RAID массив: виды и процесс создания. Все про RAID массивы из жестких дисков (HDD) Настройка raid 0 в биосе
В статье представлена общая структура и организация работы RAID систем. Кратко рассмотрена необходимая теоретическая часть, после которой показаны непосредственно практические моменты. Все кто не знает, что такое жесткий диск — могут прочесть статью т.к. для создания Raid массива потребуется пару жестких дисков.
Ценность информации как таковой со временем лишь возрастает, в то время как, стоимость способов, обуславливающих надёжное хранение оной, регулярно падает. Например, материнские платы, оснащенные возможностью для создания RAID массивов, лет десять назад сильно «кусались» ценой, сегодня же практически все материнки на iP55 чипсете (который является лишь предтоповым набором системной логики) оснащены чипсетной поддержкой RAID систем.
RAID массивы, к слову говоря, в силу отличного соотношения цена-качество, на сегодняшний день являются одним из самых популярных способов надёжной организации данных. Если перевести аббревиатуру RAID с английского, то это есть избыточный массив, состоящий из независимых дисков. В силу малой отказоустойчивости у отдельного жёсткого диска, была разработана концепция, позволяющая объединять харды в один массив. Управления этим массивом поручалось отдельному контроллеру (сегодня это может быть непосредственно микросхема на плате, либо софтверные средства, использующие ресурсы CPU). RAID системы изначально ориентированы на отказоустойчивость (кроме RAID уровня 0), поэтому теоретически при поломке одного из HDD массива, информация в целом, записанная на том, остается доступной, по крайней мере, для чтения.
Существуют довольно обширная градация уровней RAID (способов организации данных в массиве), для того, чтобы создавать RAID системы необходимо иметь хотя бы базовое представления о его принципах работы, по сути это тема отдельной статьи, мы ограничимся лишь краткими очерками наиболее актуальных.
RAID0.
Данные записываются поочерёдно на разные накопители (страйпами), благодаря этому, в итоге мы можем получить практически двукратный прирост в скорости линейного чтения. Какая-либо отказоустойчивость отсутствует, в случае выхода из строя хотя бы одного жёсткого диска теряются вообще все данные массива. Используется, как правило, для быстрой работы с информацией, которой в случае чего можно пожертвовать, например, для временных папок Adobe Fotoshop… Некоторые используют сие для ОС (геймеры, энтузиасты и т.д.).
Зеркалирование. Всё просто. Больше хардов – больше стоимость полезного объёма, но тем выше отказоустойчивость. В классическом своём варианте прирост производительности отсутствует. Модификации вида RAID 1e находятся внебюджетного ориентира, потому рассмотрение оных мы упустим.
Уровни 2,3,4 практически потеряли былую популярность. Сегодня наиболее актуальный RAID массив, сочетающий производительность и отказоустойчивость — это RAID 5. Как и в случае с RAID 0, данные поочерёдно записываются на разные накопители (также страйпами), но дополненные контрольными суммами. В итоге полезная ёмкость RAID 5, состоящего из n дисков, равна n-1 диск. В случае выхода из строя одного харда, информация остаётся доступной, в случае же поломки двух и более – теряется.
RAID10 (или RAID 1+0).
Наиболее популярный представитель составных RAID систем. Дабы как-то ускорить работу классического зеркала, возникла идея об их объединении в быстрый массив. Представляет собой объединение зеркал (RAID 1)в один большой страйп (RAID 0). Главный минус – более высокая стоимость полезного объёма, плюсы – более высокая скорость обработки данных, кроме того, повышенная отказоустойчивость. Теоретически из строя одновременно могут выйти два накопителя, но из разных подмассивов.
Как уже писал выше, для организации RAID систем необходим контроллер. Контроллеры есть софтверные и хардверные (аппаратные).
Рассмотри аппаратные.
Как и в случае с видеокартами, с этой области также происходит разделение на интегрированные (в материнку) и дискретные. Интегрированные можно разделить на чипсетные (реализация посредством «южного моста») и на контроллеры, выполненные сторонними разработчиками (на материнке распаивается дополнительная нечипсетная микросхема). Последние чаще всего крайне примитивны, поддерживаются, как правило, только уровни RAID 0 и 1.
Чипсетные вариации интереснее и могут по своему функционалу поспорить с рядом дискретных аналогов. Например, последние чипсеты от Intel позволяют реализовать RAID 0,1,5,10 уровней.
Дискретные решения для организации RAID массивов, снова, как и видеокарты, существуют дорогие и дешёвые (бюджетные). Отличаются они, понятно, доступным функционалом, надёжностью, а также средствами «ребилда» (внутренняя перестройка – самовосстановление).
На фото 1,2,3
представители Low-end, Middle-end и High-end секторов.
Следует заметить, что ряд бюджетных дискретных вариаций, а также все интегрированные решения очень часто называют софтверными из-за бОльших потребностей в ресурсах CPU, по сравнению с дорогими аналогами. Мощный процессор (собственный) дорогого дискретного RAID контроллера практически полностью самостоятельно обслуживает массив, в то время как Low-end класс в виду слабых возможностей и очень часто — примитивности, всё больше апеллирует к возможностям CPU, тем самым дополнительно нагружая систему.
Но если у интегрированных исполнений есть хоть какая-то базовая микросхема, от функционала которой можно оттолкнуться, то у чистых софтверных решений такое отсутствует вообще.
Софтверные решения.
Здесь всё очень просто, RAID массив создаётся средствами ОС. В виду большей надёжности, как правило, используются серверные вариации операционок. Для ОС RAID видится точно также как и обычный аппаратный аналог. Самый главный плюс такого рода решений — это стоимость: отсутствует необходимость покупать дорогостоящий контроллер. Существует, разумеется, и минус, подчас полностью перечёркивающий вышеописанный плюс – это низкая надёжность. Если вдруг с ОС, что-то произойдёт (заведутся вирусы, например), то можно вместе с «синим экраном» потерять вообще все данные. Поэтому, если кто ещё и организует для работы до сих пор такого рода решения, то только уровня 0 (для ОС, либо для быстрых буферов) или 1. «Постройка» софтверного RAID осуществляется средствами встроенного менеджера разделов.
(фото 4, 5)
Теперь рассмотрим непосредственно инсталляцию аппаратного RAID массива.
Случай первый. Если пред нами какое либо интегрированное в материнку решение, то необходимо его задействовать. Осуществляется сие через BIOS материнской платы, как правило, простым перевод в позицию «Enable».
(фото 6)
Случай второй. Если у нас дискретный RAID, то просто вставляем плату и подключаем к ней жёсткие диски.
Как и в первом, так и во втором варианте после включения компьютера и прохождения им «POST-таблицы», машина должна увидеть контроллер и предложить нажать какую-либо комбинацию клавиш для входа в BIOS, но уже контроллера. Это будет что-то типа Ctrl+A, Ctrl+g и т.д. Нажали – вошли.
(фото 7)
Если мы используем дорогой RAID, то и BIOS будет отличаться кардинально.
(фото 8)
Здесь даже мышку юзать можно.
Все интерфейсы интуитивно понятны, единственное, что может смутить, так это английский язык. Общий принцип таков: выделили нужные харды и инициализировали их в RAID нужного вам уровня.
(фото 9)
После создания можно приступать к установке ОС (если это требуется), подробно о данном процессе написано в статье касательно установки XP на ноутбук, принцип тот же самый. Единственное отличие актуальное для Windows Vista и ей подобным ОС заключается в возможности использования флешки, т.е. необходимые драйвера для контроллера можно скопировать на USB-накопитель, а затем при инсталляции просто указать путь, либо интегрировать непосредственно в дистрибутив оные драйвера посредством vLite (www.vlite.net).
RAID-решения плавно переходят из разряда элитарных в раздел «для всех», становясь тем самым всё более доступным средством для надёжной работы с данными. При апгрейде компьютера и выборе материнской платы стоит обратить внимание на наличие поддержки у оной RAID. Возможно, это когда-нибудь спасёт ваши «те самые фотки»…
Создание массива RAID 0 на базе Intel RST
Компания Intel проделала большую работу с тем, чтобы сделать создание RAID-массивов в платформах на базе её процессоров простой и прозрачной процедурой. На сегодняшний день драйвер Intel RST полностью ограждает пользователей от необходимости общения с BIOS RAID-контроллера и единственное, что необходимо сделать, чтобы получить возможность объединения SSD в массивы, — это переключить интегрированный в набор системной логики SATA-контроллер в RAID-режим через BIOS материнской платы.
