Hardware- og software-RAID

RAID, Redundant Array of Inexpensive Disks, implementeres på en af to grundlæggende måder: software eller dedikeret hardware. Begge metoder er meget brugbare og har hver deres fordele.

I SMB-segmentet, hvor Intel- og AMD-arkitektursystemer og Windows-operativsystemer dominerer, er hardware-RAID så udbredt, at der er opstået en del forvirring om software-RAID – delvist, som vi skal se, på grund af den store mængde svindel-software-RAID-produkter, der markedsføres som dedikeret hardware og populært kendes som “Fake RAID.”

Da RAID første gang blev udviklet, blev det brugt i software på high-end enterprise-servere, der kørte proprietær UNIX, hvor systemerne var ekstremt stabile og hardwaren meget kraftfuld og robust, hvilket gjorde software-RAID meget effektivt. Tidligt RAID var primært fokuseret på spejlet RAID eller meget simpel paritet-RAID (som RAID 2), der havde lav overhead.

Da behovet for RAID begyndte at sprede sig til det mindre serversegment, og da paritet-RAID voksede i popularitet og krævede større processorkraft til at understøtte det, blev det et problem, at de underlegne processorer i x86-segmentet var markant påvirket af processorbelastningen fra RAID, især RAID 5. Dette, kombineret med at næsten ingen operativsystemer i udbredt brug på disse platforme havde software-RAID-implementeringer, førte til den naturlige udvikling af hardware-RAID – et offload-processorkort (svarende til et GPU for grafik), der havde sin egen komplette computer med CPU, hukommelse og firmware.

Hardware-RAID fungerede meget godt til at løse RAID-overhead-problemet i x86-serversegmentet. Efterhånden som CPU'er fik mere kraft og hukommelse blev mindre knapt, begyndte populære x86-operativsystemer som Windows Server at tilbyde software-RAID-muligheder. Specifikt var Windows software-RAID kendt som en dårlig RAID-implementering og var kun tilgængelig på serverversioner af operativsystemet, hvilket skabte manglende anerkendelse af software-RAID i miljøet af systemadministratorer, der primært arbejdede med Windows.

På grund af historiske implementeringer i enterprise-serversegmentet og commodity-x86-segmentet opstod der en naturlig adskillelse mellem de to markeder, der i første omgang var understøttet af teknologi og senere rent af ideologi. Taler du med en systemadministrator i commodity-segmentet, vil du næsten altid høre, at hardware-RAID er den eneste mulighed. Omvendt, taler du med en systemadministrator i mainframe-, RISC- (Sparc, Power, ARM) eller EPIC- (Itanium) serversegmentet (nogle gange kaldet UNIX-servere), vil du ofte møde overraskelse, da hardware-RAID ikke er tilgængeligt til disse systemer – software-RAID er simpelthen en selvfølge. Ingen af lejrene synes at have nogen reel viden om situationen i den modsatte lejr, og overlapning i kompetencer mellem disse to er relativt sjælden, indtil for nylig, da enterprise UNIX-platforme som Linux, Solaris og FreeBSD er begyndt at blive meget populære og velforståede på commodity-hardwareplatforme.

For at gøre det endnu mere forvirrende for commodity-serversegmentet – for at udfylde det tomrum, der opstod ved den dominerende operativsystemleverandørs manglende software-RAID til ikke-servermarkedet, mens man forsøgte at markedsføre til et mindre teknisk kyndigt publikum – begyndte et stort antal leverandører at sælge ikke-RAID-controllerkort med en “driver”, der faktisk var software-RAID, og foregive at det resulterende produkt var hardware-RAID. Dette skabte stor forvirring og en utrolig ringeagt for software-RAID, da næsten ethvert system, hvis kernefunktion er at beskytte data, og hvis marked er bygget på bedrag og forvirring, vil resultere i katastrofe. Fake RAID-systemer har rutinemæssigt problemer med ydeevne og pålidelighed. Mens et tredjeparts software-RAID-program i teorien er en rimelig mulighed, er virkeligheden i software-RAID-markedet, at i princippet alle kvalitetssoftware-RAID-implementeringer er native komponenter enten af selve operativsystemet (Linux, Mac OSX, Solaris, Windows) eller af filsystemet (ZFS, VxFS, BtrFS) og leveres og vedligeholdes af primære leverandører, hvilket efterlader lidt rum eller formål for tredjepartsprodukter uden for Windows-desktopsegmentet, hvor et par små legitime software-RAID-spillere eksisterer, men ofte overskygges af Fake RAID-spillerne.

