Hardware-RAID-Controller. FAQ zur praktischen Umsetzung von RAID.

15.02.1996 Sergej Romantschikow

Die schwächsten Stellen in einem Computer im Hinblick auf die Zuverlässigkeit sind Rom und Festplatten, die auch zu den langsamsten Verbindungen in einem Computer gehören. Eine der Möglichkeiten zur Arbeitsorganisation Plattensystem sind RAID-Matrizen, deren Zuverlässigkeit und Leistung durch moderne RAID-Controller gewährleistet werden. Was ist ein RAID-Controller? In der Praxis akzeptierte RAID-Algorithmen. Design eines RAID-Controllers. Hot-Swap-Technologie. Ersatzfestplatten von RAID-Systemen und alternative Optionen Software- und Hardware-Implementierungen der Spiegelung RAID-Level 5 und Spiegelung, was ist rentabler? Mit welchen Betriebssystemen funktioniert RAID?

In den letzten Jahren sind Leistung und Geschwindigkeit aller Computerklassen deutlich gestiegen – heute kann sich selbst ein kleines Unternehmen ein lokales Netzwerk, einen oder mehrere Server und einen Internetzugang leisten. Eine große Menge an Software und Hardware Viele Optionen für vorgefertigte integrierte Lösungen ermöglichen Ihnen eine schnelle Bereitstellung und Konfiguration des Büros. Eine der größten Herausforderungen bei der Sicherstellung dieses Prozesses besteht darin, maximale Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit bei minimalem Kostenaufwand zu erreichen. Diese Anforderungen werden in der Regel vor allem an Maschinen gestellt, die Gruppenarbeit durchführen: Dateiserver, Anwendungsserver, Mail-Hosts, Multimedia-Grafikstationen. Viele dieser Computer müssen über die gesamte Lebensdauer hinweg einen stabilen Betrieb mit 100 % Datenintegrität und minimaler Wiederherstellungszeit – idealerweise gegen Null tendierend – gewährleisten, ohne dass sie über Jahre hinweg ausgeschaltet werden müssen. Wie Sie wissen, sind der Arbeitsspeicher und die Festplatten die schwächsten Stellen in einem Computer, was die Zuverlässigkeit betrifft, und sie gehören auch zu den langsamsten Verbindungen im Computer. Eine Möglichkeit, den Betrieb eines Plattensystems zu organisieren, sind RAID-Matrizen, deren Zuverlässigkeit und Leistung durch moderne RAID-Controller gewährleistet werden.

Wenn Sie über den derzeit schnellsten verfügbaren Prozessor, viel RAM und Prozessor-Cache verfügen, das Festplattensystem des Computers jedoch langsam und instabil ist, ist die Gesamtleistung Ihrer Konfiguration äußerst niedrig. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie eine solche Maschine als Server oder Grafikstation verwenden möchten – es entstehen ungerechtfertigte Ausgaben für schnelle Prozessoren und Speicher, die totes Kapital sind, wenn Sie sich nicht im Vorfeld darum kümmern, das geeignete System für die Arbeit auszuwählen Festplatte. Eine Möglichkeit, den Betrieb eines Plattensystems zu organisieren, sind RAID-Matrizen, die mit speziellen Controllern aus Standard-SCSI- oder SSA-Platten erstellt werden. Diese aus Großrechnern und leistungsstarken RISC-Computern hervorgegangene Technologie findet zunehmend ihren Platz auf PC-Plattformen. Niedriger Preis, 100 % kompatibel mit den wichtigsten Betriebssystemen, Unterstützung für gängige Betriebssysteme Software und die Verfügbarkeit von Hilfsdiensten ermöglichen die Erstellung schneller und zuverlässiger Server auf Basis kostengünstiger PCs für ein mittelständisches Unternehmen oder einen Geschäftsbereich eines Großunternehmens.

Lösungen unter Verwendung von RAID-Controllern werden heute von allen namhaften Anbietern angeboten Computerausrüstung, aktiv auf dem heimischen Markt tätig. Am beliebtesten unter Markenserverherstellern sind Controller-Modelle auf Basis des i960-Prozessors, was sich durch seine hohe Leistung, die Unterstützung von Hot-Swap-Technologie und die Bereitstellung einer großen Anzahl erklärt Servicefunktionen. Mittlerweile werden die wichtigsten Marken von PC-Servern von IBM, HP, Compaq, Intel, Digital, ALR usw. mit solchen Modellen geliefert. Alle werden normalerweise in zwei Konfigurationen geliefert: mit und ohne RAID-Systeme. Obwohl die Vorteile von RAID auf der Hand liegen, hat der Kunde nicht immer genug Geld, um eine RAID-Option zu kaufen. Glücklicherweise sind moderne Modelle von Disk-Array-Controllern recht standardisiert und universell. Andererseits sind fast alle Markenmodelle nur mit Dual-Channel-RAID-Controller-Optionen ausgestattet, was Netzwerkadministratoren und Technikern die Möglichkeit nimmt, das Potenzial auszuschöpfen verschiedene Modelle. Es gibt Fälle, in denen Kunden Marken-RAID-Matrizen aus Mangel an finanziellen Mitteln ablehnten, obwohl genug Geld für die Installation eines kleinen RAID-Arrays vorhanden war. Tatsächlich kostet jetzt auf dem heimischen Markt die Mindestmatrix aus einem i960-basierten RAID-Controller und 2 1-GB-SCSI-Laufwerken nur etwa 1,6 Tausend Dollar. Richtig, wenn Sie einen Server ohne RAID installiert haben und dann die Möglichkeit gefunden haben, ihn zu kaufen, ist dies der Fall Dies kann entweder mit Hilfe des Herstellers oder in Eigenregie problemlos durchgeführt werden. Dies wird von vielen Organisationen genutzt, die einen Kauf tätigen möchten guter Server etwas günstiger.

In unserer Praxis mussten wir Mylex-RAID-Controller auf fast allen Servermodellen von IBM 320, Intel Altair, für deine spezifisches Modell. Dennoch können Sie durch die Erstellung Ihres eigenen Festplattensystems eine sehr flexible Konfiguration aufbauen und sich auf das schnellstmögliche, wirtschaftlichste oder zuverlässigste System konzentrieren. Sie können jederzeit die Möglichkeit zur Erweiterung, Redundanz und Konfigurationsumstrukturierung vorsehen. Der moderne russische Computermarkt ist seit jeher für seine „Handwerker“ bekannt, die Computer nahezu jeder Konfiguration schnell und effizient zusammenbauen können. Dies lässt sich nun über leistungsstarke Server sagen, dank der Verfügbarkeit der RAID-Technologie für Endbenutzer – der einzige Nachteil ist bisher der Mangel an Informationen über die Betriebsfähigkeiten und Methoden zur Erstellung von RAID-Matrizen.

Was ist ein RAID-Controller?

In der Praxis akzeptierte RAID-Algorithmen

In einem bestimmten Stadium der Entwicklung der Computertechnologie entstand die Notwendigkeit, eines oder mehrere davon zu erstellen virtuelle Festplatten grosse Kapazität aus einer Sammlung preiswerter und kleiner Geräte. Um diese Aufgabe zu erfüllen, wurden Festplattenkonsolidierungsalgorithmen, heute bekannt als RAID-Algorithmen, entwickelt und standardisiert. Die allgemeinen Grundsätze ihrer Arbeit wurden in der russischen Presse wiederholt beschrieben und werden hier kurz dargestellt.

