Быстро и гибко

RAID и жестких дисков SAS/SATA от Adaptec, Broadcom, LSI, Maxtor и Seagate.

Параллельная технология жестких дисков SCSI и IDE/ATA достигла своих физических пределов.

В случае Ultra-320-SCSI скорость передачи данных составляет 320 Мбайт/с, однако еще большей скорости можно добиться лишь при очень высоких технических издержках. Кроме того, параллельная шинная технология обладает тем недостатком, что все подключенные к одной шине диски должны делить между собой пропускную способность. Для Ultra-320-SCSI это означает, что за 320 Мбайт/с конкурируют до 15 жестких дисков. К тому же данные могут передаваться либо в одном, либо в другом направлении (полудуплексный режим).

Для преодоления этих ограничений производители жестких дисков и контроллеров разработали технологии Serial Attached SCSI (SAS) и Serial ATA (SATA). В них используются последовательные двухточечные соединения, по которым данные могут передаваться в обоих направлениях (полнодуплексный режим). При этом каждому подключенному устройству предоставляется полная пропускная способность в его исключительное пользование. На сегодняшний день SAS гарантирует максимальную пропускную способность 300 Мбайт/с при скорости 3 Гбит/с. Стандарт SATA-1 предлагает около 150 Мбайт/с, а SATA-2 (он уже на подходе) будет обеспечивать передачу данных со скоростью до 300 Мбайт/с.

Существенное преимущество последовательной передачи состоит в том, что к контроллеру SAS могут подключаться диски как SAS, так и SATA. Это позволяет достичь немыслимой до сих пор гибкости при конфигурации подсистем хранения. Обратный же вариант — подключение дисков SAS к контроллерам SATA — невозможен.

ХОРОШАЯ МАСШТАБИРУЕМОСТЬ

Протестированные контроллеры RAID SAS/SATA обладают восемью внутренними последовательными портами (каждый по 300 Мбайт/с) и, таким образом, имеют суммарную пропускную способность в 2400 Мбайт/с. Остается только дождаться, когда ее можно будет задействовать полностью, поскольку жесткие диски SCSI пока не в состоянии в течение длительного времени поддерживать скорость передачи 300 Мбайт/с.

Разработчики стандарта позаботились и о масштабируемости скорости передачи данных в будущем. График разработки SAS предусматривает увеличение пропускной способности до 12 Гбит/с, что позволит передавать данные со скоростью 1200 Мбайт/с.

Количество подключаемых к контроллеру устройств также было увеличено, причем в случае SAS очень заметно. Одна-единственная система SAS в состоянии управлять 16 384 устройствами. Для этого используются так называемые расширители SAS, через которые любой хост может обращаться к любому оконечному устройству. Между тем предусматриваемый в SATA-2 умножитель портов способен поддерживать не более 15 устройств, причем без каскадирования.

При использовании SAS доступная пропускная способность может быть увеличена путем агрегации каналов — объединения четырех каналов в один так называемый «широкий порт», что может понадобиться, к примеру, при построении соединения между контроллерами SAS и расширителями во избежание возникновения на этом участке эффекта «бутылочного горлышка».

ТЕСТИРУЕМЫЕ УСТРОЙСТВА И ТЕСТОВАЯ СРЕДА

В сравнительном тестировании LANline проверялись недавно выпущенные контроллеры RAID SAS/SATA от Adaptec, Broadcom и LSI. Для каждого проводилось несколько серий измерений с жесткими дисками SAS/SATA от Maxtor и Seagate. В качестве тестового сервера использовался PowerEdge 2800 от Dell под управлением Windows Server 2003. Перед установкой первого контроллера был создан образ системного раздела с целью обеспечить одинаковую операционную среду для всех устройств.

PowerEdge 2800 имеет два порта PCI Express — четырех- и восьмискоростной. Broadcom оснастила свой контроллер RAID четырехскоростным интерфейсом PCI Express, тогда как Adaptec и LSI предусмотрели в два раза более быструю восьмискоростную версию. В случае PCI Express речь, кроме того, идет о еще одной последовательной технологии передачи, которая должна прийти на смену прежним параллельным шинам PCI и PCI-X в качестве серверного интерфейса ввода/вывода. PCI Express объединяет несколько последовательных соединений (каналов), причем каждому каналу доступна пропускная способность в 250 Мбайт/с (в полнодуплексном режиме). Следовательно, четырехскоростной вариант поддерживает скорость 1 Гбайт/с в каждом направлении, а восьмискоростной — 2 Гбайт/с.

