Что такое RAID-массивы и зачем они нужны

Все RAID-контроллеры, используемые нами в тестах, рассчитаны на работу в операционных средах Windows NT, Windows 2000 и Windows XP. Конечно же, некоторые из них будут работать и в Windows 98 и Windows ME, но эти операционные системы не рассчитаны на работу с RAID массивами. Рассматриваемые нами карты поддерживают несколько RAID массивов на одном контроллере и даже организацию RAID массивов из самих RAID массивов, то есть, можно сделать два RAID 0 массива из двух винчестеров каждый и объединить их в RAID 1. Так же рассматриваемые нами контроллеры поддерживают горячую замену винчестеров, чтобы была возможность заменить вышедший из строя носитель без остановки работы сервера. 

При выборе контроллера, важно  знать, какие уровни RAID он поддерживает. И здесь есть некоторые моменты, на которые надо обратить внимание. Единственная плата, поддерживающая RAID 10 в нашем обзоре - это 3ware Escalade 7500. Дешёвый контроллер HighPoint RocketRAID 133 не поддерживает RAID 5, а Promise FastTrak SX4000 не поддерживает JBOD (Just a Bunch of Disks, простой пучок дисков). HighPoint PocketRAID - единственная двухканальная плата, чем так же и объясняется её низкая стоимость. Двухканальный контроллер поддерживает до четырёх дисков в конфигурации Master/Slave. Все прочие карты поддерживают не более чем по одному винчестеру на каждый канал и так же могут работать лишь не более чем с четырьмя винчестерами. И только контроллер от Adaptec использует 64-битную 33-Мегагерцовую шину PCI, а ведь при работе с быстрыми винчестерами, пропускной способности шины PCI (133 Мб/с) может уже и не хватить, так что использование 64-битной шины вполне оправдано. 

Что касается поддержки операционных систем, то 3ware и HighPoint предоставляют открытые драйвера для Linux, операционной системы, весьма распространённой в серверах и рабочих станциях. 3ware так же предлагает драйвер под FreeBSD от сторонних производителей, что так же неплохо, ведь FreeBSD часто используется в вебсерверах. 

Не всегда более дорогой RAID контроллер является лучшим. Более  того - зачастую к дорогому RAID контроллеру  придётся докупить ещё и память SDRAM, используемую для кэширования им информации. А в таких контроллерах используется SDR SDRAM ECC память, которая  на сегодня уже является редкостью  и производители контроллеров уже  подумывают об использовании более  распространённой DDR SDRAM в качестве кэш-памяти. Прежде, чем покупать IDE RAID контроллер, надо выбрать конфигурацию сервера, число используемых винчестеров  и в какой массив они будут  объединены. Потому что если вы используете  два винчестера в RAID массиве, то естественно, нет смысла покупать четырёхканальный RAID контроллер с поддержкой RAID пятого уровня. 

Тестирование

Как мы уже говорили, производительность RAID-массива зависит от его уровня и от числа винчестеров, входящих в массив. Сравним производительность RAID 1, RAID 0 с двумя винчестерами, RAID 0 с четырьмя винчестерами и RAID 5. Для  тестирования использовалась следующая  тестовая конфигурация: 

Процессор Intel Pentium 4 2.26 ГГц  
Шина 533 МГц  
Материнская плата Abit BD7II-RAID  
Чипсет Intel 845E  
Северный мост Intel 82845E (MCH)  
Южный мост Intel 82801DB (ICH4)  
Драйверы чипсета Intel 4.00.1013 
Intel Application Accelerator 2.2.2  
Память 512 Мб (2 DIMM модуля)  
Тип памяти CAS 2.5 PC2700 DDR SDRAM  
Видеокарта GeForce4 Ti 4200 128 Мб  
Драйвер видеокарты NVIDIA Detonator 30.82  
Винчестеры Maxtor 740X-6L 40GB 7200RPM ATA/133 

ОС Windows XP Professional SP1 

Во всех тестах использовалась файловая система NTFS с размером кластера 4 Кб. Для RAID 0+1, RAID 10 и RAID 5 использовались четыре винчестера. Рассмотрим производительность RAID массивов в WinBench 99. 

Ну что же, первые тесты  показывают, что не всегда чем дороже, тем лучше: 80-долларовая плата начального уровня HighPoint RocketRAID 133 выигрывает у дорогих контроллеров RAID. К сожалению, RocketRAID 133 не поддерживает RAID массивы пятого уровня, поэтому нельзя предположить, как бы повёл себя контроллер при распределении индексов чётности по винчестерам. Но High-End Winmark и Business WinMark показывают лишь обобщённые очки, набранные контроллерами. Рассмотрим результаты синтетических тестов. Следующий тест - WinBench 99 Data Transfer Rate. 

В тестах Data Transfer Rate выигрывают контроллеры от Promise и 3ware, однако, в начале и конце диска показатели разные. С точки зрения оптимального соотношения производительности и надёжности, нас интересуют режимы RAID 10 и RAID 0+1. Здесь, безусловно, и в начале и в конце диска выигрывает контроллер 3Ware. Обратите внимание, что при работе в RAID 1 с четырьмя дисками скорость передачи данных переваливает через 100 Мб/с. Но до преимуществ 64-битной шины PCI, которые раскрывает контроллер 3ware Escalade 7500, ещё далеко. Теоретически, все контроллеры способны передавать до 133 Мб/с и чтобы достигнуть этого предела, потребуется установить в RAID 0 четыре винчестера со скоростью чтения выше 33 Мб/с. 