Die Hauptidee dieser Algorithmen besteht darin, dass der Eingabeinformationsstrom in Blöcke unterteilt wird, die wiederum auf Festplatten geschrieben werden. Beim Lesen erfolgt der umgekehrte Vorgang: Informationsblöcke werden von Laufwerken gesammelt und in einen einzigen Stream umgewandelt. Daher darf das Programm für die Arbeit mit diesem System nicht einmal ahnen, dass es statt mit einem Laufwerk mit mehreren interagiert. In der Praxis gibt es viele Anwendungen solcher Algorithmen, Matrizen werden jedoch am häufigsten im Computerbereich verwendet. Festplatte- RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks). Abhängig von der Methode zur Verteilung von Blöcken in einem Festplatten-Array gibt es mehrere RAID-Level von null bis fünf. In der Praxis haben sich vor allem die Stufen 0,1 und 5 durchgesetzt. Jetzt finden Sie Controller mit 6, 7 usw. RAID-Level. Da zunächst nur fünf Algorithmen standardisiert waren, stellen alle anderen Methoden zur Implementierung des Betriebs von Disk-Arrays eine Fortsetzung der Entwicklung der RAID-Technologie dar und können von Anbieter zu Anbieter unterschiedlich sein. Um den Betrieb eines Computers mit einem Matrix-Disk-Subsystem zu organisieren, reicht es aus, die Algorithmen 0, 1 und 5 zu kennen, die in der Regel alle notwendigen Probleme abdecken, einfach zu bedienen und recht effektiv sind.

RAID0 ist ein Algorithmus, bei dem jede Eingabestrominformation in N feste Blöcke unterteilt wird (wobei N die Anzahl der Festplatten in der Matrix ist) und dann jeder Block nacheinander auf seine eigene Festplatte geschrieben wird. Bei einer Controller-Bus-Festplattenverbindung ist die Festplatte das langsamste Gerät. Durch die Verwendung einer großen Anzahl von Festplatten können Sie die Schreib-/Lesegeschwindigkeit des Systems erhöhen, sofern die Bandbreite des Schnittstellenbusses dies zulässt. RAID0 erzeugt keine Redundanz und bietet keine 100-prozentige Datensicherheit, wenn Probleme mit einer der Festplatten auftreten. Sein Zweck besteht darin, das schnellstmögliche Festplattensystem zu schaffen, dessen Geschwindigkeit idealerweise N-mal höher ist als die Geschwindigkeit einer einzelnen Festplatte.

RAID1 oder Spiegelung erfordert eine gerade Anzahl von Festplatten und dupliziert Informationen paarweise. Dieser Algorithmus bietet bereits eine 100-prozentige Garantie für die Datensicherheit, wenn eine der Festplatten ausfällt, und eine theoretische Geschwindigkeitssteigerung um das N/2-fache, aber die Kosten für den Festplattenspeicher verdoppeln sich. Der Algorithmus wird in Systemen eingesetzt, in denen eine zuverlässige Datensicherheit erforderlich ist und das Volumen der Festplattenmatrix unbedeutend ist. RAID5 liegt irgendwo zwischen 0 und 1 und wird am häufigsten für die Organisation von Server-Festplattenmatrizen verwendet. Eine Information aus dem Eingabestrom wird in N-1 Blöcke unterteilt, und der N-te Block wird aus dem ersten N-1 berechnet und ist der Kontrollblock. Im Falle eines unwiederbringlichen Verlusts eines von N Blöcken werden die Informationen aus N-1 anderen Blöcken eindeutig wiederhergestellt. Der Steuerblock wird in geschrieben neue Festplatte, eine Art „Rundgang“ machend. Somit sind alle Festplatten in der Matrix gleichwertig, unterliegen dem gleichen Verschleiß und im Falle eines Ausfalls eines Blocks auf der Festplatte oder der gesamten Festplatte werden die Informationen verlustfrei wiederhergestellt. Die Kosten für Speicherplatz sind N/(N-1)-mal höher als für eine einzelne Festplatte – mit zunehmender Anzahl der Festplatten sinkt der Preis und die theoretische Schreib-/Lesegeschwindigkeit ist ebenfalls N/(N-1)-mal höher eine einzelne Festplatte.

RAID-Controller-Design

Ein RAID-Controller ist ein intelligenter SCSI- oder SSA-Controller, mit dem RAID-Algorithmen auf Festplattenmatrizen organisiert werden können. Moderne Modelle verfügen über 1, 2 oder 3 SCSI-Kanäle, an die Sie jeweils 1 bis 7 SCSI-Geräte bei einem SCSI-Bus und 127 bei einem SSA-Bus anschließen können. SCSI-Geräte sind heute am weitesten verbreitet. Strukturell sind fast alle modernen SCSI-RAID-Controller gleich und stellen eine Erweiterungssteckplatzkarte für PCI-, EISA-Busse oder ein externes Gerät für den SCSI-Bus dar. Die überwiegende Mehrheit der RAID-Controller basiert auf RISC Intel-Prozessor i960, und fast alle von ihnen sind in der Hardware gleich und unterscheiden sich nur BIOS-Versionen. Wie auch in anderen Bereichen gibt es im Bereich der RAID-Controller Markttrendsetter, deren Lösungsvorschläge meist zum De-facto-Standard werden. Heute ist Mylex der wichtigste OEM-Lieferant und Hersteller dieser Geräte. Auf dem Weltmarkt gibt es eine Reihe von Unternehmen, die diese Geräte mit geringfügigen Designunterschieden verkaufen, beispielsweise MegaRAID. Unter den in Russland gut vertretenen Modellen gibt es Unterschiede in den Modellen, die für Intel-Server und für IBM-Server mit SSA-Bus verwendet werden. Die Unterschiede sind nicht grundlegend und können ihre Kompatibilität untereinander nicht beeinträchtigen.

Eine weitere Möglichkeit, RAID-Controller zu organisieren, basiert auf den Prozessorserien 68000/68020/68030 von Motorola. Unter der Marke DPT sind Modelle für verschiedene Busse (ISA, EISA, PCI) für den SCSI-Standard bekannt. Diese Controller sind auf der ganzen Welt bekannt und auch auf dem heimischen Markt vertreten, allerdings weniger beliebt als solche, die auf einem Intel-Chip basieren. Ein typisches Design von Controllern auf dem i960-Prozessor ist eine Platine mit einer eingelöteten Full-Size- oder „Lightweight“-Version dieses Chips (Abb. 1).

Reis. 1. Beispiel für den allgemeinen Aufbau eines RAID 960-Controllers

Wie jedes Mikroprozessorgerät benötigt der Controller RAM, dessen Mindestgröße bei den meisten Modellen 2 MB beträgt. Wenn größerer Speicher verfügbar ist, nutzt der Controller diesen zum Zwischenspeichern von Daten. Die Obergrenze wird durch die SIMM-Größe begrenzt (32 - 64 MB). Das Gerät verfügt über ein eigenes austauschbares BIOS, hergestellt nach FLASH-Technologien oder in Form eines herausnehmbaren ROM-Chips. Abhängig von der Anzahl der SCSI-Kanäle befinden sich jeweils 1, 2 oder 3 SCSI-Chips auf der Platine – NCR53C720. Die RAID-Controllerplatine verfügt über Jumper zum Aktivieren und Deaktivieren der SCSI-Kanäle (JP1, JP2, JP3), die für die Installation auf dem Endgerät erforderlich sind, sowie über Pins, die den Status der Busse und des Caches anzeigen (JP5). Die Anzeige kann an normale LEDs am Computergehäuse angeschlossen werden und zeigt die Geräteaktivität oder den Status „voller Cache“ an. An der Außenseite der Platine befinden sich meist ein oder zwei Anschlüsse für ein externes SCSI-Kabel. Über diese Anschlüsse ist der Anschluss externer SCSI-Geräte oder Disk-Arrays möglich.