ДИСКИ SAS И SATA ОТ MAXTOR И SEAGATE

На момент проведения тестирования еще не было известно, что Seagate вскоре купит своего конкурента Maxtor. Поэтому контроллеры RAID тестировались с жесткими дисками SAS и SATA от Maxtor и Seagate. Maxtor предоставила диск Atlas 15K II SAS с емкостью 147 Гбайт и скоростью вращения 15 тыс. оборотов/мин. Аналог от Seagate назывался Cheetah 15K.4 с емкостью 146 Гбайт и такой же скоростью вращения. Диск Seagate стоит около 700 евро, диск Maxtor несколько дороже — более 750 евро. Однако это лишь приблизительные цены, поскольку при крупных заказах даются ощутимые скидки.

Из дисков SATA для тестирования были доступны только диски первого поколения SATA. Maxtor предоставила диски Maxline III SATA 150 с емкостью 300 Гбайт по цене 150 евро, Seagate — модель NL35 с емкостью 400 Гбайт и стоимостью 240 евро.

КОНТРОЛЛЕРЫ RAID ДЛЯ SAS/SATA ОТ ADAPTEC, BROADCOM И LSI

Для тестирования Adaptec предложила контроллер 4805SAS последней версии, а Broadcom — бета-версию нового контроллера BC5550-8E. У LSI в конце 2005 г. также была в наличии лишь бета-версия контроллера MegaRAID SAS8408E.

Все три контроллера RAID поддерживают устройства как SAS, так и SATA-2 с пропускной способностью 3 Гбит/с. К стандартному функционалу относится конфигурация диска «горячего» резерва, который задействуется при отказе одного из дисков. В ближайшем будущем Adaptec, Broadcom и LSI собираются предложить кэш с аварийным питанием от батареи в качестве дополнительной опции. Это необходимо для того, чтобы сохраненные в кэше данные не были утеряны при отказе контроллера.

Каждое устройство обладает текстовым инструментом дозагрузочной конфигурации, при помощи которого можно провести важнейшие настройки контроллера, и гораздо более удобным графическим интерфейсом управления, посредством которого можно также управлять контроллером RAID удаленно. В стандартный пакет поставки входит специальный инструмент для администрирования через командную строку. Инсталляция контроллеров происходит в случае Windows по одной и той же схеме: выключение сервера, установка контроллера, загрузка машины и инсталляция необходимых драйверов для Windows.

ADAPTEC 4805SAS

Как оказалось, только у RAID 4805SAS от Adaptec помимо двух внутренних интерфейсов SAS имеется еще и внешний коннектор SAS. С его помощью можно подключить восемь дополнительных устройств, так что одна карта способна управлять 16 жесткими дисками. В случае 4805SAS речь идет о восьмискоростной карте PCI Express с оперативной памятью объемом 128 Мбайт, который при необходимости увеличивается до 256 Мбайт. В качестве опции можно приобрести модуль с батареями, благодаря чему находящиеся в кэше данные могут храниться от двух до трех суток. Размер полосы (stripe) предусматривает семь значений — от 16 до 1024 Кбайт. Стандартно Adaptec использует 256 Кбайт.

Карта 4805SAS подходит для серверов с различными операционными системами, в том числе с Windows 2000, 2003, XP, Novell NetWare, Red Hat SuSe, а также FreeBSD. Во время процесса загрузки администратор может вызвать знакомое по контроллерам SCSI текстовое меню настройки. Для конфигурации самозагружаемого дискового массива необходим, по утверждению специалистов Adap-tec, поддерживаемый BIOS инструмент. Все остальные задачи гораздо удобнее решать через графический интерфейс управления.

