Сучасні RAID-контролери, № 02, 1996 . Відкриті системи . Видавництво «Відкриті системи.

06.08.2015

Сучасні RAID-контролери
Одним із варіантів організації роботи дискової системи є RAID-матриці, гарантію надійності і швидкодії роботи яких забезпечують сучасні RAID-контролери.

РЕКЛАМА

За останні кілька років значно підвищилася потужність і швидкодія всіх класів комп’ютерів — сьогодні навіть невелика фірма може дозволити собі мати локальну мережу, один або кілька серверів, вихід в Мережу. Велика кількість програмного і апаратного забезпечення, безліч варіантів готових комплексних рішень дозволяють швидко розгорнути і налаштувати роботу офісу. Одна з найсерйозніших завдань, пов’язаних із забезпеченням цього процесу, — отримання максимальної швидкодії і надійності при мінімумі витрачених коштів. Як правило ці вимоги пред’являються, в першу чергу, до машин, що реалізує групову роботу: файлові сервери, сервери додатків, поштові хости, мультимедійні графічні станції. Багато з цих комп’ютерів повинні, не вимикаючись роками, забезпечувати стійку роботу протягом всього терміну експлуатації при 100% збереження даних і мінімальному часу відновлення — в ідеалі прагне до нуля. Як відомо, найбільш слабкими надійності місцями в комп’ютері є оперативна пам’ять, жорсткі диски, які являють собою ще й одне із самих повільних ланок у комп’ютері. Одним із варіантів організації роботи дискової системи є RAID-матриці, гарантію надійності і швидкодії роботи яких забезпечують сучасні RAID-контролери.

Якщо ви маєте на машині найшвидший на сьогоднішній день процесор, велика кількість оперативної пам’яті та процесорного кешу, але якщо дискова система комп’ютера буде працювати повільно і нестабільно, то загальна продуктивність вашої конфігурації виявиться вкрай низькою. Таку машину навряд чи захочеться використовувати в якості сервера або графічної станції — наявності невиправдані витрати коштів на швидкі процесори і пам’ять, які є мертвим капіталом, якщо заздалегідь не подбає про вибір відповідної системи роботи з жорсткими дисками. Одним із варіантів організації роботи дискової системи є RAID-матриці, які створюються з стандартних SCSI або SSA-дисків за допомогою спеціальних контролерів. Ця технологія, породжена ще мэйнфреймами і потужними RISC-комп’ютерами, все більше та більше знаходить своє місце і в ПК платформах. Низька ціна, стовідсоткова сумісність з основними операційними системами, підтримка поширеного програмного забезпечення і наявність допоміжних утиліт роблять можливим створення на базі недорогих ПК, швидких і надійних серверів масштабу середнього підприємства або підрозділи великої компанії.

Сьогодні рішення, що передбачають використання RAID-контролерів, пропонуються усіма відомими постачальниками комп’ютерного обладнання, які активно працюють і на вітчизняному ринку. Найбільшу популярність серед brand name виробників серверів отримали моделі контролерів на процесорі i960, що пояснюється його високою продуктивністю, підтримкою технології гарячої заміни і забезпечення великої кількості сервісних функцій. З такими моделями зараз поставляються основні марки ПК серверів фірм IBM, HP, Compaq, Intel, Digital, ALR та ін Всі вони зазвичай поставляються в двох конфігураціях: з RAID-системами і без них. Хоча переваги RAID очевидні, у замовника не завжди вистачає коштів для придбання варіанту з RAID. На щастя, сучасні моделі контролери дискових масивів досить стандартні й універсальні. Але, з іншого боку, практично всі моделі brand name поставляються тільки з двоканальними варіантами RAID-контролерів, що позбавляє адміністраторів мереж і технічних фахівців можливості використовувати потенціал різних моделей. Відомі випадки, коли замовники відмовлялися від RAID-матриць brand name через брак фінансових коштів, хоча грошей було достатньо для установки невеликої RAID-масиву. Адже зараз на вітчизняному ринку мінімальна матриця з одного RAID-контролера на базі i960 і 2-х дисків 1 Гбайт SCSI має вартість всього близько 1.6 тис. дол. Правда, якщо ви встановили сервер без RAID, а потім знайшли можливість придбати його, це легко здійсненно за допомогою фірми виробника, так і самостійно. Цим користуються багато організації, охочі придбати хороший сервер трохи дешевше.

