Создаем 1,5-Тб RAID-массив в домашних условиях

Стр.1 - Часть 1

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.

RAID 0+1

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. Загрузка ОС с многодискового массива. 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.

Стр.2 - Часть 2

Подключаем и конфигурируем

Итак, с теорией разобрались, теперь рассмотрим последовательность действий, необходимых для подключения и настройки жестких дисков для их работы в RAID-массиве 0 и 1 уровней. Сначала подключаем диски к материнской плате. Необходимо подключить диски к первому и второму или третьему и четвертому SATA-разъемам, так как первые два относятся к первичному (Primary) контроллеру, а вторая пара – к вторичному (Secondary). Включаем компьютер и заходим в BIOS. Выбираем пункт Integrated Peripherals, далее – пункт RAID Config. Нашему взору предстает следующая картинка: Ставим RAID Enable, затем включаем RAID для того контроллера, куда подключили диски. На данном рисунке – это IDE Secondary Master и Slave, но нам нужно поставить Enabled в пункте SATA Primary или Secondary, в зависимости от того, куда вы подключили накопители. Нажимаем F10 и выходим из BIOS. После перезагрузки появляется окошко конфигурирования RAID-дисков, чтобы настроить, нажимаем F10. NVIDIA RAID BIOS – именно тут и нужно выбрать, как именно сконфигурировать диски. Интерфейс очень понятный, просто выбираем нужные диски, размер блока, и все. После этого нам предложат отформатировать диски. Для корректной работы RAID-массива в ОС Windows необходимо установить драйвер NVIDIA IDE Driver – он обычно имеется на диске с драйверами, идущем в комплекте с материнской платой. После установки драйверов RAID-массив необходимо инициализировать. Сделать это несложно – кликаем правой кнопкой мыши по значку "Мой компьютер" на рабочем столе, заходим в "Управление – Управление дисками". Служба сама предложит инициализировать и форматировать диски. После прохождения данных процедур RAID-массив готов к использованию. Впрочем, перед установкой рекомендуем ознакомиться с полной инструкцией, идущей в комплекте с материнской платой – там все подробно расписано.

Seagate Barracuda ES 750 GB

Жесткий диск Seagate Barracuda ES был представлен в июне прошлого года. Винчестер был разработан для поддержки решений хранения данных, использующих наиболее быстрорастущие приложения – серверы большего объема, объемные медиа-материалы, а также различные схемы защиты данных. Barracuda ES имеет интерфейс SATA, максимальную емкость в 750 Гб, а скорость вращения шпинделя составляет 7200 об/мин. Благодаря поддержке технологии Rotational Vibration Feed Forward (RVFF), повысилась надежность при работе в близко стоящих мультидисковых системах. Также стоит отметить технологию Workload Management, которая защищает диск от перегрева, что положительно сказывается на надежности дисков. Как уже было отмечено выше, накопитель оснащен интерфейсом SATA II, поддерживает NCQ и имеет 8/16 Мб кэш. Доступны также 250, 400 и 500 Гб варианты. На тестирование компания Seagate любезно предоставила два топовых накопителя ST3750640NS емкостью 750 Гб, оснащенных 16 Мб кэш-памяти. По своим техническим характеристикам диски Barracuda ES являются почти полной копией обычных десктопных винчестеров, и лишь более требовательны к условиям окружающей среды (температура, вибрация). Плюс, есть отличия в поддержке фирменных технологий. Технические характеристики:

Внешний вид

Так выглядит сам накопитель. Примечательно, что диски отличаются как прошивками, так и контроллерами – в одном случае используется чип ST micro, в другом – Agere. В комплекте с ним идет миниатюрный джампер, который переключает режим работы интерфейса с 3 Гбит/с на 1,5 Гбит/с.

Тестирование

Конфигурация тестового стенда: Несколько слов о системе охлаждения. Винчестеры установлены в корзину, которая охлаждалась одним 92 мм вентилятором Zalman ZM-F2. Для сравнения результаты испытуемого сравним еще с тремя жесткими дисками: IDE Samsung SP1604N, 2 Мб кэш, 160 Гб WD 1600JB, IDE, 8 Мб кэш, 160 Гб, WD4000YR емкостью 400 Гб, SATA, 16 Мб кэш, Seagate 7200.10 емкостью 250 Гб, SATA, 16 Мб кэш. При тестировании использовалось следующее программное обеспечение:

• FC Test 1.0 build 11;
• PC Mark 05;
• AIDA 32 3.93 (входящий в нее плагин для тестирования накопителей).

Ввиду того, что результаты Seagate Barracuda ES практически идентичны (разница укладывается в погрешность измерения) результатам Seagate Barracuda 7200.10 750 Гб, протестированного ранее, было решено не включать результаты тестирования одиночного накопителя, дабы не перегружать графики лишней информацией. Результаты тестирования в программе AIDA 32 3.93: Теперь результаты прогона тестового пакета PC Mark 05, вернее, входящих в него четырех тестов дисковой подсистемы. Общий результат тестирования таков: RAID-массив 0 уровня набрал 7429 "попугаев", RAID 1 – 5575 очков; результаты каждого теста: Теперь несколько слов о тесте FC Test, автором которого является Сергей Громов. Эта программа эмулирует процесс создания/копирования файлов, при этом замеряя затраченное на эту процедуру время. Для тестов было использовано два паттерна (заранее подготовленного списка файлов) – для их создания были отсканированы две директории – папка Windows и Films. В итоге, было получено два паттерна – один объемом около 2,4 Гб с кучей небольших по размеру файлов и один объемом 3,8 Гб, с небольшим количеством объемных файлов. На первом этапе по паттерну создавались файлы, и фиксировалось время их создания. После этого файлы считывались, и также фиксировалось затраченное на это время. Затем, файлы копировались на тот же диск, где они были первоначально созданы. Такие результаты были получены в итоге:

Выводы

Следует сразу отметить, что для надежной эксплуатации данных накопителей желательно обеспечить им качественное охлаждение, ибо греются они довольно существенно. В режиме простоя температура жестких дисков была около 35-38 градусов, при копировании поднимаясь до 40 – в комнате было около 23 градусов. Что касается производительности – тесты показали преимущества RAID 0 уровня, которое в некоторых приложениях было более чем двукратным. В режиме зеркалирования падение производительности почти не наблюдается, так что для тех, кому данные дороже самих винчестеров, Seagate Barracuda ES являются отличным выбором. Уровень шума в работе у дисков небольшой, однако, при копировании или считывании он становится ощутим – ведь одновременно задействованы сразу два жестких диска. Так что накопители Seagate Barracuda ES можно смело рекомендовать к покупке, причем, у кого нет средств на приобретение топовых винчестеров по 750 Гб, легко может ограничиться менее емкими вариантами, ведь по скорости они идентичны тем, что участвовали в тестировании.