После перехода SCSI на последовательные "рельсы" профессиональные и полупрофессиональные RAID-контроллеры заметно изменились. Параллельный интерфейс SCSI обеспечивает пропускную способность до 320 Мбайт/с, которая разделяется между всеми устройствами, подключёнными к шине с помощью дорогого и капризного кабеля. Интерфейс Serial Attached SCSI (SAS), напротив, поддерживает скорость 300 Мбайт/с на порт, многоканальные или одноканальные кабели, избыточные каналы, внешние и внутренние устройства. Контроллеры совместимы и с интерфейсом SATA, то есть вы можете использовать как ёмкие накопители SATA, так и высокопроизводительные винчестеры SAS. Наконец, переход с PCI-X на PCI Express идёт полным ходом. Как мы считаем, настало время рассмотреть четыре RAID-контроллера для серверов начального уровня.

Многие пользователи до сих пор интересуются, стоит ли покупать раздельный RAID-контроллер, учитывая наличие таких мощных интегрированных SATA-решений, как Intel ICH9R, которые можно обнаружить во многих топовых материнских платах, например, Asus P5K-WS (чипсет P35 с интерфейсом PCI-X) или P5K64-WS (четыре слота PCI Express). Поскольку производители оснащают свои топовые модели высококачественными стабилизаторами напряжения и лучшими компонентами, то разница в качестве между high-end настольной материнской платой и low-end серверным продуктом заключается только в наборе функций. При наличии шести портов SATA/300 на такой материнской плате, расширенных функций управления RAID и дву- или четырёхядерного процессора, который займётся и расчётом информации избыточности RAID 5, зачем покупать внешний дорогой RAID-контроллер?

Подобные интегрированные решения, вероятно, хорошо подойдут для небольшого сервера для рабочих групп, когда от массива требуется хранить данные проекта, пользовательскую информацию и приложения, но при росте нагрузки ограничения проявятся весьма быстро. Если вам требуются более сложные уровни RAID, такие, как RAID 50 или 60, то встроенные решения будут мало полезны. Или, скажем, если вам вдруг потребуется подключить больше шести винчестеров, придётся переходить на другой контроллер. А если вам нужно запустить массив во внешней оснастке, либо вы хотите получить весь набор функций управления жёсткими дисками, тогда SAS, устаревшие решения SCSI или другие собственные технологии производителей остаются единственно возможным выбором.

Мы определённо не рекомендуем собственные технологии производителей, которые ограничивают в выборе контроллера и оснастки. Вся необходимая информация о Serial Attached SCSI приведена в статье Тесты жёстких дисков и контроллеров SAS: дни SCSI сочтены , включая детали интерфейса, кабели, возможности расширения, оснастки, жёсткие диски, host-адаптеры и т.д. Винчестеры SAS последнего поколения обеспечат намного более высокую производительность, чем модели SATA, однако совместимость с SATA и гибкость использования является неплохой причиной, чтобы использовать унифицированный RAID-контроллер в вашей системе.

Сможете различить? Верхний разъём - SATA, а нижний принадлежит накопителю Seagate Savvio SAS.

Соединения SAS и SATA являются полнодуплексными коммутируемыми типа "точка-точка", то есть здесь уже нет необходимости присваивать каждому устройству свой ID или терминировать шину. Данные по соединению могут передаваться и приниматься одновременно. SAS и SATA поддерживают "горячее подключение". Для ускорения таких параллельных протоколов, как Ultra320 SCSI, требовалось либо расширить шину, что приводило к большему числу проводов, либо увеличить тактовые частоты, но при этом возникали проблемы с задержками сигнала. А последовательные соединения "точка-точка" могут просто использоваться совместно. Собственно, у SAS данный принцип как раз и используется, когда несколько соединений SAS комбинируются вместе для подключения внешних оснасток.

Существует только одно механическое различие между SAS и SATA: оба интерфейса используют одинаковую раскладку для данных и питания, но у SATA два разъёма физически разделены. У SAS оба разъёма соединены, то есть вы сможете подключать SATA-винчестер к SAS-контроллеру, но у вас не получится подключить SAS-накопитель к SATA-контроллеру через разъём SATA (SFF 8482). Работа винчестеров SATA на SAS-контроллере возможна по той причине, что протокол Serial ATA менее сложный и попросту туннелируется в SAS при передаче. Благодаря широким унифицированным разъёмам SAS физическое подключение выполняется весьма надёжно, разъёмы не могут случайно выпасть. Основная причина небольшой разницы в двух разъёмах заключается в расширенном наборе функций SAS, который вы не обнаружите у SATA-контроллеров: SAS поддерживает двухпортовые соединения, обеспечивая избыточное подключение жёсткого диска (необходимая опция для high-end хранилищ) и поддерживает так называемые экспандеры (расширители) для расширения устройств хранения, подобно тому, как сетевой коммутатор работает с несколькими клиентами.

