережает RAID1 и одиночный жесткий диск (тест Content Creation), однако при активной работе теряет все свои преимущества, в тесте Office Productivity RAID0, RAID1 и одиночный диск показывают одинаковые результаты.
RAID5 в данных тестах явный аутсайдер, на одиночных файлах производительность массива крайне низка, причем аппаратная реализация показывает гораздо более лучший (но все равно крайне низкий) результат. При активной офисной работе результаты гораздо лучше, но все равно ниже чем у одиночного диска и более простых массивов.
Работа с фотографиями
В данном режиме все массивы показали примерно одинаковый результат, сравнимый с производительностью одиночного диска. Хотя RAID5 показал несколько более низкий результат, хотя в данном случае отставание вряд ли удастся заметить "невооруженным глазом".
Мультимедиа
Ну и напоследок мультимедийные тесты, которые мы разбили на две части: воспроизведение и запись. В первом случае с накопителя воспроизводится HD видео в один, два и четыре потока одновременно. Во втором производится запись и одновременная запись - воспроизведение двух файлов. Данный тест применим не только к видео, так как характеризует общие процессы линейной записи / чтения с дискового массива.
Воспроизведение
RAID0
Данный вид дискового массива уверенно лидирует при работе с крупными файлами и мультимедиа. В большинстве случаев позволяет достичь значительного преимущества (около 70%) по сравнению с одиночным диском, однако имеет один существенный недостаток - крайне низкую отказоустойчивость. При выходе из строя одного диска разрушается весь массив. При работе с офисными приложениями и фотографиями особых преимуществ не имеет.
Где можно применять RAID0? В первую очередь на рабочих станциях, которым по роду задач приходится работать с большими файлами, например, видеомонтаж. Если требуется отказоустойчивость можно применить RAID10 или RAID0+1 которые представляют чередующийся массив из двух зеркал или зеркало из чередующихся массивов, данные уровни RAID сочетают скоростные параметры RAID0 и надежность RAID1, из недостатков можно назвать существенные накладные расходы - для хранения используется только половина емкости дисков входящих в массив.
RAID1
Никаких скоростных преимуществ перед одиночным диском "зеркало" не имеет, основная задача этого массива - обеспечение отказоустойчивости. Рекомендуется к применению при работе с офисными файлами и мелкими файлами, т.е. на тех задачах где разница между более скоростными массивами не столь велика. Неплохо подойдет для работы с 1С:Предприятие 7.7 в файловом режиме, который по характеру работы с диском представляет нечто среднее между Office Productivity и Dir copy from / to NAS. Для более производительных задач не рекомендуется, здесь стоит обратить внимание на RAID10 и RAID0+1.
RAID5
Мы бы не рекомендовали применять этот вид массива в бюджетных системах, на операциях записи RAID5 значительно проигрывает даже одиночному жесткому диску. Единственная сфера, где его применение будет оправдано, это создание медиасерверов для хранения мультимедийных данных, основной режим которых - чтение. Здесь на первый план выходят такие параметры как высокая скорость чтения (на уровне RAID0) и меньшие накладные расходы на обеспечение отказоустойчивости (1/3 емкости массива), что дает неплохой выигрыш при создании хранилищ значительного объема. Однако следует помнить, что попытка записи на массив приводит к резкому снижению производительности, поэтому заливку новых данных на подобные медиасервера следует производить в часы наименьшей загруженности.
Аппаратный или программный?
Результаты тестов не выявили каких либо заметных достоинств или недостатков для обоих вариантов реализации, разве что RAID5, аппаратный вариант которого показывал в ряде случаев более высокий результат. Поэтому следует исходить из других особенностей. Таких как совместимость и переносимость.
Аппаратные RAID реализуются силами южного моста чипсета (либо отдельным контроллером) и требуют поддержки со стороны ОС, либо подгрузки драйверов на стадии установки. Этот же факт делает зачастую невозможным использование ряда дисковых и системных утилит использующих собственные загрузочные диски, если их загрузчик не имеет поддержки RAID контроллера, то ПО просто не увидит вашего массива.
Второй недостаток - привязка к конкретному производителю, если вы решитесь сменить платформу или выберете материнскую плату с другим чипсетом вам придется скопировать свои данные на внешний носитель (что само по себе бывает проблемно) и собирать массив заново. Главная неприятность заключается в том, что при неожиданном выходе материнской платы из строя вам придется искать аналогичную модель для получения доступа к своим данным.
Программный RAID поддерживается на уровне OC, поэтому во многом лишен этих недостатков, массив легко собирается и легко переносится между аппаратными платформами, в случае выхода из строя оборудования доступ к данным можно легко получить на другом ПК, имеющем совместимую версию Windows (младшие редакции не поддерживают динамических дисков).
Из недостатков следует отметить невозможность установки Windows на тома RAID0 и RAID5, по той причине, что установка Windows на динамический том возможна только тогда, когда этот том был преобразован из базового загрузочного или системного тома. Подробнее о динамических томах можно прочитать .