РЕКЛАМА
ПОИСК И ЦЕНЫ
Поиск по сайту THG.ru


Поиск по ценам в Price.ru




ИНФОРМАЦИЯ
ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ
Тесты масштабируемости RAID. Часть II

Тесты масштабируемости RAID. Часть III

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
bigmir)net TOP 100

НАКОПИТЕЛИ

Тесты масштабируемости RAID. Часть I
Краткое содержание статьи: Массивы RAID становятся всё популярнее, поскольку жёсткие диски являются "узким местом" современных ПК. И многие энтузиасты начинают переходить на массивы RAID, позволяющие увеличить скорость винчестеров или повышающие надёжность хранения данных за счёт избыточности. Мы решили провести тесты масштабирования массивов RAID, которые позволяют узнать, как число приводов в массиве влияет на производительность. В первой части мы рассмотрим массивы RAID 0, RAID 1 и RAID 0+1.

Тесты масштабируемости RAID. Часть I


Редакция THG,  24 июля 2007


Введение

Введение

Всё больше энтузиастов и обычных пользователей переходят на массивы RAID, главным образом, по причине увеличения производительности, так как о повышении надёжности хранения данных думают немногие. Именно поэтому большинство установленных массивов состоит всего из двух жёстких дисков, которые объединены в массив RAID 0. Но разве вы не интересовались, как масштабируется производительность массивов RAID по мере увеличения числа жёстких дисков? Стоит ли увеличивать их число? Когда рост числа винчестеров упирается в "узкое место"? Чтобы ответить на эти вопросы, мы решили провести тесты масштабирования RAID.

Наша цель была простой, хотя и амбициозной: протестировать все популярные режимы RAID с минимальным числом приводов, после чего постепенно увеличивать число дисков до восьми. Как мы считаем, именно таким является максимальное число винчестеров для ПК энтузиастов и серверов начального уровня, поскольку дальнейшее увеличение требует специальных корпусов или перехода на внешние оснастки eSATA. Кроме того, для перехода на профессиональные RAID-контроллеры с числом портов больше восьми понадобятся многоканальные кабели и дорогие оснастки, которые иногда называют "mini SAS", а не отдельные кабели на каждый винчестер.

Данная статья является первой в цикле. Здесь мы обсудим массивы RAID 0, RAID 1 и RAID 0+1, а во второй части рассмотрим массивы RAID 5 и RAID 6.

Существует несколько причин, почему мы решили создать новый проект. С одной стороны, сегодня можно назвать не одно приложение, требующее высокой производительности от дисковой подсистемы: подумайте о приложениях видео и аудио, которым необходим постоянный поток данных, например, для кодирования видео или звука высокого разрешения. Если вы уменьшите или вообще откажитесь от сжатия, то скорость потока сразу же взлетит. К тому же, одновременно может записываться несколько каналов. Кроме того, файловым серверам в больших сетях требуется, скажем, максимально быстро обеспечить клиентские ПК новым критичным обновлением. Или подумайте о серверах данных, которых ежесекундно записывают большое число камер наблюдения, журналы или данные любых других сенсоров.

Но на пропускной способности замыкается не всё: некоторые приложения требуют нескольких сотен операций ввода/вывода в секунду. Большие базы данных, которые нельзя загрузить целиком в оперативную память, тоже зависят от производительности ввода/вывода. Подумайте о базах телефонных разговоров, транзакций по пластиковым картам, системах контроля и т.п.

Наши тесты включают все результаты, которые позволяют найти хороший компромисс между требованиями приложений и числом жёстких дисков. Мы измеряли время доступа, производительность интерфейса, максимальную, минимальную и среднюю скорость чтения и записи. Мы также включили тесты производительности ввода/вывода для типичных сценариев, таких, как файловые серверы, web-серверы, серверы баз данных и рабочие станции.