Правда, здесь может возникнуть неприятность с операционной системой, которая после смены режима SATA-контроллера откажется загружаться и будет вываливаться в «синий экран». Причина состоит в том, что если при установке операционной системы RAID-контроллер не был включён, то необходимый драйвер деактивируется в ядре OC. Но в Windows 8 и 8.1 Microsoft предусмотрела достаточно простую процедуру решения проблемы без необходимости новой переустановки операционной системы, выполняемую через «безопасный режим». До смены режима SATA-контроллера (если система уже не стартует, но настройки SATA-контроллера в BIOS следует вернуть к первоначальным) необходимо открыть командную строку с правами администратора и выполнить команду bcdedit /set {current} safeboot minimal. Это запрограммирует старт OC в безопасном режиме, и при следующей перезагрузке можно будет беспрепятственно изменить режим SATA-контроллера в BIOS. Когда после активации RAID система загрузится в безопасном режиме, тип загрузки следует вернуть к обычному варианту, для чего в командной строке нужно выполнить команду bcdedit /deletevalue {current} safeboot. Больше встречи с «синим экраном» при старте возникать не должно.
Обладателям же Windows 7 перед сменой режима контроллера придётся повозиться серьёзнее, в этом случае без правки реестра не обойтись. Подробная информация по решению этой проблемы имеется на сайте Microsoft .
После включения режима RAID и внедрения в систему необходимых драйверов можно переходить непосредственно к формированию массива. Он создаётся средствами драйвера Intel RST.
В процессе создания массива в первую очередь требуется указать его тип. В нашем случае это RAID 0.
Второй шаг: нужно выбрать те накопители, которые необходимо включить в массив.
При желании также можно изменить и размер блоков, на которые разбивается записываемая информация для её распределения по SSD в режиме чередования. Впрочем, предлагаемое по умолчанию значение 16 Кбайт вполне подходит для массивов RAID 0 из обладающих очень низким временем доступа твердотельных накопителей, так что менять в общем случае нет никакого смысла.
И всё — массив готов.
Обратите внимание, несмотря на то, что два твердотельных накопителя Kingston HyperX 3K объединены в RAID 0, с их S.M.A.R.T.-диагностикой нет никаких проблем.
⇡ Методика тестирования
Тестирование проводится в операционной системе Windows 8.1, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.
Используемые приложения и тесты:
- Iometer 1.1.0 RC1
- Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скорости выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
- Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
- Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
- Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
- Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке. На накопитель посылаются разноплановые команды, включающие как чтение, так и запись с различными размерами блоков. Процентное соотношение между разнородными запросами приближено к реальной десктопной нагрузке (75 % — операции чтения, 25 % — запись; 75 % — случайные запросы, 25 % — последовательные; 55 % — блоки размером 4 Кбайт, 25 % — 64 Кбайт и 20 % — 128 Кбайт). Тестовые запросы генерируются четырьмя параллельными потоками. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости производится в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
- CrystalDiskMark 3.0.3
Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
- PCMark 8 2.0
Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
⇡ Тестовый стенд
В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой Gigabyte GA-Z87X-UD3H, процессором Core i3-4340 и 4 Гбайт RAM DDR3-1600 МГц. Диски подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI или RAID. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 12.9.0.1001 и операционная система Windows 8.1 Enterprise x64.
Объем и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).
⇡ Участники тестирования
- Kingston HyperX 3K 240 Гбайт (SH103S3/240G, прошивка 5.07);
- Kingston HyperX 3K 480 Гбайт (SH103S3/480G, прошивка 5.07);
- Массив RAID 0 из двух накопителей Kingston HyperX 3K 240 Гбайт (SH103S3/240G, прошивка 5.07).
⇡ Производительность
Последовательные операции чтения и записи, IOMeter
Последовательные дисковые операции — это именно та среда, где лучше всего видно масштабируемость производительности RAID-массивов. Массив с чередованием оказывается значительно быстрее одиночных Kingston HyperX 3K объёмом 240 и 480 Гбайт как при последовательном чтении, так и при записи.
⇡ Случайные операции чтения и записи, IOMeter
А вот при случайном чтении такого же впечатляющего прироста в скорости, как в случае последовательных операций, не видно. Из приведённых на диаграммах результатов можно сделать вывод о том, что массив RAID 0 эффективен лишь тогда, когда из случайных операций формируется очередь.
Начать тут следует с того, что при измерении скорости случайной записи крайне невысокие результаты показывает Kingston HyperX 3K ёмкостью 480 Гбайт. Эта странная особенность этого накопителя обуславливается неприспособленностью старого контроллера SandForce второго поколения к созданию SSD большого объёма. Именно поэтому массивы RAID 0 из SSD небольшого объёма могут иметь значительно более высокую скорость, нежели одиночные флеш-диски аналогичной ёмкости. Между тем по сравнению с одиночным Kingston HyperX 3K 240 Гбайт массив, составленный из таких флеш-дисков, отнюдь не быстрее. Впрочем, особо расстраиваться по этому поводу не стоит: такая ситуация наблюдается исключительно при случайной записи.
Давайте теперь взглянем на то, как зависит производительность RAID 0 при работе с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов.
Приведённые графики служат ещё одной иллюстрацией к сказанному выше. Если при чтении RAID 0 демонстрирует более высокую скорость, чем одиночные твердотельные накопители, причём преимущество с ростом глубины очереди возрастает, то при операциях записи RAID 0 из Kingston HyperX 3K 240 Гбайт опережает лишь Kingston HyperX 3K 480 Гбайт. Один же Kingston HyperX 3K 240 Гбайт оказывается лучше массива.
Следующая пара графиков отражает зависимость производительности случайных операций от размера блока данных.
На самом деле, как оказывается, RAID 0-массив проигрывает по скорости записи одиночным накопителям, в него входящим, лишь в том случае, когда операции происходят 4-килобайтными блоками. Это и не удивительно. Как следует из графика, Kingston HyperX 3K 240 Гбайт оптимизирован под запросы размером 4 Кбайт, но RAID-контроллер в соответствии с выбранным нами размером страйп-блока преобразует их в 16-килобайтные запросы. К сожалению, использовать в массиве чередование 4-Кбайт блоков — далеко не самая выигрышная стратегия. В этом случае серьёзно возрастает создаваемая RAID-контроллером нагрузка на центральный процессор, и никакого реального прироста в скорости может и не оказаться.
В завершение рассмотрения результатов IOmeter предлагаем взглянуть на производительность накопителей при синтетическом моделировании тяжёлой смешанной дисковой активности, в котором одновременно и в несколько потоков воспроизводятся разные типы операций.
Массив RAID 0 из пары Kingston HyperX 3K 240 Гбайт показывает чуть более высокую скорость, нежели простой накопитель Kingston HyperX 3K 240 Гбайт. Однако Kingston HyperX 3K 480 Гбайт к смешанной нагрузке приспособлен ещё лучше — его результат выше. Впрочем, различие между тестируемыми конфигурациями в этом бенчмарке не носит принципиального характера.
⇡ Результаты в CrystalDiskMark
CrystalDiskMark — это популярное простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. И то, что выдаёт этот бенчмарк, несколько отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете IOmeter, хотя с качественной точки зрения никаких кардинальных различий нет. Производительность RAID-массива с чередованием отлично масштабируется с точки зрения последовательных операций. Нет никаких претензий и к работе RAID 0 из Kingston HyperX 3K 240 Гбайт при случайном чтении. В этом случае прирост скорости по сравнению с одиночными SSD зависит от глубины очереди запросов, и, когда её длина достигает большой величины, RAID 0 способен выдавать существенно более высокую скорость. При произвольной же записи картина несколько иная. RAID 0 проигрывает одному Kingston HyperX 3K 240 Гбайт в тех случаях, когда операции не буферизируются, но увеличение глубины очереди запросов ожидаемо возвращает преимущество двухдисковой конфигурации.
Кроме того, CrystalDiskMark вновь обнажает проблемы с производительностью ёмкой модели Kingston HyperX 3K 480 Гбайт на операциях случайной записи, ещё раз подчёркивая преимущества RAID 0 в случае необходимости создания дисковых конфигураций значительного объёма.
⇡ PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования
Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив — основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.
В тесте PCMark 8, который моделирует работу в реальных приложениях, массив RAID 0 показывает примерно на 20-25 процентов более высокую производительность, нежели одиночные флеш-диски. По всей видимости, примерно на такое улучшение скорости работы и должны рассчитывать те энтузиасты, которых заинтересует предмет этого исследования.
Интегральный показатель PCMark 8 следует дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки.
Несмотря на то, что в синтетических тестах нам попадались ситуации, в которых массив RAID 0 оказывался медленнее одиночных накопителей, в него входящих, в реальной жизни такие ситуации, скорее всего, не возникнут. По крайней мере, PCMark 8 явно указывает на то, что в любом из популярных приложений RAID 0 работает быстрее. Уровень преимущества массива из пары Kingston HyperX 3K 240 Гбайт перед одним таким накопителем колеблется от 3 до 33 процентов. А у более ёмкой модификации Kingston HyperX 3K 480 Гбайт исследуемый RAID-массив выигрывает ещё сильнее.
