Компания IPC2U много лет занимается разработкой и производством промышленных компьютеров серии iROBO. Зачастую, для реализации того или иного проекта, необходимо обеспечить возможность резервирования данных. В данной статье рассматривается технология RAID и её практическое применение в промышленных компьютерах iROBO.
Raid – что это такое?
Это технология объединения нескольких физических дисков HDD или SSD в один логический массив, нацеленная на повышение производительности, надежности хранения данных или обоих факторов сразу. Другими словами, RAID-массив — это объединение нескольких HDD или SSD в одну общую систему хранения, которая воспринимается как единый диск. При этом часть пространства может использоваться не только для хранения данных, но и для их защиты — чтобы при сбое одного из дисков информацию можно было восстановить без потерь.
Какие же технологии RAID применяются в промышленных компьютерах iROBO?
Raid контроллер на базе чипсета материнской платы
Первый и наиболее распространённый вариант - использование встроенного в чипсет материнской платы RAID-контроллера (например, Intel VMD RAID). Для его реализации не требуется дополнительное оборудование: достаточно установить необходимое количество накопителей.
Как правило, поддерживаются уровни RAID 0, 1, 5 и 10, что позволяет выбрать конфигурацию в зависимости от задачи — от повышения скорости работы до обеспечения отказоустойчивости.
Активация RAID контроллера выполняется через BIOS материнской платы.
После включения активации необходимо перейти в другой раздел, где непосредственно производится конфигурация массива.
После проведения всех настроек в BIOS можно видеть полностью сконфигурированный RAID массив.
Иногда встречается другой способ организации RAID, когда активация контроллера выполняется через BIOS материнской платы. А уже сами настройки производятся на следующем этапе. После активации RAID контроллера в BIOS, при следующей загрузке системы появляется сообщение с указанием «горячих клавиш». Нажав их, можно войти в меню конфигурирования RAID, где создаётся массив, выбирается его уровень и назначаются подключённые диски.
Плюсы и минусы встроенного RAID контроллера:
| ⊕ Плюсы | ⊝ Минусы |
|---|---|
|
Базовая отказоустойчивость |
Ограниченная производительность Интегрированная реализация может уступать полноценным аппаратным RAID-контроллерам, поскольку не имеет собственного процессора и кэш-памяти, из-за чего обработка операций выполняется менее эффективно при высоких нагрузках. |
|
Простота интеграции |
Зависимость от CPU и чипсета Значительная часть вычислений при работе RAID ложится на центральный процессор и ресурсы чипсета, что может увеличивать их загрузку и снижать общую производительность системы при интенсивной работе с данными. |
|
Компактность |
Сложность диагностики и управления Настройка и мониторинг RAID-массива часто осуществляются через BIOS или ограниченные программные утилиты, что делает администрирование менее удобным и усложняет диагностику возможных сбоев в процессе эксплуатации. |
Аппаратный RAID контроллер на базе платы PCI-E
Следующим способом организации RAID массива в промышленных компьютерах iROBO является применение RAID контроллера в виде отдельной платы PCI-E. Чаще всего в моделях iROBO можно встретить контроллеры LSI MegaRAID. Применение контроллеров данного типа позволяет значительно расширить список уровней RAID, например 0/1/5/6/10/50/60 и др. Также такие контроллеры могут иметь выделенную кэш-память, которая используется для ускорения операций чтения и записи за счёт буферизации данных. Она снижает нагрузку на диски и процессор, а при наличии защиты (BBU или суперконденсатора) дополнительно предотвращает потерю данных при сбоях питания.
Плата-контроллер RAID устанавливается в свободный слот PCI-Ex8, и с помощью специальных кабелей подключается к жестким дискам.
Настройка производится непосредственно в BIOS материнской платы. Во вкладке Advanced появляется меню настройки контроллера RAID.
Далее производится выбор уровня RAID, назначение дисков и другие настройки. Процесс очень похож на настройку встроенного в материнскую плату программного RAID.