Режимы RAID

Очень легко создать высокоскоростной массив RAID, который обеспечит как высокую производительность ввода/вывода, так и фантастическую пропускную способность. Всё, что нужно, - чередовать чтение/запись данных по тому числу жёстких дисков, которое вам подойдёт (или которое может поддержать контроллер). Материнские платы обычно имеют до шести портов SATA с поддержкой базовых режимов RAID, а профессиональные контроллеры поддерживают до 8, 12, 16 или даже 24 портов. Но следует помнить, что массив RAID 0 теряет все данные, если хотя бы один из составляющих его жёстких дисков выходит из строя. Потому RAID 0 подходит для хранения временных файлов, но никак не постоянных.

Распространённым подходом для достижения высокой производительности и, вместе с тем, надёжности являются массивы RAID 0+1, когда зеркалируется массив с чередованием из двух или большего числа приводов. Или RAID 5, который распределяет данные по всем жёстким дискам, кроме одного, а контроллер затем высчитывает информацию избыточности всего массива и сохраняет её на оставшийся жёсткий диск. Но чтобы этот жёсткий диск не стал "узким местом", информация избыточности поочерёдно записывается на все доступные жёсткие диски (иначе мы получаем массив RAID 3). В данной статье мы рассмотрим массивы RAID 0, RAID 1 и RAID 0+1.

RAID 0: чередование (высокая производительность)

RAID 0: чередование (высокая производительность)

A, B и C - три разных блока одного файла. В массиве RAID 0 контроллер будет распределять блоки определённого размера (обычно от 8 до 32 кбайт) по всем доступным жёстким дискам массива. Это позволяет повысить скорости записи и чтения, но RAID 0 чувствителен к дефектам и сбоям накопителей. RAID 0 работает с двумя или большим числом жёстких дисков.

RAID 1: зеркалирование (высокая надёжность)

RAID 1: зеркалирование (высокая надёжность)

RAID 1 требует двух жёстких дисков. Контроллер записывает всю информацию одновременно на оба винчестера, то есть вы получаете полную избыточность данных. Если один жёсткий диск выйдет из строя, все данные сохранятся на втором. После замены сбойного привода контроллер восстановит массив RAID 1. Некоторые RAID-контроллеры ускоряют скорость чтения RAID 1, считывая данные одновременно с двух винчестеров.

RAID 1 - самый простой и эффективный способ создания защищённого хранилища. Всё, что вам нужно, - два жёстких диска и контроллер с поддержкой простых режимов RAID (обычно такие контроллеры встроены на материнских платах стоимостью выше $100). Когда вы устанавливаете Windows, то следует на первом этапе вставить в дисковод дискету с драйверами, чтобы установщик распознал дисковый массив. После этого для операционной системы и пользователя массив RAID выглядит как один диск. Если вы всё хотите сделать правильно, то разумно установить съёмные оснастки по цене $20-40. Они позволят легко и быстро заменить вышедший из строя жёсткий диск. Но будьте внимательны и не вытащите рабочий!

Некоторые контроллеры могут зеркалировать данные на более чем один жёсткий диск, например, на три или даже четыре. Если вы настолько трепетно относитесь к защите данных, то не следует забывать о качественном блоке питания, блоке бесперебойного питания (UPS) с защитой от пиков напряжения, да и о стабильном рабочем окружении тоже. Хорошее охлаждение жёстких дисков увеличивает их срок эксплуатации. Если этого мало, то можно прибегнуть к помощи массива RAID 5+1, который выполняет зеркалирование RAID 5 с избыточностью. Впрочем, мы считаем, что подобные конфигурации намного превышают потребности обычных пользователей.