У нашій практиці доводилося ставити RAID-контролери фірми Mylex практично на всі моделі серверів фірм IBM 320, Intel Altair, Xpress, Digital Prioris та ін. Найбільша проблема, яку можна зустріти на цьому шляху, — це заміна оригінального BIOS-контролера на розроблений під вашу конкретну модель. Тим не менш створюючи свою власну дискову систему можна побудувати дуже гнучку конфігурацію, зробивши акцент на максимально швидку, або на максимально економічну, або ж на максимально надійну систему. Ви завжди зможете передбачити можливість розширення, резервування і перебудови конфігурації. Сучасний російський комп’ютерний ринок завжди славився своїми «умільцями», здатними швидко і якісно зібрати комп’ютери і майже будь-якої конфігурації. Зараз це можна сказати і про потужні сервери, завдяки доступності RAID-технології для кінцевих користувачів — поки єдиний недолік полягає у відсутності інформації про можливості роботи і способи створення RAID-матриць.

Що таке RAID-контролер
Прийняті на практиці RAID-алгоритми

На певному етапі розвитку технології засобів обчислювальної техніки виникла необхідність створювати один або кілька віртуальних дисків великої ємності із сукупності недорогих і невеликих пристроїв. Для реалізації цієї задачі були розроблені і стандартизовані алгоритми об’єднання дисків, відомих зараз як RAID-алгоритми. Загальні принципи їх роботи були неодноразово описані в російській пресі і наведені тут коротко.

Основна ідея цих алгоритмів полягає в тому, що вхідний потік інформації поділяється на блоки, які, в свою чергу, записуються на диски. При зчитуванні відбувається зворотний процес — блоки інформації збираються з накопичувачів і перетворюються в єдиний потік. Таким чином, програма роботи з цією системою може і не підозрювати, що замість одного накопичувача вона взаємодіє з кількома. На практиці існують багато застосувань таких алгоритмів, але найбільше поширення в комп’ютерній області отримали саме матриці жорстких дисків — RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks). Залежно від способу розподілу блоків в дисковому масиві розрізняють кілька рівнів RAID, з нульового по п’ятий. На практиці отримали поширення, в основному, 0,1 і 5 рівні. Зараз можна зустріти контролери з 6, 7 і т.д. рівнем RAID. Так як спочатку були стандартизовані тільки п’ять алгоритмів, то всі інші способи реалізації роботи дискових масивів є продовженням розвитку RAID-технології та можуть відрізнятися у різних постачальників. Для організації роботи комп’ютера з матричної дисковою підсистемою достатньо знати 0,1 і 5 алгоритми, які, як правило, покривають всі необхідні проблеми, прості у використанні і достатньо ефективні.

RAID0 — алгоритм, при якому кожна порція інформації вхідного потоку ділитися на N фіксованих блоків (де N — число дисків в матриці), а потім кожен блок послідовно записується на свій диск. У зв’язці контролер — шина — диск самим повільним пристроєм є жорсткий диск. Використовуючи велику кількість дисків, можна отримати збільшення швидкості запису/зчитування системи до тих пір, поки дозволяє пропускна здатність інтерфейсної шини. RAID0 не створює ніякої надмірності і не забезпечує стовідсоткової збереження даних, при виникненні проблем з одним з дисків. Його призначення — зробити максимально швидку дискову систему, швидкість якої в ідеалі в N разів перевищує швидкодію одного диска.

RAID1 або віддзеркалення (mirroring) вимагає парного числа дисків і здійснює попарне дублювання інформації. Цей алгоритм вже дає стовідсоткову гарантію збереження даних при збої кожного з дисків і теоретичне збільшення швидкості в N/2 рази, але вартість дискового простору збільшується вдвічі. Алгоритм застосовується в системах, де необхідна надійність збереження даних і об’єм дискової матриці незначний. RAID5 являє собою щось середнє між 0 і 1 і найбільш популярний для організації серверних дискових матриць. Порція інформації з вхідного потоку поділяється на N-1 блоків, а N-й блок обчислюється з N-1 перших і є контрольним. У разі безповоротної втрати одного з N блоків, інформація однозначно відновлюється з N-1 інших. Контрольний блок кожен раз від циклу до циклу записується на новий диск, роблячи як би «круговий обхід». Таким чином всі диски в матриці є рівнозначними, схильні однаковому зносу, та, у разі збою будь-якого блоку на диску або всього диска цілком, інформація відновлюється без втрат. Вартість дискового простору N/(N-1) раз більше, ніж одного диска — при збільшенні числа дисків ціна зменшується, а теоретична швидкість запису/читання теж N/(N-1) раз більше, ніж одиночного.

