Cel tablic rajdowych. Rodzaje RAID i ich charakterystyka

Wszystkie nowoczesne płyty główne są wyposażone w zintegrowany kontroler RAID i najlepsi modele mają nawet kilka zintegrowanych kontrolerów RAID. Odrębną kwestią jest to, na ile zintegrowanych kontrolerów RAID potrzebują użytkownicy domowi. W każdym razie nowoczesna płyta główna zapewnia użytkownikowi możliwość tworzenia macierzy RAID z kilku dysków. Jednak nie każdy użytkownik domowy wie, jak stworzyć macierz RAID, jaki poziom wybrać i ogólnie ma słabe pojęcie o zaletach i wadach korzystania z macierzy RAID.
W tym artykule przedstawimy krótki przewodnik po tworzeniu macierzy RAID na komputerach domowych i użyjemy konkretnego przykładu, aby pokazać, jak samodzielnie przetestować wydajność macierzy RAID.

Historia stworzenia

Termin „macierz RAID” pojawił się po raz pierwszy w 1987 roku, kiedy amerykańscy badacze Patterson, Gibson i Katz z University of California Berkeley w swoim artykule „A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Discs, RAID”) opisali, jak w ten sposób można połączyć kilka tanich dysków twardych w jedno urządzenie logiczne, dzięki czemu efektem jest zwiększona pojemność i szybkość systemu, a awaria poszczególnych dysków nie prowadzi do awarii całego systemu.

Od publikacji tego artykułu minęło ponad 20 lat, ale technologia budowy macierzy RAID nie straciła dziś na aktualności. Jedyną rzeczą, która zmieniła się od tego czasu, jest dekodowanie akronimu RAID. Faktem jest, że początkowo macierze RAID w ogóle nie były budowane na tanich dyskach, więc słowo Niedrogi (niedrogi) zmieniono na Niezależne (niezależne), co było bardziej prawdziwe.

Zasada działania

Tak więc RAID jest nadmiarową macierzą niezależnych dysków (Redundant Arrays of Independent Discs), której powierzono zadanie zapewnienia odporności na awarie i poprawy wydajności. Tolerancja błędów jest osiągana dzięki redundancji. Oznacza to, że część pojemności dysku jest przeznaczana na cele serwisowe, stając się niedostępna dla użytkownika.

Wzrost wydajności podsystemu dyskowego zapewnia równoczesna praca kilku dysków iw tym sensie im więcej dysków w macierzy (do pewnego limitu), tym lepiej.

Dyski w macierzy mogą być współużytkowane przy użyciu dostępu równoległego lub niezależnego. Przy dostępie równoległym przestrzeń dyskowa jest dzielona na bloki (paski) do rejestracji danych. Podobnie informacje, które mają zostać zapisane na dysku, są podzielone na te same bloki. Podczas nagrywania poszczególne bloki są zapisywane na różnych dyskach, a kilka bloków na różne dyski występuje w tym samym czasie, co prowadzi do wzrostu wydajności operacji zapisu. Niezbędne informacje są również odczytywane w osobnych blokach jednocześnie z kilku dysków, co również przyczynia się do wzrostu wydajności proporcjonalnie do liczby dysków w macierzy.

Należy zauważyć, że model dostępu równoległego jest realizowany tylko pod warunkiem, że rozmiar żądania zapisu danych jest większy niż rozmiar samego bloku. W Inaczej jest prawie niemożliwe pisanie wielu bloków równolegle. Wyobraź sobie sytuację, w której rozmiar pojedynczego bloku wynosi 8 KB, a rozmiar żądania zapisu danych wynosi 64 KB. W takim przypadku informacje o źródle są dzielone na osiem bloków po 8 KB każdy. Jeśli istnieje tablica składająca się z czterech dysków, to jednocześnie można zapisać cztery bloki, czyli 32 KB. Oczywiście w tym przykładzie prędkość zapisu i odczytu będzie czterokrotnie wyższa niż w przypadku korzystania z jednego dysku. Dotyczy to tylko idealnej sytuacji, jednak rozmiar żądania nie zawsze jest wielokrotnością rozmiaru bloku i liczby dysków w macierzy.

Jeżeli rozmiar rejestrowanych danych jest mniejszy niż rozmiar bloku, wówczas realizowany jest zasadniczo inny model - niezależny dostęp. Co więcej, model ten może być również używany, gdy rozmiar zapisywanych danych jest większy niż rozmiar jednego bloku. Przy niezależnym dostępie wszystkie dane konkretnego żądania są zapisywane na osobnym dysku, czyli sytuacja jest identyczna jak przy pracy z jednym dyskiem. Zaletą modelu niezależnego dostępu jest to, że jeśli w tym samym czasie nadejdzie wiele żądań zapisu (odczytu), wszystkie zostaną wykonane na osobnych dyskach niezależnie od siebie. Taka sytuacja jest typowa na przykład dla serwerów.

Zgodnie z różnymi rodzajami dostępu, istnieją różne rodzaje Macierze RAID, które są powszechnie określane jako poziomy RAID. Oprócz rodzaju dostępu, poziomy RAID różnią się sposobem umieszczania i formowania nadmiarowych informacji. Informacje nadmiarowe można umieścić na dedykowanym dysku lub rozprowadzić na wszystkich dyskach. Istnieje wiele sposobów generowania tych informacji. Najprostszym z nich jest pełna duplikacja (nadmiarowość 100 procent) lub dublowanie. Ponadto stosowane są kody korekcji błędów, a także obliczanie parzystości.

Poziomy RAID

Obecnie istnieje kilka poziomów RAID, które można uznać za standardowe, są to RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5 i RAID 6.

Stosowane są również różne kombinacje poziomów RAID, co pozwala łączyć ich zalety. Zwykle jest to połączenie pewnego rodzaju warstwy odpornej na awarie i poziomu zerowego używanego do poprawy wydajności (RAID 1+0, RAID 0+1, RAID 50).

Zwróć uwagę, że wszystkie współczesne kontrolery RAID obsługują funkcję JBOD (Just a Bench Of Disks), która nie jest przeznaczona do tworzenia tablic - zapewnia możliwość podłączenia poszczególnych dysków do kontrolera RAID.

Należy zauważyć, że kontrolery RAID zintegrowane z płytami głównymi dla komputerów domowych nie obsługują wszystkich poziomów RAID. Dwuportowe kontrolery RAID obsługują tylko poziomy 0 i 1, podczas gdy kontrolery RAID z dużą liczbą portów (na przykład 6-portowy kontroler RAID zintegrowany z mostkiem południowym chipsetu ICH9R/ICH10R) obsługują również poziomy 10 i 5.

Co więcej, jeśli mówimy o płyty główne ach na chipsetach Intela implementują również funkcję Intel Matrix RAID, która pozwala tworzyć macierze RAID kilku poziomów na kilku dyskach twardych jednocześnie, przydzielając część miejsca na dysku dla każdego z nich.

RAID 0

Poziom RAID 0, ściśle rzecz biorąc, nie jest macierzą nadmiarową i w związku z tym nie zapewnia niezawodności przechowywania danych. Niemniej jednak ten poziom jest aktywnie wykorzystywany w przypadkach, gdy konieczne jest zapewnienie wysokiej wydajności podsystemu dyskowego. Podczas tworzenia macierzy RAID poziomu 0 informacje są dzielone na bloki (czasami te bloki nazywane są paskami (stripe)), które są zapisywane na osobnych dyskach, czyli tworzony jest system z dostępem równoległym (jeśli oczywiście blok rozmiar na to pozwala). Umożliwiając jednoczesne we/wy z wielu dysków, macierz RAID 0 zapewnia maksymalną prędkość przesyłania danych i maksymalna wydajność wykorzystanie miejsca na dysku, ponieważ nie jest wymagane miejsce do przechowywania sum kontrolnych. Implementacja tego poziomu jest bardzo prosta. RAID 0 jest używany głównie w obszarach, w których wymagany jest szybki transfer dużych ilości danych.

RAID 1 (Dysk lustrzany)

Poziom RAID 1 to macierz dwudyskowa ze 100-procentową nadmiarowością. Oznacza to, że dane są po prostu całkowicie zduplikowane (odbicie lustrzane), dzięki czemu bardzo wysoki poziom niezawodność (a także koszt). Należy zauważyć, że implementacja warstwy 1 nie wymaga wcześniejszego partycjonowania dysków i danych na bloki. W najprostszym przypadku dwa dyski zawierają te same informacje i stanowią jeden dysk logiczny. Kiedy jeden dysk ulegnie awarii, inny wykonuje swoje funkcje (co jest całkowicie przezroczyste dla użytkownika). Trwa odzyskiwanie macierzy proste kopiowanie. Ponadto ten poziom podwaja szybkość odczytu informacji, ponieważ operację tę można wykonać jednocześnie z dwóch dysków. Taki schemat przechowywania informacji stosowany jest głównie w przypadkach, gdy cena zabezpieczenia danych jest znacznie wyższa niż koszt wdrożenia systemu przechowywania.