Jedes Gerät kann mit einer Cache-Stromversorgungsbatterie und einem WIDE FAST SCSI-2 auf FAST SCSI-2-Adapter ausgestattet sein oder ist bereits damit ausgestattet, was bei der Verwendung unterschiedlicher SCSI-Standards auf der Platine und auf Festplatten erforderlich ist. Das Controller-Prozessor-Programm verfügt über zahlreiche Funktionen für die Arbeit mit Festplatten, die über das Konfigurationsdienstprogramm konfiguriert werden. Alle Vorgänge zur Verwaltung logischer Matrizen, RAID-Algorithmen und Cache-Speicherverwaltung werden vom Controller selbst ausgeführt, ohne auf den Zentralprozessor und den Datenbus zuzugreifen. Mithilfe der Bus-Mastering-Modi für EISA- und PCI-Busse ist das Gerät in der Lage, Daten mit Geschwindigkeiten von 33 MB/s und 132 MB/s zu übertragen.

Hot-Swap-Technologie. Backup-Disketten.

Festplatten- eine der wenigen Komponenten, deren mechanischer Teil vor allem im Dauerbetrieb einem Verschleiß unterliegt. Und egal wie gut und zuverlässig Festplatten verwendet werden, es besteht immer die Möglichkeit eines Ausfalls, der mit der Betriebszeit zunimmt. Obwohl beispielsweise bei RAID5 ein Festplattenausfall nicht zu Datenverlust führt, bleibt das System ohne Redundanz – dies ist ein Signal für den Netzwerkadministrator, Alarm zu schlagen. Wenn die Organisation des Serverbetriebs eine Unterbrechung zulässt, ist der Austausch einer nicht funktionierenden Festplatte kein Problem. Aber in der Regel können alle Computer mit dem Status „Server“ nicht jederzeit ohne spürbare Folgen ausgeschaltet werden. RAID-Controller lösen dieses Problem, indem sie Hot-Swap-Funktionalität und redundante Festplattentechnologie unterstützen. Im Falle eines Festplattenausfalls oder anderer Probleme, aufgrund derer der Controller sie nicht weiter betreiben kann, z. B. bei Überschreitung der zulässigen Anzahl fehlerhafter Blöcke, wird die Festplatte als „tot“ (Kill Drive) markiert und nimmt nicht weiter teil Betrieb. In diesem Fall kann der Bediener diese Festplatte aus dem System entfernen und durch eine andere ersetzen. Nach dem Anschließen und Erkennen einer neuen Festplatte durch den RAID-Controller wird diese (falls erforderlich) formatiert und ein Matrix-Neuaufbauvorgang (Rebuild) durchgeführt. Dadurch stellt das System sein vorheriges Aussehen wieder her.

Dies kann so lange andauern, wie Ersatzfestplatten verfügbar sind oder bis eine weitere Festplatte im nicht-redundanten Modus ausfällt. Dies kann passieren, wenn defekte Festplatte wurden nicht sofort ersetzt. In der Regel ist es nicht immer möglich, eine Festplatte sofort auszutauschen und die Reaktionszeit kann recht lang sein (wenn kein qualifizierter Bediener rund um die Uhr im Einsatz ist). Mit modernen RAID-Controllern können Sie dieses Problem ohne menschliches Eingreifen lösen – in der Matrix sind eine Festplatte oder mehrere Festplatten vorinstalliert, die bei der Konfiguration der RAID-Matrix als Standby (StandBy) markiert werden. In diesem Fall wird der Befehl zum Hochfahren der Spindel nicht an die Sicherungsplatten gesendet, diese werden in keiner Weise verwendet und verschleißen daher nicht. Tritt eine „tote“ Festplatte auf, wird die Backup-Festplatte sofort automatisch vom StandBy-Modus auf die Arbeitsfestplatte übertragen und ein Rebuild durchgeführt. In diesem Modus bleibt der Server so lange in Betrieb, bis die Backup-Festplatten aufgebraucht sind. Das Ersetzen eines „toten“ Geräts durch ein neues Backup-Gerät kann jederzeit erfolgen.

Der Einsatz redundanter Festplattentechnologie ist aus mehreren Gründen vorzuziehen: Erstens sind die Kosten für gute Designs, die eine korrekte und zuverlässige Trennung und Wiederverbindung des SCSI-Busses gewährleisten, ziemlich hoch und noch weiter dieser Moment, vergleichbar mit den Kosten von 1 GB SCSI-Festplatte; Zweitens ist der Stand der Dinge auf dem Festplattenmarkt in den letzten Jahren so, dass Sie möglicherweise ein Jahr nach dem Kauf von Festplatten zumindest kurzfristig nicht in der Lage sein werden, genau das gleiche Modell zu finden. Verwenden Sie dasselbe in der Matrix verschiedene Modelle Festplatten können große Probleme verursachen, einschließlich der Unfähigkeit, zusammenzuarbeiten.

RAID-Systeme und Alternativen

Software- und Hardware-Implementierungen der Spiegelung

Heutzutage gibt es viele andere Möglichkeiten, Festplattensysteme als RAID-Matrizen zu organisieren. Von größtem Interesse ist die Organisation von RAID1 – die Spiegelung. Diese Methode kann sowohl in Software (in Novell NetWare, Windows NT) als auch in Hardware (auf SCSI-Controllern Adaptec, Tekram usw.) implementiert werden. Obwohl die Methoden sicherlich kostengünstig sind, weisen sie eine Reihe erheblicher Nachteile auf. Durch die Softwarespiegelung wird die Rechenleistung Ihres Computers stark beansprucht. Die Ausführung von Festplattenwartungsprogrammen nimmt einige Zeit in Anspruch, was sich direkt auf die Leistung des Festplattensystems auswirkt. Außerdem wann Softwareimplementierung Es besteht immer die Möglichkeit eines Datenverlusts aufgrund eines Absturzes Betriebssystem, versehentlicher Hardware-Neustart oder Stromausfall im Computer. Diese Möglichkeit zur Implementierung der Spiegelung ist in modernen Lösungen selbstverständlich vorhanden, sollte aber nur auf zuverlässigen Maschinen und unter Schonung finanzieller Ressourcen genutzt werden.

Hardware-RAID1 ist eine zuverlässigere Lösung. Vielleicht ist dies keine schlechte Option für die Implementierung eines Computer-Festplattensystems mit kleinen Festplattenmatrizen von 2 oder 4 Festplatten. Darüber hinaus ermöglicht ein SCSI-Controller eine relativ kostengünstige Spiegelung. Die Hauptnachteile dieser Lösung bestehen darin, dass das System mit zunehmender Matrix im Vergleich zu RAID5 immer teurer wird und die Kommunikationsgeschwindigkeit mit Festplatten niedrig bleibt. Ab einem bestimmten Wert des Festplattenmatrixvolumens tritt ein Wendepunkt ein, an dem RAID5 rentabler wird. Durch die Implementierung der Spiegelung auf einem der kostengünstigen SCSI-Controller nehmen Sie sich also die Möglichkeit einer zusätzlichen kostengünstigen Erweiterung des Plattensystems. Darüber hinaus ist erfahrungsgemäß trotz der Hardware-Implementierung von Spiegelungsfunktionen ein Verlust der Systemleistung von bis zu 25 % im Vergleich zu einer einzelnen Festplatte möglich.

RAID-Level 5 und Spiegelung, was ist rentabler?

Beim Entwurf eines Plattensystems sind dessen Kosten ein wichtiger Faktor. Um die bereitgestellten Mittel für die Umsetzung dieser Aufgabe möglichst effizient zu nutzen, ist eine kompetente Herangehensweise an die Wahl des Plattenmatrixtyps erforderlich. Hier ist eine kurze Berechnung für RAID5 und RAID1, die Ihnen dabei helfen soll. Beide Algorithmen ermöglichen es, im Fehlerfall einen Betrieb mit 100 %iger Zuverlässigkeit der Datenspeicherung sicherzustellen. Betrachten wir zwei alternative Optionen. Das erste ist ein Festplattensystem, das auf einem Low-End-Modell eines RAID-Controllers basiert, das zweite basiert auf einem der einfachen Modelle eines SCSI-Geräts. Nehmen wir zum Beispiel einen der beliebtesten Controller auf unserem Markt: Adaptec 2940 für RAID1 (250 $) und Mylex DAC960PL-1 (1000 $) für RAID5. Als Grundlage für die Matrizen wählen wir einige bedingte Festplatten (das Modell spielt keine Rolle) mit einer Kapazität von 1 GB (350 $). Um RAID5 zu organisieren, benötigen Sie mindestens 3 Festplatten, für die Spiegelung 2.