Конструкція RAID-контролери

RAID-контролер являє собою інтелектуальний SCSI або SSA-контролер, за допомогою якого можна організувати алгоритми RAID на дискових матрицях. Сучасні моделі мають 1,2 або 3 SCSI-каналу, до кожного з яких можна підключати від 1 до 7 SCSI-пристроїв у разі SCSI — шини і 127 в разі SSA. Найбільше поширення на сьогоднішній день мають SCSI-пристрої. Конструктивно, практично всі сучасні SCSI RAID-контролери однакові і являють собою плату слоти розширення на шини PCI, EISA або зовнішній пристрій на шину SCSI. Переважна більшість RAID-контролерів створено на базі RISC процесора Intel i960, і майже всі вони апаратно однакові і розрізняються лише версіями BIOS. Як і в інших областях, у сфері RAID-контролерів є законодавці ринку, пропоновані рішення яких зазвичай стають стандартом де-факто. Сьогодні основною OEM-постачальник і виробник цих пристроїв — фірма Mylex. На світовому ринку є ряд фірм, які продають ці пристрої з невеликими конструктивними відмінностями, наприклад MegaRAID. Серед моделей добре представлених в Росії відмінності існують у моделей, що застосовуються для серверів фірми Intel і для IBM з шиною SSA. Відмінності не принципові і не можуть впливати на сумісність їх один з одним.

Інший варіант організації RAID-контролерів — на базі серії процесорів 68000/68020/ 68030 фірми Motorola. Моделі під різні шини (ISA, EISA, PCI) для стандарту SCSI відомі під маркою фірми DPT. Ці контролери відомі у всьому світі і також представлені на вітчизняному ринку, хоча менш популярні, ніж побудовані на базі чіпа фірми Intel. Типова конструкція контролерів на процесорі i960 являє собою плату з впаяним повнорозмірним або «полегшеним» варіантом цього чіпа (рис.1).

Сучасні RAID-контролери, № 02, 1996 . Відкриті системи . Видавництво «Відкриті системи.
(1×1 )

Рис. 1. Приклад загальної компонування RAID контролера 960

Як і для будь-якого мікропроцесорного пристрою, контролеру необхідна оперативна пам’ять, мінімальний розмір якої в більшості моделей становить 2 Мбайт. При наявності пам’яті більшої ємності контролер використовує її для кешування даних. Верхня межа обмежений обсягом SIMM (32 — 64 Мбайт). Пристрій має власний замінний BIOS, виконаний за технологією FLASH або у вигляді знімної мікросхеми ПЗУ. В залежності від кількості SCSI-каналів на платі розташовуються відповідно 1,2 або 3 SCSI чіпа — NCR53C720. На платі RAID-контролера є перемички для включення і виключення SCSI-каналів (JP1, JP2, JP3), необхідні для його установки на кінцевому пристрої, і висновки індикації стану шин і кеша (JP5). Індикація може бути підключена до звичайних світлодіодів на корпусі комп’ютера, відображаючи активність пристроїв або стан «повний кеш». На зовнішній стороні плати зазвичай існують один або два роз’єми під зовнішній SCSI-кабель. З допомогою цих роз’ємів можливе підключення зовнішніх SCSI-пристроїв і дискових масивів.

Кожен пристрій може комплектуватися або вже укомплектований акумулятором підтримки живлення кеша і перехідником WIDE FAST SCSI-2 на FAST SCSI-2, який необхідний при використанні різних стандартів SCSI на платі і на дисках. В програмі процесора контролера є велика кількість функцій роботи з дисками, які настроюються за допомогою конфігураційної утиліти. Усі операції управління логічними матрицями, алгоритми RAID і управління кеш пам’яттю, проводяться самим контролером без звернення до центрального процесора і шини даних. Використовуючи режими Bus Mastering для шин EISA і PCI, пристрій здатний передавати дані зі швидкістю 33 Мбайт/с і 132 Мбайт/с

Технологія Hot Swap. Резервні диски.

Жорсткі диски — один з небагатьох компонентів, в якому є механічна частина, в першу чергу підвладна зносу при довготривалій роботі. І які хороші і надійні диски не використовувалися, завжди є ймовірність виходу їх з ладу, збільшується з часом експлуатації. Хоча у випадку застосування, скажімо, RAID5 вихід з ладу диска не спричинить за собою втрату даних, система залишиться без надмірності — це буде сигналом для адміністратора мережі бити тривогу. Якщо організація роботи сервера допускає його зупинку, то заміна непрацюючого диска не складе праці. Але, як правило, всі комп’ютери зі статусом «сервер» не можуть бути вимкнені в будь-який момент часу без відчутних наслідків. RAID-контролери дозволяють вирішити цю проблему за рахунок підтримки функцій гарячої заміни і технології резервних дисків. В разі поломки диска або будь-яких інших проблем, внаслідок яких контролер не може в подальшому його експлуатувати, наприклад перевищення допустимої кількості поганих блоків, диск позначається як «мертвий» (Drive Kill) і не бере участь у подальшій роботі. В цьому випадку оператор може вийняти цей диск із системи і замінити іншим. Після підключення і виявлення RAID-контролером нового диска відбудеться його форматування (якщо необхідно) і буде виконана операція перебудови матриці (Rebuild). Таким чином, система знову відновить свій колишній вигляд.

