4.4.2.О производительность raid-массивов различных уровней

При работе с файлами большого размера достаточно высокую производительность обеспечивают RAID-массивы уровня 3. При записи (для системы из 3-х дисков) такой файл разбивается на отдельные блоки, половина из которых записывается на один диск, а половина - на другой. Одновременно на третий диск записывается контрольная информация. Операция вычисления четности - это очень быстрая операция и легко реализуется аппаратно, поэтому дополнительными временными задержками, связанными с нею, можно пренебречь. В итоге большой файл будет записан в два раза быстрее, чем если бы запись осуществлялась на одиночный диск. Однако во время этой процедуры невозможно обрабатывать другие файлы, запрос на обслуживание которых может поступить в любой момент времени. Таким образом, при интенсивном потоке запросов время ожидания может быть весьма значительным. Это не позволяет рекомендовать RAID уровня 3 в серверах, особенно обслуживающих базы данных. А вот для высокопроизводительных рабочих станций для обработки видео или графики массивы уровня RAID-3 будут в самый раз.

С большим количеством небольших файлов, размер которых меньше, чем размер логического блока, и которые при формировании блоков не разбиваются на части, наиболее оптимально работают массивы RAID уровня 4 или 5. Такие файлы целиком размещаются на каком-либо одном диске, поэтому и скорость записи такая же, как и при записи на одиночный диск. Однако контрольная информация, связанная с модифицируемым блоком, соответствует всему блоку, а не только той части, которая модифицируется. Поэтому после записи каждого блока информации необходимо считать модифицируемый блок и его контрольную сумму, затем вычислить новое значение контрольной суммы и только после этого записать модифицированный блок и новое значение контрольной суммы. Вместо операции записи в RAID-5 и 4 фактически осуществляется операция "чтение - модификация - запись". Таким образом, в RAID уровня 4 и 5 скорость записи практически вдвое ниже, чем при использовании одиночного диска. Это - самая большая проблема в RAID уровня 5, однако при чтении RAID уровня 4 или 5 может одновременно обслужить несколько запросов, благодаря чему производительность RAID уровня 5 может оставаться высокой даже при весьма интенсивном потоке запросов на обслуживание. В RAID-5 одновременно также может обслуживаться и несколько запросов на запись. Именно для этого контрольная информация размещается не на одном диске, а чередуется на всех. Поэтому в целом время ожидания обслуживания при интенсивном потоке малых запросов в RAID уровня 5 может оказаться даже лучше, чем, например, в RAID-3, что делает применение таких массивов наиболее целесообразным в серверах.

RAID-0+1 обеспечивает минимальное время обслуживания при гораздо более интенсивном потоке запросов, чем все остальные уровни RAID, но вот стоимость такой системы. Для реализации такого массива требуется не менее 4 дисков, тогда как для аналогичных по емкости массивов RAID-3 или 5 - минимум на один меньше.

Наряду с аппаратной реализацией RAID-систем, существует и возможность их организации программными методами, в частности, реализуемыми в серверных вариантах ОС семейства Windows. В этом случае программно реализуются простые уровни RAID-0 и 1, а также и более сложный - RAID-5. Эффективность работы RAID-систем, реализованных программно, заведомо ниже, чем аппаратных, ведь при программной реализации RAID вся нагрузка по размещению информации на дисководах и вычислению контрольных кодов ложится на центральный процессор, поэтому эта разница может достигать величины 10-20 %, но, при ограниченных материальных средствах, программные RAID системы вполне могут иметь право на существование.

Аппаратные RAID контроллеры обычно реализуют полный спектр стандартных уровней, могут создавать нестандартные массивы, часто обозначаемые как RAID-6 или RAID-7, имеют большое количество дополнительных возможностей, таких как, например, горячее резервирование дисков с возможностью автоматической замены вышедшего из строя диска на резервный, автоматический выбор уровня RAID с возможностью автоконфигурирования. Недостатком аппаратной реализации RAID является относительно высокая стоимость RAID-контроллеров.

Ранее технология RAID ориентировалась на использование в качестве носителей информации высокопроизводительных SCSI-дисков. Однако сейчас появились недорогие решения, основанные на использовании устройств стандарта IDE, которые, незначительно уступая в производительности, существенно дешевле своих SCSI-аналогов. Но у интерфейса IDE, наряду с таким неоспоримым достоинством, как простота установки и настройки, есть один недостаток, более значительный, чем относительно невысокое быстродействие - синхронность выполнения операций, то есть он не может выдавать одновременные команды обращения к нескольким устройствам сразу, не дожидаясь получения ответа на предыдущий запрос. Правда, использующаяся в современных IDE HDD технология Ultra ATA хоть в какой-то степени приближает возможности IDE-интерфейса к SCSI, позволяя организовать псевдоасинхронный доступ к дискам. Но наиболее распространенные сегодня недорогие IDE-RAID-контроллеры, чаще всего интегрированные в системные платы, обладают ограниченным набором функциональных возможностей. Обычно они умеют реализовывать только ограниченный набор уровней RAID - RAID-0, RAID-1 и их комбинации. Рассчитанные, в первую очередь, на домашнего пользователя, редко имеющего в своем распоряжении больше 2 жестких дисков, такие контроллеры вполне соответствуют предъявляемым к ним требованиям. Тем более что в подавляющем большинстве случаев интегрированные RAID-контроллеры используются исключительно в режиме JBOD, играя роль дополнительных IDE контроллеров для жестких дисков. RAID-контроллеры, поддерживающие массивы более высоких уровней 3 и 5, уже попадают совсем в другую ценовую категорию и представляют интерес для владельцев серверов, имеющих более высокие требования к скорости работы и надёжности хранения информации. Вопрос цены оборудования в таких случаях отходит на второй план, так как стоимость хранящейся на сервере информации на несколько порядков превышает затраты на используемое "железо".