IDE RAID – дисковый массив для настольных систем

В мире компьютерных технологий аббревиатура RAID (Redundant Arrays Independent Disks — избыточные массивы независимых дисков) ассоциируется у большинства пользователей с другим сокращением — SCSI. И действительно, RAID-массивы, включающие соответствующий контроллер и несколько винчестеров SCSI, стали неотъемлемым атрибутом практически каждого сервера. Такое аппаратное решение значительно повышает надежность и производительность дисковой подсистемы, однако и финансовые затраты при этом существенно возрастают. В то же время нет принципиального противоречия в том, чтобы реализовать такой массив, используя менее дорогие HDD IDE. Ведь, по сути, RAID-контроллер состоит из основного блока, формирующего и обслуживающего собственно дисковый массив, интерфейса с системной шиной и блока, отвечающего за связь с жесткими дисками, причем c SCSI или IDE — это уже "дело десятое". RAID-контроллеры для дисков IDE достаточно давно предлагаются рядом производителей, хотя и не получили пока столь широкого распространения, как их SCSI-собратья. О RAID-системах для IDE и пойдет наш дальнейший рассказ.

Основы теории "RAID’остроения"

Избыточные массивы независимых дисков применяются для повышения быстродействия и/или надежности дисковой подсистемы за счет использования нескольких жестких дисков, запись на которые производится одновременно, в сочетании с различными технологиями избыточного кодирования (код Хэмминга, контроль четности и т. д.). Существует ряд основных уровней (basic levels) RAID, характеризуемых тем или иным методом повышения надежности данных. В RAID-массивах IDE дисков встречаются только схемы 0, 1 и их сочетание. Более совершенные уровни не поддерживаются IDE RAID-контроллерами.

Рассмотрим подробнее эти уровни (их реализация проиллюстрирована на рисунках).

RAID 0 (Stripping). Этот метод применяется для повышения интегральной производительности каналов ввода/вывода, не обеспечивая какой-либо защиты информации. Для реализации схемы потребуются как минимум два жестких диска. При этом общий объем массива равен произведению емкости меньшего из дисков на количество винчестеров. Поступающие на контроллер данные разбиваются на блоки, каждый из которых распределяется по отдельным дискам. Как уже было сказано, схема не предполагает использования каких-либо методов повышения надежности, что обеспечивает максимальную производительность, однако отказ одного из дисков ведет к потере информации на всем массиве.

RAID 1 (Mirroring). Самый простой метод повышения надежности, но не производительности. Заключается он в том, что блоки информации дублируются (отсюда название — зеркалирование) на оба диска (основной и избыточный) так, что в случае отказа одного из винчестеров информация считывается с другого. Размер массива определяется емкостью наименьшего из HDD.

Еще одним видом массива, используемого в RAID-контроллерах IDE, является комбинация двух предыдущих методов. Для реализации схемы RAID 0/1 потребуется четыре жестких диска, из которых формируются две зеркальные (mirroring) пары массивов уровня 0 (stripping). В этом случае увеличение быстродействия и повышение надежности хранения информации достигаются за счет применения дополнительных дисков.

Производители IDE RAID-контроллеров

Компаний, занимающихся производством этих контроллеров, не так много. Во всяком случае после достаточно продолжительного поиска в Internet подобных производителей нашлось всего пять.

American Megatrends (AMI, www.megaraid.com) известна как разработчик микросхем BIOS для материнских плат, а также как изготовитель системных плат высокого уровня MegaPlex и серии SCSI RAID-контроллеров MegaRAID. Кроме того, компания выпускает и PCI-карту HyperDisk, предназначенную для создания RAID-массивов дисков IDE уровня 0 или 1.

ARCO Computers Products (www.arcoide.com) предлагает целую линейку IDE RAID-контроллеров DupliDisk. Продукты этой серии позволяют формировать лишь массивы mirror (RAID 1), но зато в наличии имеются устройства на любой вкус: рассчитанные на шину ISA, PCI и даже совсем не занимающие слота. Причем последние могут быть "упакованы" в 5,25- или 3,5-дюймовый "кейс". Кроме того, некоторые продукты снабжаются выносными планками, на которых расположены индикаторы, отображающие режим эксплуатации и сигнализирующие о неполадках в функционировании дискового массива.

