RAID TALLENNUSTEKNIIKKA

Transkriptio

1 TEKSTI, TESTIT JA KUVAT: VESA YLÄ-JÄÄSKI, JANNE ANTSON RAID turvaa tiedot Kiintolevyrikko voi olla katastrofi, jos siihen ei ole varautunut. Vikasietoisessa levyryppäässä tieto säilyy, vaikka yksittäinen kiintolevy rikkoutuisi. Ide- ja s-ata-raidit tuovat suojan myös työasemiin ja pien-palvelimiin. JARI TOMMINEN Hienoinkin kiintolevy voi periaatteessa mennä rikki koska tahansa. Tästä syystä tärkeä tieto pitää varmistaa tarpeiden mukaan mitoitetulla ja toteutetulla varakopioinnilla. Yksi tapa parantaa tiedon turvaa ovat vikasietoiset raid-kiintolevyjärjestelmät (redundant array of inexpensive disks). Raidin idea on muodostaa tavallisista kiintolevyistä ryväs, joka on yksittäisiä kiintolevyjä suorituskykyisempi tai luotettavampi. Vikasietoisuuden ansiosta järjestelmän toiminta ei häiriinny, vaikka yksittäinen komponentti kiintolevy menisi rikki. Kun hitaimmat osat eli levyasemien hakuvarret koordinoidaan nokkelasti toimimaan rinnakkain, ryväs on nopeampi kuin yksittäinen kiintolevy. Yleensä raid-järjestelmä rakennetaan erikoislevyohjaimen avulla eli raudalla. Myös ohjelmistopohjainen ratkaisu on mahdollinen. Ohjain voi sijaita joko emolevyllä tai erillisellä ohjainkortilla. Ohjelmistopohjainen toteutus on halvin ja erillinen ohjain yleensä kallein vaihtoehto. Eniten hintaan vaikuttaa valittu kiintolevytekniikka. Pienehköissä raid-järjestelmissä edullinen s-ata-tekniikka (serial ata) on noussut houkuttelevaksi vaihtoehdoksi perinteisille, ensisijaisesti vaativiin tarpeisiin suunnatuille scsi-ratkaisuille (small computer system interface). TYÖASEMAAN TAI PIENPALVELIMEEN Työasemien perinteinen, yksinkertainen ja halpa kiintolevyliitäntä on ide (intelligent drive electronics). Sekä työasemissa että palvelimissa yleistyvä s-ata on raid-liitännäksi paljon mielenkiintoisempi suorituskykynsä ja käytännöllisen kaapelointinsa ansiosta. S-ata-raid-järjestelmät ovat houkutteleva vaihtoehto esimerkiksi työasemiin sekä työryhmä- ja pienyrityspalvelimiin. Aivan halvimmissa laitemalleissa näitä hienouksia ei ole, mutta useimmilla valmistajilla on emolevymalleja, joissa on tuki ainakin yksinkertaisimmille raid-tyypeille. Monipuolisempia ominaisuuksia varten tarvitaan erillinen ohjainkortti, joka maksaa euroa. Poimimme tutkittavaksi Morse Entry Server -työryhmäpalvelimen, jonka Intel-emolevyyn sisältyy perustason s-ata-raid-ohjain. Tutkimme myös ominaisuuksiltaan astetta kehittyneempää Intelin SRCS14L s-ata-raid-korttia. 40 MikroPC 15 / 2004 W W W. M I K R O P C. N E T

2 Pelkkä raid ei riitä VIKASIETOINEN RAID-KÄYTÄNTÖ pienentää ainoastaan fyysisen levyn rikkoutumisesta aiheutuvia riskejä. Raid ei poista esimerkiksi muiden laitehäiriöiden, virusten, ohjelma- ja käyttövirheiden, sähkökatkosten tai tiedostojärjestelmän vahingoittumisen aiheuttamia vaaroja. Jos raid-ohjaimessa otetaan käyttöön suorituskykyä parantava viivästetty kirjoitus, tiedostojärjestelmän vahingoittumisen vaara kasvaa sähkökatkoksen tai esimerkiksi virtalähdevian sattuessa. Huomaa myös tämä: Raid-0 lisää järjestelmän vika-alttiutta! Peilattu kahden s-ata-levyn ryhmä (raid-1) kytkettynä emolevyn ohjaimeen. Ohuet kaapelit helpottavat isommankin s-ata-levyryppään johdotuksia. Vertailulaitteena käytimme Osbornen kireäviritteisellä Ultra300 scsi -levypatteristolla