RAID 5

RAID 5 to odporna na uszkodzenia macierz dyskowa z rozproszoną pamięcią sum kontrolnych. Podczas zapisu strumień danych jest dzielony na bloki (paski) na poziomie bajtów i jednocześnie zapisywany na wszystkie dyski w macierzy w kolejności cyklicznej.

Załóżmy, że tablica zawiera n dyski i rozmiar paska D. Za każdą porcję n–1 obliczana jest suma kontrolna pasków P.

Naszywka d1 nagrany na pierwszej płycie, pasek d2- na drugim i tak dalej aż do paska d n–1, który jest napisany do ( n–1)-ty dysk. Następny n suma kontrolna zapisu na dysku p n, a proces jest powtarzany cyklicznie od pierwszego dysku, na którym zapisany jest pasek d n.

Proces nagrywania (n–1) paski i ich suma kontrolna jest tworzona jednocześnie dla wszystkich n dyski.

Aby obliczyć sumę kontrolną, na zapisywanych blokach danych używana jest operacja bitowa XOR. Tak, jeśli jest n dyski twarde, D- blok danych (pasek), wówczas suma kontrolna jest obliczana według następującego wzoru:

p n = d 1 d2 ... d 1–1 .

W przypadku awarii dowolnego dysku dane na nim można odzyskać z danych kontrolnych oraz z danych pozostających na zdrowych dyskach.

Jako ilustrację rozważ bloki składające się z czterech bitów. Załóżmy, że istnieje tylko pięć dysków do przechowywania danych i zapisywania sum kontrolnych. Jeżeli istnieje ciąg bitów 1101 0011 1100 1011, podzielony na czterobitowe bloki, to w celu obliczenia sumy kontrolnej należy wykonać następującą operację bitową:

1101 0011 1100 1011 = 1001.

Zatem suma kontrolna zapisana na dysku 5 wynosi 1001.

Jeśli jeden z dysków, na przykład czwarty, ulegnie awarii, to blok d4= 1100 będzie nieczytelne. Jednak jego wartość można łatwo przywrócić z sumy kontrolnej oraz z wartości pozostałych bloków za pomocą tej samej operacji XOR:

d4 = d1 d2d4s. 5 .

W naszym przykładzie otrzymujemy:

d4 = (1101) (0011) (1100) (1011) = 1001.

W przypadku RAID 5 wszystkie dyski w macierzy mają ten sam rozmiar, ale łączna pojemność podsystemu dyskowego dostępnego do zapisu jest zmniejszona o dokładnie jeden dysk. Na przykład, jeśli pięć dysków ma rozmiar 100 GB, rzeczywisty rozmiar macierzy wynosi 400 GB, ponieważ 100 GB jest przydzielone na informacje o parzystości.

RAID 5 można zbudować na trzech lub więcej dyskach twardych. Wraz ze wzrostem liczby dysków twardych w macierzy zmniejsza się nadmiarowość.

RAID 5 ma niezależną architekturę dostępu, która umożliwia jednoczesne wykonywanie wielu odczytów lub zapisów.

RAID 10

RAID 10 to kombinacja poziomów 0 i 1. Minimalnym wymaganiem dla tego poziomu są cztery dyski. W macierzy RAID 10 składającej się z czterech dysków są one łączone parami w macierze poziomu 0, a obie te macierze są łączone jako dyski logiczne w macierz poziomu 1. Możliwe jest również inne podejście: początkowo dyski są łączone w lustro poziomu 1 tablice, a następnie dyski logiczne oparte na tych tablicach - do tablicy poziomu 0.

Intel Matrix RAID

Rozważane macierze RAID poziomów 5 i 1 są rzadko używane w domu, co wynika przede wszystkim z wysokich kosztów takich rozwiązań. Najczęściej w przypadku komputerów domowych jest to macierz poziomu 0 na dwóch dyskach. Jak już zauważyliśmy, RAID poziom 0 nie zapewnia bezpieczeństwa pamięci masowej, dlatego użytkownicy końcowi stają przed wyborem: stworzyć szybką, ale nie niezawodną macierz RAID poziomu 0 lub podwoić koszt miejsca na dysku, - RAID- a macierz poziomu 1, która zapewnia niezawodność przechowywania danych, ale nie zapewnia znacznego wzrostu wydajności.

Aby rozwiązać ten trudny problem, firma Intel opracowała technologię Intel Matrix Storage, która łączy zalety macierzy Tier 0 i Tier 1 na zaledwie dwóch dyskach fizycznych. Aby podkreślić, że w tym przypadku mówimy nie tylko o macierzy RAID, ale o macierzy łączącej zarówno dyski fizyczne, jak i logiczne, w nazwie technologii zamiast słowa „macierz” użyto słowa „macierz”.

Czym więc jest dwudyskowa macierz RAID oparta na technologii Intel Matrix Storage? Podstawowa idea polega na tym, że jeśli system ma wiele dysków twardych i płytę główną z chipsetem Intel obsługującym technologię Intel Matrix Storage, możliwe jest podzielenie przestrzeni dyskowej na kilka części, z których każda będzie działać jako oddzielna macierz RAID.

Rozważ prosty przykład macierzy RAID składającej się z dwóch dysków 120 GB. Każdy z dysków można podzielić na dwa dyski logiczne, na przykład 40 i 80 GB każdy. Następnie dwa dyski logiczne o tym samym rozmiarze (na przykład 40 GB każdy) można połączyć w macierz RAID poziomu 1, a pozostałe dyski logiczne w macierz RAID poziomu 0.

W zasadzie przy użyciu dwóch dysków fizycznych można również stworzyć tylko jedną lub dwie macierze RAID poziomu 0, ale niemożliwe jest uzyskanie tylko macierzy poziomu 1. Oznacza to, że jeśli system ma tylko dwa dyski, technologia Intel Matrix Storage umożliwia tworzenie następujących typów macierzy RAID:

• jedna macierz poziomu 0;
• dwie macierze poziomu 0;
• macierz poziomu 0 i macierz poziomu 1.

Jeśli w systemie są zainstalowane trzy dyski twarde, można utworzyć następujące typy macierzy RAID:

• jedna macierz poziomu 0;
• jedna macierz poziomu 5;
• dwie macierze poziomu 0;
• dwie macierze poziomu 5;
• macierz poziomu 0 i macierz poziomu 5.

Jeżeli w systemie zainstalowane są cztery dyski twarde, to dodatkowo możliwe jest utworzenie macierzy RAID poziomu 10, a także kombinacji poziomu 10 i poziomu 0 lub 5.

Od teorii do praktyki

Jeśli mówimy o komputerach domowych, to najpopularniejsze i najbardziej popularne są macierze RAID poziomu 0 i 1. Zastosowanie macierzy RAID trzech lub więcej dysków w komputerach domowych jest raczej wyjątkiem od reguły. Wynika to z faktu, że z jednej strony koszt macierzy RAID rośnie proporcjonalnie do ilości zaangażowanych w nią dysków, a z drugiej strony dla komputerów domowych pojemność macierzy ma ogromne znaczenie , a nie jego wydajność i niezawodność.

Dlatego w dalszej części rozważymy macierze RAID poziomów 0 i 1 oparte tylko na dwóch dyskach. Celem naszego badania będzie porównanie wydajności i funkcjonalności macierzy RAID 0 i 1 opartych na kilku zintegrowanych kontrolerach RAID, a także zbadanie zależności charakterystyki szybkości macierzy RAID od rozmiaru paska.

Faktem jest, że chociaż teoretycznie przy użyciu macierzy RAID 0 prędkość odczytu i zapisu powinna się podwoić, w praktyce wzrost charakterystyki prędkości jest znacznie mniej skromny i różni się dla różnych kontrolerów RAID. To samo dotyczy macierzy RAID poziomu 1: mimo, że teoretycznie prędkość odczytu powinna się podwoić, w praktyce wszystko nie jest takie płynne.

Dla naszych testy porównawcze Do kontrolerów RAID użyliśmy płyty głównej Gigabyte GA-EX58A-UD7. Ta płyta główna jest oparta na chipsecie Intel X58 Express z mostkiem południowym ICH10R, który ma zintegrowany sześcioportowy kontroler RAID SATA II obsługujący poziomy RAID 0, 1, 10 i 5 z funkcją Intel Matrix RAID. Dodatkowo kontroler GIGABYTE SATA2 RAID jest zintegrowany z płytą Gigabyte GA-EX58A-UD7, na podstawie której zaimplementowano dwa porty SATA II z możliwością organizowania macierzy RAID poziomów 0, 1 i JBOD.

Płyta GA-EX58A-UD7 integruje również kontroler Marvell 9128 SATA III, na podstawie którego zaimplementowano dwa porty SATA III z możliwością organizowania macierzy RAID poziomów 0, 1 i JBOD.

