RAID контроллеры

Диски

Дисковая подсистема

Существуют жесткие диски со следующими интерфейсами: Serial ATA (SATA), Serial SCSI (i SCSI или SAS).

Интерфейс Serial ATA различных версий является наследником интерфейса Parallel ATA. В нем была расширена пропускная способность (150, затем 300 Мбайт/с.), для подключения дисков используются новые плоские кабели. Стандарт SATA II допускает "горячее" подключение накопителей, в нем заложен механизм оптимизации очереди команд внутри контроллера, что значительно ускоряет ввод-вывод.

Интерфейс SCSI традиционно использовался в серверных системах. К его неоспоримым преимуществам следует отнести:

возможность подсоединения до 15 устройств на один канал;

высокую общую пропускную способность (до 320 Мбайт/с), которая, однако, должна делиться между всеми дисками;

технологии арбитража шины, снижающие нагрузку на процессор;

оптимизацию очереди команд.

Данные особенности сделали SCSI лучшим интерфейсом для систем, выполнящих задач, связанные с большим количеством операций ввода-вывода. Жесткие диски с интерфейсом SCSI, как правило, имели большую скорость вращения шпинделя - 10000 или 15000 оборотов в минуту, что уменьшает время доступа и увеличивает скорость передачи данных. К минусам данного интерфейса можно отнести высокую стоимость хранения (жесткий диск SCSI в несколько раз дороже, чем накопители SATA той же емкости).

Serial SCSI являются наследником интерфейса SCSI. При сохранении всех положительных черт SCSI в последовательном интерфейсе обеспечена большая пропускная способность при меньшем числе проводников.

RAID контроллеры позволяют организовать из группы жестких дисков отказоустойчивый массив. Существуют различные уровни отказоустойчивости, но наибольшее распространение получили следующие:

Уровень 0 – блоки данных последовательно размещаются на нескольких дисках, достигается выигрыш в скорости, но без отказоустойчивости. То есть в случае отказа одного из винчестеров пользователь теряет всю информацию.

Уровень 1 – диски объединены в пару и являются точной копией друг друга, для данного уровня требуются как минимум два диска. Теряется 50% дискового пространства, но достигается отказоустойчивость

Уровень 5 – на дисках размещаются блоки данных плюс контрольная сумма. Причем контрольная сумма оказывается «размазанной» по всем дискам массива. В случае отказа одного из дисков, данные восстанавливаются на основе контрольной суммы на диск замены (hot spare). Для построения массива уровня 5 требуется как минимум три диска. Под контрольные суммы используется дисковое пространство, эквивалентное объему одного из накопителей (в случае n накопителей, суммарный объем дискового пространства равен n-1).

Уровень 0+1 (или 10) – зеркалирование + последовательная блочная запись. Представляет собой две группы зеркальных дисков, запись на которые ведется последовательно блоками. Необходимо, по меньшей мере, 4 диска. Потери дискового пространства 50%. Уровень 10 сочетает скорость и надежность. Такой массив может продолжать функционирование при отказе половины дисков. Так как контроллеру не надо вычислять контрольные суммы, запись на диски происходит значительно быстрее, чем при уровне 5.

Таким образом, уровень 0 чаще всего используют там, где необходима высокая скорость данных, а сохранность данных не важна, например, нелинейный монтаж видео.

Уровень 1 используется там, где требуется сохранить данные без использования сложных аппаратных систем. Как правило, уровень 0 и 1, поддерживают все, даже самые дешевые RAID контроллеры, в том числе и интегрированные на материнской плате.

Уровень 5 представляется оптимальным по соотношению надежность/потери дискового пространства. Но для его реализации требуется полноценный RAID контроллер с аппаратным ускорением подсчета контрольных сумм. В силу необходимости подсчета контрольных сумм, данный уровень проигрывает по скорости записи уровню 10. Уровень 10 используют там, где нужна высокая надежность и скорость чтения/записи, а потери дискового пространства не являются критичными.

RAID контроллеры различаются по типу используемой шины. Как правило, серьезные решения ориентированы на шины PCI Express как самые быстродействующие на сегодняшний момент. На платах полноценных RAID контроллеров дополнительно размещают кэш-память; есть варианты с интегрированной и расширяемой памятью. Объем кэш-памяти влияет на производительность массива, но эта зависимость не является линейной.

Существует два режима работы кэша RAID контроллера: Write Through (немедленная запись, дословный перевод с английского - сквозная запись) и Write Back (отложенная запись, дословный перевод с английского - обратная запись). При первом режиме контроллер не дает подтверждения записи, пока данные не попали на диски, при втором - достаточно того, чтобы данные попали в кэш. Соответственно, второй режим значительно ускоряет операции записи, но существует опасность потери данных при сбое по питанию. Чтобы решить данную проблему некоторые модели RAID контроллеров, как правило, двухканальные, оснащают еще и встроенной батареей (BBU- Battery Backup Unit). В случае сбоя по питанию или аппаратной перезагрузки, RAID контроллер с батареей успевает переписать данные из кэша на диски.

Дата добавления: 2014-01-04