Ladíme výkon pevných disků

Hardware | 01.10.05

V tomto článku věnovaném ladění vzhledu a výkonu počítače se zaměříme naukázku, jak jednoduše zvýšit přenosovou rychlost diskového subsystému díky využití systému RAID. V dru...





V tomto článku věnovaném ladění vzhledu a výkonu počítače se zaměříme na
ukázku, jak jednoduše zvýšit přenosovou rychlost diskového subsystému díky
využití systému RAID. V druhé části si popíšeme, jak správně vybrat počítačovou
skříň s ohledem na chlazení komponent, a to včetně popisu instalace a správného
umístění přídavných ventilátorů.

Každý uživatel osobního počítače (kromě velmi starých systémů XT, kde byly
použity pouze disketové mechaniky) má v útrobách svého počítače minimálně jeden
pevný disk. Pevný disk slouží k uschování dat v případě, kdy je počítač vypnut
a třeba odpojen od sítě elektrického napájení. Nevýhodou pevných disků oproti
operačním pamětem jsou velmi vysoké přístupové doby, během nichž je schopen
disk lokalizovat a zpracovat data. Tento čas se jmenuje přístupová doba a
pohybuje u pevných disků od 10 ms u těch velmi rychlých až k 20 až 30 ms u
starších modelů. U operačních pamětí jsou tyto časy o řád nižší, dalším
důležitým faktorem pro výkon pevného disku jsou otáčky ploten, které dělí běžně
dostupné pevné disky do tří kategorií - 5 400 ot./min, 7 200 ot./min a 10 000
ot./min. Čím vyšší otáčky, tím nižší přístupová doba disku k datům a tím vyšší
přenosová rychlost, jakou dokáže pevný disk posílat vyžádaná data sběrnici.
Přenosová rychlost současných disků se pohybuje od 35 MB/s až do 60 MB/s u
špičkových modelů. V tomto článku se nebudeme zabývat otázkou počtů ploten či
tepelnými ztrátami, jde nám hlavně o výkon disků z hlediska přenesených MB za
sekundu.
Mnohé z vás již určitě při téměř nekonečném nabíhání operačního systému,
nějakého programu, aplikace nebo oblíbené hry někdy napadlo: proč je ten systém
tak hrozně pomalý? Je to v naprosté většině pomalou přenosovou rychlostí
pevného disku, popřípadě vysokou přístupovou dobou. Tento problém si naštěstí
uvědomili výrobci komponent, zejména základních desek a přídavných řadičů,
kteří již nějakou dobu integrují do svých výrobků technologii převzatou ze
serverových platforem - systém RAID.

