Типы хранилищ AHCI и RAID — различия и сравнение

Эволюция технологий хранения была быстрой и довольно инновационной за последнее десятилетие. Почтенный вращающийся жесткий диск медленно, но верно заменяется гораздо более быстрым и эффективным твердотельным накопителем. За последние несколько лет твердотельные накопители произвели настоящий фурор в индустрии аппаратного обеспечения для ПК из-за их превосходной производительности и снижения стоимости входа. Цена таких компонентов, как флэш-память NAND, неуклонно снижается и в настоящее время достигла рекордно низкого уровня, поэтому многие производители твердотельных накопителей выпускают гораздо более доступные твердотельные накопители по конкурентоспособным ценам. Это привело к значительному увеличению продаж твердотельных накопителей по сравнению с традиционными жесткими дисками.

Samsung 970 Evo NVMe SSD — популярный выбор для тех, кто ищет высокую производительность. – Кредиты изображений: Samsung

С появлением твердотельных накопителей жесткие диски постепенно уходят с рынка из-за их более низкой скорости и проблем с надежностью. Тем не менее, есть области, где жесткие диски практически незаменимы. Если вам нужно много места для хранения на вашем компьютере и вы не хотите платить заоблачные цены за твердотельный накопитель большой емкости, то жесткий диск определенно станет тем устройством хранения, которое вам нужно. Кроме того, они по-прежнему являются неотъемлемой частью многих приложений для серверов и центров обработки данных, поэтому можно с уверенностью предположить, что у жестких дисков впереди еще немного жизни.

Расслоение дисков

Также было сделано много достижений для повышения скорости жестких дисков. Производители разработали и выпустили твердотельные жесткие диски или SSHD, которые представляли собой комбинацию стандартного жесткого диска с крошечным твердотельным накопителем, выступающим в роли кэш-памяти. SSHD так и не стали популярными из-за их относительно низкой производительности и меньшей стоимости, но идея объединения SSD с жестким диском осталась. Спустя годы Intel и AMD представили методы, известные как Intel Optane и AMD StoreMI, которые служат той же цели. Эти методы позволяют использовать более быстрый твердотельный накопитель меньшего размера в качестве кэш-памяти для более крупного и медленного жесткого диска, тем самым увеличивая скорость механического привода.

В рамках этой процедуры пользователи могут «наслаивать» разные накопители друг на друга и устанавливать для них порядок приоритета, что позволяет системе узнать, на каких дисках должны храниться часто используемые программы и файлы. Однако объединение SSD с жестким диском также поднимает другой вопрос. Многих пользователей беспокоит выбор между конфигурациями AHCI и RAID для их устройств хранения. Прежде чем мы выберем оптимальную конфигурацию для вашей установки, нам нужно понять, что на самом деле представляют собой AHCI и RAID.

Обзор AHCI

AHCI расшифровывается как Advanced Host Controller Interface, который определяется Intel. Этот режим используется в относительно новых системах, поскольку AHCI — это более новая технология, в которой реализовано множество встроенных функций стандартного интерфейса Serial ATA. Такие функции, как NCQ и горячая замена, являются частью AHCI, улучшающей совместимость и производительность устройств. Спецификация AHCI относится к интерфейсу уровня реестра для хост-контроллера Serial ATA или SATA.

Спецификация AHCI лучше всего подходит как для разработчиков программного обеспечения, так и для разработчиков оборудования. Режим AHCI обеспечивает стандартный метод программирования адаптеров AHCI/SATA, которые предназначены для тех разработчиков аппаратных компонентов, сборщиков систем и т. д. Более новые версии Windows, такие как Windows 10, требуют включения режима AHCI перед установкой системы, если вы хотите установить ОС на SSD. Если вы не включите AHCI в этой конфигурации, компьютер не сможет загрузиться с ошибкой BSOD. AHCI — это в основном режим работы, который позволяет использовать более продвинутые функции, присущие протоколу SATA.

Обзор RAID

Как мы отмечали в нашем кратком обзоре RAID-массивов, RAID — это сокращение от Redundant Array of Independent Disks, это технология виртуализации хранения данных. RAID может виртуализировать несколько независимых жестких дисков в один или несколько массивов, известных как массивы RAID. Это приводит к значительному улучшению таких факторов, как скорость и надежность, в зависимости от того, как настроена конфигурация. RAID обеспечивает избыточность в средах с несколькими устройствами и ускоряет работу устройств в массиве, которые обычно представляют собой старые жесткие диски.

