Rýchly vývoj softvéru viedol k neustálemu zvyšovaniu požiadaviek na diskový subsystém počítača. Okrem rýchlosti prevádzky a množstva uložených informácií sa výrobcovia zamerali na zlepšenie takých parametrov, ako je spoľahlivosť pohonov a ich spotrebiteľské vlastnosti (napríklad jednoduchosť inštalácie a hladina hluku). Nárast popularity prenosných počítačov nasmeroval tok inžinierskych myšlienok do oblasti miniaturizácie pohonov a zvyšovania ich spoľahlivosti v extrémnych podmienkach. Teoreticky je možné vyvinúť riešenie, ktoré súčasne spĺňa všetky uvedené požiadavky. Z praktického hľadiska však univerzálne riešenie prinesie malú radosť, pretože „ideálny“ pevný disk bude stáť mnohonásobne viac ako „nedokonalý“. Z tohto dôvodu v súčasnosti vidíme skutočnú škálu pevných diskov vyrobených pomocou rôznych technológií, ktoré sú pripojené cez rôzne rozhrania a majú rôzne technické vlastnosti. Tento článok poskytuje stručné rady pri výbere pevných diskov a rozoberá aj aktuálne problémy, s ktorými sa v praxi stretávajú používatelia a správcovia systému pri implementácii polí RAID.
Niektoré požiadavky na moderný pevný disk
Pevný disk (pevný disk) sa považuje za najuznávanejší a najrozšírenejší prostriedok na ukladanie informácií. Informácie na tomto disku nezmiznú ani po vypnutí počítača, povedzme na rozdiel od RAM, a náklady na uloženie megabajtu informácií sú extrémne malé (asi 0,6 centov). Moderný pevný disk má vysoký výkon a pôsobivú kapacitu pri nízkych nákladoch na jeden megabajt diskovej pamäte. Moderné pevné disky môžu mať 47 GB alebo viac. Ak chcete "cítiť" takýto objem, môžete urobiť jednoduchý odhad. Na 47 GB disk je možné uložiť približne 7 miliónov strán časopisu ComputerPress v textovom formáte, alebo takmer 57 000 unikátnych vydaní časopisov. Pre toto vydanie ComputerPress by to trvalo takmer 5 tisíc rokov, kým by fungovalo bez porúch. Pevné disky (zvyčajne niekoľko, veľmi zriedka jeden) s vysokokvalitným magnetickým povlakom rotujú vo vnútri utesneného krytu pevného disku obrovskou konštantnou rýchlosťou (5400, 7200, 10 000, 15 000 ot./min.). Sú „navlečené“ na otočnom hriadeli – vretene. Informácie na disku sú umiestnené na "stopách" (sústredných kruhoch), z ktorých každá je rozdelená na časti-sektory. Každá oblasť disku dostane zodpovedajúce číslo prostredníctvom nízkoúrovňového procesu formátovania, ktorý vykonáva výrobca jednotky. Čítanie a zápis na obe strany magnetického disku prebieha pomocou magnetických hláv. Samotné hlavice sú namontované na špeciálnej páke (adjucator) a sú unášané nad povrchom rotujúceho disku rýchlosťou nerozoznateľnou ľudským okom. Priemerný čas, za ktorý sa hlava dokáže usadiť na požadovanej ploche disku (priemerný čas prístupu), v podstate odráža jeho výkon – čím kratší čas prístupu, tým rýchlejší pevný disk. Okrem vyššie uvedeného pevný disk obsahuje riadiacu dosku obsahujúcu všetku elektroniku disku.
Moderný pevný disk podľa špecifikácie PC'99 musí podporovať režim bus mastering, ako aj S.M.A.R.T. Bus mastering je mechanizmus na priamu výmenu informácií cez zbernicu bez účasti centrálneho procesora. Okrem zlepšenia výkonu tento režim znižuje zaťaženie centrálneho procesora (už existuje veľa uchádzačov o jeho zdroje: lenivé mäkké modemy, zvukové karty, súčasne spustené aplikácie atď.). Na implementáciu protokolu zbernice je potrebné, aby ho podporovali všetci účastníci procesu (vrátane radiča pevného disku a čipovej sady základnej dosky). Technológia S.M.A.R.T (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) je hardvérový mechanizmus na predpovedanie porúch na pevnom disku, ktorý používateľom zaručuje „prekvapenia“ pevného disku. Moderné pevné disky s rozhraním ATA (IDE) musia podporovať režim Ultra ATA/33, ktorý poskytuje špičkový externý výkon pevného disku až 33,3 MB/s. Mnoho diskov sa už vyrába s rozhraním Ultra ATA/66 (maximálna prenosová rýchlosť je 66,6 MB/s), no, žiaľ, tieto hodnoty sa v skutočnosti dosahujú len zriedka, pretože výkon pevných diskov nie je limitovaný obmedzením údajov. prenosovým rozhraním, ale hlavne mechanikou.
Vysoká rýchlosť otáčania diskov vo vnútri pevného disku vedie k vibráciám, ktoré sú neprijateľné a tlmia ich špeciálne konštrukčné zariadenia. Preto sa dokonalosť dizajnu pevného disku dá často určiť podľa sluchu: čím je pevný disk tichší, tým má lepšiu mechaniku a menej tepla.
Nákup pevného disku: čo hľadať
Pri kúpe pevného disku v cenníku obchodnej spoločnosti môžete zvyčajne nájsť tento riadok: HDD IBM 13,7 GB 5400 ot./min IDE ATA/66. Do ruštiny sa to prekladá takto: pevný disk vyrobený spoločnosťou IBM, s kapacitou 13,7 GB, rýchlosťou vretena 5400 ot./min. s rozhraním Ultra ATA / 66. Len na prvý pohľad to vyzerá nepochopiteľne. Zásady výberu pevného disku sú v skutočnosti univerzálne:
- smerodajná ochranná známka nie je zárukou kvality, ale argumentom v prospech výberu značkového pevného disku. V prvom rade sa pozrime bližšie na modely od IBM a Seagate, aj keď ako každá spoločnosť majú úspešnú a mimoriadne neúspešnú sériu pevných diskov;
- čím je kapacita vyššia, tým je pevný disk výnosnejší z hľadiska „ceny za megabajt“. Vysokokapacitné pevné disky sa však často stávajú skládkou zabudnutých súborov a sú drahšie ako ich menej priestranné náprotivky. Veľké pevné disky sa obsluhujú oveľa dlhšie (napríklad defragmentácia), takže pre domáce účely možno odporučiť pevné disky s kapacitou približne 10-20 GB;
- čím vyššia je rýchlosť vretena disku, tým väčší je jeho výkon (rýchlosť zápisu a čítania dát), ale tým vyššia je cena a silnejšie teplo. Pre domáce a kancelárske použitie odporúčame uprednostniť pevné disky s rýchlosťou vretena 5400-7200 ot./min (otáčky za minútu - otáčky za minútu);
- IDE (ATA) je typ rozhrania (mechanizmus a protokol pripojenia) disku k základnej doske počítača. Rozhranie IDE je najlacnejšie a najbežnejšie, takže môže byť univerzálnym odporúčaním. „Profesionálnejšie“ je rozhranie SCSI, ktoré umožňuje pripojiť až osem zariadení a IEEE-1394 (FireWire). SCSI sa stalo výrazne menej rozšíreným ako IDE kvôli vysokej cene a konfiguračným vlastnostiam. A FireWire by sa čoskoro mal stať štandardom pre výmenu digitálnych dát medzi digitálnou spotrebnou elektronikou a počítačovými perifériami. Jedným slovom, ak sa nezaoberáte úpravou videa, digitalizáciou videa a úpravou veľkých súborov, potom je vašou voľbou pevný disk s rozhraním IDE;
- ATA / 66 (rovnaké Ultra ATA 66 alebo Ultra DMA 66) je rozšírenie rozhrania IDE (ATA), ktoré vo výnimočných prípadoch umožňuje dosiahnuť rýchlosť prenosu dát 66 MB/s a často znížiť zaťaženie centrálny procesor. To je, samozrejme, extrémne zriedkavé a trvá to len zlomky sekundy. Bežný výkon pevného disku je 4-5 krát nižší. Aby diskový subsystém vyvinul takýto výkon, je potrebné, aby radič základnej dosky a pevný disk podporovali tento štandard. Moderné pevné disky sú už dostupné s podporou ATA-100 a nie sú oveľa drahšie ako analógy s ATA/33 alebo ATA/66. Záver: ak to financie dovolia, je lepšie kúpiť pevný disk ATA-100, ale ATA/66 je tiež celkom dobrá voľba.
Úvahy o optimalizácii diskového subsystému
Vysokorýchlostný pevný disk vám ešte nezaručuje maximálny výkon diskového podsystému. Tak ako družina hrá kráľa, aj výkon pevného disku závisí od zariadení, v ktorých je nútený pracovať. V prvom rade je potrebné vyvážiť potreby a príležitosti. V praxi to znamená, že pred kúpou pevného disku musíte absolútne poznať možnosti vašej základnej dosky. Nákup jednotky ATA-100 pre základnú dosku ATA-33/66 by mal byť dôkladne premyslený a odôvodnený - to je potrebné predovšetkým pre vás. Bohužiaľ, nie je nezvyčajné (najmä v akademickom prostredí), keď boli zakúpené disky ATA-100 (7200 otáčok za minútu) na aktualizáciu dávno zastaraných diskov i486/P60. O finančnej alebo praktickej realizovateľnosti tohto rozhodnutia nie je potrebné hovoriť. Nebudeme sa však zameriavať na zrejmé, ale zvážime málo známe faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť diskového subsystému.
Dve zariadenia ATA na jednom kábli: dobré alebo zlé? Rozhodne zle! A je to spôsobené nielen tým, že ako transportné médium pre obe zariadenia slúži rovnaká fyzická slučka. Problém je trochu iný - v spôsobe, akým ovládač pracuje s každým zariadením, v ktorom je nemožná ich paralelná prevádzka. Inými slovami: kým prvé zariadenie nevykoná príkaz, nie je možné získať prístup k druhému. To znamená, že ak sa pristúpi k pomalšiemu zariadeniu v balíku, rýchlejšie bude musieť počkať na dokončenie predchádzajúcej operácie, čo môže výrazne spomaliť jeho činnosť. Najzreteľnejšie je to vidieť na príklade zväzku „pevný disk-jednotka CD-ROM“. Preto sa odporúča distribuovať ATA zariadenia do rôznych slučiek v závislosti od ich rýchlosti.
Použitie režimu riadenia zbernice. Úplne prvý prijatý štandard ATA predpokladal použitie centrálnej procesorovej jednotky (CPU) počítača na organizáciu práce so zariadeniami na ukladanie informácií. Toto bol režim PIO (programovaný vstup/výstup), ktorý musia stále podporovať všetky zariadenia ATA. Zároveň bola celkom zjavná krátkozrakosť tejto metódy, ktorá spotrebovala cenné procesorové zdroje na prácu s ATA zariadeniami. Preto výrobcovia zariadení navrhli alternatívu - režim Bus Mastering (iný názov je DMA / UDMA). Hlavným rozdielom nového režimu bolo uvoľnenie CPU z operácií riadenia prenosu dát a delegovanie týchto funkcií na ATA radič. Výsledkom je uvoľnenie výkonu CPU pre dôležitejšie operácie, čo umožňuje zvýšiť priepustnosť diskového subsystému. Tento režim bez problémov podporujú všetky základné dosky už viac ako päť rokov.
