Poradnik RAID - teoria, budowa, naprawa i testy RAID 0, 1, 5, 10

Podsumowanie

Opisanie i testowanie technologii jaką są macierze RAID, wraz z towarzyszącym im osprzętem w postaci różnej maści implementacji kontrolerów, sporą liczbą poziomów RAID do wyboru, a przede wszystkim rożną ich dostępnością, ceną i możliwościami, nie należy do łatwych zadań. Testowego aspektu nie ułatwia fakt, iż Intel nie oferuje (w czasie kiedy powstawał artykuł) pełnoprawnego i przynajmniej czteroportowego kontrolera zgodnego z SATA 6.0 Gb/s. Nie zdołaliśmy także sprawdzić, wedle niektórych opinii, znacznie lepszego do budowy macierzy na dyskach SSD sprzętowego kontrolera LSI. Ciężkim orzechem do zgryzienia jest też stworzenie podsumowania, w którym bądź co bądź trzeba streścić cały poradnik, tak żeby ci nielubiący zbyt dużo czytać też mogli coś stąd wynieść. Dla przejrzystości podzielimy podsumowanie na dwie części - implementacje macierzy oraz ich poziomy.

Implementacje RAID

Programowe podejście do tworzenia macierzy RAID (zwane też Soft RAID) ma swoje plusy jak i minusy - implementacja w wykonaniu Microsoft Windows 7 Professional jest dość uboga od strony dostępnych poziomów. W wersji nie-serwerowej mamy przecież jedynie macierze poziomu RAID 0 i 1 (JBOD nie liczymy, bo kto z tego będzie korzystać?). Pytanie czy pozostałe poziomy zwłaszcza np. RAID 6 z olbrzymim narzutem na CPU związanym z obliczaniem parzystości mają w programowym rozwiązaniu sens. Mimo dość okrojonych możliwości wyboru poziomów i ich konfiguracji (brak ustawień chociażby paska przy RAID 0) na wykresach próbek 4K, 4K QD32 i 4K 64 Thread macierze zbudowane na Windowsie miały bardzo wysokie pozycje. W pozostałych testach, w tym testach rzeczywistych, też wypadały nie najgorzej.

RAID programowy - Windows 7 od Home Premium w zwyż
Cena: ~550 zł

Dobra wydajność próbek 4K  Przyzwoita ogólna wydajność  Niezależność od sprzętu  Proste dupleksowanie RAID 1    Tylko poziomy RAID 0 i 1  Cena jeśli musimy wymienić nasz OS na wyższy  Brak możliwości bootwania z macierzy

Implementacja macierzy RAID w formie fake kontrolera jak zwie się rozwiązanie bazujące na firmwere/sterownikach, jest przynajmniej na podstawie naszych testów cichym zwycięzcą. Cena tego podejścia do RAID jest niekiedy bardzo niska (osobna karta, dopłata do wyższego modelu płyty głównej), albo wręcz darmowa (jeśli nasza płyta główna już RAID wspiera). Zaletami tego rozwiązania są również przyzwoita wydajność RAID 0 i 1 (ostra walka z RAID w wykonaniu Windowsa), czy możliwość bootwania z tych macierzy. Dostajemy też RAID 5 i 10 (w sporej części rozwiązań) - tutaj zależnie od testów raz był lepszy fake RAID, a raz sprzętowy Adaptec, aczkolwiek warto wziąć pod uwagę relatywnie mizerne wyniki tego drugiego w próbkach 4K w większości testów (dyski SSD). Podstawowa wada to zależność od sprzętu. Gdy padnie nam płyta/karta musimy szukać identycznej lub liczyć, że nowsza/inna będzie współpracować z aktualną macierzą.

