Matrix: Reload, Revolution, RAID!
Евгений Патий, «Экспресс-Электроника», #12/2004
В числе основных инноваций, присутствующих в наборах системной логики i 915/925, отметим поддержку памяти DDR 2, шины PCI Express, новую архитектуру Socket 775, а также технологии High Definition Audio и Matrix Storage Technology, более известную как Matrix RAID. О последней технологии мы расскажем подробнее – в ближайшие годы она будет играть достаточно важную роль в нашей жизни.
Как ни странно, пресса почти не проявила интереса к одному из самых оригинальных технологических решений, использованному в последних чипсетах Intel. В этой статье мы попытаемся проанализировать новую технологию хранения данных, выявить ее преимущества и, естественно, недостатки, без которых не обходится ни одна новая платформа.
Сегодня в секторе настольных систем (а именно для них и предназначены наборы логики Intel 915/925) доминируют два традиционных метода хранения данных – RAID 0 и RAID 1. Технология Matrix RAID призвана не только дополнить их, но и разрешить извечный вопрос, с которым неизбежно сталкиваются пользователи при выборе метода хранения информации, – чему отдать предпочтение? Поставить во главу угла скорость обмена данными, постоянно чувствуя угрозу их потери в результате сбоя, или стабильность и безопасность зеркалирующего массива в ущерб скорости? Эта дилемма типична для IT -рынка в целом: скорость против стабильности.
В сущности, ситуация вовсе не безвыходная и имеются способы угодить всем, используя методы RAID 5 и RAID 0+1 ( RAID 10), обеспечивающие и скорость, и избыточность данных на случай непредвиденного сбоя. Оба подхода позволяют добиться высокой скорости обмена данными с помощью дисков, работающих не в режиме RAID, а также защиты от сбоя благодаря мгновенному бэкапу данных на резервный диск ( RAID 1, RAID 0+1). Необходимый результат можно получить, применив разряды четности, которые используются для восстановления информации, если на диске ( RAID 5) произошел сбой. Действительно, такие решения существуют, однако основной их недостаток – практически полная непригодность в составе массовых настольных решений, ведь цена, которую придется платить за скорость и безопасность, крайне высока (необходимо минимум три-четыре жестких диска и специализированный RAID -контроллер для объединения и управления всем этим дисковым хозяйством).
Хотя обычный пользователь просто не станет покупать больше двух жестких дисков, а уж если и купит – три-четыре жестких диска непросто разместить в корпусе настольного ПК, обеспечить им стабильное питание (мощный блок питания), охлаждение (один-два дополнительных вентилятора). Словом – кошка за мышку, мышка за репку – очень уж накладное и громоздкое получается решение.
Технология Intel Matrix RAID Storage призвана принести преимущества метода RAID 0+1 в массы. Алгоритмы Matrix RAID интегрированы непосредственно в чипсет, кроме того, для организации массива требуется лишь два жестких диска. Итак, на первый взгляд все выглядит великолепно: отдельный контроллер не нужен, поскольку «родной» уже имеется в микросхеме южного моста чипсета, жестких дисков необходимо всего два, а не три-четыре, как у стандартных уровней RA ID -массивов. Но, как известно, бесплатный сыр бывает только в мышеловке, поэтому нелишне выяснить, есть ли тут подвох, и если есть, то где он кроется.
Matrix RAID в теории
Принципы работы Matrix RAID достаточно просты. Напомним основы организации классических RAID -массивов: мы оперируем целыми жесткими дисками как таковыми. Из этих двух организуем RAID уровня 0, из тех тех-четырех – RAID уровня 5. Все операции по организации и управлению массивами реализуются на аппаратном уровне с помощью BIOS системной платы или выделенного RAID -контроллера — без вмешательства операционной системы.
Рис. 1. Архитектура Matrix RAID Matrix RAID позволяет осуществить более гибкий подход – при наличии в системе южного моста ICH 6 R и двух жестких дисков с интерфейсом SerialATA есть возможность разделить общее дисковое пространство на две части, причем объем каждой из них определяется пользователем. Одна часть функционирует как RAID уровня 0, другая – как RAID -массив уровня 1. Налицо и скорость, и возможность резервного копирования на случай сбоя. Для большего понимания механизма приведем пример: имеются два жестких диска объемом 200 Гбайт каждый. И первый, и второй диски разделяем на части объемом 50 Гбайт и 150 Гбайт.