Контроллер 4805SAS реализует уровни RAID 0, 1, 5, 10 и 50. С недавнего времени в стандартный пакет входит поддержка уровней 1Е, 5ЕЕ, 6 и 60. RAID 1Е позволяет зеркалировать и неравное количество дисков. В случае 5ЕЕ речь идет о массиве RAID 5 с одним диском «горячего» резерва, распределенным минимум по четырем жестким дискам. 5ЕЕ обладает тем преимуществом, что после отказа диска восстановление происходит быстрее. RAID 6 сравним с RAID 5, однако в нем используется не один, а два независимых друг от друга набора данных о четности. Поэтому данные можно полностью восстановить даже при одновременном отказе двух дисков.

Контроллер Adaptec также в состоянии использовать общую емкость хранения при применении в одном дисковом кластере дисков разной емкости. Функция обратного копирования позволяет копировать данные с диска «горячего» резерва на исходный диск после его замены. Кроме того, за отдельную плату можно приобрести функцию создания моментальных копий, при помощи которой полные образы жесткого диска могут копироваться с одного сервера на один или несколько других.

Возможны также оперативное расширение массива RAID или миграция с одного уровня RAID на другой. Во время тестирования массив RAID 0 был расширен в оперативном режиме, а затем проведена миграция с нулевого уровня на пятый уровень, что прошло без прерывания работы. Обратный вариант, т. е. расширение массива RAID 5 в оперативном режиме и последующая его трансформация в RAID 0, также не вызвал проблем. Базовая модель контроллера Adaptec 4805SAS стоит около 1000 евро.

RAIDCORE BC5550-8E ОТ BROADCOM

Компания Broadcom для сравнительного тестирования LANline предоставила бета-версию контроллера RAIDcore BC5550-8E. Эта модель оснащена процессором MIPS и интегрирует все функции на одной микросхеме. Она обладает двумя внутренними портами для подключения восьми устройств. (К модели 4Е подключаются максимум четыре устройства.)

В качестве интерфейса ввода/вывода Broadcom выбрала четырехскоростной вариант PCI Express. Контроллер поддерживает SAS и SATA-2 со скоростью 3 Гбит/с. Протестированная модель оснащена оперативной памятью объемом 256 Мбайт. Опциональный кэш с аварийным питанием от батарей должен появиться летом. Карта может использоваться с серверами под управлением Windows или Linux. В ближайшее время Broadcom обещает выпустить комплект разработки программного обеспечения (Software Development Kit, SDK), при помощи которого можно будет компилировать драйверы для других операционных систем.

Для конфигурации контроллера Broadcom тоже предлагает дозагрузочное меню, инструмент для работы с командной строкой, а также графический интерфейс управления RAIDcore Management Suite — очень простой в обслуживании. К сожалению, окно инструмента занимает весь экран и не может быть уменьшено, что доставляет немало неудобств. Нельзя изменить и ширину полосы, по умолчанию она составляет 64 Кбайт. В этом отношении конкуренты предлагают большую гибкость. BC5550-8E поддерживает уровни RAID 0, 1, 10, 5, 50, 1n, 10n, а также JBOD. Опция n подразумевает зеркальное копирование данных сразу на несколько дисков. Кроме того, контроллер способен использовать один и тот же физический диск в нескольких массивах RAID, предусматривает поддержку как глобального резерва, доступного сразу для нескольких массивов RAID одновременно, так и распределенного «горячего» резерва.

Функцию зеркалирования Broadcom также реализовала очень хорошо. BC5550-8E не только разделяет зеркало на два независимых массива, но и скрывает его от операционной системы, защищая таким образом от ошибок пользователей, дефектов жестких дисков или вирусных атак. При помощи функции объединения контроллеров несколькими картами Broadcom можно управлять как одним 32-портовым контроллером.

Рисунок 1. Контроллер Broadcom позволяет увеличить имеющийся массив RAID и гибко проводить миграции между уровнями RAID.

BC5550-8E поддерживает как оперативное расширение массивов RAID, так и оперативную миграцию уровней RAID (см. Рисунок 1). Но для этого, как и в случае Adaptec, необходима дополнительная лицензия. Во время тестирования массив RAID 0 объемом 1 Гбайт сначала был увеличен до 10 Гбайт при помощи функции преобразования контроллера. Затем точно так же была проведена миграция с уровня RAID 0 на уровень RAID 5 без каких-либо проблем. Стоимость контроллера Broadcom на момент подготовки номера к печати была еще не определена.

