امروزه چيپ‌ست‌هاي مادربردها به شما امكان مي‌دهند كه متداول‌ترين آرايه‌هاي RAID را بدون نياز به هيچ كنترلر اضافي راه‌اندازي كنيد. در واقع تنها محدوديت شما در اين وضعيت، تعداد كانكتورهايي است كه كنترلر مادربرد در اختيارتان قرار مي‌دهد.

RAID درعمل (قسمت اول)

::  7 شهريور 1391  ::

 

 

اين روزها همه ما به‌دنبال ظرفيت بيشتر و عملكرد بالاتر براي فضاي ذخيره‌سازي خود هستيم. در واقع صنعت ذخيره‌سازي به هر طريق ممكن تلاش مي‌كند تا بازدهي محصولات و راه‌حل‌هاي خود را افزايش دهد. ارايه فناوري‌هايي مانند SATA-600، SSD، SAS م(Serial Attached SCSI) نيز در همين راستا هستند. در كنار استفاده از فناوري‌هاي مدرن، بهره‌گيري از پيكربندي‌هاي RAID نيز هميشه به‌عنوان يكي از راه‌حل‌هاي قابل اعتماد براي دستيابي به ظرفيت، عملكرد و اعتمادپذيري بالاتر مطرح بوده است. البته در گذشته استفاده از آرايه‌هاي RAID تنها به سرورهاي قدرتمند با كنترلرهاي اختصاصي حرفه‌اي و فوق‌العاده گران‌قيمت محدود مي‌شد. با اين‌حال امروزه چيپ‌ست‌هاي مادربردها به شما امكان مي‌دهند كه متداول‌ترين آرايه‌هاي RAID را بدون نياز به هيچ كنترلر اضافي راه‌اندازي كنيد. در واقع تنها محدوديت شما در اين وضعيت، تعداد كانكتورهايي است كه كنترلر مادربرد در اختيارتان قرار مي‌دهد.


با توجه به قابليت مذكور و همچنين كاهش چشمگير قيمت هارد‌ديسك‌ها در بازار، تصميم گرفتيم وضعيت عملكرد آرايه‌هاي RAID را روي يك مادربرد معمولي بررسي كنيم. به همين دليل، ما پيكربندي‌هاي مختلف RAID را با استفاده از 4 هارد ديسك روي يك مادربرد مبتني بر چيپ‌ست اينتل آزمايش خواهيم كرد. آزمايش‌هاي مختلف نشان داده‌اند كه چيپ‌ست‌هاي اينتل در زمينه كنترل و عملكرد RAID در سطح بهتري نسبت به چيپ‌ست‌هاي AMD يا Nvidia قرار مي‌گيرند. از سوي ديگر، امروزه بخش عمده كاربران ايراني نيز از مادربردهاي مبتني بر چيپ‌ست اينتل استفاده مي‌كنند. البته هدف اصلي ما، نشان دادن سطح عملكرد پيكربندي‌هاي مختلف RAID است و اين نسبت عملكرد تقريبا روي ساير چيپ‌ست‌ها نيز مشاهده مي‌شود.
همان‌طور كه قبلا نيز اشاره كرديم، پيكربندي‌هاي ما با استفاده از 4 هارد‌ديسك راه‌اندازي شده‌اند. ما براي اين آزمايش‌ها از درايوهاي يك ترابايتيSeagate 7200.12 استفاده كرديم كه محصولات متداول بازار داخلي به‌شمار مي‌آيند. اين درايوها داراي سرعت چرخش 7200 دور در دقيقه بوده، از اينترفيس SATA-300 استفاده مي‌كنند و به 32 مگابايت كاشه مجهز هستند.


از سوي ديگر، ما براي انجام آزمايش‌ها از يك مادربرد مبتني بر چيپ‌ست X58 استفاده كرديم. اين مادربرد از پل جنوبي ICH10R استفاده مي‌كند. وجود حرف R در انتهاي نام تراشه‌هاي پل جنوبي اينتل به معناي پشتيباني نسخه مورد نظر از پيكربندي‌هاي RAID است. اين كنترلر، 6 درگاه SATA-300 را در اختيار شما قرار مي‌دهد. بنابراين شما مي‌توانيد آرايه‌هاي RAID را حداكثر با 6 هارد ديسك روي اين مادربرد راه‌اندازي كنيد.