Так може тривати, поки в запасі є резервні диски або до тих пір, поки при режимі роботи без надмірності не вийде з ладу ще один диск. Це може статися, якщо поганий диск не замінили відразу. Як правило, не завжди буває можливість негайно замінити диск і час реакції може бути досить тривалим (якщо немає цілодобового поста кваліфікованого оператора). Сучасні RAID-контролери дозволяють вирішити цю проблему без участі людини — в матрицю заздалегідь встановлюється диск або кілька дисків, які при конфігурації RAID-матриці позначаються як резервні (StandBy). У цьому випадку на резервні диски не подається команда розкрутки шпинделя, вони ніяк не експлуатуються, а значить, не зношуються. При виникненні «мертву» диска, резервного з режиму StandBy відразу ж автоматично переводиться в робочий і здійснюється Rebuild. В такому режимі сервер буде працювати до тих пір, поки не закінчаться резервні диски. Заміна «мертву» на новий резервний може бути проведена в будь-який зручний час.

Застосування технології резервних дисків краще з ряду причин: по-перше, вартість хороших конструктивів, що забезпечують коректне і надійне розмикання і зворотне підключення SCSI-шини, достатньо велика і, на даний момент, порівнянна з вартістю 1 Гбайт SCSI-диску; по-друге, стан речей на ринку жорстких дисків за останні кілька років така, що, можливо, через рік після придбання накопичувачів ви не зможете знайти точно таку ж модель, принаймні за короткий термін. Використання ж в матриці різних моделей жорстких дисків може призвести до великих проблем аж до неможливості працювати разом.

RAID-системи і альтернативні варіанти
Програмні і апаратні реалізації віддзеркалювання

На сьогоднішній день існує багато способів організації дискових систем крім RAID-матриць. Найбільший інтерес представляє організація RAID1 — віддзеркалення. Цей спосіб може бути реалізований як програмно (Novell NetWare, Windows NT), так і апаратно (на SCSI контролери Adaptec, Tekram тощо). Хоча способи безумовно недорогі, вони володіють рядом істотних недоліків. Програмне віддзеркалення сильно навантажує обчислювальну потужність комп’ютера. Виконання програм обслуговування дисків займає якийсь час, що безпосередньо позначається на швидкодії дискової системи. Крім того, при програмній реалізації завжди існує ймовірність втрати даних при аварійному відмову операційної системи, випадкової апаратної перезавантаження або зникнення живлення в комп’ютері. Такий варіант реалізації віддзеркалення, звичайно, має місце у сучасних рішеннях, але повинен застосовуватися тільки на надійних машинах і в умовах економії фінансових коштів.

Апаратний RAID1 — більш надійне рішення. Можливо, це не поганий варіант реалізації дискової системи комп’ютера при невеликих дискових матрицях з 2 або 4 дисків. До того ж SCSI-контролер, що дозволяє зробити дзеркальне відображення відносно недорогим. Основними недоліками цього рішення є те, що при нарощуванні матриці система стає все дорожче і дорожче в порівнянні з RAID5, а швидкість спілкування з дисками залишається низькою. При якомусь значенні обсягу дискової матриці настає переломний етап, коли RAID5 стає вигідніше. Таким чином, реалізуючи віддзеркалення на одному з недорогих SCSI-контролерів, ви позбавляєте себе можливості додаткового недорогого розширення дискової системи. До того ж досвід підказує, що, незважаючи на апаратне виконання функцій віддзеркалення, можлива втрата продуктивності системи до 25% в порівнянні з одиночним диском.

RAID 5-го рівня і віддзеркалення, що вигідніше?

При проектуванні дискової системи важливим фактором є її вартість. Для того щоб максимально ефективно використовувати виділені кошти для реалізації цього завдання, необхідно грамотно підійти до вибору типу дискової матриці. Наведемо невеликий розрахунок для RAID5 і RAID1, що допомагають це зробити. Обидва алгоритми дозволяють забезпечити роботу зі стовідсотковою надійністю збереження даних при збої. Розглянемо два альтернативних варіанти. Перший — дискова система на основі молодшої моделі RAID-контролера, другий на одному з простих моделей SCSI-пристрої. Для прикладу візьмемо одні з найбільш популярних на нашому ринку контролери Adaptec 2940 для RAID1 (250 дол.) і Mylex DAC960PL-1 (1000 дол.) для RAID5. За основу матриць виберемо якісь умовні диски (модель не має значення) ємністю 1 Гбайт (350 дол.). Для організації RAID5 необхідно мінімум 3 диска, для віддзеркалення — 2.