Použitie radiča RAID. Hlavnými sťažnosťami na pevné disky sú ich malý objem a neustále nedostatočná rýchlosť. To platí pre pevné disky nainštalované na serveroch aj na pracovných staniciach. Ak však má návrh na upgrade diskového subsystému servera ešte šancu na schválenie manažmentom, sťažnosti na nedostatočnú rýchlosť pevného disku na pracovnej stanici s pravdepodobnosťou 99,9 % zomrú skôr, ako sa dostanú k ušiam vášho správcu systému. . Pri domácom počítači je situácia ešte dramatickejšia, keďže peniaze na aktualizáciu diskového subsystému bude treba stiahnuť z rodinného rozpočtu. Zároveň vysokorýchlostné pevné disky (ATA-100, 7200 ot./min.) v súčasnosti stoja približne 130 dolárov za 20 GB. Východiskom zo slepej uličky môže byť použitie radiča RAID, ktorý umožňuje spojiť niekoľko fyzických diskov do jedného logického. Stručne povedané, princípom použitia RAID je paralelizácia informačných tokov na čítanie/zápis medzi niekoľkými fyzickými médiami. V dôsledku toho sa maximálna rýchlosť čítania/zápisu z „kombinovaného“ média zvyšuje toľkokrát, koľkokrát sa zvyšuje počet fyzických jednotiek použitých na vytvorenie poľa RAID. Vyššie uvedené platí len pre polia RAID s nulovou úrovňou, ktoré neznamenajú duplikáciu uložených informácií. V minulosti polia RAID používali pomerne drahé pevné disky SCSI. Ale už asi rok sú na trhu dostupné lacné (od 36 dolárov) RAID radiče pre pevné disky s rozhraním IDE. Okrem toho niektorí výrobcovia základných dosiek (Abit, MSI atď.) inštalujú na svoje základné dosky radiče RAID spolu so štandardnými rozhraniami IDE. Najbežnejšie modely RAID kariet radiča pre ATA pevné disky na našom trhu sú Promise a Abit Hot Rod. Prirodzene, nie sú jediní. Najmä American Megatrends, Inc. (AMI), známejší ako výrobca RAID radičov pre SCSI pevné disky, obrátil svoju pozornosť na tento segment trhu uvedením AMI HyperDisk ATA-100 RAID (odhadovaná cena 120 USD). Vďaka tomu máme kedykoľvek možnosť zvýšiť rýchlosť nášho diskového subsystému bez potreby veľkých výdavkov. Aby situácia s RAID nevyzerala tak optimisticky, pridajme muchu do suda medu: množstvo RAID radičov má vážne problémy, ktorých podstata je zatiaľ neznáma. Hovoríme napríklad o probléme kompatibility pevných diskov IBM DTLA - 3070xx a radičov RAID postavených na čipovej sade HighPoint HPT-366/368/370. O tomto probléme sa na internetových fórach aktívne diskutuje už niekoľko týždňov. Jeho podstata spočíva v tom, že v prípade vytvárania RAID poľa pomocou RAID radiča na báze čipsetu HPT - 366/368/370 na báze pevných diskov IBM DTLA-3070xx dochádza k nepredvídateľnému „sypaniu“ dát a veľkému množstvu zlých blokov sa objaví aj na nových pevných diskoch. Súdiac podľa spätnej väzby od používateľov, tento problém sa používateľov produktov Promise netýkal, no majitelia Abit Hot Rod a základných dosiek s integrovaným radičom HPT-370 (spoľahlivo potvrdené na doskách Abit VP6 a Abit BX-133 RAID) ho naplno pocítili. Povaha tohto javu zatiaľ nedostala oficiálne vysvetlenie, objavujú sa však pochybnosti o správnom vypnutí pevných diskov zahrnutých v poli pri vypnutí počítača. V dôsledku toho sa údaje z vyrovnávacej pamäte pevného disku neuložia na médium, čo narúša integritu údajov. V tomto prípade, ak sa radič RAID používa ako zdroj ďalších portov ATA-100 (to znamená, že funkcia RAID sa nepoužíva), tento problém sa nevyskytuje. Najnepríjemnejšia vec je, že niektorí z najlepších predstaviteľov rodiny pevných diskov ATA-100 (séria DTLA - 3070xx) podliehajú tomuto efektu, pretože neexistujú žiadne správy o podobných prípadoch s pevnými diskami od iných výrobcov.
Niekoľko postrehov k organizácii polí RAID z diskov ATA
Táto časť predstavuje množstvo spoľahlivých postrehov autorov v procese vytvárania záložného servera, ako aj predbežné závery, ktoré boli na ich základe urobené.
Prvá situácia: Abit VP6 Dual PIII - 667 sa používa so štyrmi IBM DTLA-307045 v jednom poli RAID. Prvý mesiac všetko funguje bez problémov. Približne v polovici piateho týždňa dochádza k spontánnemu (za jeden deň) „odlievaniu“ (vzniku zlých blokov) celého poľa. Pole bolo rozobraté a vykonaním kontrol na všetkých jednotkách jednotlivo sa na každom pevnom disku našlo obrovské množstvo zlých blokov (~ 3 %). Zaujímavé je, že vzor ich umiestnenia sa opakoval pre každý pár pohonov. Záver: Problém spoločnej interakcie HPT-370 s IBM DTLA-3070xx nie je vyriešený najnovšími verziami firmvéru a ovládačov.
Druhá situácia: všetko je po starom, namiesto vstavaného radiča RAID je použitý iba AMI HyperDisk 100. Okrem toho sú neúspešné disky IBM nahradené dvoma pevnými diskami Fujitsu a dvomi pevnými diskami Quantum pripojenými k prvému a druhému kanálu radiča, resp. Mal organizovať dve polia RAID na základe každého páru pevných diskov. Všetky pevné disky sú inštalované v rackových moduloch pripojených k radiču RAID pomocou ATA-100 (80-pinových) káblov. Po manuálnom vytvorení dvoch polí sme zaznamenali výskyt dvoch nových diskov očakávanej veľkosti (OS MS Windows 2000). Potom, pri formátovaní s pokusom o zápis údajov, operačný systém zamrzol. Pamätajúc na to, že v rackovom module pripojenie pevných diskov prebieha cez kábel ATA-33 (v tomto prípade ovládač indikoval režim prevádzky s pevnými diskami UDMA-5), vymenili sme prepojovacie káble za ATA-33. Po takejto výmene sa na ovládači pri každom bootovaní začalo zobrazovať upozornenie na nevyhnutné zvýšenie rýchlosti, ktoré nás pri výmene slučiek čaká. Ignorujúc toto pozvanie s hlbokou ľútosťou sme zaznamenali začiatok bežnej prevádzky jedného páru pohonov. Spojenie druhého páru však prinieslo prekvapenie - vytvorený disk sa ukázal ako nemožné naformátovať pomocou Windows 2000, pretože na konci formátovania OS hlásil, že vo formátovaní nie je možné pokračovať. Po chvíľke slabosti sme si dôkladne preštudovali dokumentáciu k HyperDisku, najmä časť o automatickom vytváraní polí. V dôsledku toho bola prvá sada polí zničená a druhá bola vytvorená automaticky. A potom začali prekvapenia. Po prvé, radič spojil pevné disky od rôznych výrobcov do jedného poľa, to znamená, že namiesto tandemov podľa výrobcov sme dostali zmiešané tandemy. Na pozadí volaní na používanie rovnakých pevných diskov pri vytváraní polí to vyzeralo zvláštne. Nejasný zostal aj dôvod, prečo boli dvojice pohonov spojené do pásikavého poľa a nie všetky štyri súčasne. Štúdia aktuálnej konfigurácie potvrdila jeho plný výkon. Nakoľko sa však objemy pevných diskov Fujitsu a Quantum líšili (v dôsledku asymetrického zlučovania sa stratilo asi 200 MB na pole), pokračovali sme v pokusoch o symetrickú kombináciu pevných diskov. Po krátkom, ale dôkladnom preštudovaní konfigurácie poľa sa zistilo, že každý pár pevných diskov zahrnutých v jeho zložení je fyzicky pripojený k rôznym kanálom radiča RAID. Vzhľadom na skutočnosť, že radič ATA nie je schopný pracovať paralelne so zariadeniami pripojenými k jednému z jeho kanálov a že použitie poľa zahŕňa súčasné nahrávanie do každého zariadenia zahrnutého v jeho zložení, urobili sme predbežný záver o problematickej operácii. poľa pri pripájaní jednotiek, ktoré tvoria jeden ATA kanál. Tento predpoklad poskytol rozumné vysvetlenie skutočnosti, že štyri pevné disky boli spojené do dvoch polí (a nie do jedného), čo automaticky vykonával radič AMI HyperDisk. Logickým záverom z tohto predpokladu bola zmena konfigurácie diskov tak, že zväzky Primary Master - Secondary Slave a Secondary Master - Primary Slave tvorili pevné disky od rovnakého výrobcu. Po opätovnom pripojení diskov sa polia automaticky prekonfigurovali, čo prinieslo očakávaný výsledok – dve polia pozostávajúce z diskov od rovnakého výrobcu. Výsledkom je, že sme získali späť viac ako 200 „znížených“ megabajtov poľa. Naša radosť však opadla, keď operačný systém našiel len jedno (menšie) pole. V čase podpisu problému boli všetky pokusy prinútiť operačný systém „vidieť“ pole neúspešné, čo môže poslúžiť ako ďalší dôkaz o nutnosti použiť v procese vytvárania polí úplne rovnaké disky.
ComputerPress 4 "2001
Diskový podsystém počítača ako dôležitý nástroj na spracovanie rastrovej grafiky. Ktorá možnosť je rýchlejšia?
V pracovných postupoch zobrazovania pred tlačou hrá dôležitú úlohu výkon počítača. Po prvé, existujú určité minimálne systémové požiadavky na profesionálnu grafickú prácu. Je teda napríklad takmer nemožné pripraviť kvalitnú plnofarebnú úpravu tlačenej publikácie pomocou 14-palcového monitora a grafickej karty, ktorá nedokáže zobraziť 24-bitové farby. Po druhé, to, že vaša pracovná platforma spĺňa tieto minimálne požiadavky, neznamená, že sa vám bude pohodlne pracovať s veľkými grafickými súbormi. Ak chcete zvýšiť efektivitu práce s počítačom, musí mať rezervu výkonu. To vám umožňuje vykonávať aj operácie náročné na zdroje (zmena veľkosti, aplikovanie filtrov na obrázok atď.) dostatočne rýchlo a ideálne - v reálnom čase. Nemalý podiel na celkovom výkone grafickej stanice má jej diskový subsystém. Stáva sa „úzkym hrdlom“ systému pri spracovaní súborov, ktorých objem je porovnateľný s veľkosťou RAM v počítači.
Situácia s pevnými diskami pre platformu Wintel vždy vyzerala takto: existovali pevné disky SCSI zamerané na Hi-End sektor trhu a paralelne sa ponúkali lacnejšie možnosti IDE na inštaláciu do iných systémov. Za posledných pár rokov došlo v oblasti IDE diskov k skutočnému technologickému prelomu – stačí povedať, že ak sa koncom roka 1998 4,3 GB pevný disk považoval za priemerný vo všetkých ohľadoch, s rýchlosťou vretena 5400 rpm a hustota záznamu 2 GB na platňu, koncom roku 2000 spadá 40-45 GB / 7200 ot./min / 15-20 GB na platňu do strednej kategórie. V tomto prípade sa štandardom stáva použitie štandardu ATA-100 a zníženie hluku pracovného disku na hodnoty rádovo 30 dB.
Na poli SCSI pevných diskov nebol takýto skokový výkon pozorovaný – doteraz je priemerná kapacita diskov tohto štandardu na úrovni 18 GB s hustotou záznamu okolo 6 GB na platňu. Prevaha vo výkone oproti IDE diskom je zachovaná vďaka ďalším dôležitým parametrom - vysoká rýchlosť vretena (10 000 otáčok za minútu je normou), veľké množstvo vstavanej vyrovnávacej pamäte (od 4 do 8 MB oproti 0,5-2 MB pre modely IDE) , a tiež do značnej miery kvôli zvláštnostiam SCSI technológií vo všeobecnosti.