Tym samym płyta Gigabyte GA-EX58A-UD7 posiada trzy oddzielne kontrolery RAID, na podstawie których można tworzyć macierze RAID poziomów 0 i 1 i porównywać je ze sobą. Przypomnijmy, że standard SATA III jest wstecznie kompatybilny ze standardem SATA II, więc w oparciu o kontroler Marvell 9128, który obsługuje dyski SATA III, można również tworzyć macierze RAID za pomocą dysków SATA II.

Stanowisko badawcze miało następującą konfigurację:

• procesor - Intel Core i7-965 Ekstremalna edycja;
• płyta główna - Gigabyte GA-EX58A-UD7;
• Wersja BIOS-u- F2a;
• dyski twarde- dwa dyski zachodnie cyfrowe WD1002FBYS, jeden Western Digital WD3200AAKS;
• zintegrowane kontrolery RAID:
• ICH10R,
• GIGABYT SATA2,
• Marvell 9128;
• pamięć - DDR3-1066;
• wielkość pamięci - 3 GB (trzy moduły po 1024 MB każdy);
• tryb pracy pamięci - DDR3-1333, trzykanałowy tryb pracy;
• karta graficzna - Gigabyte GeForce GTS295;
• zasilacz - Tagan 1300W.

Testy zostały przeprowadzone pod systemem operacyjnym Microsoft Windows 7 Ostateczny (32-bitowy). System operacyjny został zainstalowany na dysku Western Digital WD3200AAKS, który został podłączony do portu kontrolera SATA II zintegrowanego z mostkiem południowym ICH10R. Macierz RAID została zmontowana na dwóch dyskach WD1002FBYS z interfejsem SATA II.

Aby zmierzyć charakterystykę szybkości tworzonych macierzy RAID, wykorzystaliśmy narzędzie IOmeter, które jest branżowym standardem pomiaru wydajności systemów dyskowych.

Narzędzie IOmeter

Ponieważ wymyśliliśmy ten artykuł jako rodzaj podręcznika użytkownika do tworzenia i testowania macierzy RAID, logiczne byłoby rozpoczęcie od opisu narzędzia IOmeter (miernik wejścia / wyjścia), które, jak już zauważyliśmy, jest rodzajem branżowy standard pomiaru wydajności systemów dyskowych. To narzędzie jest bezpłatny i można go pobrać ze strony http://www.iometer.org.

Narzędzie IOmeter jest testem syntetycznym i umożliwia pracę z dyskami twardymi, które nie są podzielone na partycje logiczne, dzięki czemu można testować dyski niezależnie od struktury plików i zredukować wpływ systemu operacyjnego do zera.

Podczas testowania możliwe jest stworzenie określonego modelu dostępu, czyli „wzorca”, który pozwala określić wydajność określonych operacji przez dysk twardy. W przypadku stworzenia konkretny model dostęp umożliwia zmianę następujących parametrów:

• wielkość żądania przeniesienia danych;
• rozkład losowy/sekwencyjny (w %);
• rozkład operacji odczytu/zapisu (w %);
• liczba pojedynczych operacji we/wy działających równolegle.

Narzędzie IOmeter nie wymaga instalacji na komputerze i składa się z dwóch części: samego IOmeter i Dynamo.

IOmeter to kontrolna część programu z użytkownikiem GUI, pozwalając wyprodukować wszystko niezbędne ustawienia. Dynamo to generator obciążenia, który nie posiada interfejsu. Za każdym razem, gdy uruchamiasz IOmeter.exe, automatycznie uruchamiany jest również generator obciążenia Dynamo.exe.

Aby rozpocząć pracę z programem IOmeter wystarczy uruchomić plik IOmeter.exe. Spowoduje to otwarcie głównego okna programu IOmeter (rys. 1).

Ryż. 1. Główne okno programu IOmeter

Należy zauważyć, że narzędzie IOmeter umożliwia testowanie nie tylko lokalnych systemów dyskowych (DAS), ale także dysków sieciowych (NAS). Na przykład może służyć do testowania wydajności podsystemu dyskowego serwera (serwera plików) przy użyciu kilku klientów sieciowych. Dlatego niektóre zakładki i narzędzia w oknie narzędzia IOmeter odnoszą się konkretnie do: ustawienia sieci programy. Oczywiste jest, że testując dyski i macierze RAID, nie będziemy potrzebować tych funkcji programu, dlatego nie będziemy wyjaśniać przeznaczenia wszystkich zakładek i narzędzi.

Tak więc, po uruchomieniu programu IOmeter, po lewej stronie głównego okna (w oknie Topologia) zostanie wyświetlona struktura drzewa wszystkich działających generatorów obciążenia (instancji Dynamo). Każda działająca instancja generatora obciążenia Dynamo jest nazywana menedżerem. Ponadto program IOmeter jest wielowątkowy, a każdy pojedynczy wątek instancji generatora obciążenia Dynamo, który działa, jest nazywany Worker. Liczba uruchomionych pracowników zawsze odpowiada liczbie rdzeni procesora logicznego.

W naszym przykładzie jest tylko jeden komputer z czterordzeniowym procesorem, który obsługuje technologia hyper-threading, a więc uruchamiany jest tylko jeden menedżer (jedna instancja Dynamo) i osiem (według liczby logicznych rdzeni procesora).

Właściwie, aby przetestować dyski w tym oknie, nie ma potrzeby niczego zmieniać ani dodawać.

Jeśli podświetlisz nazwę komputera w strukturze drzewa uruchomionych instancji Dynamo za pomocą myszy, to w oknie cel patka dysk docelowy zostaną wyświetlone wszystkie dyski, macierze dyskowe i inne dyski (w tym dyski sieciowe) zainstalowane w komputerze. Są to napędy, z którymi może współpracować program IOmeter. Media mogą być oznaczone na żółto lub niebiesko. Żółty oznacza logiczne partycje nośnika, a niebieski oznacza urządzenia fizyczne bez utworzonych na nich partycji logicznych. Partycja logiczna może, ale nie musi być przekreślona. Faktem jest, że aby program działał z partycją logiczną, musi najpierw zostać przygotowany poprzez utworzenie na niej plik specjalny wielkości równej pojemności całej partycji logicznej. Jeżeli partycja logiczna jest przekreślona, ​​oznacza to, że partycja nie została jeszcze przygotowana do testowania (zostanie przygotowana automatycznie na pierwszym etapie testowania), ale jeżeli partycja nie jest przekreślona, ​​oznacza to, że plik został już utworzony na partycji logicznej, całkowicie gotowy do testów.

Należy zauważyć, że pomimo obsługiwanych możliwości pracy z partycjami logicznymi, optymalnym rozwiązaniem jest testowanie dysków, które nie są podzielone na partycje logiczne. Możesz bardzo łatwo usunąć logiczną partycję dysku - za pomocą przystawki Zarządzanie dyskiem. Wystarczy kliknąć, aby uzyskać do niego dostęp. kliknij prawym przyciskiem myszy mysz na ikonie komputer na pulpicie i w menu, które się otworzy, wybierz element Zarządzać. W otwartym oknie zarządzanie komputerem po lewej stronie wybierz Przechowywanie, a w nim - Zarządzanie dyskiem. Następnie po prawej stronie okna zarządzanie komputerem zostaną wyświetlone wszystkie podłączone dyski. Klikając prawym przyciskiem myszy żądany dysk i wybierając element z menu, które się otworzy Usuń wolumin... można usunąć partycję logiczną na dysku fizycznym. Przypomnijmy, że po usunięciu partycji logicznej z dysku wszystkie informacje na niej zawarte są usuwane bez możliwości odzyskania.

Ogólnie rzecz biorąc, za pomocą narzędzia IOmeter można testować tylko puste dyski lub macierze dyskowe. Oznacza to, że nie można przetestować dysku lub macierzy dyskowej, na których system operacyjny.

Wróćmy więc do opisu narzędzia IOmeter. W oknie cel patka dysk docelowy musisz wybrać dysk (lub macierz dyskową), który będzie testowany. Następnie musisz otworzyć zakładkę Specyfikacje dostępu(rys. 2), na którym będzie można określić scenariusz testowy.

Ryż. 2. Przejdź do zakładki Specyfikacje narzędzia IOmeter

W oknie Globalne specyfikacje dostępu istnieje lista wstępnie zdefiniowanych skryptów testowych, które można przypisać do menedżera pobierania. Jednak te skrypty nie będą nam potrzebne, więc wszystkie możemy zaznaczyć i usunąć (jest do tego przycisk). Usunąć). Następnie kliknij przycisk Nowy aby utworzyć nowy skrypt testowy. W otwartym oknie Edytuj specyfikację dostępu można zdefiniować scenariusz rozruchu z dysku lub macierzy RAID.