Як видно з графіка залежності вартості від використовуваного дискового простору, наведеного на рис. 2. при таких вихідних даних реалізація дискової системи на RAID1 хороша при використовуваному дисковому просторі 1 або 2 Гбайт. При більшому об’ємі матриці кращим рішенням буде RAID5. Треба зауважити, що завжди необхідно враховувати можливість розширення системи. Тому у разі об’єму 3 Гбайт в наведеному прикладі, краще вибрати RAID5. У цих міркуваннях не враховується той факт, що при організації віддзеркалення швидкість доступу до всіх дисків менше, ніж до одного, а при організації RAID5 більше. До того ж слід взяти до уваги той факт, що функцій у DAC960 значно більше і серед них такі важливі, як гаряча заміна і можливість встановлення резервних дисків.

Сучасні RAID-контролери, № 02, 1996 . Відкриті системи . Видавництво «Відкриті системи.
(1×1 )

Рис. 2. Зміна вартості дискової системи в залежності від обсягу простору на дисках

Виходячи з цих міркувань, можна зробити загальний висновок для даного прикладу. При організації дискового масиву об’ємом 1-3 Гбайт можна використовувати різні, включаючи програмні, алгоритми створення дискових серверних систем. При створенні ж матриці більшого обсягу потрібно серйозно задуматися про застосування контролерів з RAID 5. Наведені рекомендації носять, звичайно, умовний характер. Кожен конструктор повинен сам оцінити необхідність застосування тієї чи іншої технології в залежності від конкретних умов.

ЧАСТІ ПИТАННЯ

З якими операційними системами працює RAID? RAID-контролери, наприклад фірми Mylex, сумісні зі стандартною ПК платформою і мають сертифікати для роботи з MS-DOS; Novell Netware; Windows NT Advanced Server; IBM OS/2; SCO UNIX; UnixWare.

В стандартній поставці до контролера додаються драйвери для роботи з цими ОС (DAC Software kit) разом з описом налаштування і конфігурації. Створені працюючі моделі серверів з RAID, експлуатованих в середовищі Solaris. Робота з Windows 95 можлива з RAID навіть з драйверами під DOS. Цілком можливо, що список ОС цим не обмежений, тут наведені тільки реально перевірені факти.

Який необхідно мати об’єм кешу контролера? Звичайно, чим більше, тим краще — кешем контролер не зіпсуєш. Але щоб реально підійти до оптимального вибору об’єму кеш-пам’яті, необхідно хоча б приблизно уявляти собі, який об’єм оперативної інформації постійно працює з дискової системою. Мінімальний об’єм 2 Мбайт використовується для роботи процесора контролера. Чітких рекомендацій тут дати важко, але по сформованому досвіду роботи краще дотримуватися наступних параметрів: для матриць ємністю 5 Гбайт — 4-8 Мбайт кеша, для матриць 5-10 Гбайт — мінімум 8 Мбайт кеша, для матриць 10-20 Гбайт — мінімум 16 Мбайт. Кеш-пам’ять контролера являє собою звичайний 72 pin SIMM і легко може бути замінена. При самостійному виборі кешу слід звернути увагу на те, щоб SIMM був з реальною парністю і хорошими динамічними характеристиками. У нас бували прецеденти, коли деякі невідомі модулі пам’яті з материнської плати не працювали в RAID.

Як правильно вибрати режим роботи кеша? У кешу RAID-матриці є два режими роботи: наскрізна запис (Write Through) і відкладена запис (Write Back). При першому режимі контролер не дає підтвердження запису, поки дані не потрапили на диски, при другому достатньо того, щоб дані потрапили в кеш. Другий режим допомагає значно збільшити продуктивність RAID-системи. Особливо це позначається при наявності великого кеша і режиму запису/читання маленьких обсягів інформації. Істотний недолік його в тому, що при втраті живлення на контролері або апаратної перезавантаження інформація безповоротно втрачається, так і не потрапивши на диски. Тут можливі три варіанти: відмова від додаткового швидкодії RAID-системи на користь надійності; нехтування можливістю втратити дані з кешу на користь продуктивності; придбання додаткового акумулятора (Battery BackUp) для підтримання харчування SIMM при відсутності живлення на платі.