Moderné IDE pevné disky však doslova šliapu na päty svojim drahým SCSI náprotivkom. Najzávažnejšími argumentmi v prospech verzie IDE diskového subsystému vášho počítača sú extrémne nízka cena (2-4 krát nižšia ako cena SCSI) s vysokou kapacitou, nízkym rozptylom tepla a úrovňou hluku.
Situáciu ďalej zhoršuje skutočnosť, že polia RAID štandardu IDE sa v poslednej dobe stali populárnymi. Predtým sa technológie RAID používali najmä pre diskové subsystémy SCSI. Objavenie sa relatívne lacných radičov IDE RAID na trhu umožnilo pevným diskom IDE ďalej rozširovať svoje miesto na trhu. Štandard RAID 1 (Mirror) umožňuje zvýšiť spoľahlivosť diskového subsystému v pomere k počtu redundantných pevných diskov. Vybudovaním RAID poľa v Mirror režime z dvoch rovnakých pevných diskov teda zdvojnásobíme spoľahlivosť ukladania našich informácií (sú duplikované) a zároveň získame príjemný bonus v podobe mierne zvýšenej rýchlosti čítania z disku. pole (je to možné vďaka sekvenčnému čítaniu blokov informácií z dvoch pevných diskov a ich usporiadaniu do jedného toku; na hardvérovej úrovni to robí radič RAID). V prípade použitia RAID 0 (režim STRIPE) dostaneme zvýšenie rýchlosti nášho diskového subsystému úmerne počtu diskov, ktoré pole tvoria – informácie sú rozdelené do malých blokov a „rozsypané“ po diskoch. . Čisto teoreticky by teda bolo možné zvýšiť rýchlosť diskového subsystému o faktor rovný počtu pevných diskov v poli. Žiaľ, v praxi nie je nárast rýchlosti taký výrazný, no o tom sa dočítate nižšie vyhodnotením výsledkov testu. Nie je možné si všimnúť hlavnú nevýhodu režimu RAID 0 (Stripe) - spoľahlivosť ukladania informácií klesá presne toľkokrát, koľkokrát sa rovná počtu použitých pevných diskov. Režim RAID 0 + 1 je navrhnutý špeciálne na odstránenie tohto nepríjemného efektu – akási „zmes“ režimu Mirror a Stripe. Pole RAID 0+1 vyžaduje aspoň 4 pevné disky. Výsledkom je spoľahlivosť jedného disku plus dvojnásobná kapacita a zvýšený výkon.
Výkon rôznych typov pevných diskov je pre mnohých používateľov často mätúci. Väčšina ľudí vie len to, že „SCSI je strašne cool, oveľa rýchlejšie ako IDE“, niektorí „pokročilí“ úprimne veria, že pole RAID dvoch diskov v Stripe režime je presne dvakrát rýchlejšie ako jeden pevný disk. V skutočnosti sa v tejto oblasti vyvinulo mnoho mýtov, často úplne nesprávnych. Tento článok je pokusom objasniť veci presným meraním výkonu rôznych typov diskových podsystémov. Chcel by som venovať osobitnú pozornosť skutočnosti, že na hodnotenie výkonu sa nepoužívali syntetické testovacie súpravy (ktoré sú spravidla málo použiteľné), ale najpraktickejšie úlohy z arzenálu ľudí, ktorí sa profesionálne zaoberajú grafikou na počítači. .
Boli teda testované nasledujúce varianty diskových podsystémov:
| IDE- zastaraný pevný disk (5 400 ot./min., vyrovnávacia pamäť 512 kb, 4 GB na tanier) s rozhraním ATA-33 - Fujitsu MPD3130AT; základná doska - i440BX so vstavaným radičom ATA-33. |
| IDE- nový sériový pevný disk (7200 ot./min., vyrovnávacia pamäť 2048 KB, 20 GB na tanier) s rozhraním ATA-33 - Western Digital WD200; i440BX, ATA-33 (vstavaný). |
| IDE- pevný disk novej série (7200 ot./min., vyrovnávacia pamäť 2048 KB, 20 GB na platňu) s rozhraním ATA-100 - Western Digital WD200; Radič RAID Promise FastTrak100 (SPAN). |
| RAID-pole dvoch moderných IDE diskov v režime Stripe - 2xWestern Digital WD200; Highpoint Technologies HPT370 UDMA/ATA 100 Raid Controller (STRIPE). |
| SCSI- špičkový pevný disk (10 000 ot./min., vyrovnávacia pamäť 4 096 KB, 6 GB na platňu) s rozhraním SCSI Ultra160 - Fujitsu MAJ 3182 MP; SCSI radič - Adaptec 29160N. |
Pre čistotu experimentu bola každá verzia diskového subsystému nainštalovaná v systéme úplne „od začiatku“. Disk (resp. diskové pole) rozdelil program FDISK na tri logické. V tomto prípade bola veľkosť zavádzacej oblasti (logická jednotka C:\) vždy nastavená na 3 GB. Zvyšok priestoru bol rovnomerne rozdelený medzi jednotky D:\ a E:\. Operačný systém bol nainštalovaný na jednotke C:\, stránkovací súbor Photoshopu bol umiestnený na jednotke D:\; boli tam aj testovacie súbory. Systém súborov je FAT32.
Aby bolo možné dobre zaťažiť diskový subsystém a tým zhodnotiť jeho výkon, veľkosť RAM bola obmedzená na 128 MB (napriek tomu, že v systémoch tejto triedy určených na prácu s rastrovou grafikou je 256 MB vstupnou úrovňou) . Množstvo pamäte dostupnej pre Photoshop 5.5 bolo nastavené na 50 % z celkovej voľnej pamäte. Tento objem bol približne 57 MB. Všetky testy boli spustené s dvoma súbormi rôznych veľkostí – veľkosť prvého bola 1/5 veľkosti pamäte dostupnej pre Photoshop, veľkosť druhého bola 1,5-krát väčšia (). To umožnilo získať údaje o rýchlosti vykonania konkrétnej operácie v dvoch prípadoch: keď sa spracovávaný súbor zmestí do RAM s rezervou a keď sa tam zaručene nezmestí celý. Musím povedať, že pre súbor menšej veľkosti sú výsledky získané na rôznych diskových podsystémoch takmer totožné, čo nie je vôbec prekvapujúce - hlavné spracovanie prebiehalo v RAM. Rozdiely sú v tomto prípade viditeľné iba pri operáciách čítania / zápisu - pri otváraní a ukladaní súboru. Úplne iný obraz bol pozorovaný pri spracovaní veľkého súboru. Keďže sa súbor úplne nezmestil do pamäte RAM, Photoshop aktívne používal diskový subsystém počítača. Výsledky týchto testov, ako najviac odhaľujúce, sú prezentované vo forme diagramov. Úplné výsledky, vrátane testov s menšou veľkosťou súboru, ako aj s výkonnejším procesorom, si môžete pozrieť v súhrnnej tabuľke č.
Všetky testy v tomto článku si môžu záujemcovia zopakovať aj na iných systémoch, keďže všetky použité nastavenia sú uvedené v tabuľke. Testovacie súbory boli vytvorené nasledovne: CMYK balloons.tif bol prevzatý z adresára ... \Adobe\Photoshop5.5\Goodies\ Samples\. Po konverzii do RGB bola zmenšená na 2240 x 1680 a 6400 x 4800 pixelov, výsledkom čoho boli dva súbory TIFF RGB s veľkosťou 10,7 a 89,7 MB. Všetky operácie boli vykonané na prijatých súboroch. Po každej operácii bol výsledok zrušený príkazom Späť. Posledná operácia (Uložiť) bola vykonaná vo formáte CMYK. Každý test bol vykonaný trikrát a výsledky boli spriemerované. Po každom teste sa systém reštartuje.
Systém č. 1: Fujitsu MPD3130AT; i440BX, ATA-33
Pevný disk Fujitsu série MPD je zaslúženým veteránom. Pred rokom a pol boli pevné disky takej triedy ako Fujitsu MPD, Quantum CR a ich ďalšie analógy najrýchlejšie v sektore štandardných pevných diskov IDE. Tento pevný disk má tri platne s kapacitou 4,32 GB, 6 hláv na čítanie a zápis a vstavanú vyrovnávaciu pamäť s veľkosťou 512 KB. Priemerná doba vyhľadávania - 9,5 / 10,5 ms (čítanie / zápis), otáčky vretena - 5400 ot./min., hlučnosť - 36 dB. Podporovaný je štandard ATA-66, nejde však o nič iné ako o marketingový ťah, keďže rýchlosť prenosu dát sa pohybuje v rozmedzí 14,5 – 26,1 MB/s, čo plne zapadá do možností štandardu ATA-33 (33,3 MB / s).
Fujitsu MPD3130AT sa ukázal ako spoľahlivý, tichý pevný disk. Počas prevádzky je hluk otáčajúceho sa vretena takmer nepočuteľný, ale zvuk polohovacích hláv je jasne rozlíšiteľný. Disk sa zahrieva veľmi málo - aj pri dlhšom používaní zostáva puzdro chladné alebo sotva teplé.
V testoch MPD3130AT výrazne stráca na všetkých ostatných účastníkov, čo nie je vôbec prekvapujúce, vzhľadom na rozdiel v charakteristikách s najbližším konkurentom WD200 (rýchlosť rotácie - 5400 a 7200 ot./min., hustota záznamu - 4,3 GB na platňu oproti 20 GB ).
Testovanie na dvoch rôznych operačných systémoch prinieslo trochu protichodné výsledky: Windows 98 je oveľa rýchlejší ako operácie otvárania a ukladania súborov, zatiaľ čo Windows 2000 je oveľa rýchlejší ako všetko ostatné. Inak žiadne prekvapenie.
Systém č. 2: Western Digital WD200; i440BX, ATA-33.
WD200 je predstaviteľom novej generácie pevných diskov. Hlavné parametre sú 7200 otáčok za minútu, vnútorná vyrovnávacia pamäť narástla na 2048 KB, hustota záznamu je 20 GB na platňu. Disk má jeden tanier a dve hlavy. Priemerná doba vyhľadávania je výrobcom deklarovaná 8,9/10,9 ms, čo sa veľmi nelíši od charakteristiky Fujitsu MPD3130AT. WD200 je však citeľne rýchlejší. Po prvé, väčší objem vstavanej vyrovnávacej pamäte ovplyvňuje. Po druhé, výmenný kurz v sekcii „buffer-to-surface“ dosahuje pôsobivých 30,5 – 50 MB/s – napokon, 20 GB na tanier je vážna hustota záznamu.
V prevádzke sa disk ukázal ako veľmi pozitívny – napriek zvýšeným otáčkam vretena sa ukázal byť tichší ako Fujitsu MPD (deklarovaná hlučnosť – 30 dB). Pohyby hlavy sú takmer nepočuteľné.
S odvodom tepla je to horšie, ale celkom prijateľné. Po hodine intenzívnej práce sa pevný disk zahrial až na 45 stupňov, t.j. na dotyk bol teplý, ale nie horúci.
Vo všeobecnosti táto konfigurácia zanechala veľmi priaznivý dojem a je nesporným šampiónom v pomere ceny a výkonu. Posúďte sami – za cenu približne 130 USD tvorí tento pevný disk kompletné riešenie s integrovaným radičom ATA-33 čipsetu 440VX. A žiadne problémy s Windows 98, ako je to pozorované v prípade použitia ATA-100.
Systém č. 3: Western Digital WD200; ATA-100 Promise FastTrak100 (SPAN).