Wie aus dem Diagramm der Kosten im Verhältnis zum genutzten Speicherplatz in Abb. ersichtlich ist. 2. Bei solchen Ausgangsdaten ist die Implementierung eines Festplattensystems auf RAID1 dann gut, wenn der genutzte Festplattenspeicher 1 oder 2 GB beträgt. Für größere Matrixgrößen wäre RAID5 die beste Lösung. Es ist zu beachten, dass immer die Möglichkeit einer Erweiterung des Systems berücksichtigt werden muss. Daher ist es im gegebenen Beispiel bei 3 GB besser, RAID5 zu wählen. Diese Überlegungen berücksichtigen nicht die Tatsache, dass bei der Organisation der Spiegelung die Zugriffsgeschwindigkeit auf alle Festplatten kleiner als eins ist und bei der Organisation von RAID5 höher. Darüber hinaus sollten Sie berücksichtigen, dass der DAC960 über viel mehr Funktionen verfügt, darunter so wichtige wie Hot-Swapping und die Möglichkeit, Backup-Festplatten zu installieren.

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Reis. 2. Veränderung der Kosten eines Plattensystems abhängig von der Größe des Plattenspeicherplatzes

Basierend auf diesen Überlegungen können wir eine allgemeine Schlussfolgerung für dieses Beispiel ziehen. Bei der Organisation eines Festplatten-Arrays mit einer Kapazität von 1 bis 3 GB können Sie verschiedene Algorithmen, einschließlich Software, zum Erstellen von Festplatten-Serversystemen verwenden. Wenn Sie eine größere Matrix erstellen, müssen Sie ernsthaft über den Einsatz von Controllern mit RAID 5 nachdenken. Die gegebenen Empfehlungen sind natürlich bedingt. Jeder Designer muss unabhängig beurteilen, ob die eine oder andere Technologie je nach spezifischen Bedingungen erforderlich ist.

So erstellen Sie ein RAID-System richtig

Die Planung eines Festplatten-RAID-Systems sollte lange vor dem Kauf eines Controllers mit Festplatten oder eines fertigen Servers mit RAID beginnen. Der Administrator muss die Art der Aufgaben, die das Festplattensystem belasten, genau verstehen und wissen, wie er die Leistung entsprechend den Kosten steigern kann. Dabei spielt die Wahl des Betriebssystems und der Software eine wesentliche Rolle. Wenn Sie RAID selbst installieren oder den Server komplett zusammenbauen, müssen Sie eine Vorstellung davon haben, mit welcher Ausrüstung und welcher Organisation Sie wann die maximale Leistung erzielen können minimale Kosten. Drei Jahre Erfahrung im Bereich RAID-Server und Festplatten-Subsysteme bieten mehrere Empfehlungen für Anwender, die auf diese noch relativ unbekannte Technologie umsteigen möchten.

Empfehlungen basieren auf folgenden Fakten: RAID-Controller der amerikanischen Firma Mylex sind in Russland weit verbreitet, und die relevantesten RAID-Controller sind heute Systeme mit WIDE/FAST SCSI-2-Kanälen zu PCI- und EISA-Bussen.

Welche Festplatten soll ich wählen?

Zunächst müssen Sie wirklich zuverlässige und qualitativ hochwertige Festplatten auswählen, die lange Zeit reibungslos funktionieren. Unter anderem lohnt es sich, auf die Zeit zwischen Ausfällen zu achten, die in Katalogen oft als MTBF (Stunden) bezeichnet wird. Es ist wünschenswert, dass diese Zahl mindestens 500.000 Stunden beträgt. Bedenken Sie, dass die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Festplatten-Arrays als Gesamtsystem mit der Anzahl der Festplatten zunimmt. Das Design von Festplatten wird herkömmlicherweise in mechanische und elektronische Teile unterteilt – den Festplattencontroller. Der mechanische Teil wird vollständig durch drei Parameter charakterisiert: Spindelgeschwindigkeit (Spindle Speed), Ko(Track-to-Track Seek) und Informationsaufzeichnungsdichte pro Zylinder. Moderne Modelle SCSI-Festplatten namhafte Hersteller bieten Spindeldrehzahlen von 5400 und 7200 Umdrehungen pro Sekunde (U/s) an. Durch die Auswahl solcher Festplatten wird die Matrix recht schnell. Allerdings ist die Technologie zur Herstellung von 7200-U/s-Festplatten recht teuer und weniger zuverlässig. Trotz der guten Katalogeigenschaften sind 7200-U/s-Discs deutlich teurer. Ihre tatsächliche Ausfallwahrscheinlichkeit liegt um ein Vielfaches höher als 5400 U/s. Wenn das primäre Ziel beim Erstellen einer RAID-Matrix die Geschwindigkeit ist, liegt die Wahl dieser Festplatten auf der Hand; wenn Zuverlässigkeit und Effizienz erforderlich sind, sind Festplatten mit 5400 U/s erforderlich.

Die Leistung eines Disk-Arrays hängt nicht nur von der Leistung der Festplatten ab, sondern auch von deren Anzahl und korrekter Konfiguration. Der Festplattencontroller zeichnet sich hauptsächlich durch seine Schnittstelle (FAST SCSI-2, WIDE FAST SCSI-2 usw.) und die Cachegröße aus. Es ist wünschenswert, dass die Cachegröße auf der Festplatte mindestens 512 KB beträgt. Diese scheinbar unbedeutende Tatsache ermöglicht es Ihnen, die Schreib-/Leseleistung insbesondere bei häufigen und kleinen Transaktionen zu steigern – schließlich summiert sich dieser Cache in einer Festplattenmatrix auch bei 10 Festplatten, sodass Sie im Ergebnis mindestens 5 MB erhalten. Darüber hinaus unterstützt der Cache den stets gemultiplexten SCSI-Bus erheblich. Die Wahl zwischen FAST SCSI-2 (8 Datenbits) oder WIDE FAST SCSI-2 (16 Datenbits) hat andere Gründe. Standard-FAST hat einen Durchsatz von bis zu 10 MB/s, und wenn wir die durchschnittliche Festplattengeschwindigkeit mit 2 MB/s annehmen, dann wird es keinen Engpass geben, wenn sich weniger als 5 Geräte am Bus befinden. Wenn die Anzahl gleich oder größer ist, ist der WIDE-Standard (20 MB/s) wünschenswerter. In einer Situation, in der sich die Informationen im Cache der Festplattencontroller befinden, liefert der WIDE-Bus schnellere Ergebnisse. Wenn Sie RAID auf dem WIDE-Bus selbst zusammenbauen, können Sie außerdem auf das Problem stoßen, dass WIDE-Kabel (68-polig) ein anderes Rastermaß haben und für die Herstellung Ihres eigenen Kabels eine präzise Crimpausrüstung erforderlich ist. Es wird nicht möglich sein, es „zu Hause“ zu machen, und auf dem russischen Markt werden derzeit hauptsächlich Standardkabel mit 3 Anschlüssen angeboten. Derzeit gibt es keine Probleme bei der Beschaffung oder Herstellung eines FAST (50pin) Kabels gemäß Zeichnung.