Что касается производительности, то между двумя интерфейсами разница невелика. Serial ATA 2.5 обеспечивает максимальную пропускную способность 3 Гбит/с на порт с кодированием 8/10 бит, что даёт 2,4 Гбит/с или 300 Мбайт/с на порт для передачи данных. То же самое относится и к SAS, хотя в планах значится появление интерфейсов на 6 и 12 Гбит/с, что даст пропускную способность 600 и 1 200 Мбайт/с на порт.

SAS слева, SATA справа.

Для группировки портов SAS (обычно по четыре) используется разъём Mini SAS 4i (SFF-8087).

Тенденции винчестеров: наступление 2,5" моделей

Основная причина, почему 3,5" винчестеры продолжают доминировать в профессиональной сфере, заключается в физических габаритах, которые прекрасно соответствуют широким шлейфам SCSI. Однако меньший 2,5" форм-фактор намного более привлекателен, поскольку он сочетает высокие скорости вращения шпинделя с меньшей нагрузкой на компоненты из-за меньшего диаметра вращающихся пластин. Но сложные интерфейсы SCSI так и не смогли проникнуть в 2,5" мир. Интерфейс SAS изменил ситуацию: разъём SFF 8484 позволяет подключать 2,5" или 3,5" накопители, по протоколам SAS или SATA. 2,5" форм-фактор привлекательнее для производительных хранилищ, поскольку можно увеличить плотность расположения приводов, повышая пропускную способность и число операций ввода/вывода в секунду. В то же время, 2,5" винчестеры потребляют ощутимо меньше энергии, чем 3,5" модели. Энергопотребление становится серьёзной проблемой для профессиональных сфер и центров обработки данных, где используются десятки, сотни или даже тысячи жёстких дисков, и их требуется не только питать, но и охлаждать, что тоже требует немало энергии. Отсюда вполне понятно, что движущей силой 2,5" форм-фактора является цена.

Линейка Savvio от Seagate стала первой коммерчески успешной в секторе 2,5" винчестеров корпоративного уровня. Накопители Savvio 10K.2 сменили первые модели 10K.1, а винчестеры Savvio 15K.1 являются одними из самых производительных SAS-моделей на рынке. Мы не смогли получить восемь жёстких дисков Savvio 15K.1 вовремя, поэтому решили остановиться на восьми моделях Savvio 10K.2. Сегодня доступны варианты с ёмкостью 73 и 146 Гбайт. Мы выбрали меньший размер, чтобы наши тесты проводились за разумный промежуток времени. Винчестеры оснащены 16 Мбайт кэша, используют одну 2,5" пластину и интерфейс SAS на 3 Гбит/с. Как и другие накопители корпоративного уровня, они поставляются с пятилетней гарантией.

Как насчёт 3,5" моделей?

Они не умрут, но 3,5" винчестеры SAS будут постепенно вытесняться из корпоративного высокопроизводительного сектора, уступая место моделям с 2,5" форм-фактором. Если рассматривать высокую ёмкость, то SATA-модели на 7 200 об/мин остаются лучшим компромиссом между производительностью и ёмкостью, они уже достигли ёмкости в 1 Тбайт на жёсткий диск, а модели SAS и SCSI на 10 000 об/мин пока держатся на уровне 300 Гбайт. Чтобы удовлетворить потребности корпоративных хранилищ, все крупные производители жёстких дисков предлагают винчестеры SATA, валидированные для работы в режиме 24/7 с пятилетней гарантией. Хорошими примерами можно считать Seagate Barracuda ES , Hitachi UltraStar A7K1000 или E7K500, а также Western Digital RAID Edition (RE).

Прошивка: 5.2.0 Build 12415.

Первый RAID-контроллер в нашем тестировании - Adaptec RAID 3805. Эта компания дифференцирует продукты начального уровня и производительные решения, но нумерация данной модели требует некоторых пояснений. Каждый продукт, который начинается с цифры "3", как в данном случае, является унифицированной моделью SAS/SATA с пропускной способностью 3 Гбит/с на порт. Вторая цифра обозначает доступное число портов, то есть четыре для RAID 3405, восемь для RAID 3805 или 16 для RAID 31605. Если перед числом приводов стоит "0", то контроллер поддерживает внешние оснастки. Последняя цифра может быть "0" или "5", где "0" означает host-поддержку RAID, а "5" - аппаратное ускорение RAID 5 и RAID 6. Все унифицированные контроллеры используют интерфейс PCI Express, так что модели PCI-X остались в прошлом. Кстати, не следует путать RAID 3805 и RAID 3085, где последний является внешней картой с более скоростным процессором IOP.