Testy odhalili veľmi zaujímavý bod – pri použití rozhrania ATA-100 vo Windows 98 bol výkon diskového subsystému vo väčšine prípadov nižší ako pri použití ATA-33. A v niektorých prípadoch došlo len ku katastrofálnemu (5-10-násobnému) poklesu výkonu! Keďže výsledky v systéme Windows 2000 boli absolútne predvídateľné (to znamená, že ATA-100 sa ukázalo byť rýchlejšie ako ATA-33, ako sa očakávalo), je to dôvod na podozrenie, že kombinácia Windows 98 + ATA-100 nefunguje správne. . Možno dôvod spočíva v špecifickom modeli ovládača - Promise FastTrak100. Okrem toho väčšina testov prebiehala rýchlejšie v systéme Windows 2000.
Z toho všetkého môžeme vyvodiť logický záver - Windows 98 nie je vhodný na serióznu prácu s grafikou. Ak chcete využívať najnovší vývoj v oblasti IDE, konkrétne rozhranie ATA-100 alebo pole RAID v režime STRIPE, je lepšie pracovať s operačnými systémami rodiny NT (Windows NT 4.0 alebo Windows 2000), ktoré sa správajú viac správne v takýchto režimoch.
Pri používaní Windows 2000 je zisk z prechodu z ATA-33 na ATA-100, ale nie je veľký.
Systém #4: Dva disky Western Digital WD200 + HPT370 UDMA/ATA 100 Raid Controller (STRIPE).
A nakoniec, pole RAID dvoch rovnakých pevných diskov bolo testované v režime pruhovaných dátových blokov (STRIPE). Veľkosť bloku 64 KB bola použitá ako najoptimálnejšia (podľa iných nezávislých testov). Teoreticky môže byť rýchlosť takéhoto diskového subsystému 2-krát vyššia ako rýchlosť jedného disku. Výsledky testov však nezanechávajú dôvod na optimizmus. V drvivej väčšine úloh je nárast výkonu 5-15% v porovnaní s jedným diskom s rozhraním ATA-100.
Jedným slovom, výsledky sú sklamaním. Budovanie poľa RAID 0 možno len odporučiť tým, ktorí chcú z technológie IDE vyťažiť maximálny výkon aj napriek všetkým vyššie popísaným nevýhodám. To však môže byť potrebné iba pre tých, ktorí sa zaoberajú vkladaním nekomprimovaného videa do počítača.
Systém #5: Fujitsu MAJ 3182 MP + Adaptec 29160N SCSI radič.
Posledným účastníkom „súťaže“ je pevný disk SCSI veľmi vysokej triedy. Musím povedať, že MAJ 3182 bol vybraný ako „horná priečka“ tohto testu. Tento pevný disk dokázal svoju prevahu jasne preukázať – takmer vo všetkých testoch ide „po hlave“ so svojím hlavným rivalom – RAID poľom v režime STRIPE.
Predstavu o potenciálnych schopnostiach Fujitsu MAJ 3182 MP môžu poskytnúť aj jeho vlastnosti. Rýchlosť vretena - 10 025 ot./min., počet diskov - 3, hlavy - 5, priemerný čas vyhľadávania - 4,7 / 5,2 ms, veľkosť vstavanej vyrovnávacej pamäte - 4096 KB. Používa sa rozhranie SCSI Ultra160, ktoré poskytuje synchrónnu rýchlosť prenosu dát v sekcii „buffer-controller“ 160 MB/s.
Všetky tieto pôsobivé parametre ovplyvnili spotrebu a hlučnosť pevného disku. Fujitsu MAJ 3182 MP sa zohrieva priam príšerne - teplota puzdra po dlhšej prevádzke vystúpi na 60°C, ak nie viac - puzdro jednoznačne páli prsty. Hladina hluku pri prevádzke tiež nie je malá – 40 dB. A najväčšou nevýhodou je cena. V čase písania tohto článku stála sada pevného disku a radiča SCSI-160 v Moskve asi 500 dolárov.
Výsledky
Na základe výsledkov testov by som teda rád vyvodil niekoľko záverov, ktoré budú užitočné pre tých, ktorí sa chystajú upgradovať diskový subsystém svojej grafickej stanice.
- Disky predchádzajúcich generácií s nízkou hustotou záznamu a malou vstavanou vyrovnávacou pamäťou výrazne strácajú na moderné modely vo všetkých hlavných parametroch – rýchlosti, kapacite a bezhlučnosti. Neváhajte a vymeňte starý pevný disk Fujitsu triedy MPD za nový vysokorýchlostný pevný disk so zvýšenou hustotou záznamu (15 – 20 GB na platňu) a veľkou vyrovnávacou pamäťou (2 MB). Zvýšenie výkonu môže byť 100 percent alebo viac. Navyše, všetko vyššie uvedené zostáva v platnosti aj pri použití rozhrania ATA-33.
- Prechod z ATA-33 na ATA-100 neprináša veľké zvýšenie výkonu. Podľa môjho názoru sa neoplatí kupovať samostatný radič ATA-100, aj keď lacný (asi 30 dolárov). Vhodnou možnosťou je prítomnosť „bezplatného“ vstavaného ovládača tohto štandardu na základnej doske.
- Pole RAID v režime STRIPE vykazovalo veľmi dobrý výkon – na úrovni SCSI desaťtisícoviek a často aj vyššie. Zároveň je potrebné vziať do úvahy veľmi atraktívnu cenu takejto konfigurácie, pretože dva pevné disky, ktoré tvoria pole, spolu s lacným radičom RAID od Highpoint stoja menej ako jeden pevný disk SCSI bez radiča! (130+130+30 = 290 USD). A navrch dostávame obrovskú, v porovnaní s SCSI verziou, kapacitu 40 GB. Jediným, ale veľmi veľkým mínusom je 2-násobné zníženie spoľahlivosti ukladania údajov. Ak však diskové pole tohto typu bude slúžiť ako nástroj operatívnej práce, a nie ako dlhodobé úložisko cenných informácií, je jeho získanie viac ako opodstatnené.
- Pevné disky SCSI najvyššej úrovne, ako by ste očakávali, majú najvyšší výkon.
Vzhľadom na vysokú cenu, vysoký odvod tepla a hlučnosť takýchto zariadení je však ich kúpa opodstatnená len vtedy, keď potrebujete nekompromisne vysoký výkon (a spoľahlivosť diskového subsystému, pretože SCSI pevné disky boli vždy známe svojou spoľahlivosťou a vysokým MTBF). ).
Na záver by som chcel čitateľov upozorniť na dva riadky v poslednej tabuľke - výsledky meraní pri výmene procesora Pentium-III-650E (100 MHz systémová zbernica) za Pentium-III-866EB (133 MHz FSB). Ako vidíte, výmena procesora za výrazne výkonnejší neprináša široké výsledky. To ukazuje, že zvolená metóda testovania bola správna (nízka „závislosť na procesore“, hlavná záťaž padá na diskový subsystém).
S Andrej Nikulin možno kontaktovať e-mailom: [e-mail chránený] .
Za pomoc redakcia ďakuje Elko Moscow, SMS, Pirit a Russian Style, ktoré poskytli vybavenie na testovanie.
| Základná doska | ASUS P3B-F |
| CPU | Intel Pentium III-650E (FSB 100 MHz) |
| RAM | 128 MB, PC-133 M.tec (2-2-2-8-Rýchle) |
| Video adaptér | Creative 3DBlaster TNT2 Ultra |
| RAID radič | Highpoint Technologies HPT370 UDMA/ATA 100 Raid radič |
| radič ATA-100 | Sľubujte FastTrak100 |
| SCSI radič | Adaptec 29160N (jednokanálový 32-bitový adaptér PCI-na-Ultra160 SCSI hostiteľský adaptér (OEM)) |
| Pevné disky | IDE-Fujitsu MPD3130AT IDE - Western Digital WD200 - 2 ks. SCSI - Fujitsu MAJ 3182 MP |
| Operačný systém | Windows 98 4.10.1998 + DirectX 7.0a Windows 2000 Professional 5.00.2195 Service Pack 1 |
| Testovací program (nastavenia možností) | Adobe Photoshop 5.5: Nastavenia vyrovnávacej pamäte: Úrovne vyrovnávacej pamäte - 4 Možnosť Použiť vyrovnávaciu pamäť pre histogramy je povolená Využitie fyzickej pamäte: Dostupná RAM - 113 961 KB; Používa Photoshop - 50 %; Photoshop RAM – 56 980 KB. Stieracie disky: Najprv: D:\; zvyšok je zakázaný. |
| Testovacie súbory | 0,2 Photoshop RAM; 2240 x 1680 pixelov; 24-bitové farby; RGB TIFF, 10,7 MB; 1,5 Photoshop RAM; 6400 x 4800 x 24; RGB TIFF; 87,9 MB. |
Časopisy vo verejnej sfére.
16.01.1997 Patrick Corrigan, Mickey Applebaum
Možnosti konfigurácie diskových podsystémov servera sú rôznorodé a v dôsledku toho je nevyhnutný zmätok. Aby sme vám pomohli pochopiť tento zložitý problém, rozhodli sme sa zvážiť hlavné technológie a ekonomickú realizovateľnosť ich použitia. DISK
Možnosti konfigurácie diskových podsystémov servera sú rôznorodé a v dôsledku toho je nevyhnutný zmätok. Aby sme vám pomohli pochopiť tento zložitý problém, rozhodli sme sa zvážiť hlavné technológie a ekonomickú realizovateľnosť ich použitia.
V prípade serverových diskových podsystémov máte na výber veľa možností, no pre veľké množstvo je ťažké nájsť systém, ktorý vám najlepšie vyhovuje. Situáciu komplikuje fakt, že pri výberovom konaní sa budete musieť potýkať so značným množstvom nepravdivých informácií a marketingového humbuku.
Prehľad hlavných technológií serverových diskových subsystémov a diskusia o vhodnosti ich použitia z hľadiska nákladov, výkonu, spoľahlivosti a odolnosti voči chybám by mali pomôcť pochopiť podstatu tohto problému.
ROZHRANIA DISKU
Či už určujete nový server alebo inovujete existujúci server, rozhranie disku je kritickým problémom. Väčšina diskov dnes používa rozhrania SCSI alebo IDE. Pozrieme sa na obe technológie, popíšeme ich implementáciu a prediskutujeme, ako fungujú.
SCSI je štandardizované rozhranie ANSI, ktoré má niekoľko variácií. Pôvodná špecifikácia SCSI, teraz nazývaná SCSI-I, používa 8-bitový dátový kanál s maximálnou dátovou rýchlosťou 5 Mbps. SCSI-2 umožňuje niekoľko variácií, vrátane Fast SCSI s 8-bitovým dátovým kanálom a prenosovou rýchlosťou až 10 Mbps; Široký SCSI so 16-bitovým dátovým kanálom a prenosovou rýchlosťou až 10 Mbps; a Fast/Wide SCSI so 16-bitovým dátovým spojením a prenosovou rýchlosťou až 10 Mbps (pozri tabuľku 1).
TABUĽKA 1 - MOŽNOSTI SCSI
| SCSI-1 | Maximálny výkon | Šírka kanála | Frekvencia | Počet zariadení* |
| 5 Mbps | 8 číslic | 5 MHz | 8 | |
| SCSI-2 | ||||
| Rýchle SCSI | 10 Mbps | 8 číslic | 10 MHz | 8 |
| Rýchle/široké SCSI | 20 Mbps | 16 číslic | 10 MHz | 8; 16** |
S príchodom „širokého“ 16-bitového Fast/Wide SCSI boli 8-bitové verzie niekedy označované ako „úzke“ – Narrow SCSI. Nedávno sa objavilo niekoľko ďalších implementácií SCSI: Ultra SCSI, Wide Ultra SCSI a SCSI-3. V porovnaní s bežnejšími možnosťami majú tieto rozhrania určitú výkonnostnú výhodu, no keďže zatiaľ nie sú veľmi rozšírené (počet zariadení využívajúcich tieto rozhrania je veľmi obmedzený), nebudeme sa im v tomto článku venovať.