Eine wichtige Aufgabe ist die Wahl der Kapazität von Festplatten. Wenn Sie beispielsweise RAID5 mit einer nutzbaren Kapazität von 8 GB organisieren, können Sie 3 Festplatten mit 4 GB, 5 Festplatten mit 2 und 9 Festplatten mit 1 GB installieren. In diesem Fall müssen Sie für 12, 10 bzw. 9 GB Volumen bezahlen. Eine größere Anzahl von Festplatten führt theoretisch zu einer höheren Geschwindigkeit der Matrix. Die Einschränkungen sind hier rein konstruktiver Natur: die Anzahl der Sitzplätze im Gehäuse, die Belüftung und die Leistung des Netzteils. Bedenken Sie bei der Berechnung der erforderlichen Leistung der Stromquelle, dass Festplatten beim Hochfahren die maximale Energie verbrauchen. RAID-Controller verfügen über die Möglichkeit, einen Zeitplan für das Hochfahren der Festplattenspindeln festzulegen, um die maximale Last über die Zeit zu verteilen.

Auch bei Plattensystemen spielen Gehäuse eine wichtige Rolle. Für einen dauerhaft stabilen Betrieb der Laufwerke benötigen Sie ein Gehäuse mit guter Belüftung und ein leistungsstarkes Netzteil. Die Sitze für die Scheiben müssen so angeordnet sein, dass zwischen ihnen genügend Abstand für den Luftdurchtritt besteht. Die Belüftung sollte fließend und nicht geschlossen sein. Es empfiehlt sich, wenn die Möglichkeit besteht, ein zusätzliches Lüftungspanel einzubauen. Heutzutage sind auf dem russischen Markt viele preiswerte RAID-Gehäuse erschienen, von denen fast alle mit einem Hot-Swap-Design (Hot Swap) ausgestattet sind. Beim Kauf solcher Gehäuse für Ihr System ist es wichtig, darauf zu achten, ob diese Module Ihnen wirklich erlauben, SCSI-Verbindungen im laufenden Betrieb korrekt und sicher zu unterbrechen und wiederherzustellen. Es ist jederzeit möglich, auf Hot-Swap-Module zu verzichten und stattdessen eine oder mehrere zusätzliche Festplatten zu verwenden, die sich im Hot-Standby-Modus befinden. Wenn Sie einen wirklich langlebigen Server benötigen, wird dringend empfohlen, Ersatzlaufwerke in Betracht zu ziehen und der Versuchung zu widerstehen, diese zur Erhöhung der Fabric-Kapazität zu verwenden. Mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit wird man dieses Plattenmodell in ein bis anderthalb Jahren nicht mehr auf dem Weltmarkt finden.

Wie viele SCSI-Kanäle werden benötigt?

Moderne Modelle von RAID-Controllern verfügen in der Regel über bis zu 3 SCSI-Kanäle. Da diese Produkte recht komplex und teuer sind, sollten Sie sich für das richtige Modell entscheiden. Wenn die Aufgabe des Benutzers darin besteht, ein möglichst kostengünstiges Festplattensystem zu erstellen, wird basierend auf der Anzahl der Festplatten ein Minimum an Kanälen ausgewählt und es können nicht mehr als 7 Geräte auf einem Kanal installiert werden. Wenn es darum geht, maximale Zuverlässigkeit und Leistung zu erreichen, ist ein 3-Kanal-Controller die beste Option. Wenn ein Kompromiss notwendig ist, sind Optionen möglich. Multichannel-RAID erhöht die Leistung des Festplattensystems, da die Kanäle unabhängig voneinander arbeiten. Der Zugriff auf Festplatten auf verschiedenen Kanälen erfolgt parallel und der Zugriff über einen SCSI-Kanal erfolgt im Multiplexer-Modus. Beim RAID-Betrieb mit einem Cache von Festplattencontrollern ist die Geschwindigkeit der Informationsübertragung nur begrenzt Durchsatz SCSI-Busse und bei einer Mehrkanalversion des RAID-Controllers wird dieser Wert höher sein. Um eine Festplattenmatrix zu erstellen, spielt die Position der Geräte auf den SCSI-Bussen keine Rolle. Hauptsache, ihre Anzahl liegt nicht unter dem Minimum für das ausgewählte RAID-Level (Abb. 1).

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Reis. 1. Methoden zum Organisieren von Festplattenmatrizen

Idealerweise sollte das schnellste Festplattensubsystem über einen 3-Kanal-RAID-Controller und eine oder zwei Festplatten pro Kanal verfügen. Der Komfort von Mehrkanal-RAID liegt auch darin, dass Sie auf jedem Kanal eine eigene Matrix (Pack) erstellen, jede davon als Systemfestplatte definieren und das Benutzererlebnis so konfigurieren können, dass unabhängige Gruppen mit unterschiedlichen Matrizen kommunizieren (Abb . 2). Mit dieser Organisation ist der Verkehr eins Systemfestplatte wird praktisch keinen Einfluss auf die Arbeit des anderen haben.

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Reis. 2. Matrixkonfigurationsdiagramm für verschiedene Benutzergruppen

Auf einer Skala lokales Netzwerk Die Effizienz eines solchen Servers kann deutlich gesteigert werden. Obwohl RAID-Controller selbst zuverlässig sind und im Betrieb nahezu keinen Ausfällen ausgesetzt sind, besteht bei der Verwendung von Mehrkanal-RAID eine zusätzliche Garantie für die Fehlertoleranz des Servers, da bei Ausfall eines der Kanäle immer eine Neuanordnung der Festplatten auf andere möglich ist und weiterarbeiten. Aus technischer Sicht ist die Installation eines Ein- oder Mehrkanalreglers genau gleich. Für Multichannel sind keine zusätzlichen Erweiterungssteckplätze, keine zusätzliche Stromversorgung usw. erforderlich. Es verwendet dieselben Dienstprogramme für die Konfiguration und ist auch vollständig kompatibel mit einer Standard-PC-Plattform. Die Einschränkungen sind hier jedoch nur finanzieller Natur. Beispielsweise kostet ein günstiges Modell eines einkanaligen RAID-Controllers von Mylex derzeit etwa 1.000 US-Dollar. Eine Steigerung um eins Kanal kostet zusätzlich 25 %. Darüber hinaus können wir zukünftigen Designern von RAID-Systemen davon abraten, langsame Geräte wie ein CD- oder Bandlaufwerk auf den SCSI-Kanälen des RAID-Controllers zu installieren. Obwohl es hierfür keine theoretischen Verbote gibt, zeigt die praktische Erfahrung, dass diese Geräte den Betrieb der Matrix erheblich verlangsamen, insbesondere wenn sie nicht an einen separaten Kanal angeschlossen sind. Die beste Lösung ist in diesem Fall die Installation eines zusätzlichen kostengünstigen SCSI-Controllers.

Auswahl des Typs des RAID-Algorithmus

Für Leistung maximale Performance Für den Serverbetrieb ist es notwendig, den richtigen RAID-Algorithmus auszuwählen. Wie Sie wissen, bietet RAID0 den schnellsten Zugriff auf das Festplattensubsystem. Dieser Algorithmus eignet sich für virtuelle Festplatten, die zur Zwischenspeicherung von Informationen während des Programmbetriebs oder zum Organisieren einer Auslagerungsdatei verwendet werden. Mit diesem Algorithmus ist es auch möglich, große Informationsmengen zu speichern, die für einen möglichen Verlust unkritisch sind und von denen jederzeit Kopien aus dem Archiv wiederhergestellt werden können. RAID0 ist nicht nur der schnellste Algorithmus, sondern auch derjenige, der den meisten Speicherplatz beansprucht. RAID0 - Die beste Entscheidung für eine leistungsstarke Grafikstation, die mit sehr großen Mengen an Multimediadateien in Echtzeit arbeitet, wenn der Cache nicht mehr hilft. Mit dieser Organisation konnten wir Ergebnisse beim Schreiben/Lesen von Dateien mit einer Größe von 200 MB oder mehr erzielen, wenn die Verwendung des Caches bereits entfällt, und eine Leistung von bis zu 14 MB/s erzielen. Die Spitzengeschwindigkeit erreicht in diesem Fall bei Dateigrößen von 15 MB 30 MB/s (Abb. 3).