RAID 3805 - современная модель с восемью портами SAS и аппаратным ускорением RAID для интерфейса PCI Express. Продукт позиционируется на начальный/средний уровень и может использоваться под большим числом ОС, включая все версии Windows, начиная с Windows 2000, а также Red Hat и SuSe Linux, Novell Netware, SCO Open Server, Sun Solaris, FreeBSD, UnixWare и VMware ESX Server. Контроллер для расчёта XOR-операций использует процессор Intel 80333 на частоте 500 МГц и оснащён 128 Мбайт памяти DDR2 с ECC. Благодаря низкопрофильному форм-фактору и двум разъёмам SFF 8487, каждый из которых обеспечивает четыре порта по одному физическому соединению, RAID 3805 можно устанавливать в компактные серверы 1U, которые имеют слот x4 PCI Express.

Adaptec поддерживает режимы RAID 0, 1, 1E (аналогичен RAID 10), 5, 5EE (с запасным жёстким диском/hot spare), 6, 10, 50, 60 и JBOD, что даёт администраторам определённую гибкость. Что касается функций, то список длинный, включая все привычные функции RAID - онлайновое расширение ёмкости, миграция уровней RAID, быстрая/фоновая инициализация, поддержка "родной" очереди команд (NCQ), разные режимы указания запасных/spare дисков (global/dedicated/pooled), работа с оснастками через SCSI-accessed Fault-Tolerant Enclosure (SAFTE), отложенное время раскрутки шпинделя и т.д. Среди любопытных функций отметим так называемую "copyback hot spare", которая после замены вышедшего из строя винчестера превращает новый жёсткий диск как бы в прежний. Так что метки дисков в оснастке менять не придётся. В таблице ниже мы сравнили функции трёх контроллеров.

В комплект поставки входят контроллер, низкопрофильная заглушка для слота, краткая инструкция по установке на нескольких языках, CD с программным обеспечением, а также два четырёхпортовых кабеля Mini SAS на SATA/SAS стандартов SFF 8487 и SFF 8484. Есть опциональный модуль аккумулятора, который позволяет сохранять в оперативной памяти кэшированные данные после потери питания. Компания решила отказаться от продажи пакета Advanced Data Protection (поддержка RAID 6 и дополнительных функций) в виде опционального обновления. Но резервирование через снимки (snapshot backup) будет доступно только после покупки регистрационного ключа. На RAID-контроллер даётся трёхлетняя гарантия.

На момент публикации Adaptec RAID 3805 стоил $600.

Нажмите на картинку для увеличения.

Atto выпускает два контроллера RAID 5 SAS/SATA с интерфейсом PCI Express: R380, с двумя внешними портами, по четыре накопителя каждый, и R348, с одним портом для четырёх внешних накопителей (SFF 8088) и двумя портами для поддержки до восьми внутренних винчестеров (SFF 8087). Впрочем, вы можете использовать, максимум, восемь портов, считая внутренние и внешние. По информации на сайте Atto, данная функция является уникальной. Мы решили протестировать R348, поскольку данная модель более гибкая, чем R380.

Сначала о недостатках: этот контроллер не поддерживает RAID 6, и он не имеет столь широкой поддержки ОС, как модели Adaptec. Кроме того, на него даётся двухлетняя гарантия, хотя Adaptec, ICP и Ciprico/Raidcore дают три года. Нам сообщили также и о том, что настройки контроллера по умолчанию могут не давать оптимальную производительность, но, к сожалению, уже после того, как мы завершили тесты. Функция под названием "RGSSpeedRead" позволяет выполнять упреждающее чтение с массивов RAID, но её требуется включать через командный интерфейс. Мы обнаружили краткое описание этой функции на последних страницах инструкции. У нас не было времени на повторение всех тестов, но после включения "RGSSpeedRead" скорость чтения действительно возрастает. Обидно, что Atto не включила эту функцию на заводе. Или не посвятила отдельную главу в инструкции оптимизации производительности. R348 имеет интерфейс на Java, который прост в использовании, но не даёт большого числа опций. Мы также не понимаем, почему пользователи должны обязательно зарегистрироваться в Atto перед тем, как что-либо скачивать.

Как и другие контроллеры, Express SAS R348 - низкопрофильная карта PCI Express, использующая восемь линий PCIe. Но в отличие от карт Adaptec и ICP, она оснащена 256 Мбайт памяти DDR2 с поддержкой ECC. Кроме того, используется более мощный процессор XScale IOP 348 на частоте 800 МГц. Он обеспечил хорошие, хотя и не великолепные результаты в тестах ввода/вывода.

