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.
Результаты тестирования и реальная производительность
В предыдущем блоке рассматривались основные подходы к реализации RAID в промышленных компьютерах семейства iROBO – от простого решения на базе встроенного RAID до полноценных аппаратных контроллеров. Однако, не были рассмотрены реальные результаты производительности каждого из решений. В этой части приведены результаты практического тестирования четырёх вариантов реализации RAID, выполненного на одинаковой аппаратной базе.
В качестве тестового стенда использовалась новинка компании IPC2U – промышленный компьютер iROBO‑3000‑00U6‑G6. Это флагманская модель в настольном исполнении. На тестовой платформе по очереди формировался RAID массив уровня 1 (RAID1), устанавливалась операционная система Windows 11, и далее проводился замер скорости чтения/записи с помощью программы CrystalDiskMark. В качестве дисков использовались жесткие диски SATA Seagate Barracuda 7200 об/м.
RAID контроллер на базе чипсета материнской платы
Первым был протестирован встроенный в материнскую плату RAID (Intel RST). Его результаты на изображении ниже:
По результатам тестирования можно отметить неплохую производительность чтения/записи, при этом не стоит забывать, что такая реализация RAID задействует ресурсы центрального процессора, и часть вычислений ложится на него. В связи с чем, при выполнении ресурсоемких задач, производительность RAID массива может быть ниже.
Корзина для накопителей со встроенным RAID контроллером
Следующим было протестировано решение на базе корзины со встроенным RAID контроллером. Плюсами такого решения являются удобство доступа к дискам, возможность горячей замены дисков, дополнительная система охлаждения дисков, а также аппаратные средства диагностики массива.
Как видно из результатов тестирования, уровень производительности примерно соответствует уровню встроенного в материнскую плату RAID. Но данное решение полностью независимо от центрального процессора, соответственно подобные показатели скорости чтения и записи не будут зависеть от загруженности центрального процессора.
Аппаратный RAID контроллер на базе платы MiniPCI-E или M.2
Контроллеры данного типа, как правило, не применяются в стоечных или настольных системах на базе классических материнских плат. Их основная область использования - встраиваемые решения, где отсутствуют полноразмерные слоты расширения PCI/PCI-E, но доступны компактные интерфейсы вроде MiniPCI-E или M.2. В случаях, когда в таких устройствах требуется реализовать RAID-массив, именно эти компактные контроллеры становятся оптимальным вариантом. Тем интереснее выглядят результаты тестирования такого контроллера.
Скорость чтения у этого контроллера оказалась даже чуть выше, чем у встроенного в материнскую плату или реализованного на базе корзины. Однако несколько проседает скорость записи. Но учитывая размеры данного решения, а также его предназначение – расширение функционала встраиваемых систем, такие показатели все равно являются очень достойными.
Аппаратный RAID контроллер на базе платы PCI-E
В заключение тестирования были произведены замеры производительности RAID контроллера на базе платы PCI-E. В этом случае все предсказуемо и очевидно. Подобное решение предлагает как максимальную производительность, так и расширенный функционал, включая поддержку большего количества дисков, большего количества режимов RAID, а также такой полезной функции как BBU или суперконденсатор, которая предотвращает потерю данных при сбоях питания.
Из результатов теста видно, что несмотря на стандартную скорость записи, на уровне других решений, представленных в статье, скорость чтения значительно выше. Однозначно можно отметить, что данное решение полностью раскрывает потенциал RAID даже при использовании HDD.
Проведённое тестирование наглядно подтверждает, что выбор реализации RAID в промышленном компьютере напрямую влияет не только на производительность, но и на устойчивость работы системы в различных сценариях. Простые и компактные решения обеспечивают базовый функционал и удобство интеграции, встроенные контроллеры предлагают сбалансированный компромисс, тогда как полноценные аппаратные RAID-контроллеры остаются единственным вариантом для задач, где критичны максимальная скорость, надежность и независимость от ресурсов системы. Таким образом, при проектировании промышленного решения выбор типа RAID должен определяться не только форм-фактором и доступными интерфейсами, но и реальными требованиями к нагрузке, отказоустойчивости и производительности системы в целом.