Типичный RAID-контроллер — Изображение: PCMag

Как и AHCI, RAID также поддерживает контроллеры SATA, и многие продукты RAID позволяют пользователю включать AHCI во время установки. Однако RAID является более старой технологией, чем AHCI и SATA, и в основном имеет тот же набор функций, что и AHCI, если сравнивать их в однодисковых приложениях. RAID действительно сияет, когда вы переходите в конфигурации с несколькими дисками, которые могут использовать его более продвинутые функции, поскольку AHCI не может работать в этой конфигурации. RAID также может довольно быстро стать довольно дорогим, если вы начнете добавлять в массив несколько дисков.

RAID традиционно используется в приложениях, где данные хранятся на нескольких дисках. Такие области, как серверы и центры обработки данных, крайне нуждаются в RAID, чтобы можно было защитить огромные объемы конфиденциальных данных в случае сбоя оборудования. В дополнение к этим приложениям RAID также становится все более популярным в домашних и офисных приложениях. Потребители теперь обращаются к RAID, чтобы либо повысить производительность, либо обеспечить избыточность в случае потери диска. Этот тип RAID обычно устанавливается в таких приложениях, как домашние серверы NAS и т.п.

Уровни RAID

Существует много уровней RAID, обычно используемых как в потребительском, так и в профессиональном пространстве. Каждый из этих уровней (также называемых RAID-массивами) имеет свои преимущества и недостатки. Пользователь должен определить, какой из них больше всего соответствует его потребностям. Также важно отметить, что программные и аппаратные конфигурации RAID поддерживают разные уровни RAID, а также могут определять типы дисков, которые поддерживаются в конфигурации RAID: SATA, SAS или SSD.

RAID 0

Этот уровень RAID используется для повышения производительности сервера. В этой конфигурации данные записываются на несколько дисков. Это также известно как «расщепление диска». Любая работа, которую вы выполняете на этом сервере, выполняется несколькими дисками, поэтому производительность увеличивается за счет большего количества операций ввода-вывода. Еще одно преимущество, помимо скорости, заключается в том, что RAID 0 можно настроить как в программной, так и в аппаратной форме, и большинство контроллеров также поддерживают его. Самый большой недостаток этой конфигурации — отказоустойчивость. Если один диск выходит из строя, все данные на всех чередующихся дисках исчезают. Резервное копирование является ключевым, если вы планируете работать в этой конфигурации.

Объяснение RAID 0 или чередования дисков — Изображение: NetworkEncyclopediaRAID 1

Эта конфигурация также известна как «зеркалирование дисков», и самой сильной стороной RAID 1 является отказоустойчивость. Диски в этом RAID-массиве являются точными копиями друг друга, что создает большую сеть безопасности на случай отказа любого диска в массиве. Данные легко копируются с одного диска на другой, и это самый простой способ создать зеркало диска при относительно низких затратах.

Самым большим недостатком RAID 1 является снижение производительности. Из-за того, что данные записываются на несколько дисков, а не на один, производительность массива RAID 1 ниже, чем у одного диска. Второй недостаток заключается в том, что общая полезная емкость массива RAID составляет половину суммы емкостей дисков. Например, установка с двумя дисками по 1 ТБ каждый будет иметь общую емкость RAID 1 ТБ, а не 2 ТБ. Это, очевидно, по причинам избыточности.

Объяснение RAID 1 или зеркалирования дисков — Изображение: EnterpriseStorageForumRAID 5

Это наиболее распространенная конфигурация для корпоративных устройств NAS и бизнес-серверов. Этот массив является улучшением по сравнению с RAID 1, поскольку он снижает некоторые потери производительности, присущие зеркальному отображению дисков, а также обеспечивает хорошую отказоустойчивость. Обе эти вещи действительно важны в профессиональных приложениях для хранения данных. В RAID 5 данные и четность распределяются по 3 или более дискам. Если есть какие-либо признаки неисправности в одном из накопителей, данные плавно переносятся в блок четности. Еще одним преимуществом этого RAID-приложения является возможность «горячей замены» многих серверных дисков, что означает, что диски можно заменять в массиве во время работы системы.

Основным недостатком этого массива является производительность записи на больших серверах. Это может вызывать беспокойство, если множество пользователей получают доступ к определенному массиву и одновременно записывают в него данные в рамках ежедневной рабочей нагрузки.