Что касается функций, то RAID-контроллер Atto поддерживает все основные режимы RAID: 0, 1, 10, 5, 50. Он может работать в режиме JBOD и даже в RAID 4, который хранит всю информацию избыточности на одном жёстком диске. Но, в отличие от RAID 3, массив RAID 4 создаёт stripe-блоки большего размера, а не однобайтовые блоки, как у RAID 3, что даёт RAID 4 прирост производительности по сравнению с RAID 3. Уровни RAID 6 и 60 пока не поддерживаются, но Atto обещает, что вскоре они будут добавлены. То же самое касается и опционального аккумулятора, который пока не доступен. Поддерживаются ОС Windows Server 2003, Windows 2000, Windows XP и Windows Vista, Max OS X 10.4, а также три разных дистрибутива Linux, но из списка исключены Solaris, FreeBSD и Netware.

Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.

Версия прошивки: 5.2.0 Build 12415.

Данный продукт технически идентичен Adaptec RAID 3805, в основном по той причине, что ICP Vortex входит в группу компаний Adaptec. Полученный нами образец не поддерживал RAID 6 и функцию "copyback", что было связано с устаревшей прошивкой. Обновление добавило поддержку RAID 6 и "copyback spare". Впрочем, между Adaptec RAID 3805 и ICP 5085BL есть серьёзное отличие: ICP используется более скоростной процессор IOP333 на 800 МГц, а у Adaptec RAID 3805 он работает на частоте 500 МГц. ICP использует 256 Мбайт кэш-памяти DDR2 с поддержкой ECC, а у Adaptec её объём ограничен 128 Мбайт. В результате мы получаем в тестах более высокую производительность в RAID 5. Набор функций, ПО и содержимое комплекта поставки идентичны контроллеру Adaptec.

Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.

Версия прошивки: 3.0.0.

Наше первое знакомство с контроллерами Raidcore состоялось ещё в 2003 году и оказалось весьма впечатляющим: host-контроллер использует архитектуру под названием Fulcrum, которая позволяет создавать мощные RAID-контроллеры, независимые от аппаратного уровня. В результате Raidcore оказалась одной из первых компаний, кто предложил решения с поддержкой распределения RAID-массивов по нескольким контроллерам . Это стало возможно благодаря специальной логике, которая работает на host-машине. Но есть и недостаток - все расчёты информации избыточности должны выполняться центральным процессорам host-системы, хотя сегодня, с появлением дву- и четырёхядерных процессоров, это уже не такая острая проблема.

Современные решения Raidcore продвигает компания под названием Ciprico. В линейке RC5000 есть четыре разные модели: две низкопрофильные карты с четырьмя и восемью портами, а также две карты с полной высотой на 12 и 16 портов. Цифра "8" как раз и обозначает наличие восьми портов, модели 5100 используют интерфейс PCI-X, а 5200 - PCI Express x1 или x4. Ciprico является единственным производителем, обеспечивающим распределение массива по нескольким контроллерам (controller spanning), в результате чего можно создавать большие RAID-массивы на нескольких (и даже разных) контроллерах Raidcore. Список функций более полный, чем у Adaptec/ICP или Atto, включая роуминг дисков (перевод винчестеров на любой порт любого контроллера), гибкое расположение дисков для замены/spare (dedicated/global/distributed), разделение зеркал (mirror splitting), скрытие массива (array hiding) и т.д.

Raidcore пока не поддерживает массивы с двойной избыточностью RAID 6 или RAID 60, но есть поддержка RAID 0, 1, 10, JBOD, 5, 50, 1n и 10n. Драйверы доступны под все распространённые версии Windows, Red Hat, Suse и Fedora Linux. Novell Netware, Sun Solaris и другие ОС не поддерживаются. Ciprico даёт трёхлетнюю гарантию, да и программное обеспечение управления весьма логичное и мощное. Производительность RC5252-8 оказалось хорошей, хотя она во многом зависит от host-системы. В нашем случае один двуядерный процессор Xeon (ядро Nocona) на частоте 3,6 ГГц оказался хорошим выбором. Впрочем, любой двуядерный Xeon 5200 (Woodcrest или Clovertown) даст ещё более высокую производительность.

Нажмите на картинку для увеличения.