Załóżmy, że chcemy poznać zależność szybkości sekwencyjnego (liniowego) odczytu i zapisu od wielkości bloku żądania transferu danych. Aby to zrobić, musimy wygenerować sekwencję skryptów ładowania w trybie odczytu sekwencyjnego o różnych rozmiarach bloków, a następnie sekwencję skryptów ładowania w trybie zapisu sekwencyjnego o różnych rozmiarach bloków. Zazwyczaj rozmiary bloków są wybierane jako seria, z której każdy element jest dwa razy większy od poprzedniego, a pierwszy element tej serii ma 512 bajtów. Oznacza to, że rozmiary bloków są następujące: 512 bajtów, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 KB, 1 MB. Nie ma sensu, aby rozmiar bloku był większy niż 1 MB dla operacji sekwencyjnych, ponieważ przy tak dużych rozmiarach bloków danych szybkość operacji sekwencyjnych nie zmienia się.

Stwórzmy więc skrypt ładowania sekwencyjnego dla bloku 512 bajtów.

W terenie Imię okno Edytuj specyfikację dostępu wprowadź nazwę skryptu pobierania. Na przykład sekwencyjny_odczyt_512. Dalej w pole Rozmiar żądania przeniesienia ustaw rozmiar bloku danych na 512 bajtów. Suwak Procent losowej/sekwencyjnej dystrybucji(stosunek procentowy między operacjami sekwencyjnymi i selektywnymi) przesuwamy się całkowicie w lewo, aby wszystkie nasze operacje były tylko sekwencyjne. Cóż, suwak , który określa procent między operacjami odczytu i zapisu, przesuwamy się całkowicie w prawo, aby wszystkie nasze operacje były tylko do odczytu. Inne opcje w oknie Edytuj specyfikację dostępu brak konieczności zmiany (rys. 3).

Ryż. 3. Okno Edytuj specyfikację dostępu do tworzenia sekwencyjnego skryptu ładowania odczytu
z blokiem danych o rozmiarze 512 bajtów

Kliknij przycisk Dobrze, a pierwszy stworzony przez nas skrypt zostanie wyświetlony w oknie Globalne specyfikacje dostępu patka Specyfikacje dostępu Narzędzia IOmeter.

Podobnie musisz tworzyć skrypty dla pozostałych bloków danych, jednak aby ułatwić sobie pracę, łatwiej jest nie tworzyć skryptu za każdym razem, klikając przycisk Nowy, a po wybraniu ostatnio utworzonego skryptu naciśnij przycisk Edytuj kopię(edytuj kopię). Następnie okno otworzy się ponownie. Edytuj specyfikację dostępu z ustawieniami naszego ostatniego wygenerowanego skryptu. W nim wystarczy zmienić tylko nazwę i rozmiar bloku. Po wykonaniu podobnej procedury dla wszystkich innych rozmiarów bloków, można rozpocząć generowanie skryptów do nagrywania sekwencyjnego, które odbywa się dokładnie w ten sam sposób, z wyjątkiem suwaka Procentowa dystrybucja odczytu/zapisu, który określa procentowy stosunek między operacjami odczytu i zapisu, musi być przesunięty całkowicie w lewo.

Podobnie możesz tworzyć skrypty do selektywnego pisania i czytania.

Gdy wszystkie skrypty są gotowe, należy je przypisać do menedżera rozruchu, czyli wskazać, z którymi skryptami będzie on współpracować Dynamo.

Aby to zrobić, jeszcze raz sprawdzamy, że w oknie topologia podświetlona jest nazwa komputera (tj. menedżer obciążenia na lokalnym komputerze), a nie oddzielny pracownik. Gwarantuje to, że scenariusze obciążenia są przypisywane do wszystkich pracowników jednocześnie. Dalej w oknie Globalne specyfikacje dostępu wybierz wszystkie stworzone przez nas scenariusze obciążenia i naciśnij przycisk Dodać. Wszystkie wybrane scenariusze obciążenia zostaną dodane do okna (rys. 4).

Ryż. 4. Przypisanie stworzonych scenariuszy obciążenia do menedżera obciążenia

Następnie musisz przejść do zakładki Konfiguracja testowa(Rys. 5), gdzie można ustawić czas wykonania każdego stworzonego przez nas skryptu. W tym celu grupa czas pracy ustawić czas wykonania scenariusza obciążenia. Wystarczy ustawić czas równy 3 minuty.

Ryż. 5. Ustawianie czasu wykonania scenariusza obciążenia

Ponadto w terenie opis testu musisz podać nazwę całego testu. W zasadzie zakładka ta posiada wiele innych ustawień, ale do naszych zadań nie są one potrzebne.

Po dokonaniu wszystkich niezbędnych ustawień zaleca się zapisanie utworzonego testu poprzez kliknięcie przycisku z obrazem dyskietki na pasku narzędzi. Test jest zapisywany z rozszerzeniem *.icf. Następnie można użyć utworzonego skryptu ładowania, uruchamiając nie plik IOmeter.exe, ale zapisany plik z rozszerzeniem *.icf.

Teraz możesz przejść bezpośrednio do testów, klikając przycisk z wizerunkiem flagi. Zostaniesz poproszony o nazwanie pliku wyników testu i wybranie jego lokalizacji. Wyniki testu są zapisywane w pliku CSV, który można następnie łatwo wyeksportować do Excela i ustawiając filtr na pierwszej kolumnie, wybrać żądane dane z wynikami testu.

Podczas testów na zakładce można zaobserwować wyniki pośrednie wyświetlanie wyników i możesz określić, do którego scenariusza obciążenia należą na karcie Specyfikacje dostępu. W oknie Przypisana specyfikacja dostępu uruchomiony skrypt jest wyświetlany na zielono, ukończone skrypty na czerwono, a jeszcze niewykonane skrypty na niebiesko.

Omówiliśmy więc podstawowe techniki pracy z narzędziem IOmeter, które będzie wymagane do testowania poszczególnych dysków lub macierzy RAID. Zauważ, że nie omówiliśmy wszystkich funkcji narzędzia IOmeter, ale opis wszystkich jego funkcji wykracza poza zakres tego artykułu.

Tworzenie macierzy RAID w oparciu o kontroler GIGABYTE SATA2

Tak więc zaczynamy tworzyć dwudyskową macierz RAID za pomocą zintegrowanego na płycie kontrolera RAID GIGABYTE SATA2. Oczywiście sam Gigabyte nie produkuje chipów, dlatego pod chipem GIGABYTE SATA2 kryje się przemianowany chip innej firmy. Jak widać z pliku INF sterownika, jest to kontroler serii JMicron JMB36x.

Dostęp do menu ustawień sterownika możliwy jest na etapie uruchamiania systemu, dla którego należy nacisnąć kombinację klawiszy Ctrl+G, gdy na ekranie pojawi się odpowiedni napis. Oczywiście najpierw w ustawieniach BIOS-u należy zdefiniować tryb pracy dwóch portów SATA związanych z kontrolerem GIGABYTE SATA2 jako RAID (w przeciwnym razie dostęp do menu konfiguratora macierzy RAID będzie niemożliwy).

Menu konfiguracji kontrolera RAID GIGABYTE SATA2 jest dość proste. Jak już zauważyliśmy, kontroler jest dwuportowy i umożliwia tworzenie macierzy RAID poziomu 0 lub 1. Poprzez menu ustawień kontrolera można usunąć lub utworzyć macierz RAID. Podczas tworzenia tablicy RAID można określić jej nazwę, wybrać poziom tablicy (0 lub 1), ustawić rozmiar paska dla RAID 0 (128, 84, 32, 16, 8 lub 4K), a także określić rozmiar tablicy.

Po utworzeniu tablicy nie są możliwe żadne zmiany w niej. Oznacza to, że nie można później zmienić dla utworzonej tablicy, na przykład jej poziomu lub rozmiaru paska. Aby to zrobić, musisz najpierw usunąć tablicę (z utratą danych), a następnie ponownie ją utworzyć. W rzeczywistości nie dotyczy to tylko kontrolera GIGABYTE SATA2. Brak możliwości zmiany parametrów tworzonych macierzy RAID jest cechą wszystkich kontrolerów, co wynika z samej zasady implementacji macierzy RAID.

Po utworzeniu macierzy opartej na kontrolerze GIGABYTE SATA2 bieżące informacje na jej temat można wyświetlić za pomocą narzędzia GIGABYTE RAID Configurer, które jest instalowane automatycznie wraz ze sterownikiem.

Tworzenie macierzy RAID w oparciu o kontroler Marvell 9128

Konfiguracja kontrolera RAID Marvell 9128 jest możliwa tylko poprzez ustawienia BIOS płyty Gigabyte GA-EX58A-UD7. Ogólnie trzeba powiedzieć, że menu konfiguratora kontrolera Marvell 9128 jest nieco surowe i może wprowadzać w błąd niedoświadczonych użytkowników. Jednak o tych drobnych wadach porozmawiamy nieco później, ale na razie rozważymy główne. funkcjonalność Kontroler Marvell 9128.

Tak więc, chociaż ten kontroler obsługuje dyski SATA III, jest również w pełni kompatybilny z dyskami SATA II.