⇡ Выводы
Итак, тестирование массива RAID 0, составленного из твердотельных накопителей показывает, что такая конфигурация имеет право на жизнь. Конечно, это не отменяет наличия у дисковых массивов их традиционных недостатков, но разработчики интегрированных RAID-контроллеров и драйверов проделали очень большую работу и добились того, что многие проблемы таких конфигураций отошли в прошлое. В целом же создание массива RAID 0 — это один из традиционных путей для повышения производительности дисковой подсистемы. Этот приём вполне работает и для SSD, объединение в массив пары дисков действительно позволяет нарастить как линейные скорости, так и быстродействие операций над небольшими блоками с глубокой очередью запросов. Так, в процессе тестов нам удалось получить для массива поистине впечатляющие показатели производительности последовательного чтения и записи, существенно превосходящие пропускную способность интерфейса SATA 6 Гбит/с. При этом твердотельные накопители максимального объёма, как мы увидели в тестах, не всегда обладают лидирующим уровнем быстродействия. Поэтому RAID 0-конфигурации могут быть востребованы и в тех ситуациях, когда стоит задача создания дисковой подсистемы большой ёмкости.
Надо сказать, что ранее к RAID из SSD мы относились с некоторой опаской, так как RAID-контроллеры блокировали использование команды TRIM, а также не давали наблюдать за состоянием входящих в состав массива накопителей. Однако на данный момент всё это осталось в прошлом, по крайней мере для контроллеров, встроенных в наборы системной логики компании Intel. Сегодня в RAID 0 нормально поддерживается TRIM, а драйвер позволяет свободно следить за S.M.A.R.T.-параметрами входящих в массив SSD.
Что же касается участвовавших в нашем тестировании накопителей Kingston HyperX 3K, то их 240-гигабайтные модификации показали себя вполне достойным выбором для создания RAID-массивов. Компания Kingston перевела их на более новую, 19-нм память компании Toshiba, и новый аппаратный дизайн позволил несколько улучшить быстродействие, не вызвав при этом никаких неприятных эффектов.
Пусть основанные на контроллерах SandForce накопители и кажутся далеко не самым свежим решением, но для RAID-массивов они подходят очень даже неплохо. С одной стороны, эти SSD всесторонне проверены и очень надёжны, а с другой — обладают весьма соблазнительной ценой. Что же до производительности, то составленный из двух SandForce-приводов дисковый массив уровня RAID 0, вне всяких сомнений, даст фору любой однодисковой конфигурации. Хотя бы потому, что быстродействие его последовательных операций не ограничивается полосой пропускания интерфейса SATA 6 Гбит/с.
Доброго времени суток, дорогие друзья, знакомые, читатели, почитатели и прочие личности. Сегодня снова про рейд массив и его создание, настройку и тп.
Как Вы помните, я неоднократно писал про то, что жесткие диски являются одним из самых узких мест в производительности Вашего компьютера. С приходом SSD ситуация существенно поменялась, но не то чтобы радикально.
Если поразмыслить то, в общем-то, диски, - это "бутылочное горлышко" еще и в безопасности, ибо: "каюк диску = кирдык данным" (если конечно их нельзя восстановить в ). RAID -массивы способны решить обе этих проблемы, посему, собственно, и применяются в серверах. Впрочем, применять их успешно можно и дома, да и много для этого не надо (поддержку рейдов мат.платой + пара идентичных дисков).
Про то, что такое RAID -ы я уже писал в статье " " , а вот про то как быстро и просто сделать RAID дома штатными методами я расскажу в тексте ниже.
Давайте приступим.
Создаём рейд массив на основе встроенного контроллера
Как я говорил выше, Ваша должна поддерживать создание RAID "а. Представленная ниже инструкция актуальна для ASUS -плат на основе UEFI -биоса, но общий принцип схож как таковой, посему к ознакомлению мануал всё же рекомендуется всем.
Для начала заходим в BIOS , используя соответствующую клавишу (как правило DEL ), а там находим раздел отвечающий за параметры для SATA -контроллера (надеюсь, что IDE уже нигде не используется).
Где переключаем положение контроллера в RAID (обычно там стоит ACHI ). Напоминаю, что диски в идеале должны быть идентичны (желательно абсолютно, а не только размерами). Далее, собственно, перезагружаемся, предварительно сохранив в BIOS изменения.
На этапе инициализации дисков, т.е еще до загрузки операционной системы, будет необходимо нажать, как правило (но не всегда) CTRL-F или CTRL-I . В общем, следите внимательно, ибо обычно оно показывает какое сочетание клавиш необходимо тыкнуть (бывают еще всякие F1-F12 ).
Простейшее меню можно лицезреть на скриншоте выше. Ничего сложного оно из себя не представляет и условно выглядит следующим образом:
- View Drive Assignments , - показывает диски, что пригодны для создания массива;
- LD View / LD Define Menu , - показывает текущие массивы;
- Delete LD Menu , - позволяет удалять массивы;
- Controller Configuration , - собственно, отвечает непосредственно за настройки.
Нас, в рамках создания такой штуки как рейд массив, собственно, нас интересует только второй пункт. Нажав на соответствующую кнопку на клавиатуре (т.е цифру 2 ) попадаем в соответствующее меню.
Здесь мы можем увидеть текущие массивы (собственно, они видны на скриншоте), взглянуть на их настройки (Enter ), посмотреть на диски вне RAID (Ctrl+V ) или, скажем, создать новые рейды (Ctrl+C ). Нас интересует создание, а посему жмём в соответствующее сочетание клавиш.
Далее мы будем наблюдать меню для создания RAID- а (сверху) и сами одинокие (вне массивов) диски (внизу). Параметры переключаются пробелом, сами пункты параметров меняются стрелками клавиатуры.
Напоминаю, что 1 -ый рейд - это "зеркало", т.е диски дублируют друг друга и даже, если один выходит из строя, то на втором остаётся полная копия данных.
0 -вой же отвечает за производительность, т.е оба диска работают в паре для достижения максимально доступной скорости чтения-записи. Более подробно я расписывал всё по ссылке, что давал в самом начале статьи.
Дальнейшие шаги по созданию
На скриншоте выше задано всё необходимое для создания RAID 1 (зеркало), хотя и задавать там особо было нечего: все параметры оставлены по умолчанию, выбран тип рейда и указаны два диска-терабайника (Y в колонке Assingment ). На этом всё. Я не хочу сейчас вдаваться в детали всех параметров, ибо это тема для отдельной статьи (кратенько с практической стороны на sonikelf.name ).
Задав всё необходимое жмём в CTRL-Y . Далее либо жмём любую кнопку (задаст имя по умолчанию), либо повторяем нажатие CTRL-Y , чтобы задать имя самостоятельно. Я выбрал второй путь:
На следующем этапе, в связи с тем, что мы выбрали стандартный параметр быстрой инициализации появиться предупреждение о том, что данные с дисков будут удалены. Жмём CTRL-Y , если уверены, что ничего на дисках Вам необходимого нет.
На последнем этапе будет предложено выбрать размер, что будет отводиться под рейд массив или занять всё доступное место на дисках. Я выбрал в данном пункте решение занять всё место на дисках (что, к слову, рекомендую и Вам), путём нажатия любой кнопки на клавиатуре.
На этом создания RAID -а можно считать завершенным, остаётся лишь выйти из мастера и перезагрузить компьютер.
А, и да, не забудьте, при необходимости, зайти в мастер управления дисками и провести инициализацию и распределения места на новосозданном RAID -массиве. Мастер живет по пути "Панель управления - Администрирование - Управление компьютером - Управление дисками ".
Ну и, собственно, распределение места, т.е создание разделов, тоже проблем особо не доставляет и выполняется стандартным образом:
А и, да, драйвера для такой штуки как рейд массив полезно будет установить, если конечно они не стоят у Вас уже давно. Драйвера берутся с диска к мат.плате или с сайта производителя этой мат.платы.
На сим, пожалуй, всё.
Послесловие
Вот такие дела. Кратенько, быстро и наглядно (хотя, признаю, что фотографии не самые удачные, но снимать скриншоты эмулятором или на зеркалку как-то не с руки, ведь, в данном случае, таки главное суть), зато теперь Вы можете быстро собрать рейд массив.
Как и всегда, если какие-то вопросы, дополнения, мысли и всё такое прочее, то добро пожаловать в комментарии к этой записи.