Производитель	Adaptec	Atto	ICP	Raidcore
Модель	RAID 3805	ExpressSAS R348		RC5252-8
Внутренние разъёмы	2x SFF 8087	2x SFF 8087	2x SFF 8087	2x SFF 8087
Внешние разъёмы	Н/Д	1x SFF 8088	Н/Д	Н/Д
Общее число портов SAS	8	8	8	8
Кэш-память	128 Мбайт DDR2 ECC	256 Мбайт DDR2 ECC	256 Мбайт DDR2 ECC	Нет
Интерфейс	PCI Express x4	PCI Express x8	PCI Express x4	PCI Express x4
XOR-движок	Intel 80333 500 МГц	IOP 348 800 МГц	Intel 80333 800 МГц	Программный
Миграция уровней RAID	Да		Да	Да
Онлайновое расширение ёмкости	Да	Да	Да	Да
Несколько массивов RAID	Да	Да	Да	Да
Отложенная раскрутка шпинделя	Да		Да	Да
Гибкая поддержка запасного/ spare винчестера	Да	Да	Да	Да
Автоматическое преодоление сбоя (Automatic Failover)	Да		Да
Аккумулятор для резервного питания	Опционально	Опционально	Опционально	Не нужен, кэша нет
Вентилятор	Нет	Нет	Нет	Нет
Поддержка ОС	Novell NetWare 6.5 SCO OpenServer UnixWare Sun Solaris 10 x86 FreeBSD	Windows Vista, Server 2003, XP, 2000 Mac OS X (10.4.x) Linux (Fedora, Red Hat and SuSE)	Windows 2000, XP, Server 2003, Vista Red Hat Enterprise Linux (RHEL) SUSE Linux Enterprise Server (SLES) Novell NetWare 6.5 SCO OpenServerUnixWare Sun Solaris 10 x86 FreeBSD	Windows 2000, XP, Server 2003, Vista Red Hat Enterprise Linux (RHEL) 4,5 SuSE 9.3, 10.1, 10.2 SUSE Linux Enterprise Server (SLES) Fedora Core 5,6
Прочее	Copyback	DVRAID	Copyback	Controller Spanning
Гарантия	3 года	2 года	3 года	3 года
Рекомендованная розничная цена	$575	$1 095	$650

Системное аппаратное обеспечение
Процессоры	2x Intel Xeon (ядро Nocona), 3,6 ГГц, FSB800, 1 Мбайт кэша L2
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, 7 200 об/мин, кэш 8 Мбайт, UltraATA/100
Контроллеры накопителей	Intel 82801EB UltraATA/100 (ICH5) Promise SATA 300TX4 Promise FastTrak TX4310 Драйвер 2.06.1.310
Сеть	Broadcom BCM5721 встроенная 1 Гбит/с
Видеокарта	Встроенная ATI RageXL, 8 Мбайт
Тесты
Тесты производительности	Atto Diskmark
Производительность ввода/вывода	IOMeter 2003.05.10 Fileserver Benchmark Webserver Benchmark Database Benchmark Workstation Benchmark
Системное ПО и драйверы
ОС	Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition,Service Pack 1
Драйвер платформы	Intel Chipset Installation Utility 7.0.0.1025
Графический драйвер	Графический драйвер Windows по умолчанию

Результаты тестов

Время инициализации RAID

Мы использовали восемь винчестеров Seagate Savvio 10K.2 и определяли время, которое требовалось контроллерам на создание массивов RAID 5 или RAID 6.

Контроллер	RAID 5	RAID 6
	1 час 12 минут	1 час 2 минуты
Atto	23 минуты	Н/Д
	57 минут	57 минут
	2 часа 42 минуты

Вполне понятно, что контроллеры с самыми быстрыми XOR-процессорами оказались самыми быстрыми. Впрочем, все контроллеры поддерживают фоновую инициализацию, которая снижает производительность, но позволяет сразу же пользоваться массивом.

Пропускная способность пониженного RAID 6

Все четыре контроллера весьма мощные и обеспечивают высокую производительность хранилища и большой набор функций, позволяющих создавать гибкие и высокопроизводительные массивы для серверов среднего и начального уровней. Все контроллеры имеют восемь портов SAS, но к ним можно подключать и винчестеры SATA, включая смешанные варианты SAS/SATA. С помощью расширителей SAS (expander) вы можете подключать большее количество винчестеров. Как мы считаем, четыре рассмотренных контроллера подходят для подключения вплоть до 12 жёстких дисков, поскольку большинство моделей нацелены на внутренние жёсткие диски. Если вы хотите подключать внешние оснастки, то обратите внимание на модели с внешними портами Mini-SAS.

Контроллер ICP 5085BL очень близок к Adaptec RAID 3805, но обеспечивает более высокую производительность благодаря более быстрому XOR-процессору и в два раза большему объёму кэш-памяти. Впрочем, и цена несколько выше: рекомендованная $650 вместо $575 у Adaptec RAID 3805. Обе карты дают впечатляющий набор функций и поставляются с полным набором ПО, который за последние годы немало улучшился. Не будем забывать, что Adaptec - один из самых именитых игроков на рынке профессиональных систем хранения. Atto запрашивает за свой контроллер $1 095, причём за такую цену вы получите меньшее число функций RAID (за исключением поддержки RAID 4), да и вам потребуется выполнить дополнительную настройку контроллера, чтобы он работал быстрее. Ничего страшного, но при настройках по умолчанию выключена функция, ускоряющая производительность чтения. Контроллер даёт хорошие результаты с пониженным массивом RAID 5, поскольку производительность записи не падает, в отличие от других продуктов.

