挑战硬盘极限 顶级服务器RAID卡评测

时间: 2019-08-18

  RAID技术诞生于1987年,由美国加州大学伯克利分校提出。RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的缩写,中文意思是独立冗余磁盘阵列。简单的说,RAID是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术。冗余磁盘阵列最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘,以降低大批量数据存储的费用,同时也希望采用冗余信息的方式,使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失,从而开发出一定水平的数据保护技术,并且能适当的提升数据传输速度。

  起初的RAID技术只有在高端服务器上使用,并为高档SCSI硬盘配套使用。近来技术的不断发展和产品成本的降低,IDE硬盘性能有了很大提升,加之RAID芯片的普及,使得RAID技术也逐渐应用在个人电脑领域。

  在我们生活中常见的RAID卡的制造商主要有三家,他们分别是:Promise、HighPoint、LSI。在这三个品牌中我们熟悉的应该是Promise和HighPoint这两家,LSI主要是面向服务器居多。在这里我们主要向大家介绍一下Promise这个品牌的产品。早在P3时代Promise FastTrak66阵列卡就已经被广大的发烧友所熟知,随后Promise又推出了FastTrak100、FastTrak TX2000pro两款相当具有代表性的产品。产品种类的增多也带来了芯片的不断发展,在我们刚才提到的FastTrak66产品中它是较早采用PDC20265芯片的一款产品,在接下来的升级产品FastTrak66pro中则采用了PDC20265R,增加了对0+1的模式,而且让CPU占用率更低。再此之后Promise推出了ATA133标准的PDC20276/20277芯片,让ATA133接口的硬盘发挥了最后的余热。SATA标准的推出可以说是后IDE时代一项重要的技术变革,FastTrak TX4200系列的推出延续了IDE时代Promise RAID卡的辉煌,为企业及OEM客户提供了更好的支持。

  刚才给大家简单介绍了一下PromiseRAID卡的发展历史,接下来我们看看常见的几种RAID阵列方式。常见的RAID阵列组合有:RAID0、RAID1、RAID10、RAID5、RAID6等。

  要实现RAID0必须要有两个以上硬盘驱动器,RAID0实现了带区组,数据并不是保存在一个硬盘上,而是分成数据块保存在不同驱动器上。因为将数据分布在不同驱动器上,所以数据吞吐率大大提高,驱动器的负载也比较平衡。如果刚好所需要的数据在不同的驱动器上效率最好。它不需要计算校验码,实现容易。它的缺点是它没有数据差错控制,如果一个驱动器中的数据发生错误,即使其它盘上的数据正确也无济于事了。不应该将它用于对数据稳定性要求高的场合。如果用户进行图象(包括动画)编辑和其它要求传输比较大的场合使用RAID0比较合适。同时,RAID可以提高数据传输速率,比如所需读取的文件分布在两个硬盘上,这两个硬盘可以同时读取。那么原来读取同样文件的时间被缩短为1/2。

  对于使用这种RAID1结构的设备来说,RAID控制器必须能够同时对两个盘进行读操作和对两个镜象盘进行写操作。通过下面的结构图您也可以看到必须有两个驱动器。因为是镜象结构在一组盘出现问题时,可以使用镜象,提高系统的容错能力。它比较容易设计和实现。每读一次盘只能读出一块数据,也就是说数据块传送速率与单独的盘的读取速率相同。因为RAID1的校验十分完备,因此对系统的处理能力有很大的影响,通常的RAID功能由软件实现,而这样的实现方法在服务器负载比较重的时候会大大影响服务器效率。当您的系统需要极高的可靠性时,如进行数据统计,那么使用RAID1比较合适。而且RAID1技术支持“热替换”,即不断电的情况下对故障磁盘进行更换,更换完毕只要从镜像盘上恢复数据即可。当主硬盘损坏时,镜像硬盘就可以代替主硬盘工作。镜像硬盘相当于一个备份盘,可想而知,这种硬盘模式的安全性是非常高的,但带来的后果是硬盘容量利用率很低,只有50%,是所有RAID级别中最低的。

  RAID10模式其实就是RAID0+1模式,这种结构无非是一个带区结构加一个镜象结构,因为两种结构各有优缺点,因此可以相互补充,达到既高效又高速还可以的目的。大家可以结合两种结构的优点和缺点来理解这种新结构。这种新结构的价格高,可扩充性不好。主要用于容易不大,但要求速度和差错控制的数据库中。