Американская компания HighPoint Technology (www.highpoint-tech.com) разрабатывает продукты, предназначенные для интеграции в материнские платы. Среди них — IDE RAID-контроллер HPT368, позволяющий организовывать дисковые массивы mirror, stripe и их комбинацию.

Достаточно известна в данной области компания Promise Technology (www.promise.com). Из рассматриваемых в этом материале продуктов для нас интересны серии FastSwap (наборы, допускающие "горячую" замену отказавшего диска при использовании RAID 1) и FastTrak (представитель которой будет рассмотрен ниже).

И, наконец, компания Sailing Strong International (www.ssi.com.tw) предлагает внешние RAID-системы SCSI-to-IDE — RAID Server SI-1300R. Этот продукт есть не что иное, как внешняя стойка с дисками IDE. Она подключается к серверу через интерфейс SCSI. При этом могут быть сформированы массивы уровня 0, 1 и даже 5.

Итак, с теорией закончим и приступим к практической части.

RAID-практика

Продукт Promise FastTrak66, попавший в нашу Тестовую лабораторию, представляет собой IDE RAID-контроллер, предназначенный для установки в слот PCI. На плате, помимо самого чипа, расположены микросхема собственной BIOS и два независимых канала IDE. Таким образом, к устройству можно подключать до четырех жестких дисков. В этом случае поддерживаются RAID-массивы уровней 0, 1 и 0/1. Имеется также возможность объединить несколько дисков в один (режим span), хотя о выигрыше в производительности и о повышении надежности здесь речь не идет. Обеспечивается поддержка ATA/66, причем в комплект поставки наряду с подробной инструкцией и дискетами с драйверами и утилитами настройки (Windows 9x/NT, под DOS необходимости в драйверах нет) входят два соответствующих интерфейсных кабеля.

После процедуры POST материнской платы имеется возможность зайти в BIOS Setup устройства для формирования новых, а также удаления или изменения параметров уже имеющихся RAID-массивов. Кроме того, доступны пункты Controller Configuration и Auto Setup. Винчестеры, подключенные к контроллеру, но не задействованные в массивах, просто не видны в ОС. Массив можно создавать и из одного диска. При этом FastTrak66 используют просто как ATA/66-контроллер на материнских платах без поддержки данной спецификации. Однако отметим, что это — весьма дорогостоящее решение.

Испытания контроллера проводились на ПК с материнской платой ASUS P3B-F (чипсет i440BX) CPU Pentium III 600 (ядро Coppermine) под управлением Windows NT 4.0 SP6. RAID-массивы mirror и stripe (размер блока 64 KB) формировались на жестких дисках Seagate Barracuda ATA (емкость 20,4 GB, 7200 об/мин, 512 KB кэш-памяти). Результаты тестирования представлены на диаграммах.

При использовании stripping-массива интегральная производительность дисковой подсистемы значительно повысилась (по сравнению с применением одиночного HDD). Причем если в теcте HD Tach (последовательный обмен данными по всей поверхности диска) средняя скорость чтения/записи увеличилась не слишком заметно, то в ThreadMark (имитация одновременной работы нескольких приложений c жестким диском) средняя скорость передачи данных возросла в полтора раза. При использовании RAID-массива mirror результаты, как и ожидалось, практически не отличались от результатов одиночного диска. Оно и понятно, ведь этот режим применяется для уменьшения вероятности потери важной информации вследствие отказа жесткого диска.

И напоследок — еще раз о работе FastTrak66 в режиме RAID 1. При наличии дополнительного HDD, подключенного к контроллеру и не задействованного ни в одном из массивов, в случае отказа одного из дисков в массиве mirror происходит постепенное "переливание" содержимого уцелевшего винчестера на дополнительный. Через некоторое время мы опять имеем полноценный массив уровня 1.

Аппаратные RAID-массивы с жесткими дисками IDE хорошо подойдут для использования в настольных системах, для которых важны быстродействие дисковой подсистемы и высокая надежность данных. Кроме того, они будут полезны как недорогое решение для серверов начального уровня.

Цена FastTrak66 в Киеве — $190.
Продукт предоставлен компанией "Девиком": тел. (044) 269-5124.
Редакция благодарит компанию "ASBIS-Украина",
оказавшую содействие при подготовке материала