höystettyä 1u-räkkipalvelinta. Bios-pohjainen raid-hallinta aktivoidaan painamalla sopivaa näppäinyhdistelmää käynnistyksen yhteydessä. Konstia tarvitaan vikatilanteissa ja asennettaessa käyttöjärjestelmä raid-levyyn. MAINETTAAN PAREMPIA S-ata-raidin painolastina ovat ide-raidien alkuaikojen lastentaudit ja niistä periytyvät ennakkoluulot. Kevyet raid-tekniikat ovat kuitenkin nousseet hovikelpoisiksi sitä mukaa kun Intel, Dell ja muut alan suuret valmistajat ovat sisällyttäneet niitä omiin tuotteisiinsa. S-ata-raidien ansiosta vikasietoiset levyjärjestelmät ovat tulleet taloudellisesti mahdollisiksi entistä pienemmissä ympäristöissä. Toisaalta s-ata yrittää hätyytellä scsi:a jo keskitasonkin palvelimissa. Tarjolla on esimerkiksi lennossa vaihdettavia, niin sanottuja hot swap s-ata -järjestelmiä. Testeissä ja usean kuukauden koekäytössä s-ata-raidit osoittautuivat toimiviksi ja luotettaviksi. Niiden ominaisuudet ja suorituskyky riittävät moneen käyttötarkoitukseen. Tutkituista tuotteista emolevyn köykäinen ohjain on omiaan työasemiin ja pikkupalvelimiin. Intelin astetta kehittyneempi s-ata-raid-kortti tarjoaa turvaa ja tehoa todella tuhtiin työasemaan tai työryhmäpalvelimeen. Vaativaan palvelinkäyttöön scsi on edelleen lyömätön. PEILATTU S-ATA TYÖASEMAAN Promisen emolevyyn integroitu ohjain osaa vain raid-tasot 0 ja 1 eli vikasietoisista käytännöistä vain peilauksen. Ohjain tuskin nostaa emolevyn hintaa paljoakaan, joten lisäkulu vikasietoisesta massamuistista on yhden s-ata-kiintolevyn hinta ja asennustyö. Peilaus on varsinkin pieneen järjestelmään hyvin sopiva tekniikka yksinkertaisuutensa ansiosta. Viasta toipuminen eli uuden levyn käyttöönotto rikkoutuneen tilalle sujuu nopeasti, kun raskasta laskentaa ei tarvita. Peilauksen heikkous on runsas tilankulutus: kiintolevyjä tarvitaan aina kaksi kertaa nettokapasiteetin verran. Kokeiluun toimitetun Promisen ohjaimen ohjausohjelma on bios-tasoa eli tekstipohjainen. Karusta käyttöliittymästä huolimatta käyttöönotto sujuu vaivattomasti: tuote on pelkistetty ja siksi myös helppo hallita. Sama ohjain on tarjolla myös erillisenä, edullisena pci-korttina. Tähän pakettiin sisältyy myös windowspohjainen graafinen hallintaohjelma. ISOMPIIN RYPPÄISIIN RAID-5 Raid-5:llä tilankäyttö on peilausta tehokkaampaa: ryppäästä aina yhden levyn kapasiteetti kuluu varmistukseen. Kun siis esimerkiksi neljän levyn ryhmä asennetaan vikasietoiseksi raid-5:llä, nettokapasiteetiksi tulee kolme levyllistä. Raid-5:ssä tieto jakautuu kolmelle tai useammalle kiintolevylle siten, että tieto säilyy, vaikka yksi levy rikkoutuisi. Peilausta tehokkaamman tilankäytön hintana on oleellisesti rankempi laskenta: ohjain on kalliimpi ja monimutkaisempi. Intelin s-ata-raid-kortti hallitsee raidtasot 0, 1 ja 5. Käyttöönotto on helppoa ja ohjelmat selkeitä. Konfigurointia varten on sekä tekstipohjainen bios-liittymä että graafinen, havainnollinen windows-ohjelmisto. Kortin suorituskyky on asiallista tasoa ja kapasiteetin lisäys onnistuu lennossa. > W W W. M I K R O P C. N E T MikroPC 15 /

