Rozdíl výkonu single disku a více disků v RAIDu na ICH9R

Storage

22.8.2008

Shrnutí měření rychlosti čtení a zápisu pevných disků v zapojení Singledisc, RAID0 na 2 discích, RAID0 na 3 discích, RAID5 na 3 discích a RAID5 na 6 discích.

---

Úvod

Konečně si mohu ověřit věčné téma - má cenu RAID0 i s rizikem ztráty dat? Má RAID5 skutečně tak špatnou rychlost zápisu? Má smysl tvořit disková pole s více disky než je minimální množství nutné z technického hlediska?

Slovník

Během seznamování s diskovým řadičem a především všemi jeho schopnostmi jsem narazil na fakt, že pro neprofesionála podobné pojmy není možné jen tak zaměňovat, protože znamenají něco jiného.

Pevný disk

Pevný disk je základní stavební jednotkou diskových polí. Jedná se o jeden kus hardwaru.

Singledisc

Singledisc je zapojení samostatného pevného disku. Toto zapojení považujeme za výchozí (100%) vzhledem k posuzování výkonu, bezpečnosti a ceny/1GB. Singledisc je "disková jednotka".

"Disková jednotka"

"Disková jednotka" je množina obsahující prvky: Singledisc a Diskový svazek. "Disková jednotka" jako datové úložiště může obsahovat jeden nebo více diskových oddílů. Operační systém vnímá každou "diskovou jednotku" jako jeden kus hardwaru.

Diskový oddíl (partition)

Diskový oddíl je část "Diskové jednotky". Programy pracující jako správci souborů zobrazují jednotlivé partition jako "pevné disky".

Diskový řadič

Diskový řadič řídí čtení z pevného disku a převádí tato data pro "diskovou" sběrnici. V současnosti se diskové řadiče nachází na každém jednotlivém pevném disku.

Host adapter

Host adaptér přijímá data z "diskové" sběrnice a tato data převádí do podoby, kterou může číst procesor. Host adaptér se nachází na základní desce nebo na specializovaných kartách. Host adaptéru se v počítačových nadšeneckých kruzích nesprávně říká Diskový řadič.

Řadič RAID

Řadič RAID se může a nemusí nacházet mezi Diskovým řadičem a Host adaptérem. Tento řadič se stará o funkce RAID.

RAID

RAID je zapojení více disků na nějakou funkci. RAID se využívá především pro zvýšený výkonu nebo bezpečnosti úložného prostoru. Konkrétní funkce RAID přesahují rámec tohoto článku. Funkce RAID můžou být řízeny softwarově nebo hardwarově RAID řadičem.

Diskové pole

Diskové pole je spojení dvou a více disků, na diskovém poli je možné vytvořit jeden nebo více (záleží na řadiči RAID) svazků. Diskové pole zůstává viditelné na hardwarové úrovni nebo pro specializované programy, operační systém ho nevidí.

Diskový svazek

Diskový svazek je část diskového pole rozprostírající se na celém tomto poli. Na diskovém svazku se odehrává vlastní funkce RAID.

---

HD Tune 3.0 (čtení, přístupová doba)

Ještě než rozšířím své diskové pole, mám 3 volné pevné disky, na kterých můžu experimentovat. Testy na RAIDech probíhaly vždy na cca 2TB svazku, singledisc měl kapacitu 1TB.
Vzhledem k tomu, že na disku se tvoří oddíly/svazky vždy od krajů, kde je rychlost otáčení plotny nejvyšší, je vždy zobrazený výsledek ukázkou té nejrychlejší 2TB oblasti na poli.
Pro představu zátěže CPU jsem testoval na mém Core 2 Duo E6300 přetaktovaném na 3,15GHz.

Single disk 1TB

Jako výchozí budeme považovat výkon samostatného pevného disku.
Výkon při čtení je na jeden disk velmi dobrá hodnota přes 90MB/s. Přístupová doba je ovšem celkem špatná, disk holt pro data musí občas hýbnout raménkem přes celé datové mezikruží.
Rychlost zápisu je o něco menší, ale stále výborná hodnota blížící se 90MB/s.