После полного конфигурирования массива RAID, необходимо сохранить настройки и выйти из BIOS.
Плюсы и минусы аппаратного RAID контроллера на базе платы PCI-E:
| ⊕ Плюсы | ⊝ Минусы |
|---|---|
|
Высокая производительность Аппаратные RAID-контроллеры оснащены собственным процессором и кэш-памятью, что позволяет им самостоятельно обрабатывать операции массива и обеспечивать стабильную и высокую скорость работы даже при интенсивных нагрузках. |
Потребление энергии и тепловыделение Отдельная плата увеличивает общее энергопотребление системы и выделяет дополнительное тепло, что может создавать ограничения при использовании в компактных или безвентиляторных решениях. |
|
Богатый функционал RAID-уровней Отдельные контроллеры поддерживают широкий набор RAID-уровней и их комбинаций, обеспечивая гибкую настройку отказоустойчивости, производительности и избыточности данных в зависимости от требований системы. |
Более сложная интеграция Для установки требуется свободный слот PCI-Express, а также учет совместимости с материнской платой и корпусом, что усложняет процесс внедрения по сравнению со встроенными вариантами. |
|
Расширенное управление и мониторинг Для аппаратных решений обычно предусмотрены специализированные программные утилиты и веб-интерфейсы, которые позволяют удобно настраивать массив, отслеживать его состояние и оперативно реагировать на возможные сбои. |
При использовании батареи аварийного питания необходимо специальное место для ее установки. Как правило используется дополнительная посадочная плата, которая занимает слот расширения. |
|
Возможность установки батареи аварийного питания Аппаратные RAID‑контроллеры могут оснащаться дополнительной батареей резервного питания, которая сохраняет данные в кэше при отключении электроэнергии и обеспечивает их безопасную запись во флеш-память. |
Аппаратный RAID контроллер на базе платы MiniPCI-E или M.2
В ряде случаев использование отдельного аппаратного RAID-контроллера в виде платы PCI-E невозможно, а встроенный в чипсет RAID либо не соответствует требованиям технического задания, либо вовсе не поддерживается платформой. При этом большинство современных промышленных материнских плат оснащены одним или несколькими слотами расширения MiniPCI-E или M.2. В такой ситуации альтернативным решением могут стать компактные аппаратные RAID-контроллеры, выполненные в этих форм-факторах. Подобные устройства выпускаются рядом производителей, в том числе компанией Innodisk.
Как правило, такие контроллеры поддерживают только базовые уровни RAID 0/1. Благодаря компактным размерам, такое решение может найти применение в различных промышленных компьютерах, например компьютерах в стойку 19”, встраиваемых компьютерах и панельных компьютерах.
Настройка такого контроллера реализована максимально просто – достаточно только выставить на плате джамперами или специальными переключателями необходимый режим RAID. После чего массив сразу определяется в системе.
Плюсы и минусы аппаратного RAID контроллера на базе плат MiniPCI-E и M.2:
| ⊕ Плюсы | ⊝ Минусы |
|---|---|
|
Компактный форм-фактор |
Ограниченный функционал Поддерживаются только RAID 0 и RAID 1 — нет более продвинутых уровней (RAID 5, RAID 6), что ограничивает отказоустойчивость и гибкость в многодисковых системах. |
|
Низкое энергопотребление Потребление менее 2 Вт делает модуль энергоэффективным даже в системах с ограниченным питанием. |
Низкая производительность Интерфейс PCI-Ex1 даёт ограниченную пропускную способность по сравнению с полноценными контроллерами PCI-Ex4 или x8 — это может сдерживать максимальные скорости при активном RAID 0. |
|
Аппаратный RAID 0 и RAID 1 Несмотря на компактные размеры, это полноценный аппаратный контроллер, благодаря чему обеспечивается ускорение работы дисков и зеркалирование без нагрузки на CPU. |
Отсутствие программного управления Подобные контроллеры не имеют встроенного расширенного ПО для мониторинга/управления (как у крупных RAID-контроллеров с утилитами управления) - вся настройка через джамперы/переключатели. |
Корзина для накопителей со встроенным RAID контроллером
Еще одним интересным способом организации RAID массивов в промышленных компьютерах iROBO является использование специальных корзин с горячей заменой и встроенным RAID контроллером. Наличие RAID контроллера по сути является главным отличием подобных устройств от классических Hot Swap корзин.