Fake RAID - Gigabyte 990FXA-UD7
Cena: ~1000 zł

Dobra wydajność próbek 4K  Przyzwoita ogólna wydajność  Możliwość bootwania macierzy  Przyzwoita liczba dostępnych poziomów  Możliwość konfiguracji paska i buforowania    Mniejsza konfiguracyjność od sprzętowych rozwiązań  Ewentualna cena płyty głównej/karty rozszerzeń  Przeciętna wydajność RAID 5 i 10  Zależności od sprzętu (np. w przypadku awarii)

Pełnoprawne sprzętowe rozwiązania w postaci kart rozszerzeń, wyposażonych w dedykowane procesory do obliczeń chociażby parzystości, niestety nie należą do tanich. Pomijając dość mizerną wydajność Adaptec 6405 w próbkach 4K na dyskach SSD (wydajność IOPS), we wszystkich pozostałych testach, jak i na dyskach HDD przy próbkach 4K, królował właśnie Adaptec. Wypadałoby tylko zauważyć, że w części zasługa należy się głównie dedykowanym 512MB pamięci cache. Sprzętowa implementacja podobnie do programowej ma zaletę niezależności od reszty naszego komputera. Jest jednak pewien haczyk: jeśli padnie nam system/program wystarczy go przeinstalować, jak padnie nam taki poniekąd drogi kontroler, to będziemy zmuszeni go kupić ponownie (jeśli naprawa gwarancyjna nie wchodzi oczywiście w grę). Inny aspekt to chociażby problemy z kompatybilnością na jakie natrafiliśmy.

RAID sprzętowy - Adaptec 6405
Cena: ~1500 zł

Dobra wydajność (zapis RAID 5/6 i odczyt RAID 1)  Mnogość dostępnych poziomów RAID  Spora możliwość konfiguracji  Większa niezależność od sprzętu (Od Soft RAID)  Spora możliwości konfiguracji paska i buforów    Opcja zabezpieczenia cache przed zanikiem zasilania        Dla większości cena, cena i cena...  Wydajność IOPS bardzo ogranicza SSD

Poziomy macierzy

RAID 0. Jeśli zależy nam na wydajności i nie dbamy w żaden sposób o zabezpieczenie danych, to ten poziom macierzy jest bezkonkurencyjny. Mając trzy bądź cztery dyski można je podzielić na dwie macierze tworząc RAID 0 dla systemu operacyjnego i gier, a np. RAID 5 dla istotnych danych. Acz każdy musi odpowiedzieć sobie na pytanie co będzie lepsze: wydajność RAID 0, czy niższa wydajność RAID 10, ale jednoczesne zabezpieczenie systemu przed potrzebą re-instalacji w przypadku awarii jednego z dysków.

RAID 0

Największa wydajność w odczycie i zapisie  Wszystkie implementacje RAID powinny go wspierać  Wymaga tylko dwóch dysków (minimum)    Brak jakiejkolwiek nadmiarowości...  ...wręcz zwiększa ryzyko utraty danych

RAID 1. W zależności od implementacji jest w stanie zachować wydajność porównywalną do RAID 0 w odczycie, a zapis pozostaje w praktyce bez zmian w stosunku do pojedynczego dysku. Jest to podstawowa forma nadmiarowości - zwyczajna kopia danych na dwóch lub (rzadziej) większej ilości nośników. Prosty dostęp do plików w przypadku awarii wynikający z formatu zapisu danych (pojedynczy dysk macierzy RAID 1 zachowuje się jak zwykły dysk), to niekwestionowana zaleta tego rozwiązania. W połączeniu z RAID 0 pozwala na uzyskanie wydajności dla systemu (macierz RAID 0 na początku dysków) i bezpieczeństwa dla pozostałych danych (pozostała część dysków dla macierzy RAID 1) w najtańszy sposób wymagający najmniejszej liczby dysków (dwa dyski, każdy kontroler/implementacja wspiera oba poziomy).

RAID 1

Bezpieczeństwo danych i prostota implementacji  Zależnie od implementacji wydajność odczytu  Wszystkie implementacje RAID powinny go wspierać  Wymaga tylko dwóch dysków (minimum)    Zwykle ograniczenie do dwóch dysków  Brak poprawy w zapisie w stosunku do jednego dysku

RAID 5. „Piątka” cierpi na brak wsparcia ze strony części RAID programowych. Ma za to przyzwoitą wydajność odczytu (porównywalną z RAID 0 o jednym dysku mniej), oraz zabezpieczenie przed utratą jednego dowolnego dysku dzięki parzystości. Obliczenia tego ostatniego mają średni narzut na procesor, co jest istotne przy rozwiązaniach soft i fake RAID ze względu na fakt, iż obliczenia te spadają na nasz CPU. Najczęściej w rozwiązaniach takich jest też niższa od pojedynczego dysku wydajność zapisu.