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Reis. 3. Lese-/Schreibleistung des RAID-Systems abhängig von der Dateilänge

Für virtuelle Festplatten werden die Algorithmen RAID5 und RAID1 verwendet, deren Hauptanforderung die Zuverlässigkeit der Datenspeicherung ist. Dabei handelt es sich um Datendateien Exemplar reservieren, installierte und konfigurierte Software, Betriebssysteme, Arbeitsmodule und Druckserverdaten, Mailserver usw. Auf diesen Laufwerken können besonders wichtige Archive und wertvolle Dateien gespeichert werden, die jederzeit benötigt werden. Diese Stufen verringern den nutzbaren Speicherplatz, geben Ihnen aber die Gewissheit, dass die Datensicherheit gewährleistet ist. Ein wichtiges Feature ist, dass es möglich ist, mehrere virtuelle Systemfestplatten mit unterschiedlichen RAID-Levels auf einer Festplattenmatrix zu erstellen. Die Organisation dieser Festplatten hängt weder von der Anzahl der SCSI-Kanäle noch von der Anzahl oder Position der physischen Festplatten ab. Bevor Sie virtuelle Festplatten konfigurieren, müssen Sie genau wissen, wie viel Speicherplatz für welches RAID-Level benötigt wird. Es ist nicht ratsam, Festplatten mit einer Kapazität zu erstellen, die dem aktuell benötigten entspricht. Lassen Sie immer einen Spielraum von mindestens 25 % für die Erweiterung. Dies liegt daran, dass eine Änderung des Volumens virtueller Festplatten zu vielen Problemen für den Administrator führen kann: Archivierung aller Daten im Streamer, Stoppen des Servers, Neukonfiguration, Datenwiederherstellung usw. Im schlimmsten Fall kann diese schlichte Unvorhersehbarkeit der Situation den Administrator mindestens einen Arbeitstag kosten. Wenn der Benutzer über strenge Benutzergruppen verfügt, die nach Funktionen abgegrenzt sind, ist es sinnvoll, diese zu unterscheiden virtuelle Festplatten, auch mit dem gleichen RAID-Level. Dadurch wird die Verwaltung erleichtert und möglicherweise die Produktivität verbessert. Eine gute Lösung besteht darin, virtuelle Systemfestplatten für verschiedene Benutzergruppen auf verschiedenen Matrizen (Paketen) zu erstellen. In diesem Fall wird die Anzahl widersprüchlicher Transaktionen auf ein Minimum reduziert, was die Serverleistung erheblich verbessern kann. Schließlich sollte der Administrator auch davor gewarnt werden, eine große Anzahl kleiner Festplatten zu erstellen. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass auf keiner von ihnen genügend Speicherplatz für die Installation der Software vorhanden ist, obwohl dies der Gesamtspeicherplatz wäre erlaube das.

Sergej Romantschikow ([email protected]) - Generaldirektor der Firma „Kron-studio“ (Moskau).

Es gibt viele Artikel im Internet, die RAID beschreiben. Hier wird zum Beispiel alles sehr detailliert beschrieben. Aber wie üblich reicht die Zeit nicht aus, um alles zu lesen, daher benötigen Sie etwas Kurzes, um zu verstehen, ob es notwendig ist oder nicht und was im Zusammenhang mit der Arbeit mit einem DBMS (InterBase, Firebird oder etwas anderes) besser zu verwenden ist eigentlich egal). Vor Ihren Augen liegt genau dieses Material.

In erster Näherung ist RAID eine Kombination von Festplatten zu einem Array. SATA, SAS, SCSI, SSD – egal. Darüber hinaus unterstützt mittlerweile fast jedes normale Mainboard SATA RAID. Sehen wir uns die Liste an, was RAIDs sind und warum sie so sind. (Ich möchte sofort darauf hinweisen, dass Sie bei RAID identische Festplatten kombinieren müssen. Konsolidierung von Festplatten aus verschiedene Hersteller, von einem aber verschiedene Typen, oder verschiedene Größen – das ist eine Wohltat für eine Person, die am Heimcomputer sitzt).

RAID 0 (Stripe)

Natürlich bietet RAID 0 aufgrund des Lese-/Schreib-Striping eine schnellere Leistung.

RAID 0 wird häufig zum Hosten temporärer Dateien verwendet.

RAID 1 (Spiegel)

Wenn ein Fehler auftritt, überprüfen Sie sorgfältig, welche Festplatte ausgefallen ist. Der häufigste Fall von Datenverlust auf RAID 1 sind falsche Aktionen während der Wiederherstellung (die falsche Festplatte wird als „Ganze“ angegeben).

Was die Leistung betrifft, beträgt der Gewinn beim Schreiben 0, beim Lesen vielleicht bis zum 1,5-fachen, da das Lesen „parallel“ (abwechselnd von verschiedenen Festplatten) erfolgen kann. Bei Datenbanken ist die Beschleunigung gering, während beim parallelen Zugriff auf verschiedene (!) Teile (Dateien) der Festplatte die Beschleunigung absolut genau ist.

RAID 1+0

RAID 2-3-4

RAID 5

Es wird allgemein gesagt, dass „RAID5 einen unabhängigen Festplattenzugriff verwendet, sodass Anforderungen an verschiedene Festplatten parallel ausgeführt werden können.“ Dabei ist zu bedenken, dass es sich natürlich um parallele I/O-Anfragen handelt. Wenn solche Anfragen sequentiell erfolgen (in SuperServer), dann wird der Effekt der Parallelisierung des Zugriffs auf RAID 5 natürlich nicht erzielt. Natürlich führt RAID5 zu einer Leistungssteigerung, wenn das Betriebssystem und andere Anwendungen mit dem Array arbeiten (es enthält beispielsweise virtuellen Speicher, TEMP usw.).

Im Allgemeinen war RAID 5 früher das am häufigsten verwendete Festplatten-Array für die Arbeit mit DBMS. Jetzt kann ein solches Array auf SATA-Laufwerken organisiert werden und ist deutlich günstiger als auf SCSI. Preise und Regler können Sie den Artikeln entnehmen
Darüber hinaus sollten Sie auf das Volumen gekaufter Festplatten achten – in einem der genannten Artikel wird beispielsweise RAID5 aus 4 Festplatten mit einer Kapazität von 34 Gigabyte zusammengestellt, während das Volumen der „Festplatte“ 103 Gigabyte beträgt.

Testen von fünf SATA-RAID-Controllern –

Festplatten spielen in unserem Computer eine sehr wichtige Rolle. Alle Informationen werden auf ihnen gespeichert. Ich möchte nicht über Nacht alles verlieren, weil die Festplatte ausfällt. Und sie haben, wie Sie wissen, auch ihre eigene MTBF-Grenze. Sicherlich haben viele von Ihnen von bestimmten RAID-Arrays gehört. Sie dienen der Beschleunigung des Computers und der Datensicherheit. Lassen Sie uns mehr darüber reden.

Was ist RAID und wozu dient es?

RAID ist ein Festplattenverbund aus mehreren Festplatten. In der Praxis ist ein RAID-Array ein System, das aus zwei Festplatten besteht, die an ein Motherboard angeschlossen sind, das die Erstellung von Arrays unterstützt (oder an einen RAID-Controller). Was ist ein RAID-Controller? Ein Gerät, das Ihr Array und die damit verbundenen Prozesse steuert. Sie werden normalerweise auf Servermaschinen verwendet. Für normale Benutzer ist ein solches Spielzeug von geringem Nutzen – es ist angesichts der Menge an Informationen, die ein gewöhnlicher Computer verarbeitet, weder billig noch ineffektiv. Beim Erstellen eines RAID-Arrays ändert sich die Hardware Ihres Computers nicht. Programmgesteuert werden alle Arbeiten mit dem Raid im BIOS durchgeführt, also nichts arbeitsintensives.