Kontroler Marvell 9128 umożliwia tworzenie macierzy RAID poziomów 0 i 1 w oparciu o dwa dyski. W przypadku tablicy poziomu 0 można określić rozmiar paska 32 lub 64 KB, a także określić nazwę tablicy. Dodatkowo istnieje taka opcja jak Gigabyte Rounding, która wymaga wyjaśnienia. Wbrew nazwie, zgodnej z nazwą producenta, funkcja Gigabyte Rounding nie ma z tym nic wspólnego. Co więcej, nie ma to nic wspólnego z macierzą RAID poziomu 0, chociaż można to zdefiniować w ustawieniach kontrolera specjalnie dla tablicy tego poziomu. Właściwie jest to pierwsza z tych niedociągnięć konfiguratora kontrolera Marvell 9128, o którym wspominaliśmy. Funkcja zaokrąglania gigabajtów jest zdefiniowana tylko dla poziomu RAID 1. Umożliwia korzystanie z dwóch dysków (na przykład różnych producentów lub różne modele), których pojemności nieznacznie się od siebie różnią. Funkcja zaokrąglania gigabajtów ustawia tylko różnicę w rozmiarach dwóch dysków używanych do tworzenia macierzy RAID poziomu 1. W kontrolerze Marvell 9128 funkcja zaokrąglania gigabajtów umożliwia ustawienie różnicy w rozmiarach dysków na 1 lub 10 GB.

Kolejną wadą konfiguratora kontrolera Marvell 9128 jest to, że podczas tworzenia macierzy RAID poziomu 1 użytkownik ma możliwość wyboru rozmiaru paska (32 lub 64 KB). Jednak koncepcja paska nie jest w ogóle zdefiniowana dla macierzy RAID poziomu 1.

Tworzenie macierzy RAID w oparciu o kontroler zintegrowany z ICH10R

Najczęściej stosowanym jest kontroler RAID zintegrowany z mostkiem południowym ICH10R. Jak już wspomniano, ten kontroler RAID jest 6-portowy i obsługuje nie tylko tworzenie macierzy RAID 0 i RAID 1, ale także RAID 5 i RAID 10.

Dostęp do menu ustawień sterownika możliwy jest na etapie uruchamiania systemu, dla którego należy nacisnąć kombinację klawiszy Ctrl+I, gdy na ekranie pojawi się odpowiedni napis. Oczywiście należy najpierw zdefiniować tryb pracy tego kontrolera jako RAID w ustawieniach BIOS-u (w przeciwnym razie dostęp do menu konfiguratora macierzy RAID będzie niemożliwy).

Menu konfiguracji kontrolera RAID jest dość proste. Za pomocą menu ustawień kontrolera można usunąć lub utworzyć macierz RAID. Podczas tworzenia tablicy RAID możesz określić jej nazwę, wybrać poziom tablicy (0, 1, 5 lub 10), ustawić rozmiar paska dla RAID 0 (128, 84, 32, 16, 8 lub 4K) oraz zdefiniuj rozmiar tablicy.

Porównanie wydajności RAID

Aby przetestować macierze RAID za pomocą narzędzia IOmeter, stworzyliśmy scenariusze odczytu sekwencyjnego, zapisu sekwencyjnego, odczytu selektywnego i obciążenia zapisu selektywnego. Rozmiary bloków danych w każdym scenariuszu ładowania były następujące: 512 bajtów, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 KB, 1 MB.

Na każdym z kontrolerów RAID utworzono macierz RAID 0 ze wszystkimi dozwolonymi rozmiarami pasków i macierz RAID 1. Ponadto, aby móc ocenić przyrost wydajności uzyskany przy użyciu tablicy RAID, przetestowaliśmy również pojedynczy dysk na każdym z kontrolerów RAID.

Przejdźmy więc do wyników naszych testów.

Kontroler GIGABYTE SATA2

Przede wszystkim przyjrzyjmy się wynikom testów macierzy RAID opartych na kontrolerze GIGABYTE SATA2 (Rysunek 6-13). Ogólnie kontroler okazał się dosłownie tajemniczy, a jego działanie było po prostu rozczarowujące.

Jeśli spojrzysz na charakterystykę szybkości pojedynczego dysku (bez macierzy RAID), to maksymalna prędkość odczyt sekwencyjny wynosi 102 MB/s, a maksymalna prędkość zapisu sekwencyjnego wynosi 107 MB/s.

Podczas tworzenia macierzy RAID 0 o rozmiarze paska 128 KB maksymalna prędkość sekwencyjnego odczytu i zapisu wzrasta do 125 MB/s, czyli wzrost o około 22%.

Przy rozmiarze paska 64, 32 lub 16 KB maksymalna prędkość odczytu sekwencyjnego wynosi 130 MB/s, a maksymalna prędkość zapisu sekwencyjnego wynosi 141 MB/s. Oznacza to, że przy określonych rozmiarach pasków maksymalna prędkość odczytu sekwencyjnego wzrasta o 27%, a maksymalna prędkość zapisu sekwencyjnego — o 31%.

Właściwie to nie wystarczy dla tablicy poziomu 0, a chciałbym, aby maksymalna szybkość operacji sekwencyjnych była wyższa.

Przy rozmiarze paska 8 KB maksymalna szybkość operacji sekwencyjnych (odczyt i zapis) pozostaje w przybliżeniu taka sama jak w przypadku paska o rozmiarze 64, 32 lub 16 KB, ale występują oczywiste problemy z odczytem selektywnym. Gdy rozmiar bloku danych wzrasta do 128 KB, selektywna prędkość odczytu (tak jak powinna) wzrasta proporcjonalnie do rozmiaru bloku danych. Jednak przy rozmiarze bloku danych większym niż 128 KB selektywna prędkość odczytu spada prawie do zera (do około 0,1 MB / s).

Przy rozmiarze paska 4 KB spada nie tylko prędkość odczytu selektywnego przy rozmiarze bloku większym niż 128 KB, ale także szybkość odczytu sekwencyjnego przy rozmiarze bloku większym niż 16 KB.

Użycie macierzy RAID 1 na kontrolerze GIGABYTE SATA2 nie zmienia znacząco (w porównaniu z pojedynczym dyskiem) prędkości odczytu sekwencyjnego, ale maksymalna prędkość zapisu sekwencyjnego zostaje zmniejszona do 75 MB/s. Przypomnijmy, że w przypadku macierzy RAID 1 prędkość odczytu powinna wzrosnąć, a prędkość zapisu nie powinna zmniejszać się w porównaniu z prędkością odczytu i zapisu pojedynczego dysku.

Na podstawie wyników testów kontrolera GIGABYTE SATA2 można wyciągnąć tylko jeden wniosek. Stosowanie dany kontroler tworzenie macierzy RAID 0 i RAID 1 ma sens tylko wtedy, gdy wszystkie inne kontrolery RAID (Marvell 9128, ICH10R) są już włączone. Chociaż raczej trudno sobie wyobrazić taką sytuację.

Kontroler Marvell 9128

Kontroler Marvell 9128 wykazał znacznie wyższą wydajność w porównaniu z kontrolerem GIGABYTE SATA2 (Rysunek 14-17). Właściwie różnice pojawiają się nawet wtedy, gdy kontroler pracuje z jednym dyskiem. Podczas gdy kontroler GIGABYTE SATA2 ma maksymalną prędkość odczytu sekwencyjnego wynoszącą 102 MB/s i jest osiągany przy rozmiarze bloku danych 128 KB, dla kontrolera Marvell 9128 maksymalna prędkość odczytu sekwencyjnego wynosi 107 MB/s i jest osiągana przy użyciu bloku danych rozmiar 16 KB.

Podczas tworzenia macierzy RAID 0 o rozmiarze paska 64 i 32 KB maksymalna prędkość odczytu sekwencyjnego wzrasta do 211 MB/s, a zapisu sekwencyjnego - do 185 MB/s. Oznacza to, że przy określonych rozmiarach pasków maksymalna prędkość odczytu sekwencyjnego wzrasta o 97%, a maksymalna prędkość zapisu sekwencyjnego - o 73%.

Nie ma znaczącej różnicy w szybkości między macierzami RAID 0 o rozmiarze paska 32 i 64 KB, ale użycie paska 32 KB jest bardziej preferowane, ponieważ w tym przypadku szybkość operacji sekwencyjnych z rozmiarem bloku mniejszym niż 128 KB będzie nieco wyższy.

Podczas tworzenia macierzy RAID 1 na kontrolerze Marvell 9128 maksymalna szybkość operacji sekwencyjnych jest prawie niezmieniona w porównaniu z pojedynczym dyskiem. Jeśli więc dla pojedynczego dysku maksymalna prędkość operacji sekwencyjnej wynosi 107 MB/s, to dla RAID 1 jest to 105 MB/s. Należy również zauważyć, że w przypadku RAID 1 selektywna prędkość odczytu jest nieco obniżona.

Ogólnie należy zauważyć, że kontroler Marvell 9128 ma dobrą charakterystykę szybkości i może być używany zarówno do tworzenia macierzy RAID, jak i do podłączania do niego pojedynczych dysków.