LSI MEGARAID SAS8408E

В случае контроллера MegaRAID SAS8408E, предоставленного компанией LSI Logic, речь, как и у Broadcom, шла о бета-версии. Окончательная версия, выход которой был намечен на начало 2006 г., уже должна быть доступной на момент публикации этой статьи.

Карта PCI Express 8x от LSI обладает двумя внешними соединителями SAS, к которым подключаются до восьми жестких дисков. LSI предлагает также модель 8480Е с двумя внешними подключениями SAS, правда, без внутренних портов. Обе карты поддерживают SAS и SATA-2 со скоростью 3 Гбит/с.

Протестированный контроллер был оснащен кэшем объемом 256 Мбайт и энергонезависимой памятью емкостью 32 Кбайт. В качестве процессора ввода/вывода применяется IOP333I производства Intel.

Выпуск модуля кэша с аварийным питанием от батарей ожидался вскоре после завершения тестирования. Особенность решения LSI заключается в том, что батарея подключается непосредственно к кэшу и интегрируется вместе с модулем RAM в другой контроллер. Таким образом, запасная карта может использовать данные, сохраненные в кэше неисправного контроллера.

Рисунок 2. Наглядный графический интерфейс LSI предоставляет администратору хранения все функции, которые ему потребуются для конфигурации физических или логических накопителей.

Ширина полосы у 8408E индивидуально изменяется с разными приращениями от 8 до 128 Кбайт. Поддержка операционных систем столь же широка, как и у Adaptec: контроллер работает под управлением Windows, Linux, NetWare, FreeBSD и SCO. Для управления контроллерами LSI наряду с дозагрузочным инструментом поставляет графическое программное обеспечение для управления MegaRAID Storage Manager Vivaldi (см. Рисунок 2). Кроме того, контроллер конфигурируется и через командную строку.

8408Е поддерживает уровни RAID 0, 1, 5, 10, 50. К середине 2006 г. должна быть добавлена поддержка RAID 6 и RAID 60. Эти функции будут доступны бесплатно путем обновления встроенного программного обеспечения. Контроллер LSI, как и его конкуренты, позволяет расширять имеющиеся массивы RAID и проводить миграции с одного уровня RAID на другой. Кроме того, из массива RAID можно удалять отдельные диски, не уменьшая его размера.

ЗАМЕТНЫЕ РАЗЛИЧИЯ В ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Отказ жесткого диска массива RAID 1 или RAID 5 все три контроллера компенсируют без отрицательного воздействия на процесс работы. После добавления в массив RAID диска «горячего» резерва процедура восстановления начинается автоматически.

Измерение производительности осуществлялось при по-мощи инструмента Iometer. Как уже упоминалось, каждый контроллер RAID тестировался со всеми четырьмя типами жестких дисков, причем всякий раз поочередно конфигурировались уровни RAID 0, 1 и 5. Конфигурация RAID 0 в целях достижения высокой скорости передачи данных состояла из четырех жестких дисков, массив RAID 5 — из трех жестких дисков и одного диска «горячего» резерва, а производительность массива RAID 1 проверялась для двух зеркальных жестких дисков.

Для каждого контроллера проводилось 12 измерений. При этом всегда использовалась одинаковая нагрузка, состоявшая из пакетов объемом 64 и 128 Кбайт, 1 и 10 Мбайт, причем чтение и запись выполнялись как последовательным, так и случайным образом. Наряду с доступом только для чтения или только для записи рассматривалась их комбинация: две трети приходилось на чтение и треть — на запись. Кроме того, тестировалась схема доступа, типичная для баз данных.

По итогам всех 36 тестов оказалось, что часть результатов существенно различается. В частности, некоторые контроллеры RAID показали лучшие результаты с дисками Maxtor, но не с дисками Seagate, в то время как ситуация с другими адаптерами была полностью противоположна. Важную роль играл размер блока. Так, контроллер Broadcom при очень маленьком размере блока достиг с дисками SATA от Seagate почти вполовину большей скорости, чем с дисками Maxtor. В случае контроллера Adaptec, напротив, скорость передачи данных массива RAID 0 при размере блока до 1 Мбайт с дисками Maxtor была вдвое выше результатов с дисками Seagate. Диски Seagate, в свою очередь, оказались лучше при передаче блоков размером 10 Мбайт.