فرآيند راه‌اندازي انواع پيكربندي‌هاي RAID روي اين مادربرد در مقاله با اينتل RAID بسازيد توضيح داده شده است. تمركز ما در اين مقاله روي بررسي عملكرد اين پيكربندي‌ها خواهد بود. ما براي انجام آزمايش‌هاي خود از يك سيستم ميزبان با پيكربندي زير استفاده كرده‌ايم:
- پردازنده: Intel Core i7-930 م(2,8 گيگاهرتز)
- مادربرد: Asus P6X58D Premium (با چيپ‌ست X58)
- حافظه: 6 گيگابايت Crucial Ballistix Tracer
- سيستم عامل: Windows 7 Ultimate 64bit
- هارد ديسك سيستم‌عامل: WD Caviar Black 1TB (SATA3)
- هارد‌ديسك‌هاي آرايه RAID: چهار درايو Seagate 7200.12 1TB
همان‌طور كه مشاهده مي‌كنيد، ما براي سيستم عامل از يك هارد ديسك جداگانه استفاده كرده‌ايم. البته اين امكان وجود دارد كه سيستم عامل خود را پس از راه‌اندازي آرايه RAID روي Volume ايجاد شده نصب كنيد، اما با توجه به اين‌كه ما تصميم داريم پيكربندي‌هاي مختلفي را آزمايش كنيم، اين روش تاحدودي غيرمنطقي است. از سوي ديگر، نصب سيستم عامل روي فضاي ذخيره‌سازي RAID با پيچيدگي‌هاي عملياتي خود همراه است و هر اشكالي در رابطه با اين آرايه باعث مي‌شود كه امكان بوت عادي سيستم خود را از دست بدهيد. بنابراين معمولا توصيه مي‌شود كه براي سيستم عامل خود از يك ديسك مجزا از آرايه RAID استفاده كنيد.همان‌طور كه در مقاله آشنايي با RAID و پيكربندي‌هاي آن توضيح داديم، هدف اصلي از پياده‌سازي چنين آرايه‌اي افزايش كارايي يا قابليت اعتمادپذيري فضاي ذخيره‌سازي شما در مقايسه با وضعيتي است كه از يك يا چند هارد ديسك به‌صورت منفرد استفاده مي‌كنيد. بنابراين، وقتي نوبت به بررسي عملكرد يك آرايه RAID مي‌رسد، پيش از هر چيز بايد آن را با همين وضعيت عادي مقايسه كنيم. خوب، اجازه بدهيد براي برداشتن اولين قدم ابتدا عملكرد يك درايو Seagate 7200.12 را به‌تنهايي اندازه‌گيري كنيم. اين كار باعث مي‌شود ايده خوبي از تغييرات كلي عملكرد فضاي ذخيره‌سازي پس از چند درايو در يك آرايه RAID به‌دست آوريم. براي آزمايش عملكرد فضاي ذخيره‌سازي در حالت‌هاي مختلف، ما از يوتيليتي HD Tune Pro استفاده كرده‌ايم كه بازدهي يك درايو را در كل فضاي ذخيره‌سازي آن ارزيابي مي‌كند. شما در نمودارهاي ارايه شده مقادير حداقل، متوسط و حداكثر سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات توسط درايو يا آرايه RAID مورد نظر را مشاهده خواهيد كرد. به اين ترتيب مي‌توانيم ببينيم كه هر وضعيت چه تاثيري بر عملكرد فضاي ذخيره‌سازي ما داشته است.




شكل 1: عملكرد يك درايو Seagate 7200.12


خوب همان‌طور كه مي‌بينيد، درايو مورد استفاده ما اطلاعات را حداكثر با سرعت 132 مگابايت در ثانيه مي‌خواند. در اين حالت، حداقل سرعت خوانده شدن اطلاعات توسط درايو به 62,2 مگابايت بر ثانيه مي‌رسد. هنگام نوشتن اطلاعات نيز حداكثر و حداقل سرعت درايو به‌ترتيب معادل 127,9 و 61,6 مگابايت بر ثانيه خواهد بود. از سوي ديگر، متوسط سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات براي يك ديسك 7200.12 به ترتيب معادل 104,8 و 98,3 مگابايت بر ثانيه است.


ارزيابي وضعيت و سطح كارايي درايو Seagate در مركز توجه اين مقاله ما قرار ندارد. در واقع ما از اين اعداد و ارقام تنها به‌عنوان يك مرجع براي مقايسه تغييرات عملكردي پس از راه‌اندازي آرايه‌هاي RAID استفاده خواهيم كرد. حال اجازه بدهيد بخش واقعي آزمايش را شروع كرده و تعداد بيشتري از درايوهاي Seagate 7200.12 را وارد آزمايش كنيم.