Kontroler ICH10R

Kontroler RAID wbudowany w ICH10R okazał się być najbardziej wydajnym, jaki kiedykolwiek testowaliśmy (Rysunek 18-25). W przypadku używania z pojedynczym dyskiem (bez tworzenia macierzy RAID) jego wydajność jest w rzeczywistości taka sama jak kontrolera Marvell 9128. Maksymalna prędkość sekwencyjnego odczytu i zapisu wynosi 107 MB i jest osiągana przy rozmiarze bloku danych 16 KB.

Technologia RAID umożliwia łączenie wielu fizycznych urządzenia dyskowe(dyski twarde lub partycje na nich) do macierzy dyskowej. Dyski wchodzące w skład macierzy są zarządzane centralnie i prezentowane w systemie jako jedno urządzenie logiczne, odpowiednie do zorganizowania na nim jednego systemu plików.

Istnieją dwa sposoby implementacji RAID:

• sprzęt komputerowy;
• program.

Sprzętowa macierz dyskowa składa się z kilku dysków twardych zarządzanych przez dedykowaną kartę kontrolera RAID.

Zalety sprzętowego RAID:

• wyższa niezawodność (w porównaniu do oprogramowania);
• minimalne obciążenie procesora i magistrali systemowej;

Oprogramowanie RAID jest realizowane za pomocą specjalnego sterownika. W tablica programu partycje dyskowe są zorganizowane, które mogą zajmować zarówno cały dysk, jak i jego część, a zarządzanie odbywa się za pomocą specjalnych narzędzi.

Korzyści z oprogramowania RAID:

• wyższa prędkość przetwarzania danych;
• niezależność od formatów danych na dysku (kompatybilność z różnymi typami i rozmiarami partycji);
• oszczędności na zakupie dodatkowego wyposażenia.

Poziomy RAID

Istnieje kilka rodzajów macierzy RAID, tzw. poziomów.

RAID0

Aby utworzyć tablicę tego poziomu, potrzebujesz co najmniej dwóch dysków o tym samym rozmiarze. Nagrywanie odbywa się zgodnie z zasadą alternacja: dane są dzielone na porcje danych o tym samym rozmiarze i dystrybuowane pojedynczo na wszystkich dyskach zawartych w macierzy. Ponieważ nagrywanie odbywa się na wszystkich dyskach, jeśli jeden z nich ulegnie awarii, wszystko dane przechowywane w tablicy. Jest to cena wyboru zwiększenia szybkości pracy z danymi: zapis i odczyt na różnych dyskach odbywa się równolegle i odpowiednio szybciej.

RAID1

Tablice tego poziomu budowane są zgodnie z zasadą dublowanie, w którym wszystkie dane zapisane na jednym dysku są duplikowane na innym. Do utworzenia takiej macierzy potrzebne są co najmniej dwa dyski o tym samym rozmiarze. Nadmierność zapewnia odporność macierzy na uszkodzenia: w przypadku awarii jednego z dysków dane na drugim pozostają nienaruszone. Nagrodą za niezawodność jest faktyczne zmniejszenie o połowę miejsca na dysku. Szybkość odczytu i zapisu pozostaje na normalnym poziomie twardy dysk.

RAID4

Macierze RAID4 realizują tę zasadę parytet, który łączy technologie stripingu i mirroringu. Jeden z trzech (lub więcej) dysków służy do przechowywania informacji o parzystości w postaci bloków z sumami kontrolnymi bloków danych rozmieszczonych sekwencyjnie na pozostałych dyskach (jak w RAID0).

Zaletami tego poziomu jest odporność na awarie poziomu RAID1 przy mniejszej redundancji (niezależnie od tego, z ilu dysków składa się macierz, tylko jeden z nich służy do kontroli informacji). Jeśli jeden z dysków ulegnie awarii, utracone dane można odzyskać z bloków sterujących, a jeśli macierz posiada dysk zapasowy, rekonstrukcja danych rozpocznie się automatycznie. Oczywistą wadą jest jednak zmniejszenie szybkości zapisu, ponieważ przy każdym oblicza się informacje o parzystości nowe wejście na dysk.

RAID5

Ten poziom jest podobny do RAID4, z tą różnicą, że bloki z informacją o parzystości nie znajdują się na osobnym dysku, ale są równomiernie rozłożone na wszystkich dyskach macierzy wraz z blokami danych. W rezultacie następuje wzrost szybkości pracy z danymi i wysoka odporność na błędy.

Dziś porozmawiamy macierze RAID. Zastanówmy się, co to jest, dlaczego tego potrzebujemy, co się dzieje i jak wykorzystać w praktyce cały ten splendor.

A więc w kolejności: co to jest macierz RAID lub po prostu NALOT? Skrót ten oznacza „Redundant Array of Independent Disks” lub „redundant (redundant) array of Independent disks”. Mówiąc prosto, macierz RAID jest to zbiór dysków fizycznych połączonych w jeden dysk logiczny.

Zwykle jest odwrotnie Jednostka systemowa zainstalowany jest jeden dysk fizyczny, który dzielimy na kilka logicznych. Tutaj sytuacja jest odwrotna - kilka dysków twardych jest najpierw łączonych w jeden, a następnie system operacyjny jest postrzegany jako jeden. Tych. System operacyjny jest mocno przekonany, że fizycznie ma tylko jeden dysk.

macierze RAID to sprzęt i oprogramowanie.

Sprzęt komputerowy macierze RAID są tworzone przed załadowaniem systemu operacyjnego za pomocą specjalnych narzędzi podłączonych do Kontroler RAID- coś takiego jak BIOS. W wyniku tworzenia takich macierz RAID już na etapie instalacji systemu operacyjnego zestaw dystrybucyjny „widzi” jeden dysk.

Oprogramowanie macierze RAID stworzony przez system operacyjny. Tych. podczas rozruchu system operacyjny „rozumie”, że ma kilka fizycznych dysków i dopiero po uruchomieniu systemu operacyjnego za pomocą oprogramowanie dyski są łączone w macierze. Oczywiście sam system operacyjny nie jest włączony macierz RAID, ponieważ jest ustawiany przed utworzeniem.

"Dlaczego to wszystko jest konieczne?" - ty pytasz? Odpowiedź brzmi: zwiększenie szybkości odczytu/zapisu danych i/lub poprawa odporności i bezpieczeństwa na błędy.

"W jaki sposób macierz RAID może zwiększyć prędkość lub zabezpieczyć dane?” – aby odpowiedzieć na to pytanie, rozważ główne typy macierze RAID jak powstają i co w rezultacie daje.

RAID-0. Nazywany również „Stripe” lub „Tape”. Co najmniej dwa dyski twarde są łączone w jeden poprzez sekwencyjne łączenie i sumowanie woluminów. Tych. jeśli weźmiemy dwa dyski o pojemności 500 GB i stworzymy z nich RAID-0, system operacyjny potraktuje go jako pojedynczy dysk terabajtowy. Jednocześnie prędkość odczytu/zapisu tej macierzy będzie dwukrotnie wyższa niż pojedynczego dysku, ponieważ np. jeśli baza fizycznie znajduje się na dwóch dyskach w ten sposób, jeden użytkownik może odczytać dane z jednego dysk, a drugi użytkownik może jednocześnie zapisywać na innym dysku. Natomiast w przypadku lokalizacji bazy danych na jednym dysku, dysk twardy zadania odczytu / zapisu różnych użytkowników będą wykonywane sekwencyjnie. RAID-0 umożliwi równoległe czytanie/pisanie. W rezultacie im więcej dysków w macierzy RAID-0, tym szybciej działa sama tablica. Zależność jest wprost proporcjonalna - prędkość wzrasta N razy, gdzie N to liczba dysków w macierzy.
W tablicy RAID-0 jest tylko jedna wada, która przesłania wszystkie zalety jej używania - całkowita nieobecność tolerancja błędów. Jeśli jeden z dysków fizycznych macierzy umrze, cała macierz umrze. Na ten temat jest stary żart: „Co oznacza „0” w tytule RAID-0? - ilość informacji do przywrócenia po śmierci tablicy!"

RAID-1. Nazywany również „lustrem” lub „lustrem”. Co najmniej dwa dyski twarde są łączone w jeden przez łączenie równoległe. Tych. jeśli weźmiemy dwa dyski o pojemności 500 GB i stworzymy z nich RAID-1, system operacyjny potraktuje go jako pojedynczy dysk o pojemności 500 GB. Jednocześnie prędkość odczytu / zapisu tej macierzy będzie taka sama jak pojedynczego dysku, ponieważ informacje są odczytywane / zapisywane na obu dyskach jednocześnie. RAID-1 nie daje przyrostu prędkości, ale zapewnia większą odporność na błędy, ponieważ w przypadku śmierci jednego z dysków twardych zawsze znajduje się kompletny duplikat informacji znajdujących się na drugim dysku. Jednocześnie należy pamiętać, że odporność na awarie jest zapewniona dopiero od śmierci jednego z dysków w macierzy. Jeśli dane zostały celowo usunięte, to są one usuwane ze wszystkich dysków macierzy jednocześnie!