3 Kun rikkoutunut kiintolevy korvataan uudella, ohjain joutuu lukemaan kaiken raid-5-järjestelmässä olevan tiedon ja kirjoittamaan sen uudelleen laskettuna takaisin kaikille levyille. Esimerkiksi tutkitulla Intelin ohjaimella uudelleenluonti vie tuntikausia eikä konetta käytännössä voi samanaikaisesti käyttää muuhun. OHJELMALLA KÖYHÄN MIEHEN RAID Microsoftin Windows ja 2003-palvelinkäyttöjärjestelmät sekä Windows XP Professional -työasemakäyttöjärjestelmä tukevat ohjelmallista kiintolevyjen ryvästystä. Peilatun levyparin rakentaminen onnistuu kokeneelta mikron käyttäjältä helposti: muutama hiiren klikkaus levynhallinnassa riittää. Ohjelmallinen toteutus merkitsee sitä, että tiedon varmistuksessa tarvittava laskenta ja tiedonsiirto tuovat väyliin ja prosessoriin lisäkuormaa: järjestelmän kokonaissuorituskyky heikkenee. Käyttöjärjestelmään sidotussa ohjelma-raidissa vikatilanteesta toipumiseen tarvitaan rautatoteutusta enemmän askartelua ja osaamista. Ohjelma-raid on halpa, mutta harvoin käytetty ratkaisu. Se sopii lähinnä äärimmäisen säästölinjan kevyesti kuormitettuihin laitteisiin, joissa ei ole rauta-raid-tukea ja joille on järjestetty ammattimainen tekninen tuki. Raid-hallintakonsoli tarjoaa erilaisia näkymiä järjestelmään. Intel käyttää nelitasoista määrittelyä, jossa Host Drive on käyttöjärjestelmälle näkyvä levyosio ja alimpana kerroksena ovat fyysiset levyt. Array Drive ja Logical Drive ovat ohjaimen sisäisiä määrityksiä. Raid-ohjain varoittaa levyviasta ohjelmallisesti ja usein myös jatkuvalla äänimerkillä. Kaksi viimeistä merkintää lokissa tarkoittavat uuden levyn asentamista ja levypakan uudelleenrakentamista. Uudelleenrakennus vie yleensä useita tunteja, sillä käytännössä kaikki data joudutaan lukemaan ja kirjoittamaan uudelleen. (Osborne, Adaptec-hallintakonsoli.) TUHTEIHIN JÄRJESTELMIIN SCSI Raid-järjestelmät on totuttu rakentamaan scsi-tekniikalla, joka suorituskykynsä, luotettavuutensa, skaalautuvuutensa ja kehittyneiden teknisten ominaisuuksiensa vuoksi onkin omiaan vaativaan käyttöön. Tunnettujen valmistajien scsi-raidtuotteet ovat vuosikausien kokemuksen ja huolellisen kehitystyön ansiosta erittäin luotettavia ja turvallisia. Scsi-raidia varten koneeseen tarvitaan yleensä sopiva scsi-raid-ohjainkortti varusohjelmineen sekä scsi-kiintolevyt. Joissakin palvelimissa raid-ohjain sisältyy emolevyyn. Pienehkön scsi-raid-järjestelmän käyt- töönotto sujuu siinä, missä hyvin tuotteistetun s-ata-raidinkin. Pienjärjestelmässä turhat hienoudet saattavat kuitenkin tarpeettomasti mutkistaa käyttöönottoa. KALLISTA HUIPPUVAUHTIA Gigatavu scsi-levyssä maksaa tyypillisesti 3 6 kertaa enemmän kuin ide- tai s-atakiintolevyssä. Ominaisuuksiltaan mainion Intelin s-ata-raid-korttiin saa kiinni enintään neljä levyä. 160 gigatavun s-ata-kiintolevyn saa noin 70 eurolla. Nopeammasta, mutta vähän pienemmästä, 143-gigaisesta, kierrosta minuutissa pyörivästä ultra3-scsi-levystä on pulitettava yli 600 euroa. Asiallisen s-ata-raid-ohjainkortin saa noin 200 eurolla, kun taas scsi-raid-ohjaimesta on varauduttava maksamaan vähintään satoja euroja, äärimmäisen vika- 42 MikroPC 15 / 2004 W W W. M I K R O P C. N E T