Можливо поліпшити продуктивність читання довгих файлів? Так. Жорсткі диски показують погану продуктивність при читанні випадкових секторів. Можна підвищити цей показник, якщо читати передбачуваний сектор заздалегідь. Для цього в конфігураційної утиліті контролера існує опція «читання вперед» (Read-ahead). Якщо в даних є часто використовувані довгі файли необхідно встановити параметр стан «активно».

Як визначити стан контролера при зависанні сервер?а? Які б не були надійні сервера і операційні системи, не можна бути впевненим, що система не зависне. Найнеприємніше в цій ситуації — необхідність робити апаратне перезавантаження, не уявляючи собі, що відбувається з дискової системою. Запобігти цю ситуацію можна при апаратній встановлення RAID. На платі контролера є роз’єм для трьох індикаторів: активність SCSI-шини, активність шини PCI (EISA), «повний кеш» (дані в кеші ще не потрапили на диск). Бажано останній з них вивести на світлодіод корпусу сервера. Станом цих індикаторів можна визначити активність контролера. При «чистому» кеші можна сміливо робити перезавантаження, не побоюючись втрати даних. За рекомендацією виробника необхідно почекати не менше 15 сек. після зависання або не менше 3 сек. після вимкнення індикатора «повний кеш» перш ніж робити перезавантаження.

різни?аются моделі MYLEX DAC960PL і MYLEX DAC960PD? Ці два контролера шини PCI стандарту WIDE FAST SCSI-2. Принципова відмінність в типі процесора I960. На моделі PD є повнорозмірний чіп, на моделі PL зменшений варіант тієї ж мікросхеми. Обидві моделі працюють зі стандартними SIMM будь-якої ємності (2-64 Мбайт), але модель PD підтримує ще EDRAM — пам’ять зі статичними регістрами, що дозволяє збільшити швидкість доступу (не плутати з EDO для chipset Triton). Загальна відмінність: модель PD більш продуктивна, PL — більш економічна. Коли збирається матриця невеликого об’єму (до 10 Гбайт) без великого навантаження на диски доцільніше обрати контролер типу PL. Якщо ж обсяг дискового простору більше 20 Гбайт або потрібна хороша продуктивність, то для цього потрібна модель PD.

Якими засобами можна конфігурувати RAI?D? З будь-яким RAID-контролером повинна поставлятися утиліта конфігурації під MS-DOS (daccf.exe). Після фізичної встановлення RAID-контролера можна завантажитися з дискети або додаткового вінчестера і запустити утиліту. Після створення матриці і системних дисків всю конфігурацію можна зберегти на дискеті прямо з програми. Після закінчення роботи і перезавантаження виходять готові для роботи системні диски. Для зміни конфігурації RAID необхідно зупиняти сервер і запускати цю програму. Цього можна уникнути, використовуючи клієнт-серверну утиліту Global Array Maneger під Novell NetWare. Серверна частина, у вигляді модуля nlm, завантажується під NetWare і адміністратор зі своєї робочої станції може спостерігати за роботою дисків, вносити зміни аж до «вбивства» диску (drive kill). Утиліта Global Array Manager також входить в стандартну поставку RAID-контролера.

Як правильно зробити RAID-систему

Планування дискової системи RAID повинно починатися задовго до набуття контролера з дисками або готового сервера з RAID. Адміністратор повинен чітко уявляти характер завдань, навантажувальних дискову систему, та способи збільшення швидкодії відповідно з витратами. Чималу роль у цьому відіграє вибір операційної системи та програмного забезпечення. У разі самостійної установки RAID або повного складання сервера необхідно мати уявлення, яке обладнання і яка його організація дозволить отримати максимальну продуктивність при мінімальних витратах. Трирічний досвід роботи в області RAID-серверів і дискових підсистем надає кілька рекомендацій для користувачів, охочих перейти на цю, поки ще відносно невідому, технологію.

Рекомендації будуть будуватися на наступних фактах: велике поширення в Росії отримали RAID-контролери виробництва американської фірми Mylex, а найбільш актуальними на сьогоднішній момент RAID-контролерів є системи з каналами WIDE/FAST SCSI-2 на шини PCI і EISA.

Які диски вибрати?