RAID-5. Więcej bezpieczna opcja RAID 0. Objętość tablicy jest obliczana według wzoru (N - 1) * Rozmiar dysku RAID-5 z trzech dysków po 500 GB każdy otrzymamy macierz 1 terabajta. Istota tablicy RAID-5że kilka dysków zostanie połączonych w RAID-0, a tak zwana „suma kontrolna” zostanie zapisana na ostatnim dysku - informacje serwisowe, przeznaczony do przywracania jednego z dysków macierzy w przypadku jego śmierci. Szybkość zapisu tablicy RAID-5 nieco niższy, ponieważ obliczenie i zapisanie sumy kontrolnej na oddzielny dysk zajmuje trochę czasu, ale prędkość odczytu jest taka sama jak w RAID-0.
Jeśli jeden z dysków w macierzy RAID-5 umiera, prędkość odczytu / zapisu gwałtownie spada, ponieważ wszystkim operacjom towarzyszą dodatkowe manipulacje. Tak właściwie RAID-5 zamienia się w RAID-0 i jeśli nie zajmiesz się odzyskiwaniem w odpowiednim czasie macierz RAID istnieje znaczne ryzyko całkowitej utraty danych.
Z tablicą RAID-5 można skorzystać z tzw. dysku zapasowego, czyli tzw. zapasowy. Podczas stabilnej pracy macierz RAID ten dysk jest bezczynny i nie jest używany. Jednak w przypadku krytycznej sytuacji powrót do zdrowia macierz RAID uruchamia się automatycznie - informacje z uszkodzonego są przywracane na dysk zapasowy za pomocą sum kontrolnych znajdujących się na osobnym dysku.
RAID-5 jest tworzony z co najmniej trzech dysków i zapisuje od pojedynczych błędów. W przypadku jednoczesnego występowania różnych błędów na różnych dyskach RAID-5 nie oszczędza.

RAID-6- jest ulepszoną wersją RAID-5. Istota jest taka sama, tylko dla sum kontrolnych nie używa się jednego, ale dwóch dysków, a sumy kontrolne są obliczane przy użyciu różnych algorytmów, co znacznie zwiększa odporność na uszkodzenia wszystkiego macierz RAID ogólnie. RAID-6 składa się z co najmniej czterech dysków. Wzór na obliczenie objętości tablicy wygląda następująco (N - 2) * Rozmiar dysku, gdzie N to liczba dysków w macierzy, a DiskSize to rozmiar każdego dysku. Tych. podczas tworzenia RAID-6 z pięciu dysków po 500 GB każdy otrzymamy macierz 1,5 terabajta.
Szybkość nagrywania RAID-6 niższy od RAID-5 o około 10-15%, co wynika z dodatkowego czasu poświęconego na obliczanie i zapisywanie sum kontrolnych.

RAID-10- również czasami nazywany RAID 0+1 lub RAID 1+0. Jest to symbioza RAID-0 i RAID-1. Macierz zbudowana jest z co najmniej czterech dysków: na pierwszym kanale RAID-0, na drugim RAID-0 w celu zwiększenia prędkości odczytu/zapisu oraz między sobą znajdują się w lustrze RAID-1 w celu zwiększenia odporności na awarie. W ten sposób, RAID-10łączy w sobie zalety dwóch pierwszych opcji - szybkiej i odpornej na błędy.

RAID-50- podobnie RAID-10 jest symbiozą RAID-0 i RAID-5 - w rzeczywistości RAID-5 jest budowany, jedynie jego elementami składowymi nie są niezależne dyski twarde, ale macierze RAID-0. W ten sposób, RAID-50 daje bardzo dobra prędkość odczyt / zapis i zawiera stabilność i niezawodność RAID-5.

RAID-60- ten sam pomysł: w rzeczywistości mamy RAID-6 złożony z kilku macierzy RAID-0.

Istnieją również inne połączone tablice RAID 5+1 I RAID 6+1- wyglądają na RAID-50 I RAID-60 z tą jedyną różnicą, że podstawowe elementy macierze nie są taśmami RAID-0, ale mirrorami RAID-1.

Jak rozumiesz połączone macierze RAID: RAID-10, RAID-50, RAID-60 i opcje RAID X+1 są bezpośrednimi potomkami typów tablic podstawowych RAID-0, RAID-1, RAID-5 I RAID-6 i służą tylko do zwiększenia szybkości odczytu/zapisu lub zwiększenia odporności na błędy, przy jednoczesnym zachowaniu funkcjonalności podstawowych typów nadrzędnych macierze RAID.

Jeśli zwrócimy się do praktyki i porozmawiamy o zastosowaniu pewnych macierze RAID w prawdziwym życiu logika jest dość prosta:

RAID-0 w czystej postaci w ogóle nie używamy;

RAID-1 używamy go tam, gdzie prędkość odczytu/zapisu nie jest szczególnie ważna, ale ważna jest odporność na awarie – np. włączony RAID-1 dobrze jest umieścić systemy operacyjne. W takim przypadku nikt poza systemem operacyjnym nie uzyskuje dostępu do dysków, szybkość samych dysków twardych jest wystarczająca do pracy, zapewniona jest odporność na uszkodzenia;

RAID-5 kładziemy go tam, gdzie potrzebna jest szybkość i odporność na awarie, ale nie ma wystarczająco dużo pieniędzy na zakup jeszcze dysków twardych lub konieczności przywrócenia macierzy w przypadku uszkodzenia bez przerywania pracy - w tym przypadku pomogą nam zapasowe dyski zapasowe. Powszechne zastosowanie RAID-5- przechowywanie danych;

RAID-6 jest używany tam, gdzie jest to po prostu przerażające lub istnieje realne zagrożenie śmiercią kilku dysków w macierzy naraz. W praktyce jest to dość rzadkie, głównie wśród paranoików;

RAID-10- używane tam, gdzie trzeba pracować szybko i niezawodnie. Również główny kierunek użytkowania RAID-10 to serwery plików i serwery baz danych.

Ponownie, jeśli jeszcze bardziej to uprościmy, dojdziemy do wniosku, że tam, gdzie nie ma dużej i obszernej pracy z plikami, to wystarczy RAID-1- system operacyjny, AD, TS, poczta, proxy itp. W tym samym miejscu, gdzie wymagana jest poważna praca z plikami: RAID-5 lub RAID-10.

Idealnym rozwiązaniem dla serwera bazy danych jest maszyna z sześcioma fizycznymi dyskami, z których dwa są zdublowane RAID-1 i system operacyjny jest na nim zainstalowany, a pozostałe cztery są połączone w RAID-10 do szybkiej i niezawodnej obsługi danych.

Jeśli po przeczytaniu wszystkich powyższych informacji zdecydujesz się zainstalować na swoich serwerach macierze RAID, ale nie wiesz jak to zrobić i od czego zacząć - skontaktuj się z nami! - pomożemy dobrać niezbędny sprzęt, a także wykonamy prace instalacyjne przy realizacji macierze RAID.

Dyski twarde odgrywają ważną rolę w komputerze. Przechowują różne informacje użytkownik, uruchamia system operacyjny itp. Dyski twarde nie trwają wiecznie i mają pewien margines bezpieczeństwa. A także każdy dysk twardy ma swoje własne charakterystyczne cechy.

Najprawdopodobniej kiedyś słyszałeś, że tak zwane macierze raid mogą być wykonane ze zwykłych dysków twardych. Jest to konieczne, aby poprawić wydajność dysków, a także zapewnić niezawodność przechowywania informacji. Ponadto takie tablice mogą mieć własne liczby (0, 1, 2, 3, 4 itd.). W tym artykule opowiemy o macierzach RAID.

NALOT to zbiór dysków twardych lub macierz dyskowa. Jak już powiedzieliśmy, taka macierz zapewnia niezawodność przechowywania danych, a także zwiększa szybkość odczytu lub zapisu informacji. Istnieją różne konfiguracje RAID, które są oznaczone numerami 1, 2, 3, 4 itd. i różnią się funkcjami, które pełnią. Używając takich tablic z konfiguracją 0, znacznie poprawisz wydajność. Pojedyncza macierz RAID gwarantuje pełne bezpieczeństwo Twoich danych, ponieważ w przypadku awarii jednego z dysków informacje zostaną umieszczone na drugim dysku twardym.

Faktycznie, macierz RAID to 2 lub n-ta liczba dysków twardych podłączonych do płyty głównej, która obsługuje możliwość tworzenia raidów. Programowo możesz wybrać konfigurację RAID, czyli określić, jak powinny działać te same dyski. Aby to zrobić, musisz określić ustawienia w BIOS-ie.

