High-End RAID на настольном ПК: тестируем NetCell SyncRAID/RAID XL
В начале ноября RAIDCore выпустила свою новую архитектуру, намереваясь снизить себестоимость профессиональных применений, в то же время повысив производительность и надёжность. Через неделю NetCell заявила, что смогла скрестить производительность RAID 0 с отказоустойчивостью RAID 5. Мы пожелали узнать больше.
Конечно, производители прилагают все усилия, чтобы снизить цену и увеличить производительность. Производители систем хранения урезают цены, переходя на Serial ATA вместо SCSI. Если рассмотреть тенденции роста производительности систем хранения, то производительность жёстких дисков увеличивается, но в такой же пропорции, как другие компоненты компьютера, типа процессоров и графических карт.
На самом деле, субъективное впечатление о производительности компьютера во многом складывается из скорости работы жёсткого диска и/или подсистемы хранения. Простой и эффективный подход заключается в добавлении массива RAID 0, который одновременно работает с двумя или большим количеством жёстких дисков – это повышает скорость чтения/записи, практически, пропорционально количеству жёстких дисков. Однако риск потери данных возрастает в той же степени – он тем выше, чем больше используется жёстких дисков. Скажем, если ваш массив RAID 0 состоит из четырёх жёстких дисков, то риск отказа массива в четыре раза выше, чем риск отказа одного диска, поскольку при сбое хотя бы одного винчестера портится весь массив.
Чтобы предотвратить негативные последствия, мы рекомендуем использовать RAID 5, который, несмотря на необходимость добавления ещё одного жёсткого диска, распределяет информацию по всем дискам. Но использование такого массива подразумевает выполнение намного большей работы, поскольку необходимо проверить (или создать) информацию избыточности с помощью так называемого блока XOR.
NetCell заявила о том, что смогла создать устройство, обеспечивающее производительность RAID 0 и в то же время гарантирующее отказоустойчивость. Сделано это было благодаря “оживлению” практически не использующегося сегодня режима RAID 3. Он подразумевает использование дополнительного жёсткого диска только для хранения избыточных данных, причём раньше подобный подход являлся “узким местом”. Но, по данным NetCell, компания смогла обойти указанную проблему и назвала новую систему RAID XL.
Будущее: RAID везде?
Слайд из презентации – он даёт ясное представление о намерениях NetCell по поводу RAID XL.
Intel вновь доказала своё лидерство, интегрировав контроллер Serial ATA с поддержкой RAID в южный мост ICH5-R. Фактически, сегодня существует множество приложений, которые получают существенное преимущество от использования быстрой дисковой подсистемы. В их состав входит не только обработка несжатых аудио и видео данных, но и массивные вычислительные приложения, которые не могут обойтись без большого файла подкачки, или множества модулей, подгружающихся по мере необходимости (в качестве одного из примеров можно привести Adobe Photoshop).
NetCell предсказывает, что в ближайшие три года потребность в высокопроизводительных системах для геймеров возрастёт в два раза, что обеспечивает прекрасный рыночный потенциал для массивов RAID. Вряд ли поддаётся сомнению рост размеров файлов – учитывая, хотя бы, фотографии в несколько мегапикселей, фильмы и высококачественные звуковые файлы (кому сегодня достаточно MP3 с потоком всего 128 кбит/с?).
Поэтому аудитории геймеров нужна не только производительность, но и массивный объём памяти. Для новых игр одного CD уже часто бывает недостаточно – они замахиваются уже на диски DVD. Даже “серьёзные” приложения, например Microsoft Visual Studio, сегодня поставляются на DVD, и эта тенденция продолжается.
С большими жёсткими дисками типа 300 Гбайт модели Maxtor жажда пространства утоляется, но при использовании только одного жёсткого диска нельзя получить топовую производительность.
Да и проблема сохранности данных не теряет своей актуальности – ведь, несмотря на прогресс последних нескольких лет, в этом отношении практически ничего не изменилось. Всем, кому нужна максимальная сохранность, приходится использовать либо простой массив RAID 1, либо более сложный RAID 5, или просто регулярно проводить резервирование данных. Но последнее становится всё более проблематичным, что связано с растущим объёмом жёсткого диска – 100 Гбайт данных уже требуют для записи 22 DVD.
NetCell TurboDisk NC5464
Нажмите для получения увеличенного изображения.
Контроллер TD6405 is является основой архитектуры TurboDisk. Детальное описание приведено ниже.
Как было решено, для первых продуктов линейки NetCell RAID XL будет использоваться интерфейс Ultra ATA, поскольку он продолжает доминировать на рынке жёстких дисков. Впрочем, в будущем будет осуществлён лёгкий переход на Serial ATA. Нам были предоставлены контроллеры NC3232 с тремя каналами ATA и NC5464 с пятью каналами. Подобное число связано с необходимостью использовать один жёсткий диск для хранения информации избыточности.