Káblový systém SCSI-I je linková zbernica s možnosťou pripojenia až ôsmich zariadení vrátane adaptéra hostiteľskej zbernice (HBA). Tento dizajn zbernice sa nazýva SCSI SCSI s jedným koncom a dĺžka kábla môže byť až deväť metrov. SCSI-2 (prakticky nahrádza SCSI-I) podporuje jednokoncové SCSI aj diferenciálne SCSI. Diferenciálne SCSI používa inú metódu signalizácie ako jednokoncové SCSI a podporuje až 16 zariadení v slučke dlhej až 25 metrov. Poskytuje lepšie potlačenie hluku, čo v mnohých prípadoch znamená lepší výkon.
Jeden problém s rozdielnym SCSI je kompatibilita zariadení. Napríklad v súčasnosti existuje obmedzený počet rôznych páskových jednotiek kompatibilných so systémom SCSI a jednotiek CD-ROM. Diferenciálne zariadenia a HBA sú zvyčajne o niečo drahšie ako zariadenia s jedným zakončením, ale majú tú výhodu, že podporujú viac zariadení na kanál, dlhšie slučky a v niektorých prípadoch lepší výkon.
Pri výbere zariadení SCSI by ste si mali byť vedomí problémov s kompatibilitou. Jednostranné SCSI a diferenciálne SCSI môžu používať rovnaké zapojenie, ale jednokoncové zariadenia a rozdielové zariadenia nemožno kombinovať. Wide SCSI používa iný systém kabeláže ako Narrow SCSI, takže nie je možné používať Wide SCSI a Narrow SCSI zariadenia na rovnakom kanáli.
AKO FUNGUJE SCSI
V SCSI sú radič zariadenia (napríklad radič disku) a rozhranie s počítačom rôzne zariadenia. Počítačové rozhranie, HBA, pridáva do počítača ďalšiu zbernicu rozhrania na pripojenie viacerých radičov zariadení: až sedem radičov zariadení na jednokoncovom SCSI prepojení a až 15 na rozdielovom prepojení. Technicky môže každý ovládač podporovať až štyri zariadenia. Pri vysokých prenosových rýchlostiach dnešných vysokokapacitných diskov je však ovládač zariadenia zvyčajne zabudovaný do disku, aby sa znížil hluk a elektrický šum. To znamená, že môžete mať až sedem jednotiek na jednokoncovom prepojení SCSI a až 15 na rozdielovom prepojení SCSI.
Jednou z výhod SCSI je spracovanie viacerých, prekrývajúcich sa príkazov. Táto prekrývajúca sa podpora I/O dáva jednotkám SCSI možnosť plne zmiešať ich čítanie a zápis s inými jednotkami v systéme, takže rôzne jednotky môžu spracovávať príkazy paralelne namiesto jednej jednotky naraz.
Keďže všetka inteligencia rozhrania disku SCSI sa nachádza v HBA, HBA riadi prístup OS k diskom. Výsledkom je, že konflikty prekladu a prístupu k zariadeniu rieši HBA, nie počítač. Vo všeobecnosti to znamená, že za predpokladu, že sa použijú správne napísané a nainštalované ovládače, počítač a OS nevidia medzi zariadeniami žiadny rozdiel.
Okrem toho, keďže HBA riadi prístup medzi internou rozširujúcou zbernicou počítača a zbernicou SCSI, dokáže vyriešiť konflikty prístupu k obom z nich poskytovaním pokročilých funkcií, ako je služba prerušenia/obnovy spojenia. Break/Recovery umožňuje operačnému systému odoslať príkaz na vyhľadanie, čítanie alebo zápis do konkrétneho zariadenia, po čom je disk ponechaný na vykonanie príkazu sám, takže príkaz môže medzitým prijať iný disk na rovnakom kanáli. Tento proces výrazne zlepšuje priepustnosť diskových kanálov s viac ako dvoma diskami, najmä ak sú údaje pruhované alebo rozptýlené po diskoch. Ďalšou vylepšenou funkciou je synchrónna výmena dát, čím sa zvýši celková priepustnosť diskového kanála a integrita dát.
IDE
IDE je de facto štandard široko používaný v počítačoch založených na x86. Toto je len všeobecné odporúčanie pre výrobcov, takže každý mohol slobodne vyvinúť špecifické IDE pre svoje zariadenia a adaptéry. V dôsledku toho sa produkty od rôznych výrobcov a dokonca aj rôzne modely toho istého výrobcu ukázali ako navzájom nekompatibilné. Keď sa špecifikácia ustálila, tento problém takmer zmizol, no nekompatibilita je stále možná.
Na rozdiel od SCSI, IDE umiestňuje inteligenciu na disk a nie na HBA. HBA pre IDE má malú až žiadnu inteligenciu a jednoducho priamo vysiela zbernicu počítača na disky. Bez medziľahlého rozhrania je počet zariadení na jednom kanáli IDE obmedzený na dve a dĺžka kábla je obmedzená na tri metre.
Pretože všetka inteligencia zariadení IDE spočíva na samotných zariadeniach, jedno zo zariadení na kanáli je priradené ako master kanála a vstavaný radič na druhom je deaktivovaný a stáva sa slave (chanell slave). Hlavné zariadenie riadi prístup cez kanál IDE k obom zariadeniam a vykonáva pre ne všetky I/O operácie. Toto je jedna z možností konfliktu medzi zariadeniami v dôsledku rôznych dodávateľov implementácií rozhrania IDE. Napríklad jeden disk môže byť navrhnutý tak, aby pracoval s konkrétnou schémou ovládača, ale hostiteľ, ku ktorému je pripojený, môže používať iný typ ovládača. Okrem toho novšie jednotky Enhanced IDE (EIDE) používajú rozšírenú sadu príkazov a prekladových tabuliek na podporu jednotiek s väčšou kapacitou a vyšším výkonom. Ak sú pripojené k starému štandardu, hlavnému disku IDE, nielenže stratia svoje pokročilé funkcie, ale nemusia vám poskytnúť celú svoju dostupnú kapacitu. Horšie je, že môžu nahlásiť svoju plnú kapacitu OS bez toho, aby ju mohli použiť, čím by mohli poškodiť informácie na disku.
Možnosť poškodenia údajov je spôsobená tým, že každý operačný systém vníma informácie o konfigurácii disku po svojom. Napríklad DOS a systém BIOS umožňujú maximálnu kapacitu disku iba 528 MB. NetWare a iné 32-bitové systémy nemajú tieto obmedzenia a sú schopné čítať celú jednotku IDE priamo cez svoju elektroniku. Keď na jednom disku vytvoríte viacero partícií rôznych operačných systémov, každá z nich vidí kapacitu a konfiguráciu inak, čo môže viesť k prekrývaniu tabuliek partícií, čo následne výrazne zvyšuje riziko straty dát na disku.
Pôvodná architektúra IDE nerozpoznáva disky väčšie ako 528 MB a môže podporovať iba dve zariadenia na kanál s maximálnou prenosovou rýchlosťou 3 Mbps. Na prekonanie niektorých obmedzení IDE bola v roku 1994 predstavená architektúra EIDE. EIDE podporuje vyššiu kapacitu a výkon, ale jeho prenosové rýchlosti 9 až 16 Mbps sú stále pomalšie ako SCSI. Na rozdiel od 15 zariadení na kanál pre SCSI môže podporovať maximálne štyri na kanál. Všimnite si tiež, že ani IDE, ani EIDE neposkytujú funkcie multitaskingu. A preto nemôžu poskytovať rovnakú úroveň výkonu ako rozhrania SCSI v typickom serverovom prostredí.
Hoci bol štandard IDE pôvodne navrhnutý pre disky, teraz podporuje páskové jednotky a disky CD-ROM. Rozdelenie kanála pomocou jednotky CD-ROM alebo páskovej jednotky však môže nepriaznivo ovplyvniť výkon disku. Celkovo možno povedať, že výhody výkonu a škálovateľnosti SCSI z neho robia lepšiu voľbu ako IDE alebo EIDE pre väčšinu špičkových serverových aplikácií, ktoré vyžadujú vysoký výkon. Avšak pre aplikácie základnej úrovne, kde výkon alebo rozšíriteľnosť nie je veľký problém, postačí IDE alebo EIDE. Zároveň, ak potrebujete redundanciu disku, potom IDE nie je najlepšou voľbou kvôli potenciálnym problémom spojeným s prístupom master-slave. Okrem toho by ste sa mali mať na pozore pred možným prekrývaním tabuľky oddielov a problémami s nekompatibilitou zariadení master-slave.
Existuje však niekoľko prípadov, keď sa rozhrania IDE a EIDE dajú použiť na serveroch vyššej kategórie. Bežnou praxou je napríklad použitie malej jednotky IDE pre oblasť DOS na serveroch NetWare. Na sťahovanie softvéru sa tiež bežne používa mechanika CD-ROM s rozhraním IDE.
REDUNDANTNÉ DISKOVÉ SYSTÉMY
Ďalšou dôležitou otázkou, ktorú treba prediskutovať pri definovaní špecifikácie servera, je redundancia. Existuje niekoľko metód na zlepšenie spoľahlivosti viacdiskového diskového systému. Väčšina z týchto schém redundancie sú varianty RAID (skratka pre "Redundantné pole lacných alebo nezávislých diskov"). Pôvodná špecifikácia RAID bola navrhnutá tak, aby nahradila veľké, drahé mainframové a minipočítačové disky poliami malých, lacných diskov navrhnutých pre minipočítače – preto slovo „lacné“. Bohužiaľ, v systémoch RAID zriedka vidíte niečo lacné.
RAID je séria implementácií redundantných diskových polí, ktoré poskytujú rôzne úrovne ochrany a rýchlosti prenosu údajov. Keďže RAID zahŕňa použitie diskových polí, SCSI je najlepšie rozhranie na použitie, pretože môže podporovať až 15 zariadení. K dispozícii je 6 úrovní RAID: od nuly po piatu. Hoci niektorí výrobcovia inzerujú svoje vlastné schémy redundancie, ktoré označujú ako RAID-6, RAID-7 alebo vyššie. (RAID-2 a RAID-4 nie sú na sieťových serveroch, takže o nich nebudeme hovoriť.)
Zo všetkých úrovní RAID má nula najvyšší výkon a najnižšiu bezpečnosť. Predpokladá minimálne dve zariadenia a synchronizovaný zápis dát na oba disky, pričom disky vyzerajú ako jedno fyzické zariadenie. Proces zápisu údajov na viacero diskov sa nazýva rozloženie jednotiek a skutočný spôsob zápisu týchto údajov sa nazýva prekladanie údajov. Pri stripingu sa dáta zapisujú na všetky disky blok po bloku; tento proces sa nazýva vkladanie blokov. Veľkosť bloku je určená operačným systémom, ale zvyčajne sa pohybuje od 2 kB do 64 kB. V závislosti od konštrukcie radiča disku a HBA sa tieto sekvenčné zápisy môžu prekrývať, čo vedie k zvýšeniu výkonu. Napríklad samotný RAID-0 môže zlepšiť výkon, ale neposkytuje ochranu proti chybám. Ak disk zlyhá, zlyhá celý podsystém, čo zvyčajne vedie k úplnej strate údajov.
Variantom prekladania dát je rozptyl dát. Rovnako ako pri stripovaní sa údaje zapisujú postupne na viaceré disky, ktoré sa zaplnia. Na rozdiel od stripingu však nie je potrebné zapisovať na všetky disky; ak je disk zaneprázdnený alebo plný, údaje sa môžu zapisovať na ďalší dostupný disk – to vám umožňuje pridať disky do existujúceho zväzku. Rovnako ako štandard RAID-0, kombinácia diskovej populácie s prekrývaním údajov zlepšuje výkon a zvyšuje veľkosť zväzku, ale neposkytuje ochranu pred zlyhaním.
