Опора на технологию

Настольные системы хранения данных RAID с несколькими дисками обеспечат безопасность данных по доступной цене.

"Бегущий" RAID

Если у вас есть "Молоток"...

Вниз по "реке"

С повышением мощности процессоров персональных компьютеров им все чаще поручают решать задачи, ранее предназначавшиеся исключительно для более производительных рабочих станций и миникомьютеров. Повышенные требования к скорости и надежности, не говоря уж о емкости, становятся непомерным грузом для жестких дисков настольных систем. Именно это, главным образом, и стало причиной повышенного внимания к технологии RAID.

Если говорить коротко, то RAID (redundant array of independent disks - массив независимых дисков с резервированием) - это набор стандартов и технологий для объединения нескольких дисков в массив, который функционирует как один накопитель. В зависимости от выбранного способа реализации RAID может повысить скорости доступа к файлам и передачи данных, изменить степень защищенности последних и отказоустойчивость всей дисковой подсистемы.

Сейчас массивы RAID, появившиеся несколько лет назад, становятся стандартным компонентом многих рабочих станций и серверов PC. Компания Mylex, изготовитель системных плат PC, стала первой, разместившей микросхемы контроллера RAID непосредственно на системной плате компьютера. Но, хотя менеджеры по информационным технологиям крупных корпораций нередко приобретают и собирают из отдельных компонентов дисковые массивы RAID стоимостью от 50 000 долл. и выше, небольшие и средние дизайн-студии, фирмы, разрабатывающие продукты мультимедия, или допечатные сервисные бюро также могут воспользоваться преимуществами технологии RAID, приобретая готовые дисковые массивы начального уровня по цене не более 8000 долл. В этом обзоре мы постарались дать информацию, необходимую для выбора продуктов RAID в младшей ценовой категории.

Что стоит за ценой

Довольно часто поставщики систем RAID предлагают базовую конфигурацию, состоящую из пустой стойки для установки дисков (содержащей только блоки питания, вентиляторы и контроллеры RAID), к которой вы должны сами добавлять диски. Затем вы заказываете по каталогу нужное количество дисков требуемой емкости. На узле Web компании Pacific Micro Data, заполнив электронную таблицу, вы можете выбрать варианты конфигураций ее продукции, причем общая стоимость выбранных компонентов сразу же подсчитывается. В таблице на развороте, сопровождающей данный обзор, приводятся цены (в тех случаях, когда они заявлены производителем) на стойки для массивов RAID, а также стоимости начальных конфигураций систем, содержащих все необходимые для начала работы компоненты, но не превышающие пороговой цены 8000 долл. В таблице указаны функции и компоненты, входящие в конфигурации начального уровня, а также опции, которые можно приобрести за дополнительную плату.

Дисковые массивы RAID

Массивы RAID привлекают пользователей прежде всего своей расширяемостью. Сначала вы можете использовать либо больше, либо меньше (что обойдется дешевле) дисков, а позже расширить максимальную емкость массива, добавляя в незаполненные отсеки новые диски или заменяя их более емкими. И даже в тех случаях, когда вы "перерастете" максимальную емкость вашего RAID, многие системы RAID допускают подключение дополнительных массивов по методу "дейзи"-цепочки.

Количество дисков, которое можно установить в одной стойке RAID, зависит прежде всего от количества имеющихся в ней отсеков. Но на него также влияет физический размер (не путайте с емкостью) устанавливаемых дисков. Например, в систему Enterprise E-8 компании MegaDrive можно установить до восьми 3,5-дюймовых дисков (в настоящее время максимальная емкость таких дисков достигает 9 Гбайт), или четыре 5,25-дюймовых диска (емкостью по 23 Гбайт каждый). В лучших стойках RAID имеются модули с возможностью "горячей" замены дисков, которые вы можете вынимать и заменять без выключения питания всего массива.

Тонкости управления

Технология RAID имеет несколько уровней конфигурации, в каждом из которых запись и чтение данных с дискового массива выполняются по-разному; кроме того, существует два типа контроллеров RAID. В менее дорогой конфигурации RAID управляется ПО, выполняемым на рабочей станции или сервере, к которым массив подключен. Такой подход оправдывает себя для простых массивов из двух или трех дисков, но для управления более сложными массивами необходимы значительные вычислительные мощности, что может привести к задержкам в работе.