Младшая версия оборудована 32-битным интерфейсом PCI, который может работать на 33 или 66 МГц. 5464, с другой стороны, имеет 64-битный интерфейс PCI и поддерживает максимальную частоту 66 МГц, но также может работать и в любом слоте PCI, вплоть до PCI-X. Ещё одно отличие заключается в кэш-памяти: пятиканальная версия оборудована 128 Мбайт, в то время как у трёхканального контроллера её объём составляет 64 Мбайт.
Ядром является TD6405 – 64-битный контроллер IDE RAID, который может обрабатывать данные со скоростью до 800 Мбайт/с. Можно использовать до 512 Мбайт кэш-памяти, но тестовая плата не так далека от этого объёма. Также следует отметить и движок XOR – по данным NetCell, вся избыточная информация может создаваться в реальном времени. Таким образом, 6405 вряд ли будет использовать мощность системного процессора.
NetCell 6405: архитектура SyncRAID в деталях
64-битные шины везде, где только можно видеть. Перед вами – коммутатор приводов со встроенным движком XOR, который сохраняет 64-битные слова вместо блоков данных и поэтому использует два или четыре привода.
Обычно в массиве RAID записываются блоки данных фиксированного размера (64 кбайт). То есть избыточная информация создаётся для каждого такого блока. Чем больше используется жёстких дисков, тем вероятнее возникновение “узкого места” в движке XOR.
В отличие от предыдущего способа, SyncRAID записывает 32- или 64-битные слова на носители (трёх- или пятиканальная операция). То есть информация избыточности будет записываться только один раз для трёх или пяти приводов.
Сравнение с предыдущими технологиями
Как можно видеть по иллюстрации выше, предыдущие “узкие места” (красные) должны быть удалены (зелёные). Они необходимы для всех существующих технологий RAID.
Большинство решений RAID (на рисунке – слева) опираются на соответствующее аппаратное обеспечение, чья работа заключается в управлении всеми жёсткими дисками. Профессиональные решения используют аппаратный движок XOR для вычисления информации избыточности с максимально высокой скоростью. Но даже при этом весь процесс занимает множество времени, что заметно в сравнении RAID 0 (чередование) и RAID 5 (чередование с избыточной информацией) с тем же числом жёстких дисков. Однако практические проблемы зависят от ситуации, поскольку в жизни практически любому серверу нужно делать массу вещей, помимо записи и чтения данных.
Ещё одно различие касается подхода к программному уровню. Это касается встроенных контроллеров ATA RAID от Intel и VIA. Недостаток подобного подхода понятен: центральный процессор должен самостоятельно выполнять большинство операций, что приводит к увеличению загрузки. Честно говоря, во многих случаях это не критично, поскольку современные процессоры обладают большими ресурсами.
Как мы уже упоминали, технология NetCell под названием SyncRAID записывает широкие слова данных на жёсткие диски. Контроллеры RAID XL/RAID 3 осуществляют соответствующие вычисления XOR в реальном времени, поскольку информация избыточности должна быть создана для слова данных, вместо нескольких блоков данных.
NetCell TurboDisk NC5464 на практике
Первое практическое преимущество становится очевидным на этапе установки: контроллеры NetCell работают во всех текущих операционных системах Windows без драйверов! Это возможно благодаря тому, что чип NetCell работает в роли стандартного контроллера IDE. На практике это означает:
- Контроллер NetCell может устанавливаться практически в любой системе Windows без всяких усилий, поскольку драйверы в системе уже есть.
- В обновлении драйверов нет необходимости.
- Windows NT, 2000, XP или 2003 можно устанавливать без всяких головных болей по поводу дискет с драйвером для контроллера, который не поддерживается.
- Даже перевод контроллера IDE в южном мосту в режим вторичного устройства и работа чипа NetCell в качестве основного устройства с RAID XL имеет свой смысл.
Хотя NetCell нужны драйверы для Linux и Mac, по данным компании, они уже выпущены.
В режиме быстрого чтения (Fast Read) NetCell выключает проверку информации избыточности. В общем, массив RAID XL работает наподобие массива RAID 0.
Программа конфигурации не всегда понятна, однако она обеспечивает все обычные функции.
Свойства массива и привязка приводов показаны более понятно.
NetCell TurboDisk NC5464 – программа по управлению
Отличие от серверных продуктов: необходимо перегружаться после каждого изменения.