RAID 0+1: зеркалирование и чередование (высокая производительность и надёжность)

RAID 0+1: зеркалирование и чередование (высокая производительность и надёжность)

В конфигурации RAID 0+1 сначала создаётся массив с чередованием из двух или большего числа приводов, после чего вся структура зеркалируется на это число дополнительных жёстких дисков. В результате получается одновременно и зеркалирование, и чередование. Конфигурация RAID 1+0 обратная: сначала создаются массивы RAID 1, после чего они объединяются в массив RAID 0 с чередованием. По части производительности между режимами RAID 0+1 и RAID 1+0 нет разницы. Большинство контроллеров обычно поддерживают RAID 0+1.

Массив RAID 0+1 обеспечивает производительность конфигурации RAID 0, сочетая её с надёжностью RAID 1. Вполне понятно, что для такой конфигурации потребуется не меньше четырёх жёстких дисков. Мы протестировали RAID 0+1 на четырёх, шести и восьми жёстких дисках.

Оценка производительности

Оценка производительности
Нажмите на картинку для увеличения.

Объединение нескольких жёстких дисков в RAID 0 эффективно повысит скорость чтения и записи. Но в действительности рост получается не линейный, однако каждый добавляемый винчестер всё же даёт прирост производительности, что можно видеть в разделе тестов нашей статьи.

Вполне понятно, что увеличение числа жёстких дисков приводит к улучшению скоростей передачи данных и производительности ввода/вывода, поскольку массив сочетает пропускную способность и операции ввода/вывода всех винчестеров. Впрочем, ограничения всё же есть, и первое касается RAID-контроллера: не все продукты способны пропускать через себя сотни мегабайт данных. Второе ограничение связано с интерфейсом контроллера. Сегодня контроллеры имеют, как правило, интерфейс PCI-X со скоростью до 533 Мбайт/с или PCI Express x4 (1 Гбайт/с в одну сторону) и x1 (250 Мбайт/с в одну сторону). Следует убедиться, что пропускная способность интерфейса будет, по крайней мере, на 50% выше, чем у предполагаемого массива RAID, поскольку реальная скорость интерфейса ниже.

Наконец, число жёстких дисков обычно негативно сказывается на времени доступа, поскольку на получение небольшого количества информации требуется собрать кусочки со всех жёстких дисков массива RAID. Каждый винчестер будет позиционировать головку с определённой задержкой, поэтому среднее время доступа к файлу будет ближе к максимальному времени доступа всех жёстких дисков. Наконец, протокол RAID тоже вносит задержки. Поэтому время доступа увеличивается с 12-14 мс до 20 мс и выше.

Впрочем, по мере увеличения запросов ввода/вывода массив быстро обойдёт одиночные жёсткие диски, так как начнут проявлять себя такие функции, как "родная" очередь команд (NCQ) и кэш-память контроллера. Для баз данных имеет смысл выбирать контроллер с большим объёмом кэш-памяти (и резервной батареей), чтобы повысить пропускную способность и снизить время доступа к часто запрашиваемым блокам.

Тестовая система

Тестовая система

Мы выбрали тестовую систему с большим резервом мощности для мощных RAID-массивов. Хотя эта компания уже исчезла, мы взяли двухпроцессорную материнскую плату IWill для процессоров Opteron, поскольку у неё есть слоты как PCI-X, так и PCI Express. Плата DK88 использует чипсет nForce 4 Professional от nVidia и содержит все необходимые компоненты для сервера/рабочей станции: два гигабитных порта Ethernet на контроллерах Broadcom с аппаратным ускорением TCP/IP; встроенную видеокарту ATi и порты USB 2.0; интерфейсы UltraATA/133 и SATA/300. Материнская плата предоставляет восемь слотов DDR400 DIMM, позволяя устанавливать до 64 Гбайт регистровой памяти с коррекцией ECC. Мы оснастили платформу всего 2 Гбайт памяти, поскольку наши тесты не требуют много ресурсов. Мы установили двуядерный процессор Opteron 875 на 2,2 ГГц, который даёт приемлемую производительность CPU, хотя здесь хватило бы и одноядерного процессора с меньшей частотой.