Оставайтесь с нами;)
Объемы информации растут быстрыми темпами. Так, согласно данным аналитической организации IDC, в 2006 году на Земле было сгенерировано около 161 млрд. Гб информации, или 161 экзабайт. Если представить этот объем информации в виде книг, то получится 12 обычных книжных полок, только длина их будет равна расстоянию от Земли до Солнца. Многие пользователи задумываются о приобретении все более емких накопителей, благо цены на них снижаются, и за 100 долларов сейчас можно приобрести современный винчестер на 320 Гб. Большинство современных материнских плат имеют на борту интегрированный RAID-контроллер с возможностью организовывать массивы уровней 0 и 1. Так что всегда можно приобрести пару SATA-дисков и объединить их в RAID-массив. В данном материале как раз рассматривается процесс создания RAID-массивов уровней 0 и 1, сравнение их производительности. В качестве тестируемых взяты два современных жестких диска Seagate Barracuda ES (Enterprise Storage) максимальной емкости – 750 Гб. Несколько слов о самой технологии. Избыточный массив независимых (или недорогих) дисковых накопителей (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks – RAID) разрабатывался в целях повышения отказоустойчивости и эффективности систем компьютерных запоминающих устройств. Технология RAID была разработана в Калифорнийском университете в 1987 году. В ее основу был положен принцип использования нескольких дисков небольшого объема, взаимодействующих друг с другом посредством специального программного и аппаратного обеспечения, в качестве одного диска большой емкости. Первоначальная конструкция RAID-массивов предусматривала простое соединение областей памяти нескольких отдельных дисков. Однако в последствии оказалось, что подобная схема снижает надежность матрицы и практически не влияет на быстродействие. Например, четыре диска, объединенных в матрицу, будут сбоить в четыре раза чаще, чем один подобный накопитель. Для решения этой проблемы инженеры из института Беркли предложили шесть различных уровней RAID. Каждый из них характеризуется определенной отказоустойчивостью, емкостью винчестера и производительностью. В июле 1992 года была создана организация RAID Advisory Board (RAB), которая занимается стандартизацией, классифицированием и изучением RAID. В настоящее время RAB определила семь стандартных уровней RAID. Избыточный массив независимых дисковых накопителей обычно реализуется с помощью платы контроллера RAID. В нашем случае жесткие диски подключались к интегрированному RAID-контроллеру материнской платы abit AN8-Ultra на базе чипсета nForce 4 Ultra. Для начала рассмотрим возможности, предлагаемые чипсетом для построения RAID-массивов. nForce 4 Ultra позволяет создавать RAID-массивы уровней 0, 1, 0+1, JBOD.
RAID 0 (Stripe)
Расслоение дисков, также известное как режим RAID 0, уменьшает число обращений к дискам при чтении и записи для многих приложений. Данные делятся между несколькими дисками в массиве так, чтобы операции чтения и записи проводились одновременно для нескольких дисков. Этот уровень обеспечивает высокую скорость выполнения операций чтения/записи (теоретически - удвоение), но низкую надежность. Для домашнего пользователя – наверное, самый интересный вариант, позволяющий добиться существенного роста скорости чтения и записи данных с накопителей.
RAID 1 (Mirror)
Зеркалирование дисков, известное как RAID 1, предназначено для тех, кто хочет легко резервировать наиболее важные данные. Каждая операция записи производится дважды, параллельно. Зеркальная, или дублированная, копия данных может храниться на том же диске или на втором резервном диске в массиве. RAID 1 обеспечивает резервную копию данных, если текущий том или диск поврежден или стал недоступен из-за сбоя в аппаратном обеспечении. Зеркалирование дисков может применяться для систем с высоким коэффициентом готовности или для автоматического резервирования данных вместо утомительной ручной процедуры дублирования информации на более дорогие и менее надежные носители.
Системы RAID 0 могут дублироваться с помощью RAID 1. Расслоение и зеркалирование дисков (RAID 0+1) обеспечивает более высокую производительность и защиту. Оптимальный способ по соотношению надежность/быстродействие, однако, требует большого количества накопителей.
JBOD
JBOD – данная аббревиатура расшифровывается как "Just a Bunch of Disks", то есть просто группа дисков. Данная технология позволяет объединять в массив диски различной емкости, правда, прироста скорости в этом случае не происходит, скорее, даже наоборот. У рассматриваемого нами интегрированного RAID-контроллера NVIDIA RAID есть и другие интересные возможности: Определение неисправного диска. Многие пользователи многодисковых систем покупают несколько одинаковых жестких дисков, чтобы полностью воспользоваться преимуществом дискового массива. Если массив дает сбой, определить неисправный диск можно только по серийному номеру, что ограничивает возможность пользователя правильно определить поврежденный диск.
Дисковая система предупреждения NVIDIA упрощает идентификацию, отображая на экране материнскую плату с указанием неработающего порта, чтобы вы точно знали, какой диск нужно заменить. Установка резервного диска. Технологии зеркалирования дисков позволяют пользователям назначать резервные диски, которые могут быть сконфигурированы в качестве горячего резерва, защищая дисковый массив в случае сбоя. Общий резервный диск может защитить несколько массивов дисков, а специальный резервный диск может служить в качестве горячего резерва для определенного дискового массива. Поддержка резервного диска, который обеспечивает дополнительную защиту поверх зеркалирования, традиционно ограничивалась высокоуровневыми многодисковыми системами. Технология хранения NVIDIA переносит эту возможность на ПК. Специальный резервный диск может заменить неисправный, пока не закончится ремонт, что позволяет команде поддержки выбирать любое удобное время для ремонта. Морфинг . В традиционном многодисковом окружении пользователи, которые хотят изменить состояние диска или многодискового массива должны зарезервировать данные, удалить массив, перегрузить ПК и затем сконфигурировать новый массив. Во время этого процесса пользователь должен пройти немало шагов только чтобы сконфигурировать новый массив. Технология хранения NVIDIA позволяет изменить текущее состояние диска или массива с помощью одного действия, которое называется морфинг. Морфинг позволяет пользователям обновить диск или массив для увеличения производительности, надежности и вместимости. Но более важно то, что вам не нужно выполнять многочисленные действия. Кросс-контроллер RAID. В отличие от конкурентных многодисковых (RAID) технологий, решение NVIDIA поддерживает как Serial ATA (SATA), так и параллельные ATA накопители в рамках одного RAID массива. Пользователям необязательно знать семантику каждого жесткого диска, так как различия в их настройках очевидны. Технология хранения NVIDIA полностью поддерживает использование многодискового массива для загрузки операционной системы при включении компьютера. Это означает, что все доступные жесткие диски могут быть включены в массив для достижения максимальной производительности и защиты всех данных. Восстановление данных "на лету". При сбое диска зеркалирование дисков позволяет продолжить работу без остановок благодаря дублированной копии данных, хранящейся в массиве. Технология хранения NVIDIA идет на шаг дальше и позволяет пользователю создать новую зеркальную копию данных во время работы системы, не прерывая доступ пользователя и приложений к данным. Восстановление данных «на лету» устраняет простой системы и увеличивает защиту критической информации. Горячее подключение. Технология хранения NVIDIA поддерживает горячее подключение для SATA дисков. В случае сбоя диска пользователь может отключить неисправный диск без выключения системы и заменить его новым. Пользовательский интерфейс NVIDIA. Благодаря интуитивно понятному интерфейсу любой пользователь, даже не имеющий опыта работы с RAID, может легко использовать и управлять технологией хранения NVIDIA (также известной как NVIDIA RAID). Несложный «мышиный» интерфейс позволит быстро определить диски для конфигурирования в массиве, активизировать расслоение и создать зеркальные томы. Конфигурация может быть легко изменена в любое время с помощью того же интерфейса.
Все современные материнские платы оснащены интегрированным RAID-контроллером, а топовые модели имеют даже по нескольку интегрированных RAID-контроллеров. Насколько интегрированные RAID-контроллеры востребованы домашними пользователями - вопрос отдельный. В любом случае современная материнская плата предоставляет пользователю возможность создания RAID-массива из нескольких дисков. Однако далеко не каждый домашний пользователь знает, как создать RAID-массив, какой уровень массива выбрать, да и вообще плохо представляет себе плюсы и минусы использования RAID-массивов.
В этой статье мы дадим краткие рекомендации по созданию RAID-массивов на домашних ПК и на конкретном примере продемонстрируем, каким образом можно самостоятельно протестировать производительность RAID-массива.
История создания
Впервые термин «RAID-массив» появился в 1987 году, когда американские исследователи Паттерсон, Гибсон и Катц из Калифорнийского университета Беркли в своей статье «Избыточный массив недорогих дисков» (“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Discs, RAID”) описали, каким образом можно объединить несколько дешевых жестких дисков в одно логическое устройство так, чтобы в результате повышались емкость и быстродействие системы, а отказ отдельных дисков не приводил к отказу всей системы.
С момента выхода этой статьи прошло уже более 20 лет, но технология построения RAID-массивов не утратила актуальности и сегодня. Единственное, что изменилось с тех пор, - это расшифровка аббревиатуры RAID. Дело в том, что первоначально RAID-массивы строились вовсе не на дешевых дисках, поэтому слово Inexpensive (недорогие) поменяли на Independent (независимые), что больше соответствовало действительности.