RAID-1, známy ako zrkadlenie diskov, zahŕňa inštaláciu párov identických diskov, pričom každý disk v páre je zrkadlovým obrazom toho druhého. V RAID-1 sa dáta zapisujú na dva rovnaké alebo takmer identické páry diskov: keď napríklad jeden disk zlyhá, systém pokračuje v práci so zrkadlovým diskom. Ak zrkadlené disky zdieľajú spoločný HBA, potom bude výkon tejto konfigurácie v porovnaní s jedným diskom nižší, pretože údaje sa musia zapisovať postupne na každý disk.
Novell zúžil definíciu zrkadlenia a pridal koncept duplexu. Podľa terminológie Novell sa zrkadlenie týka párov diskov, keď sú pripojené k serveru alebo počítaču prostredníctvom jedného HBA, zatiaľ čo duplikácia sa týka zrkadlených párov diskov pripojených prostredníctvom samostatných HBA. Redundancia poskytuje redundanciu pre celý diskový kanál vrátane HBA, káblov a diskov a poskytuje určité zvýšenie výkonu.
RAID-3 vyžaduje aspoň tri rovnaké disky. Toto sa často označuje ako "n mínus 1" (n-1), pretože maximálna kapacita systému je daná celkovým počtom jednotiek v poli (n) mínus jedna jednotka pre paritu. RAID-3 používa metódu zápisu nazývanú bitové prekladanie, kde sa údaje zapisujú na všetky disky bit po bite. Pre každý bajt zapísaný na n-diskoch sa na "paritný disk" zapíše paritný bit. Ide o extrémne pomalý proces, pretože pred vygenerovaním informácií o parite a ich zápisom na „paritný disk“ sa musia údaje zapísať na každý z n diskov poľa. Výkon RAID-3 môžete zvýšiť synchronizáciou mechanizmov otáčania disku tak, aby fungovali striktne v krokoch. Avšak kvôli obmedzeniam výkonu sa používanie RAID-3 dramaticky znížilo a dnes sa predáva len veľmi málo serverových produktov založených na RAID-3.
RAID-5 je najpopulárnejšia implementácia RAID na trhu sieťových serverov. Rovnako ako RAID-3 vyžaduje aspoň tri rovnaké disky. Na rozdiel od RAID-3 však RAID-5 oddeľuje dátové bloky bez použitia vyhradeného disku na zabezpečenie parity. Údaje aj kontrolný súčet sa zapisujú cez celé pole. Táto metóda umožňuje nezávislé čítanie a zápis na disk a tiež umožňuje operačnému systému alebo radiču RAID vykonávať viacero súbežných I/O.
V konfiguráciách RAID-5 sa k disku pristupuje iba vtedy, keď sa z neho čítajú/zapisujú informácie o parite alebo údaje. Výsledkom je, že RAID-5 má lepší výkon ako RAID-3. V praxi sa výkon RAID-5 niekedy môže rovnať alebo dokonca prekročiť výkon jednodiskových systémov. Toto zlepšenie výkonu samozrejme závisí od mnohých faktorov vrátane toho, ako je implementované pole RAID a aké natívne schopnosti má operačný systém servera. RAID-5 tiež poskytuje najvyššiu úroveň integrity údajov zo všetkých štandardných implementácií RAID, pretože údaje aj parita sú zapísané v pruhovanej forme. Keďže RAID-5 používa skôr blokové prekladanie ako bitové prekladanie, nie je tu žiadna výkonnostná výhoda zo spinovej synchronizácie.
Niektorí výrobcovia pridali rozšírenia do svojich systémov RAID-5. Jedným z týchto rozšírení je prítomnosť „hot-spare“ disku zabudovaného v poli. Ak disk zlyhá, horúca náhrada okamžite nahradí havarovaný disk a skopíruje údaje späť na seba s obnovou parity na pozadí. Majte však na pamäti, že prebudovanie disku RAID-5 má za následok vážny pokles výkonu servera. (Viac informácií o hot-swap a hot-spare diskoch nájdete na bočnom paneli „Hot“ Drive Features.)
Systémy RAID je možné organizovať pomocou softvéru načítaného na serveri a pomocou jeho procesora na prevádzku, ako aj pomocou špecializovaného radiča RAID.
Systémy RAID implementované softvérom zaberajú značné množstvo zdrojov systémového procesora, ako aj systémovej pamäte, čo výrazne znižuje výkon servera. Softvérové systémy RAID sú niekedy zahrnuté ako súčasť operačného systému (ako je to v prípade servera Microsoft Windows NT Server) alebo ako doplnok tretej strany (ako je to v prípade systémov NetWare a operačného systému Macintosh).
Hardvérové systémy RAID používajú vyhradený radič poľa RAID; zvyčajne má vlastný procesor, vyrovnávaciu pamäť a softvér ROM pre diskové I/O a paritu. Vyhradený radič na vykonávanie týchto operácií uvoľňuje procesor servera na vykonávanie iných funkcií. Okrem toho, pretože softvér procesora a adaptéra sú špecificky vyladené pre funkčnosť RAID, poskytujú lepší výkon diskových I/O a integritu údajov ako softvérové systémy RAID. Bohužiaľ, hardvérové radiče RAID bývajú drahšie ako ich softvéroví konkurenti.
ZRKADLENIE, DUPLIKÁCIA A PLNENIE
Niektoré operačné systémy, vrátane NetWare a Windows NT Server, umožňujú zrkadlenie disku na viacerých diskových kanáloch, čím poskytujú ďalšiu vrstvu redundancie. Ako už bolo spomenuté, Novell tento prístup nazýva duplikácia disku. V kombinácii s výplňou disku môže duplikácia poskytnúť lepší výkon ako systémy s jedným diskom a vo všeobecnosti môže prekonať hardvérové implementácie RAID-5. Keďže každá polovica zrkadleného páru diskov používa samostatný diskový kanál, zápisy na disky, na rozdiel od prípadu, keď sú disky na rovnakom HBA, môžu byť zapisované súčasne. Duplikácia tiež umožňuje rozdelené vyhľadávanie - proces rozdeľovania požiadaviek na čítanie medzi diskové kanály pre rýchlejšie vykonávanie. Táto funkcia zdvojnásobuje výkon čítania disku, pretože oba kanály paralelne vyhľadávajú rôzne bloky z rovnakého súboru údajov. Znižuje tiež vplyv na výkon pri zapisovaní na disk, pretože jeden kanál môže čítať dáta, zatiaľ čo druhý zapisuje.
NetWare podporuje až osem diskových kanálov (niektoré adaptéry SCSI poskytujú viacero kanálov), čo znamená, že pre každý duplikovaný pár môžete mať viacero kanálov. Môžete si dokonca zvoliť usporiadanie až ôsmich samostatných zrkadlových kanálov. Windows NT Server tiež poskytuje softvérové zrkadlenie a duplikáciu, ale zatiaľ nepodporuje paralelné zápisy a samostatné vyhľadávania.
Pri výbere redundantného diskového systému je potrebné zvážiť štyri hlavné faktory: výkon, náklady, spoľahlivosť a ochrana pred poruchami.
Pokiaľ ide o výkon, hlavným faktorom sú vstavané schopnosti serverového operačného systému, najmä ak prichádza do hry redundancia disku. Ako už bolo uvedené, duplikácia disku NetWare v kombinácii s výplňou disku poskytuje lepší výkon ako hardvérový alebo softvérový RAID. Výkon hardvérového RAID je však vo všeobecnosti lepší ako výkon vstavaných diskových služieb Windows NT Server. Všeobecne povedané, v priebehu rokov sa technológia a výkon systémov RAID neustále zlepšovali.
Ďalším potenciálnym problémom s výkonom systémov RAID je obnova dát v prípade katastrofy. Až donedávna ste v prípade zlyhania disku museli vypnúť pole RAID, aby ste ho mohli obnoviť. Tiež, ak ste chceli zmeniť veľkosť poľa (zvýšiť alebo znížiť jeho kapacitu), museli ste urobiť úplnú zálohu systému a potom prekonfigurovať a znova inicializovať pole, pričom počas tohto procesu boli vymazané všetky údaje. V oboch prípadoch je systém dlhší čas nedostupný.
Na vyriešenie tohto problému spoločnosť Compaq vyvinula radič Smart Array-II, ktorý vám umožňuje rozšíriť kapacitu poľa bez reinicializácie existujúcej konfigurácie poľa. Iní výrobcovia, vrátane Distributed Processing Technology (DPT), oznámili, že ich ovládače budú vykonávať podobné funkcie v nie príliš vzdialenej budúcnosti. Mnohé z nových polí majú nástroje pre rôzne operačné systémy, ktoré možno použiť na obnovenie poľa po výmene poškodeného zariadenia bez vypnutia servera. Majte však na pamäti, že tieto pomocné programy spotrebúvajú veľa serverových zdrojov a tým nepriaznivo ovplyvňujú výkon systému. Aby sa predišlo takýmto ťažkostiam, obnova systému by sa mala vykonávať počas mimopracovných hodín.
V priemysle a publikáciách predajcov RAID sa viedli početné diskusie o rozdieloch v nákladoch medzi zrkadlením, duplikáciou a implementáciami RAID. Zrkadlenie a duplikácia poskytujú 100% zdvojnásobenie diskov a (ak sú duplikované) HBA, zatiaľ čo implementácie RAID majú jeden radič HBA a/alebo RAID plus jeden disk viac, než je kapacita, s ktorou chcete skončiť. Podľa týchto argumentov je RAID lacnejší, pretože je potrebný menší počet diskov. Môže to byť pravda, ak sú pre vás obmedzenia výkonu softvérových implementácií RAID zahrnutých v operačnom systéme, ako napríklad tie, ktoré sa nachádzajú vo Windows NT, prijateľné. Vo väčšine prípadov je však na dosiahnutie primeraného výkonu potrebný vyhradený radič RAID.
Jednotky a štandardné adaptéry SCSI sú relatívne lacné, zatiaľ čo vysokokvalitný radič RAID môže stáť až 4 500 USD. Ak chcete určiť cenu vášho systému, musíte zvážiť optimálne konfigurácie pre všetky komponenty. Napríklad, ak potrebujete približne 16 GB adresovateľného miesta na disku, môžete implementovať zrkadlenú konfiguráciu s dvoma 9 GB diskami na kanál a získať určitú nadbytočnú kapacitu. V prípade RAID-5 je z dôvodov výkonu a spoľahlivosti lepšie zostať pri piatich 4 GB diskoch, aby sa zvýšil počet vretien na prekladanie dát a tým aj celkový výkon poľa.
S externým diskovým subsystémom bude zrkadlová konfigurácia stáť približne 10 500 USD za 18 GB dostupného priestoru. Toto číslo je založené na skutočných maloobchodných cenách: 2 000 USD za jeden disk, 250 USD za jeden HBA a 300 USD za každý externý diskový subsystém vrátane káblov. Systém RAID-5 nakonfigurovaný so 16 GB adresovateľného priestoru pomocou piatich 4 GB diskov bude stáť približne 12 800 USD. Tento údaj je založený na skutočných maloobchodných cenách poľa DPT RAID-5.
Mnohé systémy RAID obsahujú „proprietárne“ komponenty navrhnuté výrobcom. Minimálne „značkové“ sú puzdro a zadný panel. HBA a radiče RAID sú tiež často proprietárne. Niektorí výrobcovia používajú aj neštandardné držiaky a pneumatiky na disky. Niekto ich poskytuje samostatne za rozumnú cenu, niekto iba spolu s diskom a spravidla za vysokú cenu. Posledný prístup môže byť nákladný, keď potrebujete opraviť alebo rozšíriť váš systém. Ďalším spôsobom, ako vás predajca zavedie do kúta, je poskytnutie softvéru na správu a monitorovanie diskov, ktorý funguje len s konkrétnymi komponentmi. Ak sa vždy, keď je to možné, vyhnete neštandardným komponentom, náklady sa zvyčajne dajú udržať na nízkej úrovni.