Тестовая система
Материнская плата. Нажмите на картинку для увеличения.

Тестовая система

Тестовая система

Тестовые жёсткие диски: Samsung SpinPoint T166, HD321KJ (320 Гбайт)

Тестовые жёсткие диски: Samsung SpinPoint T166, HD321KJ (320 Гбайт)

Для проекта мы хотели взять жёсткие диски с разумной производительностью. Мы могли бы взять все винчестеры Raptor WD1500 на 10 000 об/мин, но тогда другие проекты лаборатории остались бы без жёстких дисков. Поэтому мы решили взять накопители для массового рынка, а именно: Samsung SpinPoint T166, поскольку они обеспечивают прекрасную скорость передачи при низкой цене. Мы решили не брать 500-Гбайт версии (HD501LJ), выбрав 320-Гбайт модели (HD321KJ). Причина проста: мы не хотели проводить тесты неделями! В частности, тест h2benchw, разработанный журналом c't, занимает тем больше времени, чем медленнее и объёмнее является накопитель.

Samsung SpinPoint T166 является современной линейкой со скоростью вращения шпинделя 7 200 об/мин, кэшем 8 Мбайт и интерфейсом SATA/300 с поддержкой NCQ. Хотя в ближайшее время должна появиться новая линейка SpinPoint HD102UJ с ёмкостью до 1 Тбайт.

Тестовые жёсткие диски: Samsung SpinPoint T166, HD321KJ (320 Гбайт)

Тестовые жёсткие диски: Samsung SpinPoint T166, HD321KJ (320 Гбайт)

Контроллер: Areca ARC-1220

Контроллер: Areca ARC-1220

В данное время мы готовим обзор RAID-контроллеров, поэтому взяли модель, которая даёт высокую производительность. Контроллер ARC-1220 от Areca оснащён восемью портами SATA/300, поддерживающими NCQ, и имеет встроенные 256 Мбайт памяти DDR SDRAM, а для расчётов XOR/чётности использует движок Intel IOP333. Интерфейс у контроллера x4 PCI Express, высота половинная, так что его можно устанавливать в низкопрофильные стоечные сервера.

Мы выбрали эту карту ещё и по причинам простой работы и возможности быстро инициализировать массивы RAID. Впрочем, мы уверены, что большинство других 8-портовых контроллеров SATA RAID справится с задачей ничуть не хуже.

Контроллер: Areca ARC-1220

Тестовая конфигурация
Системное аппаратное обеспечение
Процессор AMD Opteron 875 (Egypt 90 нм, 2,2 ГГц, 2x2 Мбайт кэша L2)
Материнская плата Iwill DK88 Dual Opteron
Чипсет nVidia nForce Professional 2200, BIOS: 1.4
Память 2x 1024 Мбайт DDR-400 (CL 3,0-3-3-8), Micron 18VDDF12872G-40BD3
Видеокарта ATI RagelXL
Системный жёсткий диск 120 Гбайт, 7 200 об/мин, кэш 8 Мбайт, SATA/300, Samsung HD120IJ
Тестовые жёсткие диски 8x 320 Гбайт, 7 200 об/мин, кэш 8 Мбайт, SATA/300, Samsung HD321KJ
RAID-контроллер Areca ARC-1220 8-Port PCIe RAID6-контроллер, прошивка V1.43 2007-4-17
DVD-ROM Teac DV-W50D
Программное обеспечение
Видеокарта ATi Windows integrated
nVidia nForce Professional Версия: 6.70
ОС Windows Server 2003 Enterprise Edition, Build 3790 SP2
Тестовые программы
Производительность c't h2benchw 3.6
Производительность ввода/вывода IOMeter 2003.05.10, тест файлового сервера, web-сервера, сервера баз данных, рабочей станции

Все тесты проводились с настройками контроллера по умолчанию.