Принцип действия
Итак, RAID - это избыточный массив независимых дисков (Redundant Arrays of Independent Discs), на который возлагается задача обеспечения отказоустойчивости и повышения производительности. Отказоустойчивость достигается за счет избыточности. То есть часть емкости дискового пространства отводится для служебных целей, становясь недоступной для пользователя.
Повышение производительности дисковой подсистемы обеспечивается одновременной работой нескольких дисков, и в этом смысле чем больше дисков в массиве (до определенного предела), тем лучше.
Совместную работу дисков в массиве можно организовать с помощью либо параллельного, либо независимого доступа. При параллельном доступе дисковое пространство разбивается на блоки (полоски) для записи данных. Аналогично информация, подлежащая записи на диск, разбивается на такие же блоки. При записи отдельные блоки записываются на разные диски, причем запись нескольких блоков на различные диски происходит одновременно, что и приводит к увеличению производительности в операциях записи. Нужная информация также считывается отдельными блоками одновременно с нескольких дисков, что тоже способствует росту производительности пропорционально количеству дисков в массиве.
Следует отметить, что модель с параллельным доступом реализуется только при условии, что размер запроса на запись данных больше размера самого блока. В противном случае осуществлять параллельную запись нескольких блоков практически невозможно. Представим ситуацию, когда размер отдельного блока составляет 8 Кбайт, а размер запроса на запись данных - 64 Кбайт. В этом случае исходная информация нарезается на восемь блоков по 8 Кбайт каждый. Если имеется массив из четырех дисков, то одновременно можно записать четыре блока, или 32 Кбайт, за один раз. Очевидно, что в рассмотренном примере скорость записи и скорость считывания окажутся в четыре раза выше, чем при использовании одного диска. Это справедливо лишь для идеальной ситуации, однако размер запроса далеко не всегда кратен размеру блока и количеству дисков в массиве.
Если же размер записываемых данных меньше размера блока, то реализуется принципиально иная модель - независимый доступ. Более того, эта модель может использоваться и в том случае, когда размер записываемых данных больше размера одного блока. При независимом доступе все данные отдельного запроса записываются на отдельный диск, то есть ситуация идентична работе с одним диском. Преимущество модели с независимым доступом в том, что при одновременном поступлении нескольких запросов на запись (чтение) все они будут выполняться на отдельных дисках независимо друг от друга. Подобная ситуация типична, например, для серверов.
В соответствии с различными типами доступа существуют и разные типы RAID-массивов, которые принято характеризовать уровнями RAID. Кроме типа доступа, уровни RAID различаются способом размещения и формирования избыточной информации. Избыточная информация может либо размещаться на специально выделенном диске, либо распределяться между всеми дисками. Способов формирования этой информации достаточно много. Простейший из них - это полное дублирование (100-процентная избыточность), или зеркалирование. Кроме того, используются коды с коррекцией ошибок, а также вычисление четности.
Уровни RAID-массивов
В настоящее время существует несколько RAID-уровней, которые можно считать стандартизованными, - это RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5 и RAID 6.
Применяются также различные комбинации RAID-уровней, что позволяет объединить их достоинства. Обычно это комбинация какого-либо отказоустойчивого уровня и нулевого уровня, применяемого для повышения производительности (RAID 1+0, RAID 0+1, RAID 50).
Отметим, что все современные RAID-контроллеры поддерживают функцию JBOD (Just a Bench Of Disks), которая не предназначена для создания массивов, - она обеспечивает возможность подключения к RAID-контроллеру отдельных дисков.
Нужно отметить, что интегрированные на материнские платы для домашних ПК RAID-контроллеры поддерживают далеко не все RAID-уровни. Двухпортовые RAID-контроллеры поддерживают только уровни 0 и 1, а RAID-контроллеры с большим количество портов (например, 6-портовый RAID-контроллер, интегрированный в южный мост чипсета ICH9R/ICH10R) - также уровни 10 и 5.
Кроме того, если говорить о материнских платах на чипсетах Intel, то в них тоже реализована функция Intel Matrix RAID, которая позволяет создать на нескольких жестких дисках одновременно RAID-матрицы нескольких уровней, выделив для каждой из них часть дискового пространства.
RAID 0
RAID уровня 0, строго говоря, не является избыточным массивом и соответственно не обеспечивает надежности хранения данных. Тем не менее данный уровень активно применяется в случаях, когда необходимо обеспечить высокую производительность дисковой подсистемы. При создании RAID-массива уровня 0 информация разбивается на блоки (иногда эти блоки называют страйпами (stripe)), которые записываются на отдельные диски, то есть создается система с параллельным доступом (если, конечно, это позволяет размер блока). Благодаря возможности одновременного ввода-вывода с нескольких дисков, RAID 0 обеспечивает максимальную скорость передачи данных и максимальную эффективность использования дискового пространства, поскольку не требуется места для хранения контрольных сумм. Реализация этого уровня очень проста. В основном RAID 0 применяется в тех областях, где требуется быстрая передача большого объема данных.
RAID 1 (Mirrored disk)
RAID уровня 1 - это массив двух дисков со 100-процентной избыточностью. То есть данные при этом просто полностью дублируются (зеркалируются), за счет чего достигается очень высокий уровень надежности (как, впрочем, и стоимости). Отметим, что для реализации уровня 1 не требуется предварительно разбивать диски и данные на блоки. В простейшем случае два диска содержат одинаковую информацию и являются одним логическим диском. При выходе из строя одного диска его функции выполняет другой (что абсолютно прозрачно для пользователя). Восстановление массива выполняется простым копированием. Кроме того, этот уровень удваивает скорость считывания информации, так как эта операция может выполняться одновременно с двух дисков. Подобная схема хранения информации используется в основном в тех случаях, когда цена безопасности данных гораздо выше стоимости реализации системы хранения.
RAID 5
RAID 5 - это отказоустойчивый дисковый массив с распределенным хранением контрольных сумм. При записи поток данных разбивается на блоки (страйпы) на уровне байтов и одновременно записываются на все диски массива в циклическом порядке.
Предположим, что массив содержит n дисков, а размер страйпа d . Для каждой порции из n–1 страйпов рассчитывается контрольная сумма p .
Cтрайп d 1 записывается на первый диск, страйп d 2 - на второй и так далее вплоть до страйпа d n–1 , который записывается на (n –1)-й диск. Далее на n -й диск записывается контрольная сумма p n , и процесс циклически повторяется с первого диска, на который записывается страйп d n .
Процесс записи (n–1) страйпов и их контрольной суммы производится одновременно на все n дисков.
Для вычисления контрольной суммы используется поразрядная операция «исключающего ИЛИ» (XOR), применяемая к записываемым блокам данных. Так, если имеется n жестких дисков, d - блок данных (страйп), то контрольная сумма рассчитывается по следующей формуле:
p n = d 1 d 2 ... d 1–1 .
В случае выхода из строя любого диска данные на нем можно восстановить по контрольным данным и по данным, оставшимся на исправных дисках.
В качестве иллюстрации рассмотрим блоки размером по четыре бита. Пусть имеются всего пять дисков для хранения данных и записи контрольных сумм. Если есть последовательность битов 1101 0011 1100 1011, разбитая на блоки по четыре бита, то для расчета контрольной суммы необходимо выполнить следующую поразрядную операцию:
1101 0011 1100 1011 = 1001.
Таким образом, контрольная сумма, записываемая на пятый диск, равна 1001.
Если один из дисков, например четвертый, вышел из строя, то блок d 4 = 1100 окажется недоступным при считывании. Однако его значение легко восстановить по контрольной сумме и по значениям остальных блоков с помощью все той же операции «исключающего ИЛИ»:
d 4 = d 1 d 2 d 4 p 5 .
В нашем примере получим:
d 4 = (1101) (0011) (1100) (1011) = 1001.
В случае RAID 5 все диски массива имеют одинаковый размер, однако общая емкость дисковой подсистемы, доступной для записи, становится меньше ровно на один диск. Например, если пять дисков имеют размер 100 Гбайт, то фактический размер массива составляет 400 Гбайт, поскольку 100 Гбайт отводится на контрольную информацию.
RAID 5 может быть построен на трех и более жестких дисках. С увеличением количества жестких дисков в массиве его избыточность уменьшается.
RAID 5 имеет архитектуру независимого доступа, что обеспечивает возможность одновременного выполнения нескольких операций считывания или записи.
RAID 10
Уровень RAID 10 представляет собой некое сочетание уровней 0 и 1. Минимально для этого уровня требуются четыре диска. В массиве RAID 10 из четырех дисков они попарно объединяются в массивы уровня 0, а оба этих массива как логические диски объединяются в массив уровня 1. Возможен и другой подход: первоначально диски объединяются в зеркальные массивы уровня 1, а затем логические диски на основе этих массивов - в массив уровня 0.