В першу чергу необхідно вибрати дійсно надійні і якісні диски, здатні безперебійно працювати тривалий час. Серед інших характеристик варто звернути увагу на час напрацювання на відмову, яка в каталогах часто позначається MTBF (hours). Бажано, щоб цей показник був не менше 500000 годин. Пам’ятайте, що ймовірність відмови дискової матриці як цілої системи збільшується зі збільшенням кількості дисків. Конструкція дисків умовно ділиться на механічну та електронну частину — дисковий контролер. Механічна частина повністю характеризується трьома параметрами: швидкістю обертання шпинделя (Spindle Speed), швидкістю позиціонування головки (Track to Track Seek) і щільністю запису інформації на один циліндр. Сучасні моделі жорстких дисків SCSI відомих фірм виробників мають швидкість обертання шпинделя 5400 і 7200 обертів за секунду (rps). Вибір таких дисків дозволить зробити матрицю досить швидкою. Однак технологія виробництва дисків на 7200 rps досить дорога і менш надійна. Незважаючи на хороші характеристики по каталогах диски на 7200 rps значно дорожче. Їх реальна ймовірність відмови в кілька разів вище, ніж 5400 rps. Якщо першочергове завдання створення RAID-матриці — швидкість, то вибір цих дисків очевидний, якщо ж потрібна надійність і економічність, то необхідні диски з 5400 rps.

Продуктивність дискової матриці залежить не тільки від продуктивності дисків, але і від їх числа і правильної конфігурації. Контролер диска в основному характеризується інтерфейсом (FAST SCSI-2, WIDE FAST SCSI-2 та ін) і розміром кеша. Бажано щоб об’єм кешу на диску був не менш 512 Кбайт. Цей, здавалося б, незначний факт дозволить збільшити продуктивність запису/читання, особливо при частих і малих транзакції — адже в дискової матриці цей кеш складається і при 10 дисках, а в результаті ви отримаєте вже не менше 5 Мбайт. Крім того, кеш значно допомагає роботі з постійно мультиплексируемой шиною SCSI. Вибір стандарту FAST SCSI-2 (8 біт даних) або WIDE FAST SCSI-2 (16 біт даних) обумовлений іншими причинами. Стандартний FAST має пропускну спроможність до 10 Мбайт/з, і якщо прийняти середню швидкість роботи диска за 2Мбайт/с, то при наявності менше 5 пристроїв на шині, вона не буде вузьким місцем. При рівній або більшій кількості бажаніше стандарт WIDE (20Мбайт/с). В ситуації, коли інформація знаходиться в кеші контролерів дисків, WIDE-шина дасть більш швидкі результати. При самостійній збірці RAID на шині WIDE можна зіткнутися ще й з тією проблемою, що кабелі WIDE (68 pin) мають інший крок, і для виготовлення власного кабелю необхідна точна обтискна апаратура. Зробити його «в домашніх умовах» не вийде, а на російському ринку на даний момент представлені, в основному, стандартні кабелі на 3 роз’єми. З придбанням або виготовленням по кресленню FAST (50pin) кабелю зараз ніяких проблем немає.

Важливим завданням є вибір ємності жорстких дисків. Наприклад, при організації RAID5 з корисним об’ємом 8 Гбайт можна поставити 3 диска по 4 Гбайт, 5 дисків по 2 і 9 дисків по 1 Гбайт. У цьому разі платити доводиться за 12, 10 чи 9Гбайт обсягу, відповідно. Більша кількість дисків теоретично дасть більшу швидкість роботи матриці. Обмеження тут чисто конструктивні: кількість посадочних місць в корпусі, вентиляція і потужність блока живлення. При розрахунку необхідної потужності джерела живлення слід пам’ятати, що диски споживають максимум енергії при розкручуванні. B RAID-контролери є можливість встановлювати план розкрутки шпинделів дисків з метою розподілу в часі максимального навантаження.

Важливу роль у дискових системах відіграють і корпусу. Для безперервної стійкої роботи дисків необхідний корпус з хорошою вентиляцією і потужним блоком живлення. Посадочні місця під диски повинні бути розташовані таким чином, щоб між ними було досить відстані для проходу повітря. Вентиляція повинна бути проточною, а не замкнутою. Бажано, якщо є можливість встановити додаткову вентиляційну панель. Зараз на російському ринку з’явилося багато недорогих корпусів для RAID і практично всі вони забезпечені конструктивом гарячої заміни (Hot Swap). Купуючи такі корпуси для своєї системи, важливо звернути увагу — чи справді ці модулі дозволяють коректно і безпечно розривати і відновлювати SCSI з’єднання при працюючій машині. Завжди є можливість відмовитися від Hot Swap модулів на користь додаткового диска (дисків), які будуть знаходитися в режимі гарячого резерву. Якщо вам потрібна дійсно долгоработающий сервер, то настійно рекомендується подумати про резервних дисках і не піддавати себе спокусі використовувати їх для збільшення об’єму матриці. Практично напевно через рік або півтора ви вже не знайдете цю модель диска на світовому ринку.

Яка кількість SCSI каналів буде потрібно?