SCSI-RAID: Unterschied zu einem klassischen Array

SCSI ist eine Schnittstelle, eine physikalische Art der Geräteverbindung. Sie unterscheidet sich von den üblichen IDE- oder SATA-Schnittstellen vor allem durch einen anderen Betriebsalgorithmus, der mehr bietet hohe Geschwindigkeit und ein im Verhältnis dazu überhöhter Preis. Es ist auf großen Servermaschinen weit verbreitet und wird nur selten auf normalen Computern installiert.

Installieren eines RAID-Arrays

1. Wir finden Hauptplatine mit Unterstützung für RAID-Arrays oder SCSI-RAID.
2. Wir nehmen zwei absolut identische Laufwerke und verbinden sie.
3. Gehen Sie zum BIOS (abhängig vom Motherboard-Modell).
4. SATA-Konfigurationsparameter, RAID festlegen.
5. Drücken Sie beim Hochfahren des Computers Strg + I.
6. Einen Überfall veranstalten.

Bereit! Wichtig: Beim Erstellen von RAID-Arrays werden alle Informationen von den Festplatten gelöscht!

Arten von Arrays

• RAID 0 – Festplatten-Array zur Verbesserung der Leistung.
• RAID 1 ist ein „Spiegel“-Festplattenarray.
• RAID 2 – Arrays, die Hamming-Code verwenden.
• RAID 3 und 4 sind Stripeset-Festplattenarrays mit einer dedizierten Paritätsfestplatte.
• RAID 5 – Stripeset-Festplatten mit einer nicht dedizierten Paritätsfestplatte.
• RAID 6 – Stripeset-Festplatten mit 2 unabhängigen Paritäten.
• Es gibt auch Raids 10, 50, 60. Aber das sind zu komplexe Designs.

Schauen wir uns die beiden am meisten genauer an beliebte Version Raid-Arrays. Dies sind RAID 0 bzw. RAID 1. Wozu dient RAID 0? Es ist nicht so kompliziert. Das Funktionsprinzip des Arrays ist der parallele Betrieb verschiedener physischer Geräte, die dem System als Ganzes zugeführt werden. Das heißt, dies erhöht direkt die Geschwindigkeit des Systems. Stellen Sie sich vor: Ihr RAID 0-Array umfasst zwei Festplatten. Sie zeichnen 10 Gigabyte Daten auf. Wenn Sie kein Array erstellt hätten, müssten Sie diese auf eine bestimmte Festplatte schreiben, während die zweite zwangsläufig im Leerlauf wäre. Bei einem Raid 0-Array werden Ihre Daten byteweise in mehrere Streams aufgeteilt und auch zufällig auf die Medien geschrieben. Das heißt, ein Film kann auf zwei gespeichert werden physische Geräte Gleichzeitig werden es nur 30 % seines „Gewichts“ sein. Der Nachteil von RAID 0 ist die mangelnde Fehlertoleranz. Wenn außerdem eine Festplatte ausfällt, können Sie die Daten auch von der zweiten nicht wiederherstellen.

Lassen Sie uns nun über RAID 1 sprechen. Bei diesem Array müssen Sie mehrere zusätzliche Festplatten zur „Spiegelung“ verwenden. Wenn Sie nur zwei Festplatten im Array haben, sieht es so aus: Sie arbeiten mit Festplatte Nummer 1 und der Computer dupliziert alle Ihre Aktionen für Festplatte 2. Im Falle eines Geräteausfalls sind alle Ihre Daten sicher und zuverlässig auf der duplizierten Festplatte. Sicher, kein Zweifel. Der Nachteil von Raid 1 ist der Leistungsverlust.

Sie wissen jetzt, warum Sie ein RAID-Array benötigen. Jetzt müssen Sie nur noch entscheiden, was am besten zu Ihnen passt. Datensicherheit oder Produktivitätsgewinne? Jedermanns persönliche Angelegenheit!

Ein Disk-Array mit Retro-Touch.

RAID-Controller übernehmen die wichtige Aufgabe, das Festplattensubsystem, also alle auf dem Server gespeicherten Informationen, zu verwalten. Sie sind für den Betrieb von Disk-Arrays verantwortlich und ermöglichen so eine Steigerung der Serverleistung oder der Zuverlässigkeit der Datenspeicherung. Lassen Sie uns daher über RAID-Controller sprechen, die in Servern der großen drei Anbieter installiert sind, und über ihre Fähigkeiten und Merkmale.

Was ist ein RAID-Controller?

Probleme der Leistung und Fehlertoleranz des Festplattensubsystems werden durch die Erstellung von Arrays gelöst: logische Strukturen, in denen mehrere Laufwerke – Festplatten und SSDs – mithilfe eines RAID-Controllers zusammengefasst werden. In diesem Fall erscheint das Array dem System als einzelner Speicherplatz zum Speichern von Daten.

Es gibt viele Arten von Arrays, die sich in Leistung, Zuverlässigkeit der Datenspeicherung und der minimal erforderlichen Anzahl von Festplatten unterscheiden. Die Wahl eines bestimmten Typs hängt von Ihren Aufgaben und Bedürfnissen sowie von den Fähigkeiten des RAID-Controllers selbst ab.

RAID-Controller werden unterteilt in:

• Software. Die gesamte Last der Array-Verwaltung liegt beim Zentralprozessor. Die am wenigsten produktive und fehlertolerante Lösung.
• Integriert. Im Motherboard integriert. Ein separater Chip übernimmt einen Teil der Steuerungsaufgaben, nutzt aber dennoch auch den Zentralprozessor. Integrierte Controller verfügen möglicherweise über einen eigenen Cache-Speicher. Im Vergleich zu Software unterstützen sie mehr Array-Typen, arbeiten deutlich schneller und zuverlässiger.
• Hardware. Hergestellt in Form von Erweiterungskarten oder separaten Geräten außerhalb des Servers (externe oder Bridge-Controller). Sie sind mit einem eigenen Prozessor ausgestattet, der alle notwendigen Berechnungen durchführt, und in der Regel mit Cache-Speicher. Modulare Controller können externe und interne Ports haben:
  • Intern – für den Anschluss von Laufwerken konzipiert, die im Server selbst installiert sind.
  • Extern – wird zum Anschließen eines externen Festplattenspeichers verwendet.

Verfügt der RAID-Controller über einen integrierten Cache-Speicher, kann dieser zur Zwischenspeicherung geschriebener oder gelesener Daten genutzt werden. Dadurch können Sie E/A-Vorgänge effizienter verwalten.

Um zu vermeiden, dass bei einem Stromausfall Daten im Cache verloren gehen, werden zwei unterschiedliche Ansätze verwendet:

• Der Controller ist mit einer eigenen Batterie (BBU – Battery Backup Unit) ausgestattet, mit der Sie Daten bis zu 3 Tage lang im Speicher speichern können.
• oder zusätzlicher Flash-Speicher, der von einem kapazitiven Kondensator gespeist wird. Bei einem Stromausfall wird der Inhalt des Caches dort abgelegt. Und da Flash-Speicher sehr wenig Energie verbrauchen, werden die darin enthaltenen Daten über Monate hinweg gespeichert. Bitte beachten Sie, dass der Flash-Speicher nur bei einem Stromausfall verwendet wird.

Bei einigen RAID-Controllern können Sie die Größe des Cache-Speichers erhöhen und einen Akku installieren, falls dieser nicht vorhanden ist. Je größer der Controller-Cache ist, desto höher ist die Leistung von RAID-Arrays.

RAID-Controller in den Big Three-Servern

PS: Gen7, Gen8, Gen9
Dell: Gen11, Gen12, Gen13
IBM: M3, M4, M5

Die meisten HP- und Dell-RAID-Controller unterstützen nativ alle wichtigen Array-Typen. IBM hat solche Modelle – man kann sie an den Fingern abzählen; in fast allen Fällen muss man 1-2 zusätzliche Upgrade-Module auf dem Controller installieren, was nicht sehr praktisch ist.