4 Raid-ryppään käyttöönotto 1 Tarpeiden määritys, tekniset vaatimukset Ennen ostamista mieti tarpeet ja vaatimukset. Paljonko nettokapasiteettia tarvitaan nyt ja muutaman vuoden kuluttua? Paljonko kasvunvaraa? Tekniset vaatimukset: nopeus, toipumisaika, käyttöjärjestelmä ja niin edelleen. Rakenna tasapainoinen kokonaisuus, jossa myös muut vikariskit kuin kiintolevyn rikkoutuminen otetaan huomioon. Raid ei korvaa varmuuskopioita! 2 Suunnittele fyysinen ja looginen rakenne Montako ja minkä kokoisia osioita? Käytettävät raid-tekniikat vaikuttavat ohjaimen valintaan ja tarvittavaan levyjen määrään. Jos halutaan useita erilaisia raid-käytäntöjä samanaikaisesti, tarvitaan kehittynyt ohjain tai useita eri ohjaimia. Varmista, että laitteiston jäähdytyskapasiteetti ja virransyöttö riittävät levyjärjestelmälle. Varalevy kannattaa usein ostaa samalla kuin raid-levytkin. Ryhmä rakennetaan samankokoisista levyistä. Varalevy voi toimia myös varakopioalueena. 3 Lue asennus- ja käyttöohjeet huolellisesti 4 Laitteiston asennus Ohjaimen ja kiintolevyjen asennukset ja kytkennät. Jos ohjain tukee niin sanottua hot spare -käytäntöä, varalevy voidaan kytkeä raid-ohjaimeen jo tässä vaiheessa. Raid-ryppään käyttöönotto eri lähtötilanteissa sähkökatkoksilta suojaava ups-laite. Tallennetaan asetukset. Ohjain valmistelee ryppäät määritysten mukaisesti. Valmistelu voi viedä aikaa jopa useita tunteja. Asennetaan raid-ohjaimen laiteajurit. 5 Raid-määritykset 5 a) Asennus uuteen Määritellään ohjaimen asetukset, raid-taso ja raid-ryppääseen tulevat kiintolevyt. Jotkut ohjaimet tukevat useita samanaikaisia raid-ryhmiä. Joillakin ohjaimilla voidaan määrittää levy hot spareksi eli vikatilanteessa käyttöön otettavaksi varalevyksi. Varsinkin, jos käytät ohjaimessa viivästettyä kirjoitusta, hanki aina myös koneeseen Jos kone on uusi, määritysten ensivaiheet on yleensä hoidettava ohjaimen biosiin sisältyvän tekstimuotoisen määritysohjelmiston avulla. Käyttöjärjestelmän asennuksen yhteydessä otetaan käyttöön ohjaimen mukana tulleelta cd:ltä raid-ohjaimen laiteajurit. Käyttöjärjestelmän asennus sujuu tämän jälkeen tavalliseen tapaan. UUTEEN KONEESEEN LISÄLEVY OLEMASSA OLEVAAN KONEESEEN Fyysisen ja loogisen rakenteen suunnittelu, laitteiston hankinta Levyjen ja ohjaimen fyysinen asentaminen Ryppäiden konfigurointi bios-työkalulla Ohjaimen ajurien ja ohjelmiston asennus Alustus eli formatointi Raid-levyjen konfigurointi Käyttöjärjestelmän asennus (raid-ajurit) Alustus eli formatointi Ohjelmiston asennus Luotaessa uutta levyryvästä valitaan yleensä käytettävät fyysiset levyt ja haluttu raid-taso. Esimerkkinä Intelin hallintakonsoli. Raid-ohjaimen asetuksissa voidaan säätää välimuistin käyttöä luku- (caché on/off) ja kirjoitustilanteissa (delayed write on/off). Muita asetuksia ovat käynnistysvaiheen testit ja levyjen ja ohjaimen näkyminen biostasolla. 5 b) Lisäys vanhaan järjestelmään Jos raid lisätään toimivaan järjestelmään, johon käyttöjärjestelmä on jo asennettu, karua bios-tason hallintaa ei yleensä tarvita. Asennetaan pakettiin kuuluvat windowslaiteajurit sekä windowsissa toimiva hallintaohjelmisto, jolla tarvittavat raid-määritykset tehdään. 6 Osiomääritykset ja tiedostojärjestelmä Raid-levyryväs näkyy käyttöjärjestelmälle yhtenä kiintolevynä. Tehdään osiomääritykset ja alustetaan osiot tavalliseen tapaan. W W W. M I K R O P C. N E T MikroPC 15 /