Поэтому для управления большинством более крупных массивов применяются аппаратные RAID-контроллеры, которые работают независимо от процессора компьютера. Поставщики систем могут либо размещать контроллер в стойке массива, либо предлагать внешнюю плату контроллера (обычно PCI) для установки в рабочую станцию или сервер. В тех случаях, когда контроллер встроен в стойку, вы можете подключать к массиву RAID несколько компьютеров, в то время как внешний контроллер привязывает RAID к определенному компьютеру.

В большинстве современных массивов RAID применяются ускоренные интерфейсы жестких дисков SCSI; на практике же, многие из них поддерживают соединения Wide Ultra SCSI (часть стандарта SCSI-3). Выбор типа соединения особенно важен в тех случаях, когда объем обмена данными (информации в файлах, передаваемой между дисковой системой и компьютером) является критическим фактором. Объемы данных особенно высоки при передаче оцифрованных аудио- и видеофайлов или очень больших графических файлов. В отличие от стандарта SCSI-2, максимальная теоретическая скорость передачи данных которого равна 5 Мбайт/с, интерфейс Wide Ultra SCSI может передавать информацию со скоростью 40 Мбайт/с. Если ваши требования не столь высоки, то вам могут предложить на выбор контроллеры Fast SCSI (10 Мбайт/с), Fast Wide SCSI (20 Мбайт/с) или Narrow Ultra SCSI (20 Мбайт/с). Если вы приобретете массив RAID с ускоренным контроллером SCSI, что вполне вероятно, не забудьте купить ускоренный адаптер SCSI для вашего компьютера.

Наличие концевых заглушек определенного типа (терминаторов) для цепочки SCSI особенно важно для самых быстрых соединителей SCSI. Один общий терминатор, что является типичным для настольных систем, ограничивает суммарную длину кабельных соединений стандартной "дейзи"-цепочки SCSI-2 до 6 м. Однако для Wide Ultra SCSI это число уменьшается до 1,5 м, что может оказаться недостаточным. В таких случаях рекомендуется выбирать более дорогие кабели SCSI и интерфейсные адаптеры с дифференциальными терминаторами. В этой реализации при установке заглушки с одной стороны каждый сигнальный провод параллельного соединения имеет собственное заземление. Использование дифференциальных терминаторов позволяет увеличивать длину кабелей до 18 м и значительно уменьшает ошибки передачи, замедляющие работу высокоскоростных соединений SCSI.

Каждое кабельное соединение между вашим компьютером и массивом RAID устанавливает отдельный канал SCSI, и, как нетрудно догадаться, увеличение количества каналов повышает общую пропускную способность. Если вы работаете с двухдисковым массивом через один адаптер Fast SCSI, то в лучшем случае скорость передачи данных достигнет 10 Мбайт/с. Однако вы можете соединить каждый диск с отдельным интерфейсом Fast SCSI, тем самым удвоив скорость передачи данных для всего массива до 20 Мбайт/с.

В большинстве аппаратных контроллеров RAID в качестве буфера чтения/записи применяется дополнительная кэш-память, которая ускоряет доступ к файлам, сохраняя часто запрашиваемые данные в памяти и уменьшая количество операций доступа к дискам. Имейте в виду, что кэш-память контроллера является дополнением к тем 512 Кбайт или 1 Мбайт памяти, которые могут быть встроены в отдельные диски массива. Энергонезависимая кэш-память стойки RAID, как в системе UltraDaytona RAIDarray компании CMD, может сохранять кэшированные данные в течение 62 часов.

Уровни RAID

Как уже было упомянуто, существует несколько уровней конфигураций RAID, которые отличаются пропускными способностями, скоростями доступа к файлам и степенями защиты данных. Наиболее общие из них - уровни 0, 1, 3 и 5, хотя некоторые изготовители предлагают и дополнительные гибридные уровни. Конфигурация уровней массивов довольно сложна, но мы приведем короткое описание наиболее важных моментов.

Уровень 0: известный также под названием массива с чередованием, уровень 0, строго говоря это не RAID, поскольку не обладает возможностью автоматического резервирования данных. Однако этот уровень обладает самой высокой скоростью передачи данных, так как технология распределения данных позволяет записывать (и считывать) информацию на все диски массива одновременно, не затрачивая времени на резервирование данных. Такая конфигурация является лучшим выбором для редактирования больших изображений в пакете Adobe Photoshop, а также непрерывной записи цифровых аудио- и видеоданных.