RAID 0
در اولين آزمايش، ما 4 درايو 7200.12 را در يك آرايه RAID 0 پيكربندي كرديم. اين درايوها به درگاه‌هاي SATA-300 مادربرد متصل شده‌اند. در هنگام راه‌اندازي يك آرايه RAID 0، چيپ‌ست اينتل به شما اجازه مي‌دهد كه از تمام درگاه‌هاي كنترلر آن استفاده كنيد، بنابراين مادربرد مورد استفاده ما حداكثر از يك آرايه با 6 هارد ديسك پشتيباني مي‌كند. با اين‌حال از آنجايي كه مي‌خواهيم به يك مقايسه معني‌دار در شرايط مختلف برسيم، 4 درايو براي آزمايش‌هاي ما كافي خواهند بود.پس از پيكربندي 4 درايو يك ترابايتي در يك آرايه RAID 0، شما يك Volume با ظرفيت 4 ترابايت را به‌دست خواهيد آورد. بنابراين ظرفيت چنين آرايه‌اي معادل مجموعه ظرفيت درايوهاي شركت‌كننده در آن خواهد بود. اما اجازه بدهيد ببينيم كه اين تركيب چه تاثيري بر عملكرد كلي آرايه مي‌گذارد:




شكل 2: آرايه RAID 0



هنگام نوشتن اطلاعات روي آرايه، حداكثر سرعت به 212 مگابايت بر ثانيه مي‌رسد كه نزديك به دو برابر عملكرد يك درايو منفرد است. از سوي ديگر، حداقل سرعت به 54,5 مگابايت بر ثانيه كاهش پيدا كرده كه پايين‌تر از حداقل امتياز درايو 7200.12 است. در وضعيت خواندن اطلاعات با شرايط بهتري مواجه هستيم. اين بار حداكثر سرعت به 242,5 مگابايت بر ثانيه مي‌رسد اما حداقل سرعت از 110,6 مگابايت بر ثانيه پايين‌تر نمي‌رود. اين بار تقريبا هر دو سطح عملكرد آرايه به دو برابر امتيازهاي يك درايو واحد نزديك شده‌اند. مقادير متوسط سرعت‌هاي نوشتن و خواندن اطلاعات روي آرايه RAID 0 ما معادل 163,8 و 215,5 مگابايت بر ثانيه هستند. بنابراين مي‌توان نتيجه گرفت كه آرايه ما به‌طور متوسط در هنگام نوشتن اطلاعات به دو برابر عملكرد يك داريو واحد نزديك مي‌شود، در حالي كه هنگام خواندن اطلاعات از دو برابر عملكرد يك درايو نيز سريع‌تر است.


توجه داشته باشيد كه گذشته از عملكرد چيپ‌ست در اداره آرايه RAID (كه بعدا به‌طور مفصل درباره آن صحبت خواهيم كرد)، پارامترهاي ديگري مانند اندازه Stripe تعيين شده براي آرايه، تعداد درايو‌هاي عضو آرايه و همچنين اندازه و نوع فايل‌هايي كه روي درايو نوشتن يا خوانده مي‌شوند نيز بر سرعت واقعي عمليات تاثيرگذار خواهند بود. بنابراين در دنياي واقعي ممكن است با مقادير و سرعت‌هاي بالاتر يا پايين‌تري نسبت به اين اعداد و ارقام دست پيدا كنيد. اما از آنجايي كه نوع اطلاعات مورد استفاده يوتيلتي HD Tune Pro در تمام آزمايش‌ها يكسان است، مي‌توانيم از اين نتايج براي مقايسه عملكرد در شرايط مختلف استفاده كنيم.


در مجموع مي‌توان گفت كه آرايه ما عملكرد چشمگيري را به نمايش گذاشته است. در اينجا يك نكته قابل توجه به چشم مي‌خورد. اگر تصور كنيم هر يك از درايوهاي Seagate 7200.12 قيمتي در حدود هفتاد هزار تومان دارند، اين آرايه براي ما 280000 تومان هزينه داشته است. البته ما با پرداخت اين هزينه فضايي معادل 4 ترابايت را به‌دست آورده‌ايم. از سوي ديگر، سطح عملكرد آرايه در حد يك درايو SSD متداول يا حتي بالاتر از آن است. در حالي كه اگر بخواهيم با هزينه مشابهي يك درايو SSD را انتخاب كنيم، بايد حداكثر به سراغ ظرفيت‌هاي 50 يا 64 گيگابايتي اين درايو‌ها برويم. از سوي ديگر، ريسك بروز خرابي در آرايه ما به 4 برابر افزايش پيدا مي‌كند و در عين حال نبايد ميزان مصرف برق و گرماي توليد شده توسط آن را فراموش كنيم.