  从它的示意图上可以看到,它的奇偶校验码存在于所有磁盘上,其中的p0代表第0带区的奇偶校验值,其它的意思也相同。RAID5的读出效率很高,写入效率一般,块式的集体访问效率不错。因为奇偶校验码在不同的磁盘上,香港挂牌所以提高了可靠性。但是它对数据传输的并行性解决不好,而且控制器的设计也相当困难。RAID 3 与RAID 5相比,重要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输,需涉及到所有的阵列盘。而对于RAID 5来说,大部分数据传输只对一块磁盘操作,可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”,即每一次写操作,将产生四个实际的读/写操作,其中两次读旧的数据及奇偶信息,两次写新的数据及奇偶信息。

  名字很长,但是如果看到图,大家立刻会明白是为什么,请注意p0代表第0带区的奇偶校验值,而pA代表数据块A的奇偶校验值。它是对RAID5的扩展,主要是用于要求数据绝对不能出错的场合。当然了,由于引入了第二种奇偶校验值,所以需要N+2个磁盘,同时对控制器的设计变得十分复杂,写入速度也不好,用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多,造成了不必须的负载。我想除了军队没有人用得起这种东西。

  其实除了我们常用到了以上这几种RAID阵列模式之外,还有RAID2、3、4、7、50、53这几种在我们的日常生活中都不常用到。介绍了这么多相信您对RAID阵列技术有了一定的了解,接下来就请和我们一起来看看本次测试的主角Promise SuperTrak EX16350 RAID阵列卡。

  板载两颗Marvell 88SX6081芯片,单颗可以提供4至8端口对SATAⅡ,3 Gbps PCI-X 行业时的主机控制器。基于Marvell行业领先的连续 ATA PHY 技术,88SX6041/88SX6081产品给OEM客户提供了一个理想的串行和存储排列以及RAID适配器的一种应用解决方案。88SX6081设备使用证明了Marvell Serial ATAⅡ物理层(PHY)技术同等支持1.5 和3Gbps操作。可配置的总端口物理层(PHY)前重点和多样化设置支持高速的底板执行。经由选择的扩展频谱打卡(SSC)在高密度的硬盘驱动(HDD)子系统中提供最佳的电磁干扰(EMI),由此可见该芯片在性能方面表现不俗。

  在PCB版中央印有PROMISE的注册商标,右图大家不要小看这颗芯片,它是Ramtron公司新近推出的一种新型铁电随机存储器,型号为FM18L08。该存储器克服了EEPROM和FLASH器件写入时间长、擦写次数少等缺点,而且价格也相对不高。文章介绍了FM18L08的主要特点和引脚功能,并在此基础上给出了基于FM18L08的高速数据存储系统的设计方案。同时给出了FM18L08存储器与单片机的接口连接电路。

  在EX16350 RAID卡接口的下方有16颗LED灯,当硬盘在工作状态时该硬盘所对应的LED灯则自动显示。除此之外我们上面右图看到了该卡上有四个SATA硬盘专用的接口,这种接口普通的SATA硬盘线是不能接上使用的,所以这款卡随带了4根专用的SATA数据线。

  测试平台我们使用的是一台以前报价为2999元的DELL服务器,配置为:奔腾D820处理器1GBECCDDR2533内存+160G 7200.9*8 SATA串口硬盘,以上配置与原配置相比略有改动。

  在8块盘的RAID5下,连续读取性能和连续写入性能对于这块Promise SuperTrak EX16350占用率都比较低。在CPU占用率方面,随机读取要比连续读取占用率低10%以上,但随机写入和连续写入差别并不时很明显,整个测试中CPU的占用率始终很低,这无疑提高了系统整体的稳定性。

  从平衡成本与性能的角度来看RAID5是一个较佳的选择,主要是因为RAID5可以防止数据损毁,同时使用了同步检查,RAID5还会以交替的方式,将同步检查储存到所有硬盘上面去;所以每加一颗硬盘,RAID5的效率就会为之提升,同时重建数据时,就不会花太多功夫;如果其中一颗硬盘挂掉,那么在找到新的硬盘替换以前,还是可以读写数据。从性能测试可以看出与RAID5、RAID6具有同等优势;然而对于可靠性至关重要的系统来说,RAID6则是首选。

  作为SCSI卡的替代品,首先PCI-E 8X插槽提供了4GB/s的带宽, 超大带宽使得Promise SuperTrak EX16350成为工业用标准服务器的理想解决方案。在保证数据快速存取的同时又具有更快、更灵活的安全解决方案。更值得一提的是理想的磁盘性能,使它从性能和易用性上成为性价比较高的一款产品。 另外,Promise SuperTrak EX16350的价位在3XXX元上下,相信有不少企业用户把它作为低成本存储的首选产品。