Уровень 1: известный также как "зеркальный" массив, уровень 1 выполняет полное дублирование данных, сохраняя ваши файлы на двух или более дублированных дисках. Если один из дисков выходит из строя, то его полная копия останется на другом. Этот метод хорошо подходит в тех случаях, когда необходимость поддержания целостности данных перевешивает потребность в высокой производительности, поскольку такой массив работает почти так же быстро, как один диск.

Уровень 3: известный также как параллельный массив, уровень 3 обрабатывает за один раз один байт данных, записывая и считывая их с трех синхронизированных дисков. На четвертом диске сохраняются данные контроля четности, которые контроллер RAID может использовать для расчета любых потерянных данных в случае неисправности одного из дисков. (Однако в случае выхода из строя двух дисков данные будут потеряны.) Параллельный доступ, обеспечивающий довольно приличную степень защищенности данных, является лучшим вариантом для обработки больших файлов, например для работы в области допечатных процессов.

Уровень 4: диски в массиве уровня 4 не синхронизированы, подобно тому, как это сделано в дисках уровня 3, и поэтому они могут работать независимо, что обеспечивает хорошие характеристики массива при использовании его в многопользовательских файл-серверах, хотя данные контроля четности продолжают записываться на выделенном диске. Это лучшее решение для файл-серверов, с которых пользователи часто считывают данные, но относительно редко выполняют запись информации на диски.

Уровень 5: известный также под названием "массив независимого доступа", уровень 5 разделяет файлы по дискам и использует данные контроля четности для резервирования информации. Но контроллер сохраняет данные контроля четности по всем дискам массива, смешивая их с вашими данными. Поскольку в этом случае контроллеру не всегда нужно ожидать возможности записи данных контроля четности на выделенном диске, он получает возможность чаще записывать одновременно сразу несколько маленьких файлов, что повышает скорость доступа к данным. Массивы уровня 5 - лучший вариант для файл-серверов, в том числе и серверов Web, для которых пользователи часто выполняют операции чтения и записи маленьких файлов.

Другие уровни: несколько гибридных уровней, включая 6, 7, 30 и 50, сочетают в себе возможности (например, с чередованием и зеркального) двух или более описанных выше уровней. Уровень 2, для реализации которого необходимы специальные диски, больше не используется.

Безопасность данных: что еще бывает в массивах RAID

В более дорогих стойках RAID наряду с уже упомянутыми функциями резервирования применяются и другие меры, предохраняющие от потери данных. Большинство из них имеет один или два дополнительных охлаждающих вентилятора, а также резервный блок питания, что позволяет массиву продолжать работу в случае неисправности одного из этих элементов. Среди других функций безопасности, которых слишком много, чтобы их все можно было привести в таблице, следует упомянуть "горячие" резервные диски, которые автоматически запускаются в случае поломки другого диска массива, причем данные на них также восстанавливаются автоматически. В системах высшего класса имеются автоматические системы предупреждения, которые сообщают о неисправности диска или контроллера и даже могут посылать подробные сведения о поломке по сети Web. Вас должно порадовать то, что, хотя многие организации все еще приобретают системы RAID стоимостью сотни тысяч долларов, возможности RAID уже доступны и для маленьких студий с их невысокими бюджетами, а большинство систем RAID, пользоваться которыми стало значительно легче, совместимы и с компьютерами Macintosh и с PC. В нашем обзоре мы коснулись лишь "вершины айсберга", но вместе с приведенной таблицей он должен дать вполне достаточно информации для принятия взвешенного решения: нужен ли вам дисковый массив RAID и какой его уровень лучше всего удовлетворит ваши потребности.

"Бегущий" RAID

У аббревиатуры RAID есть еще одна расшифровка, в которой букве "I" соответствует слово "inexpensive" - недорогой. Именно так (и вполне обоснованно) расшифровывает сокращение при описании дискового массива RAIDRunner (от англ. "runner" - бегун) RP-6050 американская компания Bering: ведь розничная стоимость этого устройства, в которое можно установить до пяти дисков, составляет в Москве около 2500 долл.

Благодаря любезности компании Trans-Ameritech эта модель была предоставлена в распоряжение журнала "Publish".