Тестовая система
| Процессор | |
| Intel Pentium 4 Xeon HT | 2 процессора, частота FSB 533 МГц, 2,8 ГГц каждый |
| Память | |
| Двухканальная DDR266 | 2x Samsung 512 Мбайт регистровая и ECC |
| Общее аппаратное обеспечение | |
| Графическая карта | Matrox Millennium G450 AGP, 32 Мбайт |
| Системный жёсткий диск | Western Digital WD1200JB, 120 GB UltraATA/100, 7200 об/мин, кэш 8 Мбайт |
| Сетевая карта | Broadcom BCM-5703CHKB, 1000/100 Мбит/с |
| Материнская плата | MSI E7505 Master 2 S/L Чипсет Intel E7505 PCI-X 100 МГц |
| Драйверы | |
| Чипсет | Intel INF Update 5.02.1003 |
| Графический драйвер | Windows Server 2003 standard driver |
| DirectX | Версия: 9.0b |
| ОС | Windows Server 2003 Ver. 5.2.3790 |
| Тесты и настройки | |
| Производительность передачи данных | c’t h2benchw Ver. 3.6 |
| Диаграмма передачи данных | Winbench 99 2.0 Disk Inspection Test |
| Производительность ввода/вывода | IOMeter 2003.05.10 File Server Benchmark Pattern Web Server Benchmark Pattern |
| Производительность приложений | Winbench 99 2.0 Disk Winmarks |
NetCell NC-5464, 3 привода, RAID XL
Разница между “полным” процессом чтения, включая проверку избыточности…
NetCell NC-5464, 3 привода, RAID XL, без чтения информации избыточности
… и небольшое увеличение скорости без чтения информации избыточности, что заставляет думать о хорошей производительности движка XOR.
NetCell NC-5464, 5 приводов, RAID XL
Даже с пятью приводами вместо трёх…
NetCell NC-5464, 5 приводов, RAID XL, без чтения информации избыточности
…разница в производительности между чтением информации избыточности (выше) и без её чтения очень невелика.
Диаграммы: симуляция краха жёсткого диска
3Ware 7500-8, 5 приводов, RAID 5
Сбой жёсткого диска оказывает существенное влияние на производительность. Мы прервали тест из-за ограничений по времени.
NetCell NC-5464, 5 приводов, RAID XL
Невероятно высоко: даже при потере жёсткого диска контроллер NetCell продолжает работу в обычном режиме и даёт практически тот же уровень производительности.
Заключение: RAID XL подходит для массового рынка
В большинстве отношений NetCell достигла поставленной цели, обеспечив производительность RAID 0 вместе с обеспечением отказоустойчивости RAID 5. Это стало возможным благодаря использованию RAID 3 вместе с обходом его недостатка: в результате массив был назван RAID XL.
Но мы должны подчеркнуть, что высокий уровень производительности проявляется только на требовательных настольных приложениях – что действительно было нужно NetCell – но не на серверных приложениях. И дело здесь в используемом механизме – 64-битных информационных блоках, в результате чего большие участки данных можно записывать с избыточной информацией с минимальными усилиями.
Но это также означает, что запись и чтение меньших блоков, которые часто используются серверными приложениями, требует больших усилий, поскольку необходимо получать доступ ко всем жёстким дискам. Это приводит к существенно сниженному числу операций ввода/вывода в час.
С другой стороны, в важных для NetCell областях NC-5464 работает великолепно: с пятью приводами NC-5464 в большинстве случаев работает быстрее, чем конкурирующий продукт от 3Ware. Что интересно, при крахе жёсткого диска падение скорости на NetCell не ощущается. У RAID XL есть один недостаток: чем больше число жёстких дисков, тем больше время доступа.
Как мы думаем, наиболее обещающей конфигурацией является подключение трёх жёстких дисков. Конечно, некоторые пользователи предпочтут два диска в режиме RAID 0 по причине увеличения производительности, но при этом придётся постоянно бояться краха винчестера. С другой стороны, RAID 1 даёт только половину ёмкости, так что вряд ли его можно считать альтернативой. Четыре жёстких диска были бы неплохи, но, опять же, только с потерей пространства на RAID 01 или 10, либо с дорогим контроллером в режиме RAID 5.
RAID XL с другой стороны, кажется идеальным решением: с тремя жёсткими дисками вы получаете производительность RAID 0, которую можно достичь с помощью двух дисков, в то время как платите за это третью часть общего пространства (один диск). С точки зрения цены вариант очень привлекателен.
Поэтому будет интересно увидеть, как технологию NetCell воспримут пользователи. Карты PCI типа тех, что мы получили на тестирование, вполне убедительны, к тому же, чип является компактным и экономичным решением для интеграции на материнские платы. С выпуском RAID XL NetCell, в любом случае, осуществила шаг вперёд в способе использования нескольких приводов на ПК.