RAID 5

Przyzwoita wydajność odczytu  Możliwa lepsza od RAID 1 wydajność zapisu...    ...może jednak być niższa (zwłaszcza przy 4K)  Wymaga minimum jeden dysk więcej od RAID 1

RAID 6. Poziom ten jest znacznie mniej dostępny w implementacjach programowych niż RAID 5 dodatkowo mało które rozwiązanie fake RAID wspiera ten standard. RAID 6 zabezpiecza przed jedną więcej awarią dysku od RAID 5, ale w zamian wymaga minimum jednego dysku więcej i ma sporo większy narzut z obliczeń parzystości. Wydajność zapisu nawet na sprzętowych rozwiązaniach może ustępować RAID 5 i podobnie jest z odczytem (w stosunku do RAID 5 na tej samej liczbie dysków).

RAID 6

Wydajność odczytu na przyzwoitym poziomie  Odporność na awarię aż dwóch dysków...    ...ale minimum wymaga czterech  Ograniczony do sprzętowych (droższych) rozwiązań

RAID 10. Jest to swego rodzaju złoty środek między wydajnością a bezpieczeństwem. Wymaga minimum czterech dysków (jak RAID 6), ale w zamian dając większą od RAID 5 i 6 wydajność, zachowując „odporność” na awarię aż dwóch dysków. Jest jednak pewien haczyk - awarii ulec mogą tylko dyski w określonej kombinacji. Jeśli padną oba należące do jednego zagnieżdżonego RAID 1 to padnie również cała macierz. W przeciwieństwie do poziomów z parzystością (RAID 5 i 6), konfiguracja nie ma narzutu na procesor związanego z liczeniem parzystości i dzięki temu nie ma problemów z próbkami 4K przy zapisie, czy zapisem w ogóle.

RAID 10

Najlepsza wydajność wśród macierzy nadmiarowych...  ...zwłaszcza w przypadku zapisiu  Większa od RAID 6 dostępność  Odporność na awarię aż dwóch dysków...    ...ale minimum wymaga czterech  W porównaniu z RAID 6 mniejsza niezawodność

RAID 1E. Jest bardzo mała dostępność tego trybu, rozszerzona "jedynka" cierpi wręcz na bycie marginesem. Co więcej jedyną zaletą ponad RAID 10 jest możliwość budowy macierzy z nieparzystej liczby dysków, jednak w zamian przy parzystej zapewnia mniejszą liczbę kombinacji awarii dysków jaką macierzy przetrzyma, tj. wciąż będzie pracować mimo awarii maksymalnej liczby dysków. RAID 1E zapewnia większą od RAID 1, 5 i 6, lecz mniejszą od RAID 10 wydajność.

RAID 1E

Wśród macierzy nadmiarowych ustępuje tylko RAID 10...  ...także pod względem zapisu    W porównaniu z RAID 10 mniejsza niezawodność  Bardzo mała i gorsza niż RAID 6, dostępność

RAID 5E/5EE. Rozwiązania w postaci rozszerzonych poziomów macierzy RAID 5E/5EE są równie mało dostępne co RAID 1E. Poziom RAID 5E/5EE podobnie do RAID 6 zapewnia zabezpieczenie przed awarią dwóch dysków, jednak awarii ulec nie mogą oba dyski na raz. Tak jak w przypadku RAID 6, wymagane są minimum cztery dyski, ale narzut obliczeń parzystości na procesor jest mniejszy (Taki jak w RAID 5). Macierz ta to tak naprawdę macierz RAID 5 z wbudowanym hot-spare i jej wydajność powinna być zbliżona do RAID 5 na tej samej liczbie dysków.

RAID 5E/5EE

Przyzwoita wydajność odczytu  Możliwa lepsza od RAID 1 wydajność zapisu  Odporność na awarię dwóch dysków...    ...ale niestety nie dwóch jednocześnie i...  ...wymaga minimum czterech  Wydajność zapisu może być niższa od RAID 1  W porównaniu z RAID 6 mniejsza niezawodność

Sprzęt do testów dostarczyły firmy:

• « pierwsza
• ‹ poprzednia
• …
• 24
• 25
• 26
• 27
• 28
• 29
• 30
• 31
• 32