Главной особенностью массива RAIDRunner, помимо цены, можно назвать использование в нем дисков стандарта IDE. Это существенно снижает общую стоимость системы. Ведь диски IDE значительно дешевле дисков SCSI (причем разницу в цене следует умножить на количество дисков). Внешний интерфейс устройства Fast SCSI-2 обеспечивает пиковую производительность 10 Мбайт/с, а также легкость установки для работы с операционными системами DOS, UNIX, Novell Netware и др. Достаточно подключить RAIDRunner как обычное SCSI-устройство.

Кстати, и сам процесс установки дисков в массив довольно прост. Нужно лишь вставить их в специальные рамки и соединить информационные, а также питающие разъемы. После этого рамка вставляется в корпус и защелкивается. Весь процесс монтажа пяти дисков занимает около получаса. Единственный минус - диски закрепляются в рамках винтами с головками под шестигранную отвертку, которая не входит в комплект поставки. Но можно обойтись и обычной, плоской отверткой.

Массив можно настроить на повышенную производительность при записи/чтении больших файлов (RAID 3) или обработке запросов в многопользовательской среде (RAID 5).

Диагностика состояния устройства обеспечивается светодиодными индикаторами, звуковыми сигналами или программным обеспечением, работающим на компьютере, который подключается через последовательный порт RS-232-C. Через этот интерфейс выполняется также конфигурирование массива и модернизация специализированного программного обеспечения, обслуживающего работу устройства. ПО хранится в выделенных областях дисков и автоматически загружается в динамическую память устройства объемом 1 Мбайт после включения питания.

Высокую надежность хранения данных обеспечивают процедуры фонового сканирования состояния магнитных поверхностей, восстановления данных после "горячей" замены диска, а также наличие двух блоков питания и вентиляторов охлаждения.

Работой массива управляет контроллер Intel 80186 с тактовой частотой 20 МГц.

Модификация RP-6051 допускает установку 5 дисков IDE общей емкостью до 5 Гбайт, а RP-6052 - до 8 Гбайт.

Если у вас есть "Молоток"...

Как менеджер каталогов студии Koch Supplies из Канзас-Сити (шт. Миссури) Уилл Хаммонд, который использует пакет Adobe Photoshop с момента его выхода в свет, руководит созданием более 5000 изображений в год. Вся тяжесть этой огромной цифровой нагрузки ложится на массивы с чередованием уровня 0, созданные на базе контроллеров JackHammer (hammer - "молоток" - Прим. перев.) компании Hammer Storage Solutions (бывшая FWB JackHammer) и пакета RAID ToolKit. Хаммонд заверяет, что дисковый массив Fast Wide SCSI из четырех дисков общей емкостью 16 Гбайт позволяет сохранять файлы со скоростью 13,5 Мбайт/с. Такая скорость здесь нужна по двум причинам: во-первых, Photoshop использует дисковое пространство для хранения промежуточных рабочих изображений, что всегда может стать узким местом при наличии любого объема установленной оперативной памяти, а во-вторых, стандартные жесткие диски SCSI, которые с трудом достигают производительности 2 Мбайт/с, просто "задыхаются", когда им приходится иметь дело с файлами изображений объемом от 30 до 100 Мбайт.

"Пакет RAID ToolKit построен по принципу drag-and-drop, и поэтому использовать его очень легко", - объясняет Хаммонд, который к тому же рекомендует приобретать самые лучшие кабели SCSI стоимостью около 60 долл., поскольку использование дешевых кабелей может привести к возникновению ошибок передачи данных в ускоренных режимах SCSI, что значительно замедляет общую производительность при обмене данными.

Вниз по "реке"

В течение последних двух лет компания Riverside Color (Riverside - "берег реки". - Прим. перев.) из Миннеаполиса, специализирующаяся на выполнении высококачественных цветных допечатных работ больших объемов, вкладывает средства в приобретение дисковых массивов, начав с одного MicroNet RAIDBank (теперь компания MicroNet называется Advantage RAID), и дойдя до пяти массивов RAIDBank среднего класса, а также массивов уровня 5 высшего класса для трех серверов локальной сети. Вместе с сетью, построенной на базе 100 Мбит/с Ethernet, массивы уровня 5, как считает главный технолог Riverside Color Майк Лауденслейгер, составляют основу технологического процесса компании. Во время работы над множеством каталогов различной продукции, общее коли