Впечатления от тестирования

Все тесты проводились с числом приводов Samsung HD321KJ от двух до восьми, но с заполнением всего 80 Гбайт. Мы не стали заполнять все 320 Гбайт на винчестер, желая сократить время тестов. В результате уменьшилось время тестирования, а жёсткие диски работали с максимальной производительностью, поскольку они не записывали данные на внутренние дорожки, у которых самая маленькая скорость.

На тест с одной конфигураций RAID у нас уходило от четырёх до шести часов, включая тесты пропускной способности, времени доступа и ввода/вывода. Для всех типов массивов, кроме RAID 0, требовалось время инициализации около 20 минут.

Мы обнаружили любопытную особенность, касающуюся блока питания. Сначала мы подключили несколько жёстких дисков к одной линии питания. Конфигурация работала хорошо, поскольку жёсткие диски получали достаточно энергии для раскрутки, и мы не обнаружили проблем. Впрочем, в массиве RAID во время тестов вышел из строя один жёсткий диск. Причиной мы посчитали винчестер, но после повторения проблемы стали винить контроллер. Затем мы разделили питание жёстких дисков по трём разным линиям, и проблема исчезла.

Результаты тестов

Время доступа

Время доступа

Хотя у одного винчестера HD321KJ среднее время доступа составляет больше 14 мс, мы получили даже меньшее время доступа, поскольку использовали всего 80 Гбайт из доступных 320 Гбайт. Впрочем, издержки протокола и время, уходящее на позиционирование головок, весьма существенны, время доступа возрастает по мере увеличения числа приводов. Максимальный результат в 30 мс нельзя назвать быстрым, но на производительность ввода/вывода большие задержки влияют слабо.

Пропускная способность интерфейса

Пропускная способность интерфейса

Скорость чтения

Скорость чтения

На графике явно видно, как хорошо масштабируются массивы RAID при добавлении жёстких дисков. Впрочем, пропускная способность прекращает увеличиваться после добавления в массив RAID 0 пятого жёсткого диска. Вполне очевидно, что какой-то из компонентов нашей системы стал "узким местом". Будь то RAID-контроллер или материнская плата, но с 6, 7 и 8 винчестерами мы не получили ожидаемого прироста. В теории интерфейс PCI Express x4 способен передавать 1 Гбайт/с в обе стороны.

Скорость записи

Скорость записи

Скорость записи определённо ниже максимальных результатов, полученных в тесте чтения. Как видим, контроллер не может выдать скорость выше 275 Мбайт/с.

Производительность ввода/вывода (RAID 0)

Производительность ввода/вывода (RAID 0)

Производительность ввода/вывода (RAID 0)

Производительность ввода/вывода (RAID 0)

Производительность ввода/вывода (RAID 0)

Производительность ввода/вывода является сильной стороной контроллера Areca, поскольку каждый добавляемый винчестер увеличивает её почти линейно.

Производительность ввода/вывода (RAID 0+1)

Производительность ввода/вывода (RAID 0+1)

Производительность ввода/вывода (RAID 0+1)

Производительность ввода/вывода (RAID 0+1)

Производительность ввода/вывода (RAID 0+1)

Заключение

Заключение

Создать идеальное окружение для высокопроизводительного массива RAID не так-то просто. Недостаточно просто взять комплектующие и собрать их в систему. Наша система уровня рабочей станции с RAID-контроллером Areca ARC-1220 на бумаге выглядит идеально, но она "выдыхается" на пропускной способности 500 Мбайт/с с интерфейсом менее 400 Мбайт/с для чтения и 275 Мбайт/с для записи. Данная система упирается во внутренние "узкие места" уже при пяти жёстких дисках. Впрочем, как нам кажется, конфигурация RAID на иной платформе, оптимизированной под RAID 0, может масштабироваться ещё лучше. Во второй части нашего обзора мы покажем, что контроллер Areca хорошо подходит для массивов RAID 5 и RAID 6, а не для RAID 0 и RAID 1.