Do zainstalowania macierzy potrzebujemy płyty głównej obsługującej technologię RAID, 2 identyczne (całkowicie pod każdym względem) dyski twarde, które podłączamy do płyty głównej. W BIOS-ie musisz ustawić parametr Konfiguracja SATA: NALOT. Po uruchomieniu komputera naciśnij kombinację klawiszy CTR-I, i już tam przeprowadzamy konfigurację RAID. A potem jak zwykle instalujemy Windows.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że jeśli utworzysz lub usuniesz raid, wszystkie informacje znajdujące się na dyskach zostaną usunięte. Dlatego musisz najpierw zrobić jego kopię.

Rzućmy okiem na konfiguracje RAID, o których już mówiliśmy. Jest ich kilka: RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6 itd.

RAID-0 (przeplatanie), czyli tablica zerowego poziomu lub „tablica zerowa”. Ten poziom zwiększa szybkość pracy z dyskami o rząd wielkości, ale nie zapewnia dodatkowej odporności na awarie. W rzeczywistości ta konfiguracja jest czysto formalną macierzą RAID, ponieważ w tej konfiguracji nie ma redundancji. Zapis w takiej paczce odbywa się w blokach, które są zapisywane jeden po drugim na różne dyski macierzy. Główną wadą jest tutaj zawodność przechowywania danych: jeśli jeden z dysków w macierzy ulegnie awarii, wszystkie informacje zostaną zniszczone. Dlaczego tak jest? Dzieje się tak, ponieważ każdy plik można zapisać w blokach na kilku dyskach twardych jednocześnie, a jeśli którykolwiek z nich ulegnie awarii, naruszona zostanie integralność pliku, a zatem nie można go przywrócić. Jeśli cenisz sobie szybkość i regularnie wykonujesz kopie zapasowe, ten poziom macierzy może być używany na komputerze domowym, co zapewni zauważalny wzrost wydajności.

RAID-1 (dublowanie)- tryb lustrzany. Ten poziom macierzy RAID można nazwać poziomem paranoidalnym: ten tryb prawie nie zwiększa wydajności systemu, ale całkowicie chroni dane przed uszkodzeniem. Nawet jeśli jeden z dysków ulegnie awarii, dokładna kopia utracone zostaną zapisane na innym dysku. Ten tryb, podobnie jak pierwszy, może być zaimplementowany również na domowym komputerze przez osoby, które niezwykle cenią sobie dane na swoich dyskach.

Podczas budowy tych macierzy wykorzystywany jest algorytm odzyskiwania informacji z wykorzystaniem kodów Hamminga (amerykańskiego inżyniera, który opracował ten algorytm w 1950 r. do korygowania błędów w działaniu komputerów elektromechanicznych). Aby zapewnić działanie tego kontrolera RAID, tworzone są dwie grupy dysków - jedna do przechowywania danych, druga grupa do przechowywania kodów korekcji błędów.

Ten typ macierzy RAID nie jest powszechnie stosowany w systemach domowych ze względu na nadmierną nadmiarowość liczby dysków twardych — na przykład w macierzy składającej się z siedmiu dysków twardych na dane zostaną przydzielone tylko cztery. Wraz ze wzrostem liczby dysków redundancja spada, co odzwierciedla poniższa tabela.

Główną zaletą RAID 2 jest możliwość korygowania pojawiających się błędów „w locie” bez zmniejszania szybkości wymiany danych pomiędzy macierzą dyskową a procesorem centralnym.

RAID 3 i RAID 4

Te dwa typy macierzy dyskowych są bardzo podobne w swoim schemacie budowy. Oba używają wielu dysków twardych do przechowywania informacji, z których jeden jest używany wyłącznie do sum kontrolnych. Do utworzenia RAID 3 i RAID 4 wystarczą trzy dyski twarde. W przeciwieństwie do RAID 2 odzyskiwanie danych "w locie" jest niemożliwe - informacje są przywracane po wymianie uszkodzonego dysku twardego przez pewien czas.

Różnica między RAID 3 i RAID 4 polega na poziomie partycjonowania danych. W RAID 3 informacje są dzielone na oddzielne bajty, co prowadzi do poważnego spowolnienia podczas zapisu/odczytu duża liczba małe pliki. W RAID 4 dane są dzielone na oddzielne bloki, których rozmiar nie przekracza rozmiaru jednego sektora na dysku. W rezultacie zwiększa się szybkość przetwarzania małych plików, co ma krytyczne znaczenie dla komputerów osobistych. Z tego powodu RAID 4 stał się bardziej rozpowszechniony.

Istotną wadą rozważanych macierzy jest zwiększone obciążenie dysku twardego przeznaczonego do przechowywania sum kontrolnych, co znacznie zmniejsza jego zasób.

RAID-5. Tak zwana odporna na awarie macierz niezależnych dysków z rozproszoną pamięcią sum kontrolnych. Oznacza to, że na tablicy n dysków, n-1 dysków zostanie przydzielonych do bezpośredniego przechowywania danych, a ostatni będzie przechowywał sumę kontrolną iteracji pasków n-1. Aby wyjaśnić jaśniej, wyobraź sobie, że musimy napisać jakiś plik. Zostanie on podzielony na porcje o tej samej długości, a następnie zacznie być zapisywany cyklicznie na wszystkich n-1 dyskach. Suma kontrolna bajtów porcji danych każdej iteracji zostanie zapisana na ostatnim dysku, gdzie suma kontrolna zostanie zaimplementowana przez bitową operację XOR.

Warto od razu zauważyć, że jeśli któryś z dysków ulegnie awarii, to wszystkie przejdzie w tryb awaryjny, co znacznie obniży wydajność, ponieważ. aby złożyć plik razem, zostaną wykonane niepotrzebne manipulacje w celu przywrócenia jego „brakujących” części. Jeśli dwa lub więcej dysków ulegnie awarii w tym samym czasie, informacji na nich zapisanych nie będzie można odzyskać. Ogólnie rzecz biorąc, implementacja macierzy RAID piątego poziomu zapewnia dość dużą prędkość dostępu, równoległy dostęp do różnych plików i dobrą odporność na błędy.

W dużej mierze powyższy problem rozwiązuje budowanie macierzy według schematu RAID 6. W tych strukturach do przechowywania sum kontrolnych, które również są cyklicznie i równomiernie rozłożone na różne dyski, przydzielana jest ilość pamięci równa wolumenowi dwóch dysków twardych. Zamiast jednej obliczane są dwie sumy kontrolne, co gwarantuje integralność danych w przypadku jednoczesnej awarii dwóch dysków twardych w macierzy jednocześnie.

Zaletami RAID 6 jest wysoki stopień bezpieczeństwa informacji oraz mniejszy spadek wydajności w procesie odzyskiwania danych przy wymianie uszkodzonego dysku niż w RAID 5.

Wadą RAID 6 jest spadek ogólnego kursu wymiany danych o około 10% ze względu na zwiększenie ilości niezbędnych obliczeń sum kontrolnych, a także ze względu na wzrost ilości zapisywanych/odczytywanych informacji.

Połączone typy RAID

Oprócz głównych typów omówionych powyżej, szeroko stosowane są różne ich kombinacje, które rekompensują pewne wady prostego RAID. W szczególności rozpowszechnione jest stosowanie schematów RAID 10 i RAID 0+1. W pierwszym przypadku para macierzy lustrzanych jest łączona w macierz RAID 0, w drugim przeciwnie, dwie macierze RAID 0 są łączone w lustro. W obu przypadkach RAID 1 zwiększa bezpieczeństwo informacji zwiększona wydajność RAID 0.

Często w celu zwiększenia poziomu ochrony ważna informacja Stosowane są schematy konstrukcji RAID 51 lub RAID 61 - dublowanie już dobrze chronionych macierzy zapewnia wyjątkowe bezpieczeństwo danych w przypadku awarii. Jednak wdrażanie takich macierzy w domu jest niepraktyczne ze względu na nadmierną nadmiarowość.

Budowanie tablicy dysków – od teorii do praktyki

Specjalistyczny kontroler RAID odpowiada za budowanie i zarządzanie działaniem dowolnej macierzy RAID. Ku uldze przeciętnego użytkownika komputer osobisty, w większości nowoczesnych płyt głównych te kontrolery są już zaimplementowane na poziomie mostka południowego chipsetu. Tak więc, aby zbudować tablicę dysków twardych, wystarczy zadbać o pozyskanie wymaganej ich liczby i określenie pożądanego typu RAID w odpowiedniej sekcji konfiguracji BIOS. Następnie w systemie zamiast kilku dysków twardych zobaczysz tylko jeden, który w razie potrzeby można podzielić na sekcje i dyski logiczne. Pamiętaj, że jeśli nadal korzystasz z systemu Windows XP, musisz zainstalować dodatkowy sterownik.

I na koniec jeszcze jedna rada - aby stworzyć RAID, kup dyski twarde tej samej wielkości, tego samego producenta, ten sam model, a najlepiej z tej samej partii. Wtedy będą wyposażone w te same zestawy logiki, a działanie macierzy tych dysków twardych będzie najbardziej stabilne.