Raidcore поставляет наиболее функциональное программное обеспечение, что является результатом другой архитектуры: она привязана к host-машине и зависит от её производительности. К сожалению, Raidcore пока не поддерживает RAID 6 (собственно, как и Atto), но вы можете распределять массивы RAID по нескольким контроллерам Raidcore, при этом уровень производительности в тестах ввода/вывода на нашем двухпроцессорном сервере Xeon оказался великолепным. Скорости передачи данных были тоже высоки, но другие контроллеры обычно обходят Raidcore в данной дисциплине.

Если вы не против того, чтобы контроллер нагружал host-сервер расчётами XOR и список поддерживаемых ОС вас устраивает, то модель Ciprico/Raidcore обеспечит великолепное соотношение цена/качество. Впрочем, Adaptec даёт более высокую производительность во многих областях, да и цена $575 тоже вполне разумная.

Если Вы заинтересовались этой статьей, то Вы, по-видимому, столкнулись или предполагаете вскоре столкнуться с одной из ниже перечисленных проблем на Вашем компьютере:

- явно не хватает физического объема винчестера, как единого логического диска. Наиболее часто эта проблема возникает при работе с файлами большого объема (видео, графика, базы данных);
- явно не хватает производительности винчестера. Наиболее часто эта проблема возникает при работе с системами нелинейного видео монтажа или при одновременном обращении к файлам на винчестере большого количества пользователей;
- явно не хватает надежности винчестера. Наиболее часто эта проблема возникает при необходимости работать с данными, которые ни в коем случае нельзя потерять или которые должны быть всегда доступны для пользователя. Печальный опыт показывает, что даже самая надежная техника иногда ломается и, как правило, в самый не подходящий момент.

Решить эти и некоторые другие проблемы может создание на Вашем компьютере RAID-системы.

Что такое «RAID»?

В 1987 году Паттерсон (Patterson), Гибсон (Gibson) и Катц (Katz) из калифорнийского университета Беркли опубликовали статью «Корпус для избыточных массивов из дешевых дисководов (RAID)» (A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)). В этой статье описывались разные типы дисковых массивов, обозначаемых сокращением RAID - Redundant Array of Independent (или Inexpensive) Disks (избыточный массив независимых (или недорогих) дисководов). В основу RAID положена следующая идея: объединяя в массив несколько небольших и/или дешевых дисководов, можно получить систему, превосходящую по объему, скорости работы и надежности самые дорогие дисководы. Вдобавок ко всему такая система с точки зрения компьютера выглядит как один единственный дисковод.
Известно, что среднее время наработки на отказ массива дисководов равно среднему времени наработки на отказ одиночного дисковода, деленному на число дисководов в массиве. Вследствие этого среднее время наработки на отказ массива оказывается слишком малым для многих приложений. Однако дисковый массив можно несколькими способами сделать устойчивым к отказу одного дисковода.

В вышеупомянутой статье было определено пять типов (уровней) дисковых массивов: RAID-1, RAID-2, ..., RAID-5. Каждый тип обеспечивал устойчивость на отказ, а также различные преимущества по сравнению с одиночным дисководом. Наряду с этими пятью типами популярность приобрел также дисковый массив RAID-0, НЕ обладающий избыточностью.

Какие существуют уровни RAID и какой из них выбрать?

RAID-0 . Обычно определяется как НЕ избыточная группа дисководов без контроля четности. RAID-0 по способу размещения информации по дисководам, входящим в массив, иногда называется "Striping" ("полосатый" или "тельняшка"):

Так как RAID-0 не обладает избыточностью, авария одного дисковода приводит к аварии всего массива. С другой стороны RAID-0 обеспечивает максимальную скорость обмена и эффективность использования объема дисководов. Поскольку для RAID-0 не требуются сложные математические или логические вычисления, затраты на его реализацию минимальны.

Область применения: аудио- и видео приложения требующие высокой скорости непрерывной передачи данных, которую не может обеспечить одиночный дисковод. Например, исследования, проведенные фирмой Mylex, с целью определить оптимальную конфигурацию дисковой системы для станции нелинейного видео монтажа показывают, что, по сравнению с одним дисководом, массив RAID-0 из двух дисководов дает прирост скорости записи/чтения на 96%, из трех дисководов - на 143% (по данным теста Miro VIDEO EXPERT Benchmark).
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-0" - 2шт.

