Секция 1 из 2 - Предыдущая - Следующая

FAQ по практической реализации RAID

Когда нужен RAID?
Что такое "RAID"?
Какие существуют уровни RAID и какой из них выбрать?
Какой выбрать способ реализации RAID - программный или аппаратный?
Как выбрать модель RAID-контоллера?
Что, помимо контроллера, необходимо для практической реализации RAID?

Когда нужен RAID?

- 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.

Что такое «RAID»?

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?

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?

Гораздо больше возможностей дает аппаратная реализация RAID при помощи специальных RAID-контроллеров:

- 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.

Как выбрать модель RAID-контроллера?

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

IDE контроллер фирмы Promise FastTRAK
Данный контроллер содержит два независимых IDE канала. Добавив второй контроллер FastTrak можно получить четыре независимо работающих канала. BIOS, установленный на контроллере, полностью берет на себя все функции прерывания INT13. В частности, он позволяет организовать загрузку с любого из дисковых массивов, подключенных через FastTrak. BIOS, установленный на контроллере, также поддерживает все функции Extended INT13, в том числе и поддержку дисков объемом более 8.4 Гбайта. Стоимость контроллера менее $150. Контроллер обладает следующими характеристиками:

- объединение до 4-х (до 8-и с двумя контроллерами) дисководов в RAID 0, 1или 0+1;
- поддержка Hot Spare для замены "на лету" вышедшего из строя дисковода;
- драйвера для DOS, Windows 95/98, NT 3.x/4.х, Novell Netware 3.1x/4.x, OS/2 Warp 2.x/3.0

Для повышения производительности в FastTRAK используются методы, характерные для SCSI-контроллеров: конвейерный поиск, балансировка загрузки дисководов, буферизация команд интерфейса, оптимизация для различных приложений.

Выводы: Контроллеры дисковода с функциями RAID вряд ли можно рекомендовать в качестве RAID-контроллера для сервера даже среднего уровня (отсутствует кэш, не поддерживается RAID-3 или -5). В то же время, это прекрасный выбор для серверов начального уровня, графических станций и систем нелинейного видео монтажа, для которых основным параметром является соотношение цена/производительность.

2. RAID-контоллеры, работающие в паре с уже имеющимся дисковым контроллером.
Данные RAID-контроллеры рассчитаны на работу с системными платами, на которых интегрирован дисковый контроллер. Таким образом, на плате контроллера находиться только "логическая" часть RAID-контроллера, а функции обмена данными с дисководами возложена на дисковый контроллер интегрированный на системной плате. Такие "усеченные" контроллеры, как правило, поддерживают многие функции полнофункциональных RAID-контроллеров, и, в тоже время, стоят намного дешевле. Однако данное решение не лишено недостатков. Главное из них - каждый "усеченный" контроллер жестко "привязан" к конкретному типу микросхем дискового контроллера и, следовательно, будет работать только на тех системных платах, на которых интегрирована такая микросхема.

Ultra2 SCSI контроллер фирмы Mylex AcceleRAID 150, AcceleRAID 200, AcceleRAID 250
Ultra2 SCSI контроллер фирмы AMI MegaRAID® Express 762

Mylex AcceleRAID 150	Mylex AcceleRAID 200
Mylex AcceleRAID 250	AMI MegaRAID® Express 762

Основные характеристики RAID-контоллеров:

Объединение RAID-контоллера с дисковым контроллером через шину PCI значительно нагружает последнюю, тормозя другие операции ввода-вывода. Для повышения общей производительности системы на некоторых системных платах введен дополнительный интерфейс, названный PCI-RAIDport и позволяющий RAID-контоллеру напрямую обмениваться данными с интегрированным на системной плате SCSI-контроллером.

Для такого интерфейса требуется специализированный RAID-контоллер, например Ultra2 SCSI контроллер ARO1130U2 фирмы Adaptec. Основные характеристики:

- Поддерживаемые уровни RAID: 0, 1 , 0+1, 5;
- Кэш 2—64MB EDO DIMM Unbuffered Parity;
- Рассчитан на работу с системными платами, на которых интегрирован RAIDport II или RAIDport III коннектор и Ultra/Ultra2 SCSI контроллер AIC-7890 или AIC-7896, например Intel L440GX+, C440GX+, SuperMicro P6DBU, S2DGU;
- Поддержка Hot Spare и Hot Swap для замены "на лету" вышедшего из строя дисковода;
- Драйвера для Windows NT 4.0, NetWare 4.11 and 5.0, UnixWare 7.01

Выводы: RAID-контоллеры, работающие в паре с уже имеющимся дисковым контроллером, имеют стоимость не намного выше стоимости качественных Ultra2 SCSI дисковых контроллеров и, в тоже время, по характеристикам почти не уступают полнофункциональным RAID-контоллерам (отсутствует батарейный модуль для защиты кэша и не предусмотрена кластеризация RAID-контроллеров). Недостатком можно считать то, что эти контроллеры «заточены» для работы с определенными типами системных плат, что сужает область их применения. Следует отметить, что контроллеры Mylex AcceleRAID 150 и Mylex AcceleRAID 250 имеют свой Ultra2 SCSI дисковый контроллер, что позволяет использовать их как самостоятельные одноканальные Ultra2 SCSI RAID-контоллеры с любой PCI системной платой.

Секция 1 из 2 - Предыдущая - Следующая

© faqs.org.ru