Intel Matrix RAID
Рассмотренные RAID-массивы уровней 5 и 1 редко используются в домашних условиях, что связано прежде всего с высокой стоимостью подобных решений. Наиболее часто для домашних ПК применяется именно массив уровня 0 на двух дисках. Как мы уже отмечали, RAID уровня 0 не обеспечивает безопасности хранения данных, а потому конечные пользователи сталкиваются с выбором: создавать быстрый, но не обеспечивающий надежности хранения данных RAID-массив уровня 0 или же, увеличивая стоимость дискового пространства в два раза, - RAID-массив уровня 1, который обеспечивает надежность хранения данных, однако не позволяет получить существенного выигрыша в производительности.
Для того чтобы разрешить эту нелегкую проблему, корпорация Intel разработала технологию Intel Matrix Storage, позволяющую объединить достоинства массивов уровней 0 и 1 всего на двух физических дисках. А для того, чтобы подчеркнуть, что речь в данном случае идет не просто о RAID-массиве, а о массиве, сочетающем в себе и физические и логические диски, в названии технологии вместо слова «массив» используется слово «матрица».
Итак, что же представляет собой RAID-матрица из двух дисков по технологии Intel Matrix Storage? Основная идея заключается в том, что при наличии в системе нескольких жестких дисков и материнской платы с чипсетом Intel, поддерживающим технологию Intel Matrix Storage, возможно разделение дискового пространства на несколько частей, каждая из которых будет функционировать как отдельный RAID-массив.
Рассмотрим простой пример RAID-матрицы из двух дисков по 120 Гбайт каждый. Любой из дисков можно разбить на два логических диска, например по 40 и 80 Гбайт. Далее два логических диска одного размера (например, по 40 Гбайт) можно объединить в RAID-матрицу уровня 1, а оставшиеся логические диски - в RAID-матрицу уровня 0.
В принципе, используя два физических диска, также можно создать всего одну или две RAID-матрицы уровня 0, но вот получить только матрицы уровня 1 невозможно. То есть если в системе имеются всего два диска, то технология Intel Matrix Storage позволяет создавать следующие типы RAID-матриц:
- одна матрица уровня 0;
- две матрицы уровня 0;
- матрица уровня 0 и матрица уровня 1.
Если в системе установлены три жестких диска, то возможно создание следующих типов RAID-матриц:
- одна матрица уровня 0;
- одна матрица уровня 5;
- две матрицы уровня 0;
- две матрицы уровня 5;
- матрица уровня 0 и матрица уровня 5.
Если в системе установлены четыре жестких диска, то дополнительно имеется возможность создать RAID-матрицу уровня 10, а также комбинации уровня 10 и уровня 0 или 5.
От теории к практике
Ели говорить о домашних компьютерах, то наиболее востребованными и популярными являются RAID-массивы уровней 0 и 1. Использование RAID-массивов из трех и более дисков в домашних ПК - скорее исключение из правила. Связано это с тем, что, с одной стороны, стоимость RAID-массивов возрастает пропорционально количеству задействованных в нем дисков, а с другой - для домашних компьютеров первоочередное значение имеет емкость дискового массива, а не его производительность и надежность.
Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим RAID-массивы уровней 0 и 1 на основе только двух дисков. В задачу нашего исследования будет входить сравнение производительности и функциональности RAID-массивов уровней 0 и 1, созданных на базе нескольких интегрированных RAID-контроллеров, а также исследование зависимости скоростных характеристик RAID-массива от размера страйпа.
Дело в том, что хотя теоретически при использовании RAID-массива уровня 0 скорость чтения и записи должна возрастать вдвое, на практике возрастание скоростных характеристик гораздо менее скромное и для разных RAID-контроллеров оно различно. Аналогично и для RAID-массива уровня 1: несмотря на то что теоретически скорость чтения должна увеличиваться вдвое, на практике не всё так гладко.
Для нашего сравнительного тестирования RAID-контроллеров мы использовали материнскую плату Gigabyte GA-EX58A-UD7. Эта плата основана на чипсете Intel X58 Express с южным мостом ICH10R, имеющим интегрированный RAID-контроллер на шесть портов SATA II, который поддерживает организацию RAID-массивов уровней 0, 1, 10 и 5 с функцией Intel Matrix RAID. Кроме того, на плате Gigabyte GA-EX58A-UD7 интегрирован RAID-контроллер GIGABYTE SATA2, на базе которого реализованы два порта SATA II c возможностью организации RAID-массивов уровней 0, 1 и JBOD.
Также на плате GA-EX58A-UD7 интегрирован SATA III-контроллер Marvell 9128, на базе которого реализованы два порта SATA III c возможностью организации RAID-массивов уровней 0, 1 и JBOD.
Таким образом, на плате Gigabyte GA-EX58A-UD7 имеются три отдельных RAID-контроллера, на базе которых можно создать RAID-массивы уровней 0 и 1 и сравнить их друг с другом. Напомним, что стандарт SATA III обратно совместим со стандартом SATA II, поэтому на базе контроллера Marvell 9128, поддерживающего диски с интерфейсом SATA III, можно также создавать RAID-массивы с использованием дисков с интерфейсом SATA II.
Стенд для тестирования имел следующую конфигурацию:
- процессор - Intel Core i7-965 Extreme Edition;
- материнская плата - Gigabyte GA-EX58A-UD7;
- версия BIOS - F2a;
- жесткие диски - два диска Western Digital WD1002FBYS, один диск Western Digital WD3200AAKS;
- интегрированные RAID-контроллеры:
- ICH10R,
- GIGABYTE SATA2,
- Marvell 9128;
- память - DDR3-1066;
- объем памяти - 3 Гбайт (три модуля по 1024 Мбайт);
- режим работы памяти - DDR3-1333, трехканальный режим работы;
- видеокарта - Gigabyte GeForce GTS295;
- блок питания - Tagan 1300W.
Тестирование проводилось под управлением операционной системы Microsoft Windows 7 Ultimate (32-bit). Операционная система инсталлировалась на диск Western Digital WD3200AAKS, который подключался к порту контроллера SATA II, интегрированного в южный мост ICH10R. RAID-массив собирался на двух дисках WD1002FBYS с интерфейсом SATA II.
Для измерения скоростных характеристик создаваемых RAID-массивов мы использовали утилиту IOmeter, которая является отраслевым стандартом для измерения производительности дисковых систем.
Утилита IOmeter
Поскольку мы задумывали эту статью как своеобразное руководство пользователя по созданию и тестированию RAID-массивов, логично будет начать с описания утилиты IOmeter (Input/Output meter), которая, как мы уже отметили, является своеобразным отраслевым стандартом для измерения производительности дисковых систем. Данная утилита бесплатна, и ее можно скачать с ресурса http://www.iometer.org.
Утилита IOmeter является синтетическим тестом и позволяет работать с неразбитыми на логические разделы жесткими дисками, благодаря чему можно тестировать диски независимо от файловой структуры и свести к нулю влияние операционной системы.
При тестировании возможно создание специфической модели доступа, или «паттерна», которая позволяет конкретизировать выполнение жестким диском специфических операций. В случае создания конкретной модели доступа разрешается менять следующие параметры:
- размер запроса на передачу данных;
- случайное/последовательное распределение (в %);
- распределение операций чтения/записи (в %);
- количество отдельных операций ввода-вывода, работающих параллельно.
Утилита IOmeter не требует инсталляции на компьютер и состоит из двух частей: собственно IOmeter и Dynamo.
IOmeter - это контролирующая часть программы с пользовательским графическим интерфейсом, позволяющим производить все необходимые настройки. Dynamo - это генератор нагрузки, который не имеет интерфейса. Каждый раз при запуске файла IOmeter.exe автоматически запускается и генератор нагрузки Dynamo.exe.
Для того чтобы начать работу с программой IOmeter, достаточно запустить файл IOmeter.exe. При этом открывается главное окно программы IOmeter (рис. 1).
Рис. 1. Главное окно программы IOmeter
Нужно отметить, что утилита IOmeter позволяет производить тестирование не только локальных дисковых систем (DAS), но и сетевых накопителей (NAS). К примеру, с ее помощью можно протестировать производительность дисковой подсистемы сервера (файл-сервера), используя для этого несколько сетевых клиентов. Поэтому часть закладок и инструментов в окне утилиты IOmeter относится именно к сетевым настройкам программы. Понятно, что при тестировании дисков и RAID-массивов эти возможности программы нам не потребуются, а потому мы не станем объяснять назначение всех вкладок и инструментов.
Итак, при запуске программы IOmeter в левой части главного окна (в окне Topology) будет отображаться древовидная структура всех запущенных генераторов нагрузки (экземпляров Dynamo). Каждый запущенный экземпляр генератора нагрузки Dynamo называется менеджером (manager). Кроме того, программа IOmeter является многопотоковой и каждый отдельный запущенный поток экземпляра генератора нагрузки Dynamo называется Worker. Количество запущенных Worker’ов всегда соответствует количеству логических ядер процессора.