RAID-1 . Более известен как "Mirroring" ("Зеркалирование") - это пара дисководов, содержащих одинаковую информацию и составляющих один логический диск:

Запись производится на оба дисковода в каждой паре. Тем не менее, дисководы, входящие в пару, могут совершать одновременные операции чтения. Таким образом «зеркалирование» может удваивать скорость чтения, но скорость записи остается неизменной. RAID-1 обладает 100% избыточностью и авария одного дисковода не приводит к аварии всего массива - контроллер просто переключает операции чтения/записи на оставшийся дисковод.
RAID-1 обеспечивает наивысшую скорость работы среди всех типов избыточных массивов (RAID-1 - RAID-5), особенно в многопользовательском окружении, но наихудшее использование дискового пространства. Поскольку для RAID-1 не требуются сложные математические или логические вычисления, затраты на его реализацию минимальны.
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-1" - 2шт.
Для увеличения скорости записи и обеспечения надежности хранения данных несколько массивов RAID-1 можно, в свою очередь, объединить в RAID-0. Такая конфигурация называется «двухуровневый» RAID или RAID-10 (RAID 0+1):

Минимальное количество дисководов в массиве "RAID 0+1" - 4шт.
Область применения: дешевые массивы, в которых главное - надежность хранения данных.

RAID-2 . Распределяет данные по страйпам размером в сектор по группе дисководов. Некоторые дисководы выделяются для хранения ECC (код коррекции ошибок). Так как большинство дисководов по умолчанию хранят коды с ECC для каждого сектора, RAID-2 не дает особых преимуществ по сравнению с RAID-3 и, поэтому, практически не применяется.

RAID-3 . Как и в случае с RAID-2 данные распределяются по страйпам размером в один сектор, а один из дисководов массива отводится для хранения информации о четности:

RAID-3 полагается на коды с ECC, хранящиеся в каждом секторе для обнаружения ошибок. В случае отказа одного из дисководов восстановление хранившейся на нем информации возможно с помощью вычисления исключающего ИЛИ (XOR) по информации на оставшихся дисководах. Каждая запись обычно распределена по всем дисководам и поэтому этот тип массива хорош для работы в приложениях с интенсивным обменом с дисковой подсистемой. Так как каждая операция ввода-вывода обращается ко всем дисководам массива, RAID-3 не может одновременно выполнять несколько операций. Поэтому RAID-3 хорош для однопользовательского однозадачного окружения с длинными записями. Для работы с короткими записями требуется синхронизация вращения дисководов, так как иначе неизбежно уменьшение скорости обмена. Применяется редко, т.к. проигрывает RAID-5 по использованию дискового пространства. Реализация требует значительных затрат.
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-3" - 3шт.

RAID-4 . RAID-4 идентичен RAID-3 за исключением того, что размер страйпов много больше одного сектора. В этом случае чтение осуществляется с одного дисковода (не считая дисковода, хранящего информацию о четности), поэтому возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Тем не менее, так как каждая операция записи должна обновить содержимое дисковода четности, одновременное выполнение нескольких операций записи невозможно. Этот тип массива не имеет заметных преимуществ перед массивом типа RAID-5.
RAID-5. Этот тип массива иногда называется «массив с вращающейся четностью». Данный тип массива успешно преодолевает присущий RAID-4 недостаток - невозможность одновременного выполнения нескольких операций записи. В этом массиве, как и в RAID-4, используются страйпы большого размера, но, в отличие от RAID-4, информация о четности хранится не на одном дисководе, а на всех дисководах по очереди:

Операции записи обращаются к одному дисководу с данными и к другому дисководу с информацией о четности. Так как информация о четности для разных страйпов хранится на разных дисководах выполнение нескольких одновременных операций записи невозможно только в тех редких случаях, когда либо страйпы с данными, либо страйпы с информацией о четности находятся на одном и том же дисководе. Чем больше дисководов в массиве, тем реже совпадает местоположение страйпов информации и четности.
Область применения: надежные массивы большого объема. Реализация требует значительных затрат.
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-5" - 3шт.

RAID-1 или RAID-5?
RAID-5 по сравнению с RAID-1 более экономно использует дисковое пространство, так как в нем для избыточности хранится не «копия» информации, а контрольное число. В результате в RAID-5 можно объединить любое количество дисководов, из которых только один будет содержать избыточную информацию.
Но более высокая эффективность использования дискового пространства достигается за счет более низкой скорости обмена информацией. Во время записи информации в RAID-5 надо каждый раз обновлять информацию о четности. Для этого надо определить, какие именно биты четности изменились. Сначала считывается подлежащая обновлению старая информация. Затем эта информация перемножается по XOR с новой информацией. Результат этой операции - битовая маска, в которой каждый бит =1 означает, что в информации о четности в соответствующей позиции надо заменить значение. Затем обновленная информация о четности записывается на соответствующее место. Следовательно, на каждое требование программы записать информацию, RAID-5 совершает два чтения, две записи и две операции XOR.
За то, что более эффективно используется дисковое пространство (вместо копии данных хранится блок четности) приходится платить: на генерацию и запись информации о четности уходит добавочное время. Это означает, что скорость записи на RAID-5 ниже, чем на RAID-1 в соотношении 3:5 или даже 1:3 (т.е. скорость записи на RAID-5 составляет от 3/5 до 1/3 от скорости записи RAID-1). Из-за этого RAID-5 бессмысленно создавать в программном варианте. Их также нельзя рекомендовать в тех случаях, когда именно скорость записи имеет решающее значение.