RAID0 svazek 2TB (pole 2x1TB)

2TB RAID0 vytvořený na 2x1TB poli je již omezen vypnutím mezipaměti disků.
Při vypnuté mezipaměti nedosahujeme teoretického dvojnásobku v hodnotě 180MB/s, ale jen 150MB/s. Přístupová doba se proti jednomu disku slušně zlepšila. Parametry čtení i zápisu jsou podobné. Zapnutím mezipaměti rázem získáváme hodnotu 175MB/s, tedy téměř dvojnásobek rychlosti jednoho disku. Přístupová doba se proti vypnuté mezipaměti nezměnila.

RAID0 svazek 2TB (pole 3x1TB)

2TB RAID0 vytvořený na 3x1TB poli je již extrémně omezen vypnutím mezipaměti disků. S vypnutou mezipamětí nemá smysl RAID0 na 3x1TB poli provozovat.
Při vypnuté mezipaměti se stále pohybujeme jen kolem hodnoty 150MB/s. Přístupová doba je proti jednomu disku již o třetinu lepší. Zápis probíhá přibližně o 10MB/s rychleji než čtení. Zapnutím mezipaměti rázem získáváme hodnotu 280MB/s, tedy dokonce o trochu více než trojnásobek rychlosti jednoho disku. Přístupová doba se proti vypnuté mezipaměti nezměnila.

RAID5 svazek 2TB (pole 3x1TB)

2TB RAID5 vytvořený na 3x1TB poli je vypnutím mezipaměti disků při čtení omezen obdobně jako RAID0 na 2x1TB poli, tedy cca 150MB/s místo 180MB/s. Opravdu špatná nálada přichází při pohledu na rychlost zápisu při vypnuté mezipaměti - pouhých 35MB/s je jako z minulého století. S vypnutou mezipamětí nemá smysl RAID5 provozovat. Přístupová doba se nachází mezi hodnotami RAIDu0 na 2x1TB a 3x1TB poli a je tedy slušná.
Zapnutím mezipaměti rázem získáváme rychlost čtení srovnatelnou s RAID0 2x1TB tedy 175MB/s (což je vzhledem k rozstripování na 2 disky pochopitelné), rychlost zápisu se vyšvihla na 420% hodnoty s vypnutou mezipamětí, tedy cca 150MB/s. Přístupová doba se proti vypnuté mezipaměti nezměnila.

RAID5 svazek 2TB (pole 6x1TB)

Zlatým hřebem je 2TB RAID5 vytvořený na 6x1TB poli. Vypnutím mezipaměti disků při čtení jsme již nepřekvapivě omezeni na hodnotu cca 150MB/s. Testy zápisu jsem neprováděl, protože jsem na poli měl data. Přístupová doba se nachází na úrovni RAID0 na 3x1TB poli a je tedy o třetinu lepší než na samostatném disku.
Zapnutím mezipaměti rázem získáváme rychlost cca 440MB/s, tedy téměř pětinásobku rychlosti jednoho disku (opět vzhledem ke stripu na 5 částí pochopitelné). Přístupová doba se proti vypnuté mezipaměti nezměnila.

---

Jak tedy zapnu mezipaměť?

Otevřete Matrix Storage Manager - standardně C:\Program Files\Intel\Intel Matrix Storage Manager\Shell.exe. Pravým tlačítkem myši klikněte na svazek, kterému chcete mezipaměť zapnout a vyberte Zapnout zápis do mezipaměti svazku.

---

Shrnutí výkonu tabulkou

Abyste nemuseli otevírat všechny grafy, přináším vám jednoduchou tabulku s naměřenými parametry

---

Závěr

Konečně znám odpovědi na staré otázky, jejichž řešení kolovalo jen v mýtech.

RAID0 má smysl pro toho, kdo potřebuje levně získat úložiště s vysokou rychlostí čtení i zápisu a navíc bonusem v podobě snížení přístupové doby.

RAID5 má špatnou rychlost zápisu jen s vypnutou mezipamětí svazku. Se zapnutou mezipamětí se rychlost zápisu blíží součtu rychlostí zápisu disků (bez jednoho použitého na paritu), ze kterých je pole složeno.

Čím více disků v diskovém poli, tím lepší výkon.

Vždy mějte zapnutou mezipaměť svazku. Můžete tak mnohonásobně zvýšit výkon.