5 Osborne- RAID-D 10 Morseintel-RAID 0 Morsepromise-RAID 1 Morseintel-RAID 5 Iometer-tulokset MIKROPC 15/2004 parempi Mt/s (yhteensä) Sequential read 64 k Sequential write 64 k Mixed random read 75 % write 25 % 32 kt Tutkitut tuotteet VALITSIMME TESTIALUSTAKSI perustason palvelimen. 2,4 GHz:n Pentium 4 -suorittimen kyyditsemän Morse Entry Serverin Intel Entry Server Board S875WP1-E -emolevyyn sisältyy Promisen FastTrack S150 TX- 4 Raid (PDC20319) -s-ata-raid-ohjain. Ohjain tukee raid-tasoja 0 ja 1 sekä jbod-ryvästystä. Peilatun levyparin rakensimme Samsungin 120-gigatavuisista SP1213C-levyistä. Erilaisten raid-kokoonpanojen suuntaa-antavia nopeuksia IOMeter-ohjelmalla. Lukunopeuteen vaikuttaa eniten rinnakkaisten fyysisten levyjen määrä (Osbornessa 4 kpl). Kirjoitustestissä raid-0 on ylivoimainen: levyjen raaka pesuvoima ratkaisee. Raid-5 vaatii paljon laskentaa ja raid-1:ssä kaikki data kirjoitetaan kahdelle eri levylle. Sekoitetussa luku- ja kirjoitustestissä Osbornen scsi-ratkaisu vetää pisimmän korren parhaan hakuaikansa ja tehokkaimman väyläratkaisun ansiosta. sietoisista, tehokkaista huippumalleista jopa tuhansia euroja. Hienouksia ei saa ilmaiseksi. Kolmen kiintolevyn pienen ryppään hinnassa scsi:n ja s-atan hintaero nousee jo yli euron. Välirahalla saataisiin pienyritykseen kakkospalvelin. Osittain hintaero selittyy valmistajien tuotepolitiikalla. Alle k/min -pyörimisnopeuden scsi-levyjä ei juuri ole edes kaupan ja huippumalleissa vauhti on jopa k/min. Ide- ja s-ata-levyt kiertävät rauhallisemmin: yleensä tai kierrosta minuutissa. Scsi-levyssä tiedon nettopakkaustiheys on äärimmilleen viritettyjä s-ata-levyjä alhaisempi, mikä merkitsee ainakin teoriassa parempaa luotettavuutta. Myös tehokas väylä ja isommat puskurimuistit tuovat scsi:lle etuja. Serial ata -raid-ohjaimessa kukin levyasema tulee kiinni omaan liittimeensä. Tutkimme Morse-palvelimessa myös Intelin SRCS14L s-ata-raid-korttia kolmen 250-gigatavuisen Maxtor MaXLine Plus II - kiintolevyn kera. Verrokkina oli käytettävissä Osbornen tilaihme: 1u-räkkipalvelin kahdella 2,7 GHz:n Xeon-prosessorilla, monipuolisella Adaptecin SCSI RAID 2120S -ohjaimella ja neljällä Seagate Cheetah ST336753LC Ultra320 -scsi-levyllä. Sanasto Hot spare Varalevy, joka otetaan tarvittaessa käyttöön lennossa, järjestelmää pysäyttämättä. Jbod (just a bunch of disks) Raidohjainten yksinkertaisin toimintamuoto, jossa kiintolevyrypäs näkyy yhtenä isona kiintolevynä. Ei paranna suorituskykyä eikä vikasietoisuutta. Raid (redundant array of inexpensive disks) Kiintolevyjen ryvästäminen suorituskyvyn tai luotettavuuden parantamiseksi. Raid-0 Levyt ryvästetään toimimaan rinnakkain suorituskyvyn parantamiseksi. Tieto menetetään, jos yksikin levy rikkoutuu eli vika-alttius kasvaa erillislevyihin verrattuna. Nettokapasiteetti = bruttokapasiteetti. Raid-1 Ryväs, jossa tieto kahdennetaan. Tieto säilyy, vaikka yksi levy rikkoutuu. Nettokapasiteetti = brutto/2. Raid-5 Vähintään kolmen kiintolevyn ryväs, jossa tieto säilyy, vaikka yksi levy rikkoutuu. Nettokapasiteetti = brutto - yhden levyn kapasiteetti. Rpm (rounds per minute) Kierrosta minuutissa. S-ata (serial ata) Sarjamuotoiseen siirtoon perustuva kiintolevyliitäntä. Nykyversion nopeus on 150 Mt/s. Scsi (small computer system interface) Vaativaan käyttöön sopiva massamuistiliitäntä. Standardit määrittelevät yhtäältä yhteyskäytännön eli protokollan ja toisaalta fyysisen liitännän. Liitäntöjä on monia erilaisia. Esimerkiksi ultra160 scsi -liitäntä, jonka suurin väylänopeus on 160 Mt/s, ja ultra320 scsi -liitäntä, jonka suurin nopeus on 320 Mt/s. *) Myös eri raid-muotojen yhdistelmät ovat mahdollisia. 44 MikroPC 15 / 2004 W W W. M I K R O P C. N E T