Объяснение RAID 5 — Изображение: AOMEI DiskPartRAID 6

Этот массив RAID почти идентичен RAID 5 с одним ключевым отличием. Он имеет более сильную систему контроля четности, что означает, что до 2 дисков могут выйти из строя, прежде чем возникнет вероятность того, что данные будут затронуты. Это делает его очень привлекательным выбором для центров обработки данных и других корпоративных приложений.

RAID 10

RAID 10 представляет собой комбинацию RAID 1 и RAID 0 (таким образом, 1+0). Это гибридная комбинация RAID, которая пытается объединить лучшие части массивов RAID 1 и RAID 0. Он сочетает в себе чередование RAID 1 с зеркалированием RAID 2, чтобы увеличить скорость, а также обеспечить лучшую отказоустойчивость. Это делает его идеальным для серверов, которые выполняют много операций записи. Он также может быть реализован в программном или аппаратном обеспечении, но, как правило, лучше выбрать аппаратную реализацию.

Явным недостатком массива RAID 10 является его стоимость. Для этого массива требуется минимум 4 диска, при этом более крупные центры обработки данных и корпоративные приложения должны тратить на диски как минимум в 2 раза больше, чем на другие массивы.

Объяснение RAID 10 (1+0) — Изображение: EnterpriseStorageForum

В дополнение к этим основным уровням RAID существует также несколько других уровней RAID. Это комбинации основных массивов и используются для определенных целей. В эту категорию входят RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 7 и RAID 0+1.

AHCI против RAID

Различные функции AHCI и RAID оказывают значительное влияние на производительность ваших устройств, таких как устройства хранения, память и даже материнская плата. AHCI — это относительно современный программный интерфейс, который в основном подходит для дисков SATA. Если вы используете жесткий диск или твердотельный накопитель, использующий протокол SATA, вы можете настроить режим AHCI, чтобы использовать все преимущества интерфейса SATA. Это активирует такие функции, как NCQ и горячая замена, которые недоступны в других режимах. AHCI мало влияет на оптимизацию производительности дисков SATA, но оказывает относительно более заметное влияние на жесткие диски.

RAID широко используется для жестких дисков и гибридных массивов в целях защиты данных. Это позволяет жестким дискам и твердотельным накопителям продолжать нормально работать даже после потери данных с устройств. RAID также можно использовать в массиве SSD, но обычно это непомерно дорого и не дает большого выигрыша в производительности. Поэтому RAID обычно ограничивается массивами жестких дисков, в которых несколько жестких дисков оптимизированы по скорости и/или избыточности.

Таким образом, вы должны выбирать между AHCI и RAID в зависимости от конфигурации вашего диска. Если вы используете жесткий диск SATA или твердотельный накопитель SATA в конфигурации с одним диском, то AHCI может быть более подходящим, чем RAID. Если вы используете несколько жестких дисков, лучше выбрать RAID. RAID также рекомендуется для массивов, в которых используется комбинация твердотельных и жестких дисков в одном массиве. Оба режима имеют свои преимущества и более оптимизированы для различных сценариев, поэтому вопрос заключается не в том, «что лучше», а в том, «что больше подходит для моего варианта использования», и это зависит от конфигурации ваших накопителей.

Заключительные слова

Распределение различных устройств хранения стало проще, чем когда-либо, благодаря таким технологиям, как RAID, которые доступны каждому потребителю и просты в настройке. AHCI по-прежнему занимает свое место в мире хранилищ благодаря оптимизации для протокола SATA, но его использование ограничено современными компьютерами с одним диском. Для любой конфигурации с несколькими дисками вариант RAID является гораздо лучшим и более оптимизированным решением, обеспечивающим максимальную производительность и надежность этих дисков.

Если вы не хотите настраивать RAID-массив для своих нескольких дисков, но все же хотите ускорить свои более медленные механические диски, вы также можете обратить внимание на технологии Intel Optane и AMD StoreMI. Обе эти технологии значительно улучшились за последние несколько лет с точки зрения производительности и стабильности и, наконец, стали надежными альтернативами традиционным методам RAID. В конце концов, ваши предпочтения в отношении AHCI, RAID или даже программных решений, таких как StoreMI, зависят от конфигурации ваших дисков и ваших предпочтений. Просто нет подходящего решения для всех.