Измерения также показали, в чем заключаются сильные и слабые стороны протестированных устройств. Так, Bro-adcom лидировала по производительности при работе с массивами RAID 1, при то время как Adaptec выделялась, когда речь шла о конфигурациях RAID 5.

Контроллер Broadcom достиг максимальной скорости в 221,7 Мбайт/с в случае RAID 1 — при использовании дисков SAS от Maxtor и последовательном доступе к блокам объемом 10 Мбайт при отношении количества операций доступа для записи и чтения два к одному (см. график «Broad Maxtor SAS RAID 1» на Рисунке 3). Контроллер Adaptec в конфигурации RAID 5 показал наилучшее значение 375 Мбайт/с с жесткими дисками Seagate при последовательной записи блоков объемом 10 Мбайт (см. график «Adaptec Seagate SAS RAID 5» на Рисунке 4). Контроллер от LSI продемонстрировал лучшие результаты при последовательном чтении с массивами RAID 0 и большими блоками объемом 10 Мбайт, которые он считывал с дисков SAS от Maxtor со скоростью 709 Мбайт/с (см. график «LSI Maxtor SAS RAID 0» на Рисунке 5). При последовательной записи контроллер LSI с дисками Seagate показал максимальную скорость в 303 Мбайт/с.

В общем и целом, то, что Broadcom лидирует в случае массивов RAID 1, Adaptec — массивов RAID 5, а LSI, по крайней мере, частично обладает преимуществом при передаче крупных блоков, верно как для тестов SAS, так и для SATA. Что бросается в глаза, производительность контроллеров LSI, как правило, заметно выше при применении дисков Maxtor, чем дисков Seagate. Наиболее сбалансированные впечатления оставили тесты производительности адаптера RAID от Broadcom: результаты, достигнутые с дисками Maxtor и Seagate, в большинстве случаев мало чем отличались и нередко оказывались наилучшими.

Разница между измеренной пропускной способностью дисков SAS и SATA была заметна прежде всего при передаче крупных блоков, причем более высокую производительность показали диски SAS.

НОВЫЕ УРОВНИ RAID 5ЕЕ И 6

В дополнительно проведенных тестах производительности с уровнями RAID 5ЕЕ и 6 (на данный момент их поддерживает только компания Adaptec) были выявлены заметные отличия между типами устройств разных производителей жестких дисков. Диски SAS от Seagate в конфигурации 5ЕЕ позволили достичь больших скоростей передачи данных, чем диски Maxtor, практически со всеми использованными в процессе тестирования размерами блоков.

Совершенно обратная ситуация сложилась, когда установили диски SATA: в этом случае диски Maxtor были, как правило, значительно быстрее. При тестах с массивами RAID 6 диски SAS от Maxtor показали гораздо лучшие результаты. Массив RAID 6 из дисков SATA, напротив, имел примерно одинаковую производительность в случае дисков Seagate и Maxtor.

По сравнению с обычным массивом RAID 5 производительность массива RAID 5ЕЕ примерно на 10% ниже. В массиве RAID 6 из-за того, что информация о четности записывалась дважды, снижение производительности достигает 15-20%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Последовательные технологии жестких дисков SAS и SATA, по всей видимости, достаточно быстро утвердятся на рынке, поскольку они не только увеличивают производительность, но и предлагают более высокую гибкость, в особенности при смешанном использовании устройств SAS и SATA. Сравнительное тестирование LANline показало, что представленные на рынке контроллеры RAID и жесткие диски SAS/SATA обладают заметными различиями в производительности. Однако безоговорочного победителя или проигравшего нет: итоговые результаты зависят от первичной цели применения — от уровня RAID или размера блока.

Кристофер Ланге — постоянный внештатный сотрудник LANline. С ним можно связаться по адресу: mw@lanline.awi.de.

? AWi Verlag