В нашем примере используется только один компьютер с четырехъядерным процессором, поддерживающим технологию Hyper-Threading, поэтому запускается лишь один менеджер (один экземпляр Dynamo) и восемь (по количеству логических ядер процессора) Worker’ов.
Собственно, для тестирования дисков в данном окне нет необходимости что-либо менять или добавлять.
Если выделить мышью название компьютера в древовидной структуре запущенных экземпляров Dynamo, то в окне Target на вкладке Disk Target отобразятся все диски, дисковые массивы и прочие накопители (включая сетевые), установленные в компьютере. Это те накопители, с которыми программа IOmeter может работать. Носители могут быть помечены желтым или голубым цветом. Желтым цветом отмечаются логические разделы носителей, а голубым - физические устройства без созданных на них логических разделов. Логический раздел может быть перечеркнут или не перечеркнут. Дело в том, что для работы программы с логическим разделом его нужно прежде подготовить, создав на нем специальный файл, равный по размеру емкости всего логического раздела. Если логический раздел перечеркнут, то это значит, что раздел еще не подготовлен для тестирования (он будет подготовлен автоматически на первом этапе тестирования), ну а если раздел не перечеркнут, то это означает, что на логическом разделе уже создан файл, полностью готовый для тестирования.
Отметим, что, несмотря на поддерживаемую возможность работы с логическими разделами, оптимально тестировать именно не разбитые на логические разделы диски. Удалить логический раздел диска можно очень просто - через оснастку Disk Management . Для доступа к ней достаточно щелкнуть правой кнопкой мыши на значке Computer на рабочем столе и в открывшемся меню выбрать пункт Manage . В открывшемся окне Computer Management в левой части необходимо выбрать пункт Storage , а в нем - Disk Management . После этого в правой части окна Computer Management отобразятся все подключенные диски. Щелкнув правой кнопкой по нужному диску и выбрав в открывшемся меню пункт Delete Volume …, можно удалить логический раздел на физическом диске. Напомним, что при удалении с диска логического раздела вся информация на нем удаляется без возможности восстановления.
Вообще, с помощью утилиты IOmeter тестировать можно только чистые диски или дисковые массивы. То есть нельзя протестировать диск или дисковый массив, на котором установлена операционная система.
Итак, вернемся к описанию утилиты IOmeter. В окне Target на вкладке Disk Target необходимо выбрать тот диск (или дисковый массив), который будет подвергаться тестированию. Далее необходимо открыть вкладку Access Specifications (рис. 2), на которой можно будет определить сценарий тестирования.
Рис. 2. Вкладка Access Specifications утилиты IOmeter
В окне Global Access Specifications имеется список предустановленных сценариев тестирования, которые можно присвоить менеджеру загрузки. Впрочем, эти сценарии нам не понадобятся, поэтому все их можно выделить и удалить (для этого предусмотрена кнопка Delete ). После этого нажмем на кнопку New , чтобы создать новый сценарий тестирования. В открывшемся окне Edit Access Specification можно определить сценарий загрузки диска или RAID-массива.
Предположим, мы хотим выяснить зависимость скорости последовательного (линейного) чтения и записи от размера блока запроса на передачу данных. Для этого нам нужно сформировать последовательность сценариев загрузки в режиме последовательного чтения при различных размерах блока, а затем последовательность сценариев загрузки в режиме последовательной записи при различных размерах блока. Обычно размеры блоков выбираются в виде ряда, каждый член которого вдвое больше предыдущего, а первый член этого ряда равен 512 байт. То есть размеры блоков составляют следующий ряд: 512 байт, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 Кбайт, 1 Мбайт. Делать размер блока больше 1 Мбайт при последовательных операциях нет смысла, поскольку при таких больших размерах блока данных скорость последовательных операций не изменяется.
Итак, сформируем сценарий загрузки в режиме последовательного чтения для блока размером 512 байт.
В поле Name окна Edit Access Specification вводим название сценария загрузки. Например, Sequential_Read_512. Далее в поле Transfer Request Size задаем размер блока данных 512 байт. Ползунок Percent Random/Sequential Distribution (процентное соотношение между последовательными и выборочными операциями) сдвигаем до упора влево, чтобы все наши операции были только последовательными. Ну а ползунок , задающий процентное соотношение между операциями чтения и записи, сдвигаем до упора вправо, чтобы все наши операции были только чтением. Остальные параметры в окне Edit Access Specification менять не нужно (рис. 3).
Рис. 3. Окно Edit Access Specification для создания сценария загрузки последовательного чтения
при размере блока данных 512 байт
Нажимаем на кнопку Ok , и первый созданный нами сценарий отобразится в окне Global Access Specifications на вкладке Access Specifications утилиты IOmeter.
Аналогично нужно создать сценарии и для остальных блоков данных, однако, чтобы облегчить себе работу, проще не создавать сценарий каждый раз заново, нажимая для этого кнопку New , а, выбрав последний созданный сценарий, нажать кнопку Edit Copy (редактировать копию). После этого опять откроется окно Edit Access Specification с настройками нашего последнего созданного сценария. В нем достаточно будет поменять лишь название и размер блока. Проделав аналогичную процедуру для всех остальных размеров блоков, можно приступить к формированию сценариев для последовательной записи, что делается совершенно аналогично, за исключением того, что ползунок Percent Read/Write Distribution , задающий процентное соотношение между операциями чтения и записи, нужно сдвинуть до упора влево.
Аналогично можно создать сценарии для выборочной записи и чтения.
После того как все сценарии будут готовы, их нужно присвоить менеджеру загрузки, то есть указать, с какими сценариями будет работать Dynamo .
Для этого еще раз проверяем, что в окне Topology выделено название компьютера (то есть менеджер нагрузки на локальном ПК), а не отдельный Worker. Это гарантирует, что сценарии нагрузки будут присваиваться сразу всем Worker’ам. Далее в окне Global Access Specifications выделяем все созданные нами сценарии нагрузки и нажимаем кнопку Add . Все выделенные сценарии нагрузки добавятся в окно (рис. 4).
Рис. 4. Присвоение созданных сценариев нагрузки менеджеру нагрузки
После этого нужно перейти к вкладке Test Setup (рис. 5), на которой можно задать время выполнения каждого созданного нами сценария. Для этого в группе Run Time задаем время выполнения сценария нагрузки. Вполне достаточно будет задать время, равное 3 мин.
Рис. 5. Задание времени выполнения сценария нагрузки
Кроме того, в поле Test Description необходимо указать название всего теста. В принципе, данная вкладка имеет массу других настроек, однако для наших задач они не нужны.
После того как все необходимые настройки произведены, рекомендуется сохранить созданный тест, нажав на панели инструментов на кнопку с изображением дискеты. Тест сохраняется с расширением *.icf. Впоследствии можно будет воспользоваться созданным сценарием нагрузки, запустив не файл IOmeter.exe, а сохраненный файл с расширением *.icf.
Теперь можно приступить непосредственно к тестированию, нажав на кнопку с изображением флажка. Вам будет предложено указать название файла с результатами тестирования и выбрать его местоположение. Результаты тестирования сохраняются в CSV-файле, который потом легко экспортировать в Excel и, установив фильтр по первому столбцу, выбрать нужные данные с результатами тестирования.
В ходе тестирования промежуточные результаты можно наблюдать на вкладке Result Display , а определить, к какому сценарию нагрузки они относятся, можно на вкладке Access Specifications . В окне Assigned Access Specification исполняемый сценарий отображается зеленым, выполненные сценарии - красным, а еще не выполненные сценарии - синим цветом.
Итак, мы рассмотрели базовые приемы работы с утилитой IOmeter, которые потребуются для тестирования отдельных дисков или RAID-массивов. Отметим, что мы рассказали далеко не обо всех возможностях утилиты IOmeter, но описание всех ее возможностей выходит за рамки данной статьи.
Создание RAID-массива на базе контроллера GIGABYTE SATA2
Итак, мы начинаем создание RAID-массива на базе двух дисков с использованием интегрированного на плате RAID-контроллера GIGABYTE SATA2. Конечно, сама компания Gigabyte не производит чипов, а потому под чипом GIGABYTE SATA2 скрывается перемаркированный чип другой фирмы. Как можно выяснить из INF-файла драйвера, речь идет о контроллере серии JMicron JMB36x.
Доступ в меню настройки контроллера возможен на этапе загрузки системы, для чего нужно нажать комбинацию клавиш Ctrl+G, когда появится соответствующая надпись на экране. Естественно, прежде в настройках BIOS нужно определить режим работы двух SATA-портов, относящихся к контроллеру GIGABYTE SATA2, как RAID (в противном случае доступ в меню конфигуратора RAID-массива будет невозможен).
Меню настройки RAID-контроллера GIGABYTE SATA2 довольно простое. Как мы уже отмечали, контроллер является двухпортовым и позволяет создавать RAID-массивы уровня 0 или 1. Через меню настройки контроллера можно удалить или создать RAID-массив. При создании RAID-массива имеется возможность указать его название, выбрать уровень массива (0 или 1), задать размер страйпа для RAID 0 (128, 84, 32, 16, 8 или 4K), а также определить размер массива.