Подобное решения является максимально простым для реализации массивов RAID 0/1/3/5 или JBOD. Корзина с RAID контроллером занимает всего 2 отсека 5,25” и поддерживает одновременную установку до 3 жестких дисков формата 3,5”. От пользователя требуется только установить сами диски, а также выставить необходимый ему режим RAID переключателями на задней стороне устройства.
Сама корзина имеет индикацию температурного режима дисков, а также состояния каждого диска в RAID массиве. Дополнительно пользователь может задать температурный порог оповещения при перегреве дисков, а также установить режим работы встроенного вентилятора (быстро/медленно). При достижении порога температуры устройство издаст 3 коротких сигнала и один длинный, а при проблемах с вентилятором 3 длинных сигнала.
Плюсы и минусы корзины с аппаратным RAID контроллером:
| ⊕ Плюсы | ⊝ Минусы |
|---|---|
|
Удобство монтажа RAID-функциональность реализована непосредственно в корзине для накопителей, что упрощает установку и подключение дисков, а также минимизирует количество дополнительных кабелей внутри корпуса. |
Ограниченная функциональность Подобные корзины чаще всего поддерживают только базовые уровни RAID (например, RAID 0 или RAID 1), без расширенных возможностей конфигурации и управления. |
|
Горячая замена Конструкция поддерживает быструю замену или установку жестких дисков без выключения системы и разборки компьютера, что повышает удобство обслуживания и сокращает время простоя. |
Необходимость двух отсеков 5,25” Для установки требуется наличие двух отсеков формата 5,25”, что может быть проблемой в компактных корпусах или серверных решениях формата 2U. |
|
Простота настройки и диагностики Устройство, как правило, настраивается один раз при установке, а для контроля состояния используются встроенные световые и звуковые индикаторы, позволяющие оперативно выявлять неисправности. |
Как видно из статьи, компания IPC2U предлагает различные решения организации RAID в промышленных компьютерах iROBO – под любые требования заказчиков. От простых решений на базе встроенного в материнскую плату RAID-контроллера до специализированных конфигураций с отдельной PCI-E платой или корзиной со встроенным RAID-модулем.
Такой подход позволяет гибко подбирать архитектуру системы хранения данных в зависимости от задач проекта, условий эксплуатации и бюджета. Для проектов, где требуется базовое резервирование и минимизация затрат, оптимальным выбором становится встроенный RAID-контроллер чипсета. Он обеспечивает достаточный уровень отказоустойчивости (например, RAID 1) при сохранении компактности и энергоэффективности системы.
В случаях, когда на первый план выходят высокая производительность, поддержка расширенных уровней RAID (5, 6, 10 и др.), а также развитые средства мониторинга и управления массивом, целесообразно применение отдельного аппаратного RAID-контроллера PCI-E. Такое решение особенно актуально для систем промышленной автоматизации, видеонаблюдения, обработки больших массивов данных и серверных задач. Также применение аппаратного контроллера RAID является оптимальным при использовании отечественных операционных систем, например Astra Linux.
Организация RAID на базе корзин со встроенным RAID-контроллером является удобным и компромиссным вариантом. Такое решение упрощает интеграцию, облегчает обслуживание и замену накопителей, а также позволяет реализовать резервирование без установки дополнительных плат расширения. Данный подход часто востребован в компактных промышленных корпусах и системах с ограниченным количеством слотов.
Таким образом, линейка промышленных компьютеров iROBO позволяет реализовать различные сценарии построения отказоустойчивых систем хранения данных – от экономичных до высокопроизводительных, обеспечивая надежность и стабильность работы оборудования в условиях промышленной эксплуатации.