Какой выбрать способ реализации RAID - программный или аппаратный?

Прочитав описание различных уровней RAID можно заметить, что нигде не упоминаются какие-либо специфические требования к аппаратуре, которая необходима для реализации RAID. Из чего можно сделать вывод, что все, что нужно для реализации RAID - подключить необходимое количество дисководов к имеющемуся в компьютере контроллеру и установить на компьютер специальное программное обеспечение. Это верно, но не совсем!
Действительно, существует возможность программной реализации RAID. Примером может служить ОС Microsoft Windows NT 4.0 Server, в которой возможна программная реализация RAID-0, -1 и даже RAID-5 (Microsoft Windows NT 4.0 Workstation обеспечивает только RAID-0 и RAID-1). Однако данное решение следует рассматривать, как крайне упрощенное, не позволяющее полностью реализовать возможности RAID-массива. Достаточно отметить, что при программной реализации RAID вся нагрузка по размещению информации на дисководах, вычислению контрольных кодов и т.д. ложится на центральный процессор, что естественно, не увеличивает производительности и надежности системы. По тем же причинам, здесь практически отсутствуют какие-либо сервисные функции и все операции по замене неисправного дисковода, добавления нового дисковода, изменения уровня RAID и т. п. производятся с полной потерей данных и при полном запрете выполнения каких-либо других операций. Единственное достоинство программной реализации RAID - минимальная стоимость.

- специализированный контроллер освобождает центральный процессор от основных операций с RAID, причем эффективность контроллера тем более заметна, чем выше уровень сложности RAID;
- контроллеры, как правило, снабжены драйверами, позволяющими создать RAID практически для любой популярной ОС;
- встроенный BIOS контроллера и прилагаемые к нему программы управления позволяют администратору системы легко подключать, отключать или заменять дисководы, входящие в RAID, создавать несколько RAID-массивов, причем даже разных уровней, контролировать состояние дискового массива и т.д. У «продвинутых» контроллеров эти операции можно производить «на лету», т.е. не выключая системный блок. Многие операции могут быть выполнены в «фоновом режиме», т.е. не прерывая текущую работу и даже дистанционно, т.е. с любого (конечно при наличии доступа) рабочего места;
- контроллеры могут оснащаться буферной памятью («кэш»), в которой запоминаются несколько последних блоков данных, что, при частом обращении к одним и тем же файлам, позволяет значительно увеличить быстродействие дисковой системы.

Недостатком аппаратной реализации RAID является относительно высокая стоимость RAID-контроллеров. Однако, с одной стороны, за все (надежность, быстродействие, сервис) надо платить. С другой стороны, в последнее время, с развитием микропроцессорной техники, стоимость RAID-контоллеров (особенно младших моделей) стала резко падать и стала сравнимой со стоимостью обыкновенных дисковых контроллеров, что позволяет устанавливать RAID-системы не только в дорогие мэйнфреймы, но и в сервера начального уровня и даже в рабочие станции.

Как выбрать модель RAID-контроллера?

Можно выделить несколько типов RAID-контроллеров в зависимости от их функциональных возможностей, конструктивному исполнению и стоимости:
1. Контроллеры дисковода с функциями RAID.
По сути, это обыкновенный дисковый контроллер, который благодаря специальной прошивке BIOS позволяет объединять дисководы в RAID-массив, как правило, уровня 0, 1 или 0+1.

Ultra (Ultra Wide) SCSI контроллер фирмы Mylex KT930RF (KT950RF).
Внешне данный контроллер ни чем не отличается от обыкновенного SCSI-контроллера. Вся "специализация" находится в BIOS, который как бы разделен на две части - «Конфигурация SCSI» / «Конфигурация RAID». Несмотря на невысокую стоимость (менее $200) данный контроллер обладает неплохим набором функций:

- объединение до 8-и дисководов в RAID 0, 1или 0+1;
- поддержка Hot Spare для замены "на лету" вышедшего из строя дисковода;
- возможность автоматической (без вмешательства оператора) замены неисправного дисковода;
- автоматический контроль целостности и идентичности (для RAID-1) данных;
- наличие пароля для доступа в BIOS;
- программа RAIDPlus представляющая информацию о состоянии дисководов в RAID;
- драйвера для DOS, Windows 95, NT 3.5x, 4.0