Сучасні моделі RAID-контролерів мають зазвичай до 3 SCSI-каналів. Так як ці вироби досить складні і дороги, слід правильно вибрати модель. Якщо завдання користувача створити максимально дешеву дискову систему, то вибирається мінімум каналів виходячи з кількості дисків, причому на один канал можна ставити не більше 7 пристроїв. Якщо ж завдання полягає в отриманні максимальної надійності і швидкодії, то найкращий варіант — це 3-х канальний контролер. Якщо ж необхідний компроміс, то можливі варіанти. Багатоканальний RAID дозволить збільшити швидкодію дискової системи з тієї причини, що канали працюють незалежно один від одного. Звернення до дисків на різних каналах відбувається паралельно, а звернення по одному SCSI-каналу — в мультиплексорном режимі. У разі роботи RAID з кешем контролерів дисків швидкість передачі інформації обмежена лише пропускною спроможністю SCSI-шини, і на багатоканальному варіанті RAID-контролера цей показник буде вищим. Для створення матриці дисків байдуже розташування пристроїв SCSI шинах, головне, щоб їх кількість була не менше мінімального для вибраного рівня RAID (рис. 1).

Сучасні RAID-контролери, № 02, 1996 . Відкриті системи . Видавництво «Відкриті системи.
(1×1 )

Рис. 1. Способи організації дискових матриць

В ідеалі найшвидша дискова підсистема повинна мати 3-х канальний RAID-контролер і один або два диска на кожен канал. Зручність багатоканального RAID полягає і в тому, що можна створити на кожному каналі свою матрицю (Pack), визначити кожну з них як системний диск і налаштувати роботу користувачів таким чином, щоб незалежні групи спілкувалися з різними матрицями (рис. 2). При такій організації трафік одного системного диска практично не впливатиме на роботу іншого.

Сучасні RAID-контролери, № 02, 1996 . Відкриті системи . Видавництво «Відкриті системи.
(1×1 )

Рис. 2. Схема конфігурації матриць для різних груп користувачів

В масштабах локальної мережі ефективність роботи такого сервера може значно збільшитися. Хоча RAID-контролери самі по собі надійні і майже не схильні до поломок в процесі експлуатації, при використання багатоканального RAID існує додаткова гарантія відмовостійкості сервера, коли в разі виходу з ладу одного з каналів, завжди є можливість переставити диски на інші і продовжувати роботу. З технічної точки зору, установка одного або багатоканального контролера абсолютно однакова. Багатоканальний не вимагає додаткових слотів розширення, додаткового харчування і т. д. Він використовує ті ж утиліти для конфігурації і також повністю сумісний з ПК стандартної платформою, а обмеження тут тільки фінансові, наприклад недорога модель одноканального RAID-контролера фірми Mylex на сьогоднішній день коштує близько 1000 дол. Збільшення на один канал обійдеться додатково десь у 25%. В додаток можна порадити майбутнім конструкторам RAID-систем не встановлювати на SCSI канали RAID-контролера повільні пристрої типу CD або стримера. Хоча теоретичних заборон на це немає, але практичний досвід роботи показує, що ці пристрої значно уповільнюють роботу матриці, особливо якщо вони підключені не на окремий канал. Хороше рішення в цьому випадку — це поставити додатковий недорогий контролер SCSI.

Вибір типу RAID-алгоритму

Для досягнення максимальної продуктивності роботи сервера необхідно правильно підійти до вибору RAID-алгоритму. Як відомо, самий швидкий доступ до дискової підсистемі забезпечує RAID0. Цей алгоритм хороший для віртуальних дисків, що використовуються для проміжного зберігання інформації в процесі роботи програми або для організації файлу підкачки. Можливе також використання цього алгоритму для зберігання великих обсягів інформації, некритичних до можливої втрати, копії яких завжди можна відновити з архіву. RAID0 не тільки найшвидший, але і максимально використовує дисковий простір алгоритм. RAID0 — найкраще рішення для потужної графічної станції, що працює з дуже великими обсягами мультимедіа-файлів в реальному часі, коли кеш вже не рятує. При такій організації нам вдавалося досягати результатів запису/читання файлів розміром 200 і більше Мбайт, коли використання кешу вже виключається, і отримувати продуктивність до 14 Мбайт/с. Пікова швидкість в цьому випадку при розмірах файлів 15 Мбайт досягає 30 Мбайт/c (рис.3).

Сергій Романчиков (serge@cron.ru ) — генеральний директор компанії «Крон-студія » (Москва).

Короткий опис статті: raid контролер найслабкішими по надійності місцями в комп’ютері є оперативна пам’ять, жорсткі диски, які являють собою ще й одне із самих повільних ланок у комп’ютері. Платформи

Джерело: Сучасні RAID-контролери — № 02, 1996 | Відкриті системи | Видавництво «Відкриті системи»

Також ви можете прочитати