Если массив создан, то какие-либо изменения в нем уже невозможны. То есть нельзя впоследствии для созданного массива изменить, например, его уровень или размер страйпа. Для этого прежде нужно удалить массив (с потерей данных), а потом создать его заново. Собственно, это свойственно не только контроллеру GIGABYTE SATA2. Невозможность изменения параметров созданных RAID-массивов - особенность всех контроллеров, которая вытекает из самого принципа реализации RAID-массива.
После того как массив на базе контроллера GIGABYTE SATA2 создан, текущую информацию о нем можно просмотреть, используя утилиту GIGABYTE RAID Configurer, которая устанавливается автоматически вместе с драйвером.
Создание RAID-массива на базе контроллера Marvell 9128
Конфигурирование RAID-контроллера Marvell 9128 возможно только через настройки BIOS платы Gigabyte GA-EX58A-UD7. Вообще, нужно сказать, что меню конфигуратора контроллера Marvell 9128 несколько сыровато и может ввести в заблуждение неискушенных пользователей. Впрочем, об этих незначительных недоработках мы расскажем чуть позже, а пока рассмотрим основные функциональные возможности контроллера Marvell 9128.
Итак, несмотря на то что этот контроллер поддерживает работу с дисками с интерфейсом SATA III, он также полностью совместим с дисками с интерфейсом SATA II.
Контроллер Marvell 9128 позволяет создать RAID-массив уровней 0 и 1 на базе двух дисков. Для массива уровня 0 можно задать размер страйпа 32 или 64 Кбайт, а также указать имя массива. Кроме того, имеется и такая опция, как Gigabyte Rounding, которая нуждается в пояснении. Несмотря на название, созвучное с именем компании-производителя, функция Gigabyte Rounding никакого отношения к ней не имеет. Более того, она никак не связана с RAID-массивом уровня 0, хотя в настройках контроллера ее можно определить именно для массива этого уровня. Собственно, это первая из тех недоработок конфигуратора контроллера Marvell 9128, о которых мы упоминали. Функция Gigabyte Rounding определена только для RAID-массива уровня 1. Она позволяет использовать для создания RAID-массива уровня 1 два диска (например, различных производителей или разные модели), емкость которых немного отличается друг от друга. Функция Gigabyte Rounding как раз и задает разницу в размерах двух дисков, применяемых для создания RAID-массива уровня 1. В контроллере Marvell 9128 функция Gigabyte Rounding позволяет установить разницу в размерах дисков 1 или 10 Гбайт.
Еще одна недоработка конфигуратора контроллера Marvell 9128 заключается в том, что при создании RAID-массива уровня 1 у пользователя имеется возможность выбора размера страйпа (32 или 64 Кбайт). Однако понятие страйпа вообще не определено для RAID-массива уровня 1.
Создание RAID-массива на базе контроллера, интегрированного в ICH10R
RAID-контроллер, интегрированный в южный мост ICH10R, является самым распространенным. Как уже отмечалось, данный RAID-контроллер 6-портовый и поддерживает не только создание массивов RAID 0 и RAID 1, но также RAID 5 и RAID 10.
Доступ в меню настройки контроллера возможен на этапе загрузки системы, для чего нужно нажать комбинацию клавиш Ctrl+I, когда появится соответствующая надпись на экране. Естественно, прежде в настройках BIOS следует определить режим работы этого контроллера как RAID (в противном случае доступ в меню конфигуратора RAID-массива будет невозможен).
Меню настройки RAID-контроллера достаточно простое. Через меню настройки контроллера можно удалить или создать RAID-массив. При создании RAID-массива можно указать его название, выбрать уровень массива (0, 1, 5 или 10), задать размер страйпа для RAID 0 (128, 84, 32, 16, 8 или 4K), а также определить размер массива.
Сравнение производительности RAID-массивов
Для тестирования RAID-массивов с помощью утилиты IOmeter мы создали сценарии нагрузки последовательного чтения, последовательной записи, выборочного чтения и выборочной записи. Размеры блоков данных в каждом сценарии нагрузки составляли следующую последовательность: 512 байт, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 Кбайт, 1 Мбайт.
На каждом из RAID-контроллеров создавался массив RAID 0 со всеми допустимыми размерами страйпов и массив RAID 1. Кроме того, дабы иметь возможность оценить прирост производительности, получаемый от использования RAID-массива, мы также протестировали на каждом из RAID-контроллеров одиночный диск.
Итак, обратимся к результатам нашего тестирования.
Контроллер GIGABYTE SATA2
Прежде всего рассмотрим результаты тестирования RAID-массивов на базе контроллера GIGABYTE SATA2 (рис. 6-13). В общем-то контроллер оказался в буквальном смысле загадочным, а его производительность просто разочаровала.
|
|
Рис. 6. Скорость последовательных |
Рис. 7. Скорость последовательных |
|
|
Рис. 12. Скорость последовательных |
Рис. 13. Скорость последовательных |
Если посмотреть на скоростные характеристики одного диска (без RAID-массива), то максимальная скорость последовательного чтения составляет 102 Мбайт/с, а максимальная скорость последовательной записи - 107 Мбайт/с.
При создании массива RAID 0 с размером страйпа 128 Кбайт максимальная скорость последовательного чтения и записи увеличивается до 125 Мбайт/с, то есть возрастает примерно на 22%.
При размере страйпа 64, 32 или 16 Кбайт максимальная скорость последовательного чтения составляет 130 Мбайт/с, а максимальная скорость последовательной записи - 141 Мбайт/с. То есть при указанных размерах страйпа максимальная скорость последовательного чтения возрастает на 27%, а максимальная скорость последовательной записи - на 31%.
Вообще-то это маловато для массива уровня 0, и хотелось бы, чтобы максимальная скорость последовательных операций была выше.
При размере страйпа 8 Кбайт максимальная скорость последовательных операций (чтения и записи) остается примерно такой же, как и при размере страйпа 64, 32 или 16 Кбайт, однако с выборочным чтением - явные проблемы. При увеличении размера блока данных вплоть до 128 Кбайт скорость выборочного чтения (как и должно быть) возрастает пропорционально размеру блока данных. Однако при размере блока данных более 128 Кбайт скорость выборочного чтения падает практически до нуля (примерно до 0,1 Мбайт/с).
При размере страйпа 4 Кбайт падает не только скорость выборочного чтения при размере блока более 128 Кбайт, но и скорость последовательного чтения при размере блока более 16 Кбайт.
Использование массива RAID 1 на контроллере GIGABYTE SATA2 практически не изменяет (в сравнении с одиночным диском) скорость последовательного чтения, однако максимальная скорость последовательной записи уменьшается до 75 Мбайт/с. Напомним, что для массива RAID 1 скорость чтения должна возрастать, а скорость записи не должна уменьшаться в сравнении со скоростью чтения и записи одиночного диска.
На основании результатов тестирования контроллера GIGABYTE SATA2 можно сделать только один вывод. Использовать данный контроллер для создания массивов RAID 0 и RAID 1 имеет смысл только в том случае, когда все остальные RAID-контроллеры (Marvell 9128, ICH10R) уже задействованы. Хотя представить себе подобную ситуацию довольно сложно.
Контроллер Marvell 9128
Контроллер Marvell 9128 продемонстрировал гораздо более высокие скоростные характеристики в сравнении с контроллером GIGABYTE SATA2 (рис. 14-17). Собственно, различия проявляются даже при работе контроллера с одним диском. Если для контроллера GIGABYTE SATA2 максимальная скорость последовательного чтения составляет 102 Мбайт/с и достигается при размере блока данных 128 Кбайт, то для контроллера Marvell 9128 максимальная скорость последовательного чтения составляет 107 Мбайт/с и достигается при размере блока данных 16 Кбайт.
|
|
Рис. 18. Скорость последовательных Если говорить о массиве RAID 0 на контроллере ICH10R, то максимальная скорость последовательного чтения и записи не зависит от размера страйпа и составляет 212 Мбайт/с. От размера страйпа зависит лишь размер блока данных, при котором достигается максимальное значение скорости последовательного чтения и записи. Как показывают результаты тестирования, для RAID 0 на базе контроллера ICH10R оптимально использовать страйп размером 64 Кбайт. В этом случае максимальное значение скорости последовательного чтения и записи достигается при размере блока данных всего 16 Кбайт. Итак, резюмируя, еще раз подчеркнем, что RAID-контроллер, встроенный в ICH10R, существенно превосходит по производительности все остальные интегрированные RAID-контроллеры. А учитывая, что он обладает и большей функциональностью, оптимально использовать именно этот контроллер и просто забыть о существовании всех остальных (если, конечно, в системе не применяются диски SATA III). |