I dag er der næsten intet behov for hardware-RAID, da commodity-platforme er utroligt kraftfulde, og der næsten altid er et dramatisk overskud af både computer- og hukommelsesressourcer. Hardware-RAID konkurrerer i stedet primært på funktioner frem for på reducering af ressourcebelastning. Valget af hardware-RAID versus software-RAID i commodity-serversegmentet er næsten fuldstændig et spørgsmål om præference og markedsinertia snarere end specifik ydeevne eller funktioner – begge platforme er i det væsentlige ens, og individuelle implementeringer er langt vigtigere at overveje end hardware- og softwaretilgange i sig selv.

I dag er hardware-RAID-tilbud mere “generiske” med ret vanilla-implementeringer af standard RAID-niveauer. Hardware-RAID har tendens til at tjene sin værdi gennem reduktion af ressourceforbrug (CPU- og hukommelsesoffload), mulighed for “blind swap” af fejlede drev, forenklet lagerstyring, blokniveau-lagring agnostisk abstraheret fra operativsystemet, hurtig cache tæt på drevene samt batteri- eller flashbacket cache. Software-RAID har tendens til at tjene sin værdi gennem lavere strømforbrug, lavere anskaffelsesomkostninger, integreret styring med operativsystemet, unikke eller avancerede RAID-funktioner (som ZFS’ RAIDZ, der ikke lider under det standard RAID 5-skrivehul) og generelt bedre samlet ydeevne. Det er virkelig ikke en diskussion om bedre eller værre, men om bedre eller værre til en meget specifik situation, hvor den vigtigste faktor ofte er fortrolighed og komfort og/eller standardleverandørens tilbud.

En af de mest oversete, men vigtige forskelle mellem hardware- og software-RAID er ændringen i jobfunktionen tilknyttet styring af RAID-arrays. Hardware-RAID flytter håndteringen af arrayet til serveradministratoren (den supportfunktion, der arbejder med den fysiske server og er placeret i datacenteret), mens software-RAID flytter håndteringen af arrayet til systemadministratoren (den supportfunktion, der arbejder med operativsystemet og derover og sjældent befinder sig i datacenteret). I SMB-markedet kan denne faktor blive fuldstændig overset, men i et Fortune 500-selskab kan forskellen i jobfunktion være meget betydelig. I mange tilfælde med hardware-RAID kan diskudskiftninger og systemopsætning udføres uden behov for systemadministratorindgreb. Datacenterets serveradministratorer kan opdage fejlede drev enten via advarsler eller ved at se efter “gule lamper” under gennemgange og foretage udskiftninger på stedet uden at skulle kontakte nogen eller vide, hvad serveren overhovedet kører. Software-RAID vil næsten altid kræve, at systemadministratoren er involveret i at tage et fejlet disk offline, koordinere udskiftningsprocessen med datacenteret og bringe det nye online, når udskiftningsprocessen er gennemført.

På grund af måden, CPU-offloading og ydeevne fungerer på, og på grund af visse fordele i den måde, ikke-standard RAID-implementeringer ofte håndterer paritet-RAID-genopbygning, er der en tendens til, at spejlede RAID-niveauer foretrækker hardware-RAID, og software-RAID-niveauer foretrækker paritet-RAID. Paritet-RAID er dramatisk mere CPU-intensivt, og adgang til de kraftige centrale CPU-ressourcer kan derfor være en væsentlig faktor for at fremskynde RAID-beregninger. Men ved spejlet RAID, hvor RAID-genopbygning er langt sikrere end med paritet-RAID, og hvor automatiske genopbygninger er vigtigere, medfører hardware-RAID fordelen ved at muliggøre blind drevudskiftning meget nemt.

Et aspekt af diskussionen om hardware- og software-RAID, der er ekstremt paradoksalt, er, at det samme marked, der ofte afviser software-RAID blankt som ringere end hardware-RAID, næsten fuldstændig overlapper (du kan forestille dig Venn-diagrammet) med det marked, der mener, at filservere er ringere end commodity NAS-enheder – men disse NAS-enheder i SMB-segmentet er næsten universelt baseret på de samme software-RAID-implementeringer, der afvises. Så det anses ofte for både ringere og bedre på samme tid. Nogle NAS-enheder i SMB-segmentet, og NAS-enhedssoftware, der er baseret på software-RAID, inkluderer: Netgear ReadyNAS, Netgear ReadyData, Buffalo Terastation, QNAP, Synology, OpenFiler FreeNAS, Nexenta og NAS4Free.

Der er virkelig intet “brug altid den ene eller den anden måde” med hardware- og software-RAID. Selv store, sekscifrede enterprise NAS- og SAN-enheder er uafklarede om, hvilken de skal bruge, idet en del af branchen går i hver retning. Det rigtige svar er det afhænger af din specifikke situation – din adskillelse af jobfunktioner, dine tekniske behov, din erfaring, dit budget osv. Begge muligheder er fuldt ud brugbare i enhver organisation.