Ein weiteres interessantes Merkmal von IBM RAID-Controllern ist, dass die meisten von ihnen in Servern mehrerer Generationen verwendet werden. HP und Dell haben eine andere Tendenz – mit der Veröffentlichung einer neuen Servergeneration bringen sie normalerweise eine neue Generation von Controllern auf den Markt.

Wie wählt man den richtigen Controller aus?

Sie benötigen eine gute Leistung, legen aber keinen Wert auf Datensicherheit? Oder möchten Sie mit wenig Aufwand die Fehlertoleranz erhöhen und dabei auf Geschwindigkeit verzichten? Benötigen Sie einen einfachen Webserver für Ihre Entwicklungsanforderungen? Wählen Sie einfach einen kostengünstigen Controller und erstellen Sie RAID 0 oder 1. Sie können dies sogar ohne Cache-Speicher tun.

Wenn Sie Laufwerke einsparen oder die gesamte Kapazität Ihrer vorhandenen Laufwerke ausschöpfen möchten, sollten Sie die Option RAID 5 oder 50 in Betracht ziehen. Dies ist eine völlig geeignete Lösung für die Erstellung von Archiven. Für solche Aufgaben reicht es aus, einen Controller zu nehmen, der den gewünschten RAID-Typ und einen mittelgroßen Cache-Speicher unterstützt.

Wenn Sie schnelle und zuverlässige Arrays für Datenbanken oder große Speichereinrichtungen für Dateiserver erstellen, benötigen Sie leistungsstarke Controller mit viel Cache-Speicher und hohem Durchsatz. Dies ist der Fall, wenn das Sparen auf einem Gerät alle Ihre Bemühungen zunichte machen kann.

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Um mehrere Festplatten zu einem RAID-Verbund zusammenzufassen, benötigen Sie neben den Laufwerken selbst auch einen Controller. Ein RAID-Controller ist eine Art Vorarbeiter, der ein HDD-Team leitet. Sie sind in drei Typen unterteilt: Software, integriert und Hardware. Um High-Level-RAID-Arrays mit mehr als 6-8 Festplatten aufzubauen, ist es besser, Hardware-Controller zu verwenden, da diese bei hoher Last eine minimale Latenz im Betrieb bieten. Darüber hinaus belasten sperrige, softwareverwaltete RAID-Arrays den Prozessor des Computers stark.

Trotz der offensichtlichen Vorteile von RAID-Arrays müssen Sie die Nachteile bedenken: hoher Geräuschpegel (je mehr Festplatten, desto mehr Lärm) und Schwierigkeiten bei der Übertragung des Arrays auf einen anderen Computer. Auch wenn Sie den gleichen Controller an einen anderen Computer und die Laufwerke in der gleichen Reihenfolge mit den gleichen Kabeln anschließen, gibt es keine Garantie dafür, dass RAID auf anderer Hardware funktioniert. Es ist garantiert, dass es beim Schreiben und Lesen nur auf dem Gerät funktioniert, auf dem es erstellt wurde. Bei der geringsten Änderung der Komponenten können Probleme auftreten, die zusätzliche Einstellungen erfordern.

Software-RAID-Controller

Unter Software-RAID-Controllern versteht man in der Regel Lösungen zur Organisation von RAID-Arrays auf Betriebssystemtreiberebene. Mac OS Festplatten können Sie mithilfe des Betriebssystems ganz einfach ein Array organisieren. Stimmt, in diesem Fall ist zu erwarten Hochleistung Es lohnt sich nicht: Diese Art der RAID-Organisation hängt vollständig von der Hardware Ihres Computers ab, da die Koordinierung der Arbeit der Festplatten die Ressourcen des Zentralprozessors und des Speichers beansprucht, was zu einer Leistungsminderung des Systems führen kann ganz. Darüber hinaus wird nicht empfohlen, RAID-Arrays zum Speichern wichtiger Daten auf Betriebssystemebene zu organisieren. Solche Arrays sind gegenüber Ausfällen und Fehlern äußerst instabil, sodass das Risiko eines Informationsverlusts sehr groß ist, wenn das Betriebssystem ausfällt.

Integrierte RAID-Controller

Während RAID-Arrays früher nur für Profis interessant waren, finden sich heute integrierte RAID-Controller mit Unterstützung für Basisstufen (ausreichend für die Bedürfnisse eines Heimanwenders) nicht nur auf Server-Motherboards, sondern auch auf gewöhnlichen Modellen, die für reine Heim-PCs gedacht sind . In der Regel handelt es sich hierbei noch um „Semi-Hardware“-Lösungen, das heißt, ein auf der Platine verbauter Chip koordiniert die Arbeit, greift für die Berechnungen aber dennoch auf die CPU zurück, da diese keinen eigenen Prozessor an Bord hat. Allerdings arbeiten solche Lösungen im Gegensatz zu reinen Software-Controllern viel stabiler (das RAID-Array wird vor dem Laden des Betriebssystems „festgelegt*), da die Hardware-„Ersetzung“ auf der Firmware-Ebene des Motherboards erfolgt. RAID-Arrays in solchen Systemen können nicht nur im Betriebssystem, sondern auch in den Shells von Bootdisketten und Festplattenmanagern betrieben werden. Integrierte Controller auf modernen Motherboards unterstützen in der Regel die grundlegenden RAID-Level 0, 1,5 und 10 (normalerweise basierend auf der Verwendung von nicht mehr als 6-8 Festplatten im System) und ermöglichen einen sehr schnellen Betrieb in Arrays herkömmlicher Festplatten. Um ein Heim-RAID-Array aus einer kleinen Anzahl von Festplatten zu organisieren, reichen die Fähigkeiten des in das Motherboard integrierten Controllers oft mehr als aus.

Hardware-RAID-Controller

Um leistungsstarke RAID-Arrays mit einer großen Anzahl von Festplatten zu erstellen, gibt es Controller in Form separater Platinen mit PCI-Express-Schnittstelle. Ihre Preise schwanken stark und Top-Lösungen können das Zehnfache der gesamten Hardware eines modernen Desktops zusammen kosten. Die Sache ist. dass solche Platinen im Wesentlichen „Mikrocomputer“ in einem Computer sind, das heißt, sie verfügen über einen eigenen Rechenprozessor und sogar Speicher, um Arrays mehrerer Festplatten zu koordinieren, und das alles mit minimalen Verzögerungen und ohne unnötige Anrufe an den Zentralprozessor. Aufgrund ihrer hohen Kosten lohnt sich der Einsatz in Heimsystemen kaum, zumal in den einfachsten RAID 0- oder RAID 1-Systemen mit zwei Festplatten höchstwahrscheinlich kein Leistungsgewinn gegenüber einem guten integrierten Controller erzielt wird.

Hardware-Controller können größere Leistungssteigerungen bieten als integrierte Lösungen, wenn Arrays aus SSD-Laufwerken oder High-Level-RAID-Arrays mit mehr als sechs herkömmlichen Laufwerken erstellt werden. Darüber hinaus sind teure Hardware-RAID-Controller häufig mit professionellen Hochgeschwindigkeitsfestplatten mit SAS-Schnittstelle (normalerweise in Servern verwendet) kompatibel und verfügen möglicherweise über zusätzliche Mittel zur Erhöhung der Fehlertoleranz: einen eigenen Cache-Speicher auf der Platine, die Möglichkeit, darauf zu arbeiten Batteriestrom zum Speichern des Cache-Inhalts. Speicher bei Stromausfall und Hardware-Fehlerkorrektur im laufenden Betrieb.

Natürlich unterstützen Hardware-Controller im Gegensatz zu Software- und integrierten Controllern viel mehr RAID-Schemata, einige bieten sogar die Möglichkeit, nicht standardmäßige Level zu verwenden, und ermöglichen Ihnen auch den Aufbau komplexer Hybrid-Arrays aus verschiedenen RAID-Leveln bei gleichzeitiger Verwendung von Festplatten und Solid State Drives.