Наша тестовая система оказалась идеальной основой для превосходных результатов в тестах ввода/вывода, когда каждый дополнительный жёсткий диск поднимал производительность. Очевидно, что Areca ARC-1220 хорошо подходит для серверов баз данных или окружений с высокой нагрузкой ввода/вывода.

Хотя скорость передачи данных хорошо масштабируется до порога в полдесятка приводов, средняя время доступа ухудшается. В зависимости от расположения головок у каждого привода, время доступа массива RAID близко к самому длительному времени доступа всех приводов, свой вклад вносят и задержки протокола. В результате дисковый массив из многих жёстких дисков не всегда разумен для high-end ПК для энтузиастов. В ближайшем будущем для высокопроизводительных массивов разумным выбором можно будет считать твёрдотельные накопители. А пока можно рекомендовать массив из жёстких дисков WD Raptor на 10 000 об/мин, хотя обойдётся он ощутимо дороже.

Не забудьте ознакомиться с двумя другими статьями в цикле, посвящённом масштабированию RAID.

  • "Тесты масштабируемости RAID. Часть II".
    Массивы RAID становятся всё популярнее, поскольку жёсткие диски являются "узким местом" современных ПК. И многие энтузиасты начинают переходить на массивы RAID, позволяющие увеличить скорость винчестеров или повышающие надёжность хранения данных за счёт избыточности. Мы решили провести тесты масштабирования массивов RAID, которые позволяют узнать, как число приводов в массиве влияет на производительность. Во второй части мы рассмотрим массивы RAID 5 и 6.
  • "Тесты масштабируемости RAID. Часть III".
    Массивы RAID становятся всё популярнее, поскольку жёсткие диски являются "узким местом" современных ПК. И многие энтузиасты начинают переходить на массивы RAID, позволяющие увеличить скорость винчестеров или повышающие надёжность хранения данных за счёт избыточности. Мы решили провести тесты масштабирования массивов RAID, которые позволяют узнать, как размер полосы (stripe) влияет на производительность. Во второй части мы рассмотрим массивы RAID 0, 5 и 6 с восемью жёсткими дисками и размером полосы от 4 до 128 кбайт.




Свежие статьи
RSS
Обзор игрового кресла ThunderX3 Eaze Mesh: надежность и комфорт Обзор планшета HUAWEI MatePad Pro 13,2: флагман с великолепным дисплеем Лучший процессор для игр: текущий анализ рынка Иерархия процессоров Intel и AMD: сравнительная таблица Лучшие мониторы для игр: текущий анализ рынка
Обзор игрового кресла ThunderX3 Eaze Mesh Обзор планшета HUAWEI MatePad Pro 13,2 Лучший процессор для игр Иерархия процессоров Intel и AMD: сравнительная таблица Лучший монитор
РЕКЛАМА
РЕКОМЕНДУЕМ ПРОЧЕСТЬ!

История мейнфреймов: от Harvard Mark I до System z10 EC
Верите вы или нет, но были времена, когда компьютеры занимали целые комнаты. Сегодня вы работаете за небольшим персональным компьютером, но когда-то о таком можно было только мечтать. Предлагаем окунуться в историю и познакомиться с самыми знаковыми мейнфреймами за последние десятилетия.

Пятнадцать процессоров Intel x86, вошедших в историю
Компания Intel выпустила за годы существования немало процессоров x86, начиная с эпохи расцвета ПК, но не все из них оставили незабываемый след в истории. В нашей первой статье цикла мы рассмотрим пятнадцать наиболее любопытных и памятных процессоров Intel, от 8086 до Core 2 Duo.

ССЫЛКИ
ставки на тотал в баскетболе . #бет бум букмекерская# контора . Найти свежее рабочее зеркало Melbet можно на сайте https://bet-rate.top/.
Реклама от YouDo
erid: LatgC7Kww