هدف ما از اشاره به مطلب فوق اين نيست كه الزاما چنين آرايه‌اي بر استفاده از يك درايو SSD ارجحيت خواهد داشت. در واقع بايد به اين نكته توجه داشته باشيد كه شرايط سيستم، نيازهاي شما و سطح بودجه‌اي كه در نظر گرفته‌ايد مشخص مي‌كنند كدام راه‌حل بهترين گزينه براي شما خواهد بود. به‌عبارت ساده‌تر هيچ‌يك از اين دو گزينه نمي‌توانند بهترين انتخاب براي تمام كاربران باشند. يك‌بار ديگر به اين توصيه هميشگي خود اشاره مي‌كنيم كه پيش از انجام خريد و صرف هزينه بايد نيازهاي خود و امكانات گزينه‌هاي موجود را به‌خوبي بشناسيد.


خوب، وضعيت متمركز بر عملكرد را آزمايش كرديم، اما در اينجا هيچ پارامتر حفاظتي براي اطلاعات ما وجود ندارد و بروز نقص در يكي از درايوهاي آرايه مي‌تواند تمام اطلاعات ما را نابود كند. حال اجازه بدهيد ببينيم كه اگر بخواهيم بر حفاظت از اطلاعات خود تمركز كنيم با چه شرايطي مواجه خواهيم بود.

RAID 1
هنگام پيكربندي درايوها در يك آرايه RAID 1، چيپ‌ست اينتل تنها از دو درايو استفاده مي‌كند. بنابراين ما با 4 درايو مورد استفاده خود مي‌توانيم دو آرايه جداگانه را ايجاد كنيم. با اين‌حال، از آنجايي كه عملكرد اين دو آرايه هيچ تفاوتي با يكديگر ندارد، بررسي وضعيت يكي از آن‌ها براي ما كافي است. تركيب دو درايو يك ترابايتي در يك آرايه RAID 1، فضايي معادل يك ترابايت را در اختيار شما قرار مي‌دهد. بنابراين شما نيمي از فضاي كلي هاردهاي خود را در اختيار خواهيد داشت. با اين‌حال، هارد ديسك دوم يك كپي كامل از اطلاعات شما را در خود دارد و به همين دليل حتي در صورتي كه هارد ديسك اول كاملا از كار بيفتد، شما بلافاصه نسخه كامل اطلاعات خود را در اختيار خواهيد داشت. اما اجازه بدهيد ببينيم كه در اين وضعيت عملكرد آرايه ما چگونه خواهد بود.



شكل 3- آرايه RAID 1



خوب در هنگام نوشتن اطلاعات به ترتيب با مقادير 125,1، 94,9 و 54 مگابايت بر ثانيه به‌عنوان حداكثر، متوسط و حداقل سرعت مواجه هستيم. از سوي ديگر، هنگام نوشتن اطلاعات نيز اين مقادير به 126,4، 98,8 و 61,1 مگابايت بر ثانيه مي‌رسند. همان‌طور كه مي‌بينيد، عملكرد آرايه RAID 1 ما تقريبا مشابه يك درايو واحد اما كمي پايين‌تر از آن است. البته اين موضوع چندان تعجب‌آور نيست زيرا كنترلر با آرايه به‌عنوان يك ديسك واحد رفتار مي‌كند در حالي كه مجبور است كل اطلاعات را به هر دو درايو انتقال دهد. بنابراين مي‌توان نتيجه گرفت كه با راه‌اندازي يك آرايه RAID 1 تغيير چنداني در عملكرد سيستم به چشم نمي‌خورد، اما شما به‌طور كامل از اطلاعات خود حفاظت كرده‌ايد.


در اين وضعيت سيستم ما 2 ترابايت فضاي ذخيره‌سازي را با 4 هاردديسك و دو آرايه RAID 1 در اختيار خواهد داشت. به اين ترتيب حتي تا زماني كه يك درايو از هر آرايه دچار خرابي شود نيز كل اطلاعات ما در امنيت قرار خواهد داشت. با اين‌حال، هزينه پرداخت شده نسبت به ظرفيت قابل دسترسي، دو برابر وضعيت عادي خواهد بود اما هيچ بهبودي در عملكرد به‌دست نخواهيم آورد.اما آيا روشي وجود ندارد كه بتوانيم هر دو مزيت يعني امنيت اطلاعات و بهبود عملكرد را در اختيار داشته باشيم. دو پيكربندي بعدي كه در كه قسمت دوم اين مقاله به بررسي آن‌ها خواهيم پرداخت با همين هدف طراحي شده‌اند.