Переломный момент программного RAID

В июне 2001 года в мире IT произошло нечто удивительное: Intel выпустила процессор Pentium IIIS 1,0 ГГц на базе Tualatin. Это был один из первых процессоров Intel (архитектура IA32), преодолевших рубеж тактовой частоты в 1 ГГц, и первый по-настоящему значимый. Он также отличался поддержкой двухпроцессорных конфигураций и удвоенным объёмом кэша по сравнению с предшественниками на базе Coppermine и своим преемником Tualatin без суффикса «S» (который вышел всего месяц спустя). Серверные платы для PIIIS пользовались огромной популярностью в своё время и составляли основу высокопроизводительных commodity-серверов — таких как Proliant и PowerEdge — в 2001 году и на протяжении нескольких следующих лет, достигнув кульминации в виде двухпроцессорных систем Pentium IIIS 1,4 ГГц. Эти системы были столь важны, что именно они дали толчок к появлению ныне известной системы наименований HP Proliant с суффиксом «G». Машины на Pentium III получили обозначение «G1».

Какое отношение всё это имеет к RAID? Нам нужно вернуться назад и посмотреть, каким был RAID до мая 2001 года. С 1990-х годов и вплоть до мая 2001 года аппаратный RAID был стандартом в мире серверов на базе IA32, который включал главным образом такие системы, как Novell Netware, Windows NT 4, Windows 2000 и некоторые дистрибутивы Linux. Программный RAID существовал для некоторых из этих систем (но не для Netware), однако серверы постоянно испытывали нехватку ресурсов процессора и памяти, и расходование этих ценных ресурсов на функции RAID обходилось дорого: приложения конкурировали с RAID за доступ к ресурсам, и системы нередко задыхались от этого конфликта. Аппаратный RAID решал проблему, добавляя выделенные процессор и ОЗУ специально для этих функций.

RAID в конце 1990-х — начале 2000-х годов был в значительной мере построен на RAID 5 и в меньшей степени на RAID 6 — то есть на чётностном полосовании — потому что диски имели крайне малый объём и были чрезвычайно дороги в расчёте на единицу ёмкости. Извлечение максимальной ёмкости из имеющихся дисков было приоритетом первостепенной важности, а такие риски, как URE (ошибка при невосстановимом чтении), были ничтожны из-за малых объёмов, так что чётностный RAID был весьма надёжен при всех сопутствующих условиях. Факторы полностью отличались от тех, которые сложились к 2009 году. В 2001 году в корпоративных серверах всё ещё можно было встретить жёсткие диски на 2,1 ГБ, 4,3 ГБ и 9 ГБ!

Поскольку чётностный RAID был нормой дня, а на каждом сервере, как правило, использовалось множество дисков, RAID потреблял в среднем больше ресурсов процессора в 2000 году, чем в 2010-м. Таким образом, влияние RAID на системные ресурсы было весьма значительным.

Такова предыстория. Но в июне 2001 года те, кто прежде покупал маломощные системы на базе IA32, внезапно получили доступ к процессорам Tualatin Pentium IIIS с существенно возросшими тактовыми частотами, эффективной поддержкой двухпроцессорных конфигураций и удвоенным кэшем на кристалле, что обеспечивало поразительный скачок производительности буквально за одну ночь. При всей этой новой мощи и при отсутствии соответствующего роста требований со стороны программного обеспечения системы, которые традиционно испытывали голод по ресурсам процессора и памяти, внезапно оказались с запасом ресурсов, который они не знали как использовать, — особенно с учётом доступности дополнительных потоков, тогда как большинство приложений того времени были однопоточными.

Системные процессоры, даже в эпоху Pentium III, были кардинально мощнее небольших процессоров на контроллерах аппаратного RAID — нередко это были начального уровня чипы PowerPC или MIPS. Доступный системный объём памяти зачастую был значительно больше аппаратных кэшей RAID, а вложение средств в дополнительную системную память было, как правило, куда более эффективным и в целом выгодным. Так что при наличии свободных ресурсов на основной системе функции RAID можно было в среднем перенести с аппаратных RAID-контроллеров на центральную систему и получить выигрыш в производительности — даже ценой отказа от дополнительных процессора и ОЗУ аппаратного RAID-контроллера. Это было справедливо не для перегруженных систем, испытывающих нехватку ресурсов, а было более актуально для систем с чётностным RAID: RAID 6 выигрывал больше всего, а системы без чётности — RAID 1 и RAID 0 — меньше всего.

Но именно июнь 2001 года стал знаменитым переломным моментом: до этой даты средняя система на базе IA32 работала быстрее при использовании аппаратного RAID. А после июня 2001 года новые приобретаемые системы в среднем работали быстрее с программным RAID. С каждым прошедшим годом преимущества всё больше склонялись в пользу программного RAID при изобилии недозагруженных ядер процессора, простаивающих потоков и избытка ОЗУ — и единственным преимуществом аппаратного RAID оставалось снижение использования чётностного RAID по мере того, как зеркальный RAID занял место стандарта на фоне резкого роста объёмов дисков при падении стоимости ёмкости.

Сегодня прошло уже более пятнадцати лет с тех пор, как было покончено с представлением о превосходстве аппаратного RAID по производительности. Это убеждение живёт прежде всего благодаря странному эффекту «Класса 1998 года». Но это давно уже миф, который некорректно повторяют те, кто не удосужился разобраться в первоначальных источниках. Аппаратный RAID по-прежнему имеет свои преимущества, однако производительность не является одним из них на протяжении большей части времени существования RAID и, по всей видимости, уже никогда не вернёт себе это звание.