Pri porovnávaní spoľahlivosti redundantných diskových systémov je potrebné zvážiť dva faktory: možnosť zlyhania systému alebo zlyhania ktoréhokoľvek z jeho komponentov a možnosť straty údajov v dôsledku zlyhania komponentov. (Bohužiaľ, RAID alebo zrkadlenie vás nemôže zachrániť pred hlavnou príčinou straty údajov - chybou používateľa!)
P = t / Tc,
kde t je prevádzkový čas a Tc je kombinovaný čas medzi poruchami komponentov.
Pri bezporuchovom chode po dobu jedného roka (8760 hodín) a Tc hypotetického disku 300 000 hodín je pravdepodobnosť zlyhania 3 %, čiže o niečo menej ako jedna z 34 prípadov. S rastúcim počtom komponentov sa zvyšuje pravdepodobnosť porucha ktoréhokoľvek komponentu sa zvyšuje. RAID aj zrkadlenie zvyšujú pravdepodobnosť zlyhania, ale znižujú možnosť straty údajov.
Tabuľka 2, prevzatá z bulletinu Storage Dimensions s názvom „Systémy ukladania údajov odolných voči chybám pre nepretržité siete“, ukazuje pravdepodobnosť zlyhania vypočítanú pomocou vyššie uvedeného vzorca oproti pravdepodobnosti straty údajov pre štyri vyplnené disky, päťdiskové pole RAID a osem zrkadlových diskov. (Za predpokladu, že všetky disky majú rovnakú veľkosť a všetky tri systémy poskytujú rovnakú využiteľnú kapacitu. Bulletin nájdete na stránke Rozmery úložiska: http://www.storagedimensions.com/raidwin/wp-ovrvw.html.)
TABUĽKA 2 – ODHADY PRAVDEPODOBNOSTI ZLYHANIA
Hoci zrkadlenie v kombinácii s vyplnením disku má vyššiu štatistickú pravdepodobnosť zlyhania disku, má tiež oveľa nižšiu pravdepodobnosť straty údajov v prípade zlyhania disku. Taktiež pri správne navrhnutom redundantnom systéme môže byť čas obnovy výrazne kratší.
Tento príklad neberie do úvahy veľa faktorov. Na získanie štatisticky správneho čísla je potrebné vypočítať stredný čas medzi poruchami všetkých komponentov diskového systému vrátane HBA, plochých káblov, napájacích káblov, ventilátorov a napájacích zdrojov. Samozrejme, tieto výpočty hovoria iba o tom, čo sa môže stať vzhľadom na spoľahlivosť navrhovaných komponentov, ale nie je vôbec potrebné, aby sa to stalo.
Pri výbere diskového systému musíte jasne vedieť, ktoré komponenty nie sú duplikované. V systémoch RAID to môže zahŕňať HBA, radiče RAID, napájacie zdroje, napájacie káble a ploché káble. Jednou z výhod duplikácie so samostatnými diskovými subsystémami na každom kanáli je odstránenie väčšiny jednotlivých miest, kde môže dôjsť k poruchám.
ZÁVER
Vo všeobecnosti sú zariadenia SCSI lepšou voľbou pre serverový diskový subsystém ako jednotky IDE alebo EIDE. Je ľahké získať jednotky SCSI s kapacitou až 9 GB na jednotku, zatiaľ čo dnešné jednotky EIDE majú maximálnu kapacitu približne 2,5 GB. S viacerými duálnymi adaptérmi HBA môže celková kapacita SCSI ľahko presiahnuť 100 GB, pričom limit EIDE je 10 GB. SCSI má tiež lepší výkon; navyše SCSI netrpí problémami, ktoré so sebou prináša prístup master-slave v IDE/EIDE.
Ak potrebujete redundanciu disku, existuje niekoľko možností. Redundancia Novell NetWare v kombinácii s diskovou náplňou poskytuje vynikajúci výkon a ochranu pred zlyhaním. Hardvérový RAID je tiež dobrou voľbou, ale zvyčajne má nižší výkon a vyššie náklady. Ak používate Windows NT a výkon je pre vás dôležitý, potom môže byť hardvérový RAID vašou najlepšou voľbou.
Patrick Corrigan je prezident a hlavný konzultant/analytik v The Corrigan Group, poradenskej a školiacej firme. Možno ho kontaktovať na: [e-mail chránený] alebo cez Compuserve: 75170.146. Mickey Applebaum je senior sieťový konzultant v GSE Erudite Software. Možno ho kontaktovať na: [e-mail chránený]
PREDSTAVUJEME FUNKCIE SUBSYSTÉMU DISKU
"Horúce" funkcie diskových podsystémov
Termíny hot-swap, hot-stere a hot-rebuild, široko používané na opis špecifických funkcií diskových subsystémov, sú často nesprávne chápané.
„Hot Swap“ je funkcia, ktorá vám umožňuje odstrániť chybný disk z diskového podsystému bez vypnutia systému. Podpora hot swap je hardvérová funkcia vášho diskového subsystému, nie RAID.
V systémoch vymeniteľných za chodu sú pevné disky zvyčajne namontované na saniach, ktoré umožňujú, aby uzemňovacie kolíky medzi jednotkou a šasi zostali pripojené dlhšie ako napájacie a riadiace vedenia. To chráni pohon pred poškodením statickým výbojom alebo elektrickým oblúkom medzi kontaktmi. Hot-swap disky možno použiť v poliach RAID aj v zrkadlových diskových systémoch.
„Obnovenie za chodu“ označuje schopnosť systému automaticky obnoviť pôvodnú konfiguráciu disku po výmene chybného disku.
Horúce náhradné diely sú zabudované do poľa RAID a zvyčajne sa nechávajú nečinné, kým nie sú potrebné. V určitom okamihu, keď horúca náhradná jednotka nahradí chybný disk, musíte vymeniť chybný disk a prekonfigurovať pole.
Diskový systém vymeniteľný za chodu s horúcimi náhradnými diskami nemusí mať nutne schopnosť obnovy za chodu. „Hot Swap“ vám jednoducho umožňuje rýchlo, bezpečne a jednoducho odstrániť/inštalovať disk. Zdá sa, že „horúca náhrada“ poskytuje „prestavbu za chodu“, pretože umožňuje okamžitú výmenu zlyhaného disku v poli RAID, ale zlyhaný disk je stále potrebné vymeniť predtým, ako bude zadaný príkaz na opätovné zostavenie. V súčasnosti všetky systémy RAID dostupné na platforme PC vyžadujú určitú úroveň zásahu používateľa na spustenie obnovy dát - aspoň na úrovni načítania modulu NLM na serveri NetWare alebo stlačenia tlačidla štart v ponuke aplikácie NT Server.
Keď hovoríme o zdrojoch diskového subsystému, existujú tri z nich: množstvo miesta, rýchlosť čítania a zápisu v MB/s a rýchlosť čítania a zápisu v počte vstupných/výstupných operácií za sekundu (vstup/výstup za za druhé, IOPS alebo jednoducho I/O).
Najprv si povedzme o objeme. Uvediem úvahy, ktorými sa treba riadiť, a príklad výpočtu.
Úvahy sú nasledovné:
Miesto na disku zaberajú samotné súbory na disku virtuálneho stroja. Preto musíte pochopiť, koľko miesta potrebujú;
Ak plánujeme použiť tenké disky pre celý VM alebo jeho časť, mali by sme naplánovať ich počiatočný objem a následný rast (ďalej tenké disky znamenajú zodpovedajúci typ súborov vmdk, teda funkciu tenkého poskytovania v ESX (t.j. ) implementácia) Faktom je, že funkčnosť tenkého poskytovania môže byť implementovaná na úložnom systéme bez ohľadu na ESX(i), a nemám na mysli funkčnosť úložných systémov);
V predvolenom nastavení hypervízor pre každý VM vytvorí stránkovací súbor, ktorý sa rovná veľkosti jeho RAM. Tento stránkovací súbor sa nachádza v priečinku VM (predvolené) alebo na samostatnom LUN;
Ak plánujete použiť snímky, mali by ste pre ne naplánovať aj miesto. Ako východiskový bod možno vziať tieto úvahy:
Ak budú snímky existovať krátko po vytvorení, napríklad len počas zálohovania, vyhradíme pre ne desať percent veľkosti disku VM;
Ak sa budú snímky používať s priemernou alebo nepredvídateľnou intenzitou, potom má zmysel položiť približne 30 % veľkosti disku VM;
Ak sa aktívne používajú snímky pre virtuálne počítače (čo je relevantné v scenároch, v ktorých sa virtuálne počítače používajú na testovanie a vývoj), množstvo, ktoré zaberajú, môže byť niekoľkonásobne väčšie ako nominálna veľkosť virtuálnych diskov. V tomto prípade je ťažké poskytnúť presné odporúčania, ale ako východiskový bod možno považovať zdvojnásobenie veľkosti každého VM. (Snímka sa ďalej vzťahuje na zodpovedajúcu funkčnosť ESX(i). Faktom je, že snímky možno implementovať do úložného systému nezávisle od ESX(i), a nemám na mysli funkčnosť úložných systémov.)
Príklad vzorca vyzerá takto:
Množstvo miesta pre skupinu VM = Počet VM x (Veľkosť disku x T +
Veľkosť disku x S + Veľkosť pamäte - Veľkosť pamäte x R).
T - koeficient tenkých diskov. Ak sa takéto disky nepoužívajú, rovná sa 1. Ak áno, potom je ťažké poskytnúť abstraktný odhad v závislosti od povahy aplikácie vo VM. Tenké disky v podstate zaberajú menej miesta, ako je nominálna veľkosť disku. Takže - tento koeficient ukazuje, aký podiel nominálnej veľkosti zaberajú disky virtuálneho stroja;
S je veľkosť snímok. 10/30/200 percent, v závislosti od dĺžky nepretržitého používania;
R je percento rezervovanej pamäte. Vyhradená pamäť sa nezmestí do odkladacieho súboru, odkladací súbor je vytvorený v menšej veľkosti. Jeho veľkosť sa rovná: množstvo pamäte VM mínus množstvo rezervovanej pamäte.
Napríklad odhadované vstupné údaje nájdete v tabuľke. 1.3.
Tabuľka 1.3. Údaje na plánovanie objemu diskového podsystému
Získame odhad požadovaného objemu:
Skupina infraštruktúry - 15 x (20 + 20 x 10 % + 2 - 2 x 0) = 360 GB;
Aplikačné servery - 20 x (40 + 40 x 10 % + 2 - 2 x 0) = 920 GB;
Kritické servery - 10 x (100 + 100 x 10 % + 6 - 6 x 0,5) = 1130 GB;
Test a dočasné - 20 x (20 x 30 % + (20 x 30 %) x 200 % + 2 - 2 x 0) = = 400 GB.
Preto môžeme vytvoriť dve LUN po 1,4 TB a rozdeliť medzi ne virtuálne stroje približne rovnako. Alebo vytvorte 4-5 LUN po 600800 GB a umiestnite stroje z rôznych skupín na rôzne LUN. Obe možnosti (a tie medzi nimi) sú prijateľné. Výber medzi nimi sa uskutočňuje na základe iných preferencií (napríklad organizačných).
Ďalším zdrojom diskového subsystému je výkon. V prípade virtuálnych počítačov nie je rýchlosť MB/s spoľahlivým kritériom, pretože keď veľký počet virtuálnych počítačov pristupuje na rovnaké disky, prístupy sú nekonzistentné. Pre virtuálnu infraštruktúru je dôležitejšou charakteristikou počet vstupných / výstupných operácií (IOPS, Input / Output za sekundu). Diskový subsystém našej infraštruktúry musí umožňovať viac týchto operácií, ako požaduje virtuálny počítač.