Время доступа к диску  меняется у разных контроллеров и  в зависимости от типа массива. Наименьшее влияние типа массива на время  доступа к диску у контроллера  HighPoint Rocket RAID 133. Наибольшее - у Adaptec 2400 A; это единственный контроллер, у которого в режиме RAID 0+1 время доступа увеличивается по сравнению с RAID 0 и у этого контроллера самое большое время доступа к диску в режиме RAID 1. 

Загруженность процессора - очень важный фактор выбора контроллера  и типа массива как в сервере, так и в рабочей станции. Практически все контроллеры показывают одинаковые значения, рознящиеся в зависимости от типа массива. Самая высокая загрузка процессора, как и ожидалось, проявляется в режиме RAID 5, здесь почти все ресурсы 2.4 ГГц процессора Pentium 4 уходят на работу с дисковой подсистемой. Немногим меньше расходуется в режиме RAID 0 с четырьмя винчестерами. Ну а RAID 1, RAID 0 с двумя дисками, RAID 10 и RAID 0+1 являются наиболее щадящими в вопросе загрузки CPU. 

Следующий тест - WinStone 2001: как влияет уровень RAID массива на производительность в реальных приложениях. 

Ситуация повторяется: наиболее производительным является RAID массив нулевого уровня с четырьмя винчестерами, и в этих двух тестах наибольшую производительность показывают контроллеры  на чипах HighPoint и 3ware. Следующий тест - время загрузки операционной системы Windows XP. 

Чем ниже проходит кривая на графике, тем результаты выше. Как  видно, здесь снова выигрывают HighPoint и 3ware. Причём, у платы 3Ware Escalade 7500, как и у Promise FastTrack SX4000, время загрузки WinXP практически не зависит от уровня RAID массива. Вообще, как видно из диаграммы, почти на всех RAID массивах, кроме тех, что созданы платой 3ware Escalade 7500, время загрузки выше, чем у простого диска, подключенного к ATA интерфейсу. Причина этого в том, что операционная система вынуждена загружать драйверы для RAID контроллера, а это требует времени. Ну и напоследок посмотрим, как влияет RAID массив на производительность в играх на примере игры Jedi Knight II. 

Как видно из диаграмм, уровень RAID в большой степени влияет на время загрузки уровня игры. Понятное дело, что здесь, в отличие от загрузки Windows XP, драйверы каждый раз не грузятся. И весьма интересно выглядят результаты Promise FastTrak с RAID массивом 0+1: время загрузки уровня значительно меньше, чем у конкурентов, но и скорость в игре так же значительно меньше. Это тем более странно, что судя по WinBench 99, загрузка процессора при работе с массивом у этого контроллера весьма и весьма низкая. Если учитывать, что даже разница во времени загрузки уровня в Jedi Knight II у различных контроллеров не высокая (не считая Promise FastTrak SX4000), то можно сказать, что для игр RAID не имеет практически никакого значения. 

Выводы

Трудно представить современный  сервер или рабочую станцию, не использующую RAID массив. Где-то используются винчестеры с интерфейсом SCSI, где-то Serial ATA, а где-то ATA100/133. Выбор интерфейса зависит, прежде всего, от денежной суммы, на которую рассчитывает заказчик сервера. Интерфейс SCSI имеет преимущества при частых обращениях к файловой системе, поэтому крупные серверы на больших предприятиях имеют ATA100/133 винчестер для загрузки операционной системы и SCSI RAID массив для хранения информации, к которой будет осуществляться доступ клиентов. Как правило, такие серверы имеют очень высокую стоимость и их использование не всегда оправдано. Для серверов начального уровня или для компьютеров, используемых для обработки медиа-файлов, наиболее выгодно использовать RAID массивы из ATA100/133 винчестеров с частотой вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. С одной стороны, они имеют высокую скорость передачи, сравнимую со SCSI винчестерами, приемлемую стоимость за мегабайт, да и IDE RAID контроллеры стоят намного дешевле, чем SCSI RAID платы. При использовании четырёх винчестеров оптимальным является выбор RAID массива десятого уровня, поскольку он имеет чуть меньшую производительность, чем четыре винчестера в RAID 0, но при этом его надёжность даже выше, чем у RAID 1 и RAID 0+1. Можно сказать, что недостатком RAID 10 является использование лишь половины объёма всех винчестеров в массиве, но при наличии в продаже 160-200 Гб винчестеров, этот вопрос можно снимать с рассмотрения, поскольку 400 Гб хватит для большинства современных задач. А там, где идёт работа с большими объёмами данных, обычно устанавливаются серверы совсем другого уровня. 

Ну а если в компьютере установлены лишь два жёстких диска, отведённых под RAID массив? Тогда надо чётко понимать, как будет использоваться их дисковое пространство. Если под временные файлы или файл подкачки, то имеет смысл установить их в RAID 0, так как стоимость информации на них будет ниже, чем стоимость времени, которое позволит выиграть более быстрый массив. Ну а если на этих винчестерах будет храниться важная информация, то имеет смысл ставить лишь RAID 1 (зеркалирование). Поскольку надёжность такого массива будет даже ниже, чем надёжность одного винчестера и в случае выхода из строя оного, восстановить данные будет невозможно. А в наше время информация стоит дороже, чем носитель, на котором она хранится. 

В заключении хочу напомнить, что производители IDE винчестеров  всегда заявляют ресурс наработки на отказ, MTBF, измеряющийся в тысячах  часов. Приятно видеть, что ресурс винчестера составляет, скажем 60 000 часов (почти 7 лет беспрерывной работы), но это значение - усреднённое и к сожалению, зачастую винчестеры не вырабатывают и половину заявленного ресурса. Так что при выборе RAID массива лучше принять за истину, что все IDE винчестеры ненадёжны и надо быть готовым к тому, что любой винчестер может выйти из строя на второй день после установки - излишняя предосторожность не помешает. И не забывайте делать резервные копии!