Из томов объемом 150 Гбайт организуем скоростной массив уровня 0 с некритичными данными, из томов-пятидесятников – надежный, но неторопливый массив уровня 1.
Очень важно, что Matrix RAID, в отличие от привычных методов организации массивов хранения данных, не является программно-независимым. Скорее наоборот. Задействовать эту технологию удастся только под операционными системами Microsoft Windows 2000, XP, 2003, а также Linux, для чего имеется соответствующее обновление ядра 2.4. Если кому-то не хватает RAID -массивов под ОС Windows 95, 98 и M Е – беда невелика, а вот отсутствие поддержки Windows NT расстраивает по-настоящему.
Таким образом, Matrix RAID является, скорее, не аппаратной, а программно-аппаратной технологией. Причина тому — использование не только контроллера-концентратора ввода-вывода ICH 6 R, но и утилиты Intel Application Accelerator версии 4.х, являющейся на самом деле «сборной солянкой» из драйвера и управляющего ПО, с помощью которого и производится разбивка физических жестких дисков на тома, определение их ролей и т. д.
Организация такого «псевдо»- RAID массива при помощи Intel Application Accelerator выглядит несложно – пользователь создает первый том необходимого размера, определяя и его роль – то есть в каком режиме (0 или 1) он будет функционировать. Оставшееся свободное место выделяется под второй том, также с возможностью выбора режима функционирования. После завершения этих нехитрых процедур в системе появляется два жестких диска – на одном встроенном в южный мост контроллере и двух физических накопителях SerialATA мы получаем искомую скорость и стабильность. На данном этапе недостаток состоит в том, что размеры томов фиксированы – пользователь не имеет возможности впоследствии что-либо изменить, поэтому стоит заблаговременно определить необходимые размеры.
Как же обстоит дело с горячей заменой дисков, являющейся одним из несомненных преимуществ RAID -массивов? Применительно к Matrix RAID выходит, что один из дисков нельзя удалить «на ходу», не разрушив целостность данных.
Хотя полностью исключить возможность горячего подключения также нельзя – подобная возможность существует, но для третьего физического диска. Например, если подключить к Matrix RAID -массиву третий физический диск, то он вполне может быть задействован для репликации данных с RAID 1 в случае отказа какого-либо из соответствующих дисков. Кроме того, если после изъятия диска он не был подключен в течение десяти секунд, то автоматического определения вновь подключенного накопителя не происходит – необходимо сделать принудительное обнаружение новых устройств.
Как уже упоминалось, Intel поддерживает RAID -организацию только для двух дисков, несмотря на то, что южный мост ICH 6 R имеет четыре порта SerialATA 150/ RAID. Теоретически можно организовать два Matrix RAID -массива, но они будут независимыми друг относительно друга.
Компания Intel особо подчеркивает возможность апгрейда системы до Matrix RAID, для этого требуется к имеющемуся в системе SerialATA -винчестеру добавить второй. В принципе это понятно, однако приятно, что при организации массивов данные не теряются – Intel Application Accelerator способен выполнить необходимые действия в фоновом режиме.
Рис. 2. Области применения технологии Matrix RAID В заключение теоретической части определим достоинства и недостатки Matrix RAID.
К достоинствам следует отнести:
? наличие четырехпортового контроллера SATA RAID, подразумевающего возможность создания Matrix RAID -массива;
? RAID BIOS ROM – интегрированную в системный BIOS часть, отвечающую за создание, именование и удаление массивов;
? Intel RAID Migration Technology – технологию, позволяющую производить апгрейд подсистемы хранения данных до Matrix RAID ;
? интерфейс SerialATA AHCI с поддержкой NCQ и горячего подключения ( Advanced Host Controller Interface, присутствует только в Intel 915/925);
? полное программное управление массивами Matrix RAID.
Недостатков немного, но они все же есть. Отметим главный:
? отсутствие возможности динамического изменения объемов томов.
« И опыт, сын ошибок трудных»
В действительности реализация Matrix RAID не выглядит настолько уж простой, как может показаться на первый взгляд. Первым делом стоит воспользоваться BIOS системной платы, где находится программа низкоуровневого управления RAID -массивами, называющаяся Intel Application Accelerator RAID Option ROM. Перед разметкой массивов необходимо переключить режим работы контроллера SerialATA с IDE на RAID.