RAIDím, RAIDíš, RAIDíme...
Zkratka RAID znamená Redundant Aray Of Inexpensive Disks, což by se dalo
přeložit jako "záložní pole levných disků". Technologie RAID funguje tak, že
shromažďuje jednotlivé pevné disky do jakýchsi logických jednotek, které podle
zvoleného módu způsobí zvýšení bezpečnosti, zvýšení přenosové rychlosti nebo
kombinace obojího. Systémy RAID se dříve používaly výhradně v serverech,
postupem času se však začaly normálně používat i v běžných osobních počítačích.
Možností, jak nastavit pole RAID, je několik vše záleží na podpoře výrobce.
Nejrozšířenějšími módy jsou RAID 0 označovaný jako Stripping, RAID 1 označovaný
jako Mirroring, jejich kombinace RAID 10 a RAID 5. Existují však i další módy,
RAID 2, 3, 4 a 6, ovšem jejich použití v běžných PC je možné pouze se
speciálními řadiči.
RAID 0 má za úkol zvýšit přenosovou rychlost pevných disků tak, že ukládá data
střídavě na první a na druhý disk. Názornou ukázkou je ilustrační obrázek, kde
je zobrazen RAID 0 se čtyřmi pevnými disky. Znázorňuje to, že každý blok dat je
uložen na jiný disk a tudíž se celková doba potřebná k uložení a načtení
výrazně sníží. K RAID 0 jsou potřeba minimálně dva pevné disky, použít se ovšem
dají i čtyři. Z hlediska velikosti, rychlosti a výbavy je dobré použít disky se
7 200 ot./min a minimálně 8 MB cache. Velikost disků by měla být identická,
není však podmínkou. Celkové pole RAID 0 bude mít celkovou velikost dvojnásobku
použitého menšího pevného disku. Pro naprosto bezproblémovou práci doporučujeme
použít dva (čtyři) zcela identické pevné disky. Na rozhraní ATA nebo SATA v
tuto chvíli nezáleží, výrobci umožňují provozovat RAID na ATA i SATA řadičích -
někteří dokonce i mixovaně. Naproti tomu přístupová doba disků, ač by se zdálo,
že bude nižší, zůstane v nejlepším případě stejná, v horším případě bude o 1 ms
vyšší než při použití jednoho disku. Zásadní nevýhodou tohoto řešení je nižší
spolehlivost - v případě, že se jeden z pevných disků jakkoliv porouchá,
přijdete o všechna data, nikoliv jen o polovinu. Proto se toto řešení nehodí
pro systémy, od nichž se vyžaduje 100procentní spolehlivost nebo trvalé
zachováni dat.
RAID 1 je opakem předchozího pole a má za úkol maximálně zvýšit bezpečnost dat.
V tomto případě totiž disky tvoří pole, které se označuje jako Mirroring.
Princip je jednoduchý - při použití dvou disků je jeden pevný disk přesným
obrazem druhého (zrcadlem)- odtud přenesený název Mirroring. Data systém ukládá
současně na oba dva disky, tento způsob tedy zvyšuje spolehlivost systému. V
případě, že je potřeba vyměnit jeden či druhý disk z důvodu poruchy nebo
plánované údržby, stačí jeden odpojit a systém zůstane plně funkční se
zbývajícím diskem - pouze bez možnosti zálohy. Po opětovném připojení druhého
disku systém řadiče sám zařídí, aby se data aktualizovala tak, aby na obou
discích byla aktuální. Disky tak lze použít kdykoliv samostatně, aniž by byla
omezena jejich funkčnost. Nevýhodou tohoto řešení je fakt, že rychlost disků
zůstává stále stejná (velikost i rychlost se řídí vždy menším/pomalejším diskem
zapojeným v RAID 1) a k dosažení určité kapacity jsou potřeba dva pevné disky,
které zvyšují pořizovací náklady. Ovšem ani tento způsob není zcela bezpečný,
protože o data můžete přijít například při poškození napájecího zdroje a
následném "odpálení" obou disků.
RAID 10 (někdy také označován jako 0/1) je kombinací předchozích dvou polí RAID
a má za úkol zvýšit jak přenosovou rychlost systému, tak zajistit jeho
relativní bezpečnost. Proto je k použití systému RAID 10 potřeba čtyř, nejlépe
identických pevných disků, kdy dva pracují v režimu RAID 0 (Stripping) a druhá
dvojice se stará o jejich zrcadlení (Mirroring). Výhody tohoto řešení jsou
nasnadě - rychlost, relativní bezpečnost. Nevýhoda spočívá v počtu disků, které
jsou potřeba, a v jejich pořizovací ceně.
RAID 5 je posledním polem, o kterém se dnes zmíníme. Jde do jisté míry o
vylepšení RAID 10, a to tím způsobem, že k poli RAID 0 je připojen ještě jeden
disk, který se využívá k ukládání paritních informací. Pokud je jakýkoliv disk
poškozen, systém se nezhroutí, může být za chodu vytažen a nahrazen jiným.
Jediným znakem toho, že je něco v nepořádku, je dočasný pokles výkonu, protože
se potřebná data dopočítávají pomocí paritních informací. Výhodou tohoto pole
je rychlost, bezpečnost a nižší náklady na pořízení. Nevýhodou zůstává fakt, že
mnoho výrobců zatím RAID 5 neintegrovalo a nabízejí pouze RAID 0,1 a 10.