Aká je vo všeobecnosti cesta prístupu hosťujúceho OS k fyzickým diskom:
1. Hosťujúci OS odovzdá požiadavku ovládaču radiča SAS/SCSI (ktorý preň emuluje hypervízor).
2. Ovládač ho odovzdá samotnému virtuálnemu radiču SAS/SCSI.
3. Hypervízor ho zachytí, skombinuje s požiadavkami z iných VM a odovzdá spoločný front ovládaču fyzického radiča (HBA v prípade FC a hardvérového iSCSI alebo Ethernetového radiča v prípade NFS a softvérového iSCSI).
4. Vodič odošle požiadavku riadiacej jednotke.
5. Kontrolér ho odovzdá do úložného systému prostredníctvom dátovej siete.
6. Riadiaca jednotka úložiska prijme požiadavku. Táto požiadavka je operácia čítania alebo zápisu z nejakého zväzku LUN alebo NFS.
7. LUN je „virtuálny oddiel“ v poli RAID zložený z fyzických diskov. To znamená, že radič úložiska odovzdá požiadavku jednotkám v tomto poli RAID.
Kde môže byť prekážka diskového subsystému:
S najväčšou pravdepodobnosťou na úrovni fyzických diskov. Dôležitý je počet fyzických diskov v poli RAID. Čím je ich viac, tým lepšie je možné paralelizovať operácie čítania a zápisu. Taktiež, čím rýchlejšie (z hľadiska I/O) sú samotné disky, tým lepšie;
Rôzne úrovne polí RAID majú rôzny výkon. Je ťažké poskytnúť úplné odporúčania, pretože okrem rýchlosti sa typy RAID líšia aj cenou a spoľahlivosťou. Základné úvahy sú však tieto:
RAID-10 je najrýchlejšie, ale najmenej efektívne využitie miesta na disku, pričom sa odpočítava 50 % na podporu odolnosti voči chybám;
RAID-6 je najspoľahlivejší, ale trpí slabým výkonom zápisu (30-40% RAID-10 pri 100% zápise), hoci čítanie z neho je také rýchle ako RAID-10;
RAID-5 je kompromis. Výkon zápisu je lepší ako RAID-6 (ale horší ako RAID-10), efektívnosť úložiska je vyššia (z hľadiska odolnosti voči chybám sa berie kapacita iba jedného disku). Ale RAID-5 trpí vážnymi problémami spojenými s dlhou obnovou dát po zlyhaní disku v prípade moderných veľkokapacitných diskov a veľkých RAID skupín, počas ktorých zostáva nechránený pred ďalším zlyhaním (premení sa na RAID-0) a dramaticky stráca v výkon;
RAID-0 alebo „RAID s nulovou toleranciou chýb“ nemožno použiť na ukladanie zmysluplných údajov;
Nastavenia úložného systému, najmä vyrovnávacia pamäť radiča úložného priestoru. Preštudovanie dokumentácie úložného systému je dôležité pre jeho správnu konfiguráciu a prevádzku;
Dátová sieť. Najmä ak plánujete používať úložisko IP, iSCSI alebo NFS. V žiadnom prípade nechcem povedať, že ich nie je potrebné používať – takéto systémy využívajú už dlho a mnohí. Chcem tým povedať, že by ste sa mali snažiť uistiť sa, že záťaž prenášaná do virtuálneho prostredia bude mať dostatočnú šírku pásma siete s plánovanou šírkou pásma.
Výsledná rýchlosť diskového subsystému vyplýva z rýchlosti diskov a algoritmu na paralelizáciu diskových prístupov radiča (rozumej typu RAID a podobných funkcií). Dôležitý je aj pomer počtu operácií čítania k počtu operácií zápisu – tento pomer berieme zo štatistík alebo z dokumentácie k aplikáciám v našich VM.
Vezmime si príklad. Predpokladajme, že naše VM vytvoria záťaž až 1000 IOps, z ktorých 67 % bude čítať a 33 % zapisovať. Koľko a akých diskov budeme potrebovať v prípade použitia RAID-10 a RAID-5?
V poli RAID-10 sú všetky disky zapojené do operácií čítania naraz a iba polovica je zapojená do operácií zápisu (pretože každý blok údajov sa zapisuje na dva disky naraz). V poli RAID-5 sa na čítaní zúčastňujú všetky jednotky, ale každý blok je zapísaný s réžiou spojenou s výpočtom a zmenou kontrolného súčtu. Môžete si predstaviť, že jeden zápis do poľa RAID-5 spôsobí štyri zápisy priamo na disky.
Zápis - 1 000 x 0,33 % = 330 x 2 (keďže zápisu sa zúčastňuje iba polovica diskov) = 660 IOps.
Celkovo potrebujeme 1330 IOps z diskov. Ak vydelíme 1330 počtom IOps deklarovaným vo výkonnostných charakteristikách jedného disku, dostaneme potrebný počet diskov v poli RAID-10 pre zadané zaťaženie.
Čítanie - 1 000 x 0,67 % = 670 IOps;
Zápis - 1 000 x 0,33 % = 330 x 4 = 1 320 IOps.
Celkovo potrebujeme 1990 IOps z diskov.
Podľa dokumentácie výrobcu zvládne jeden pevný disk SAS 15k 150-180 IOps. Jeden disk SATA 7,2k - 70-100 IOps. Existuje však názor, že je lepšie zamerať sa na mierne odlišné čísla: 50-60 pre SATA a 100-120 pre SAS.
Dokončime príklad.
Pri použití RAID-10 a SATA potrebujeme 22-26 diskov.
Pri použití RAID-5 a SAS potrebujeme 16-19 diskov.
Je zrejmé, že výpočty, ktoré som uviedol, sú dosť približné. Úložné systémy využívajú rôzne druhy mechanizmov, predovšetkým ukladanie do vyrovnávacej pamäte - na optimalizáciu prevádzky úložného systému. Ale ako východiskový bod pre pochopenie procesu dimenzovania diskového subsystému sú tieto informácie užitočné.
V pozadí sú metódy na získanie počtu IOPS požadovaných pre VM a pomeru čítania a zápisu. Pre existujúcu infraštruktúru (pri jej migrácii na virtuálne stroje) je možné tieto údaje získať pomocou špeciálnych nástrojov na zber informácií, ako je VMware Capacity Planner. Pre plánovanú infraštruktúru – z dokumentácie k aplikáciám a vlastných skúseností.
Diskové a súborové podsystémy počítača zvyčajne nie sú predmetom špeciálnej pozornosti používateľov. Winchester je pomerne spoľahlivá vec a funguje ako keby sám, bez toho, aby na seba upútal pozornosť bežného užívateľa.
Zvládnutím základných techník práce so súbormi a priečinkami ich takýto používateľ privedie k plnej automatizácii bez toho, aby premýšľal o existencii ďalších nástrojov na údržbu pevného disku. Správa diskov je úplne presunutá na operačný systém.
Ťažkosti začínajú buď vtedy, keď súborový systém vykazuje jasné zníženie výkonu, alebo keď začne zlyhávať. Ďalší dôvod na bližšie štúdium tejto témy: inštalácia niekoľkých "skrutiek" na PC súčasne.
Ako každé zložité zariadenie, aj pevný disk potrebuje pravidelnú údržbu. Windows 7, aj keď sa o niektoré z týchto starostí stará, nedokáže za vás vyriešiť všetky problémy sám. Inak sú "brzdy" časom zaručené. Minimálne musíte byť schopní robiť tieto veci:
- Vyčistite súborový systém od odpadu. Koncept odpadu zahŕňa dočasné súbory, súbory cookie prehliadača, ktoré sa množili, duplicitné informácie atď.
- Defragmentujte svoj pevný disk. Súborový systém Windows je zostavený tak, že to, čo používateľ vidí ako celok, sú v skutočnosti samostatné fragmenty súborov roztrúsené po magnetickom povrchu pevného disku, spojené v reťazci: každý predchádzajúci fragment pozná každý ďalší. Na prečítanie súboru ako celku je potrebné tieto časti poskladať, na čo je potrebné vykonať veľké množstvo cyklov čítania z rôznych miest na povrchu. To isté sa deje pri nahrávaní. Defragmentácia umožňuje zhromaždiť všetky tieto kúsky na jednom mieste.
- Zobrazte a opravte informácie o sekcii.
- Byť schopný otvoriť prístup k skrytým a systémovým súborom a priečinkom.
- V prípade potreby vedieť pracovať s viacerými „skrutkami“ naraz.
A tiež vykonať niektoré ďalšie užitočné akcie. V našej poznámke nebudeme diskutovať o celom rozsahu týchto problémov, ale budeme sa venovať iba niektorým.
Ako čítať informácie o oddieloch?
Pre tých, ktorí nie sú oboznámení, dáme vysvetlenie: v systéme Windows existuje niečo ako "snap".
Je to spustiteľný súbor .msc, ktorý beží ako normálny exe. Všetky moduly snap-in majú jednotné rozhranie a sú postavené na technológii COM – základe vnútornej štruktúry tohto operačného systému.
Okno Správa diskov je tiež hračkou. Môžete ho spustiť tak, že do okna „Spustiť“ napíšete jeho názov diskmgmt.msc, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:
V dôsledku toho budeme mať okno samotného modulu snap-in s nadpisom „Správa diskov“. Táto aplikácia vyzerá takto:
Toto rozhranie je intuitívne a jednoduché. V hornom paneli okna vidíme zoznam všetkých zväzkov (alebo oddielov) na „skrutke“ so súvisiacimi informáciami o nich, ako napríklad:
- Názov sekcie.
- Typ sekcie.
- Jeho plná kapacita.
- Jeho stav (rôzne sekcie môžu mať rôzny stav).
- Zostávajúce voľné miesto vyjadrené v gigabajtoch a percentách z celku.
A ďalšie informácie. Spodný panel obsahuje zoznam jednotiek a oddielov. Odtiaľ môžete vykonávať operácie so zväzkami a jednotkami. Ak to chcete urobiť, kliknite pravým tlačidlom myši na názov zväzku a vyberte konkrétnu operáciu z podponuky "Akcie".
Hlavnou výhodou rozhrania je, že všetko sa tu zhromažďuje v skupine - nie je potrebné prechádzať rôznymi ponukami a oknami, aby sme mohli realizovať naše plány.
Objemové operácie
Poďme analyzovať niektoré neočividné operácie s oddielmi. Po prvé, poďme diskutovať o prechode z formátu MBR na formát GPT. Oba tieto formáty zodpovedajú rôznym typom zavádzačov. MBR je klasický, ale už zastaraný formát zavádzača.
Má výslovné obmedzenia v objeme zväzku (nie viac ako 2 TB) aj v počte zväzkov – nie sú podporované viac ako štyri. Nezamieňajte objem a sekciu - ide o trochu odlišné pojmy. Prečítajte si o ich rozdieloch na internete. Formát GPT je založený na technológii GUID a nemá tieto obmedzenia.
Ak teda máte veľký disk, pokojne si preveďte MBR na GPT. Je pravda, že v tomto prípade budú všetky údaje na disku zničené - bude potrebné ich skopírovať na iné miesto.
Virtualizačná technológia prenikla všade. Neobišiel ani súborový systém. Ak chcete, môžete vytvoriť a pripojiť takzvané „virtuálne disky“.
Takéto „zariadenie“ je bežný súbor .vhd a možno ho použiť ako bežné fyzické zariadenie – na čítanie aj zápis.
To otvára ďalšie príležitosti na katalogizáciu informácií. Týmto sa náš príbeh končí. Správa diskov v systéme Windows 7 je pomerne široká téma a ponorením sa do nej môžete objaviť množstvo nových vecí.