При корректном подключении SerialATA -дисков (по одному диску на порт SerialATA ), RAID Option ROM автоматически определяет наличие «почвы» для создания RAID -массива, причем, по желанию пользователя, это может быть как Matrix RAID, так и стандартный RAID. На данном этапе никаких проблем в принципе возникнуть не должно, интерфейс программы дает все необходимые сведения о процессе.
Рис. 3. IOMeter— Workstation, RAID 0 (2 диска), IOps
Рис. 4. IOMeter — максимальное время отклика, мс
Рис. 5. IOMeter — Database, RAID 0 (2 диска), IOps
Рис. 6. IOMeter — максимальное время отклика, мс
Рис. 7. IOMeter — File Server, RAID 0 (2 дискa), IOps
Рис. 8. IOMeter — максимальное время отклика, мс
Рис. 9. IOMeter — Database, RAID 1, IOps
Рис. 10. IOMeter — File Server, RAID 1, IOps Немаловажное обстоятельство: том Matrix RAID является загрузочным (как RAID 0, так и RAID 1), поэтому после разметки массива можно приступать к установке операционной системы. Но вот тут-то и начинаются проблемы. Несмотря на то что «новоиспеченный» Matrix RAID включает загрузочные тома и способен загрузить DOS, иногда инсталлировать Windows на один из томов не представляется возможным – инсталлятор ОС сообщает об удачно обнаруженном контроллере Intel 80801 ER без малейших признаков жестких дисков на нем. В таком случае панацеей от всех бед может стать обновление BIOS системной платы, если же и это не спасает - тогда от использования Matrix RAID стоит отказаться. Нужно помнить: установка Windows на систему с достаточно новым контроллером жестких дисков не всегда проходит гладко – ведь требуется обеспечить программу инсталляции драйверами контроллера от производителя, и вовсе не факт, что это сработает – устройство новое, драйверы, как водится, сырые, различных неувязок и несовместимостей может оказаться с избытком.
Кроме такого досадного обстоятельства существует еще множество подводных камней. Например, после установки тома RAID 0 с помощью Intel Application Accelerator и последующей перезагрузки может появиться ошибка чтения диска, обусловленная рассинхронизацией данных между дисками и программным обеспечением ( IAA в нашем случае) – данные приходят не в те моменты времени, когда ПО их ожидает. Как средство, Intel предлагает обновить IAA RAM Option ROM до более свежей версии, то есть обновить BIOS системной платы.
Не стоит забывать и о возможности подключения обычных IDE -дисков к портам SerialATA при помощи переходников – впрочем, точно поведение системы в этом случае предсказать довольно сложно. Правда, Intel не отрицает возможности такого подключения, но категорически не рекомендует его производить. Замечание, кстати, уместное для отечественного пользователя, стремящегося сэкономить в любых случаях. Так почему бы не подключить два старых IDE -винчестера по 20 Гбайт каждый через переходники и не сделать из них Matrix RAID ?
В заключение теоретических и практических изысканий хотелось бы привести результаты сравнительного тестирования, в котором участвовали «смешанный» Matrix RAID и «честный» RAID 0/1.
Тестовая платформа:
? процессор : Intel Pentium 4 ( Prescott ) 3,6 ГГц ;
? системная плата : ASUS P5AD2 Premium;
? оперативная память: Micron PC2-4300 (DDR2-533, 2x512 MB);
? жесткие диски: Western Digital WD1600JB (160 Гбайт, 7200 об/мин);
? операционная система : Windows XP Professional Service Pack 2.
Как видим, производительность «нулевой компоненты» Matrix RAID весьма высока. Более того, единственным решением, опережающим по скорости Matrix RAID 0, на сегодняшний день является RAID -массив из SCSI -дисков. Производительность массива Matrix RAID 1, хотя и не принципиальна, все же выше, чем у массива из IDE -дисков.
В любом случае решение Matrix RAID — практически единственный выход для пользователей, которые хотят добиться от своих дисков скорости и стабильности.И хотя сегодня технология выглядит «сырой», видимо, стоит подождать несколько месяцев до появления стабильных версий BIOS.