Jak na RAID prakticky?
Otestovali jsme dané možnosti polí RAID na základní desce ASUS A8N SLI Premium,
a to jak na přídavném řadiči Silicon Image 3114, tak na integrovaném nVidia.
Mimo jiné jsme měli možnost otestovat, zda má v současné době z hlediska výkonu
smysl pořizovat si SATA II nebo ne. Pevné disky jsme použili referenční 160GB
Seagate Barracuda 7200.7 ST3160827AS, pracující rychlostí 7 200 ot./minutu,
vybavené 8MB cache, dodané společností Kvazar-Micro (www.kmczech.cz).
Pro zprovoznění RAID pomocí přídavného Silicom Image je potřeba daný řadič v
BIOSu povolit. Poté vypněte počítač a připojte k SATA konektorům disky - je
jedno, jaké si vyberete, musejí být ovšem připojené k vybranému řadiči - a
počítač spusťte. Při nabíhání by se měly detekovat pevné disky, vidět by měly
být ve druhé obrazovce, hned po úvodním rozpoznání procesoru a pamětí. Nyní
jsme stiskli kombinaci kláves CTRL+S a dostali se do hlavního menu RAID řadiče.
Zde se nachází šest položek, z nichž jsou nejdůležitější první dvě - Create a
Delete RAID set. Pomocí první se diskové pole vytvoří, druhou se maže. Po
výběru první volby se zobrazí seznam podporovaných RAID polí. V našem případě
to jsou RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10, Spare Drive a JBOD (Single). Chceme
jako ukázku vytvořit RAID 0 - tak ho zvolíme. V následujícím okamžiku se objeví
na displeji výběr z automatické či manuální volby - to se týká možnosti
nastavení velikosti jednoho bloku dat - s hodnotami od 8 kB do 128 kB. Výběr
záleží pouze a čistě na využití pole - pro operační systém a práci s malými
soubory vyberte 8 kB, pro práci s videem a velkými soubory zvolte 128 kB. Pokud
si nejste jistí, vyberte automatiku. Dále potvrďte vypočítanou velikost pole a
uložte nastavení pomocí kláves CTRL+E. Nyní je vytvořeno pole RAID 0, které se
navenek chová stejně jako jakýkoliv jiný pevný disk, připojený na externí
řadič. Prvním krokem každopádně musí být formát.
Stejným způsobem lze nastavit RAID pole 1,5 nebo 10. Postup se bude lišit pouze
minimálně.
Ještě několik upozornění: jakýmkoliv nastavením pole RAID přijdete automaticky
o všechna data, která jsou na použitých pevných discích. Ztráta dat rovněž
hrozí při změně nastavení jednotlivých typů polí RAID. A poslední rada na závěr
- pokud si vytvoříte pole RAID, budete muset použít k bezproblémové instalaci
operačního systému ovladač řadiče, který naleznete na stránkách výrobce, nebo
který bude dodaný společně se základní deskou.

Výsledky
Při použití RAID 0, RAID 10 či RAID 5 dojde k nárůstu přenosové rychlosti
diskového pole oproti použití jednoho disku, zároveň se ovšem nepatrně zvýší
přístupová doba. Při práci s velkými soubory, při jejich editaci a kopírování
může být přínos těchto polí až dvojnásobný, rozdíly jsou ovšem patrné také při
startu a při práci se systémem a různými aplikacemi. Z hlediska bezpečnosti je
RAID 0 nejvíce náchylný na ztrátu dat - jakákoliv chyba jakéhokoliv disku
znamená ztrátu dat. RAID 5 je na tom o poznání lépe, zde systém vydrží výpadek
jakéhokoliv disku.
RAID 1 je zaměřen na bezpečnost dat a umožňuje zachovat data i při kolapsu
jednoho z pevných disků v poli. Jeho nevýhodou je nulový nárůst přenosové
rychlosti a nepatrné snížení přístupové doby.
Výsledky testů naleznete v tabulce, kde můžete porovnat integrovaný NVIDIA
řadič s přídavným Silicon Image 3114. Z výsledků jasně vyplývá, že pokud máte
možnost použít nové disky s NCQ nebo přenosovou rychlostí 300 MB/s, použijte
vždy řadič SATA II, protože jinak bude výkon zbytečně snížen. Testovací disky v
RAID 0 připojené na řadič nVidia podávaly výborný výkon a měly by stačit
každému, kdo požaduje vysokou přenosovou rychlost diskového subsystému.












Komentáře

K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.