Ladíme výkon pevných disků

V tomto článku věnovaném ladění vzhledu a výkonu počítače se zaměříme na
ukázku, jak jednoduše zvýšit přenosovou rychlost diskového subsystému díky

využití systému RAID. V druhé části si popíšeme, jak správně vybrat počítačovou

skříň s ohledem na chlazení komponent, a to včetně popisu instalace a správného

umístění přídavných ventilátorů.



Každý uživatel osobního počítače (kromě velmi starých systémů XT, kde byly

použity pouze disketové mechaniky) má v útrobách svého počítače minimálně jeden

pevný disk. Pevný disk slouží k uschování dat v případě, kdy je počítač vypnut

a třeba odpojen od sítě elektrického napájení. Nevýhodou pevných disků oproti

operačním pamětem jsou velmi vysoké přístupové doby, během nichž je schopen

disk lokalizovat a zpracovat data. Tento čas se jmenuje přístupová doba a

pohybuje u pevných disků od 10 ms u těch velmi rychlých až k 20 až 30 ms u

starších modelů. U operačních pamětí jsou tyto časy o řád nižší, dalším

důležitým faktorem pro výkon pevného disku jsou otáčky ploten, které dělí běžně

dostupné pevné disky do tří kategorií – 5 400 ot./min, 7 200 ot./min a 10 000

ot./min. Čím vyšší otáčky, tím nižší přístupová doba disku k datům a tím vyšší

přenosová rychlost, jakou dokáže pevný disk posílat vyžádaná data sběrnici.

Přenosová rychlost současných disků se pohybuje od 35 MB/s až do 60 MB/s u

špičkových modelů. V tomto článku se nebudeme zabývat otázkou počtů ploten či

tepelnými ztrátami, jde nám hlavně o výkon disků z hlediska přenesených MB za

sekundu.

Mnohé z vás již určitě při téměř nekonečném nabíhání operačního systému,

nějakého programu, aplikace nebo oblíbené hry někdy napadlo: proč je ten systém

tak hrozně pomalý? Je to v naprosté většině pomalou přenosovou rychlostí

pevného disku, popřípadě vysokou přístupovou dobou. Tento problém si naštěstí

uvědomili výrobci komponent, zejména základních desek a přídavných řadičů,

kteří již nějakou dobu integrují do svých výrobků technologii převzatou ze

serverových platforem – systém RAID.



RAIDím, RAIDíš, RAIDíme…

Zkratka RAID znamená Redundant Aray Of Inexpensive Disks, což by se dalo

přeložit jako „záložní pole levných disků“. Technologie RAID funguje tak, že

shromažďuje jednotlivé pevné disky do jakýchsi logických jednotek, které podle

zvoleného módu způsobí zvýšení bezpečnosti, zvýšení přenosové rychlosti nebo

kombinace obojího. Systémy RAID se dříve používaly výhradně v serverech,

postupem času se však začaly normálně používat i v běžných osobních počítačích.

Možností, jak nastavit pole RAID, je několik vše záleží na podpoře výrobce.

Nejrozšířenějšími módy jsou RAID 0 označovaný jako Stripping, RAID 1 označovaný

jako Mirroring, jejich kombinace RAID 10 a RAID 5. Existují však i další módy,

RAID 2, 3, 4 a 6, ovšem jejich použití v běžných PC je možné pouze se

speciálními řadiči.

RAID 0 má za úkol zvýšit přenosovou rychlost pevných disků tak, že ukládá data

střídavě na první a na druhý disk. Názornou ukázkou je ilustrační obrázek, kde

je zobrazen RAID 0 se čtyřmi pevnými disky. Znázorňuje to, že každý blok dat je

uložen na jiný disk a tudíž se celková doba potřebná k uložení a načtení

výrazně sníží. K RAID 0 jsou potřeba minimálně dva pevné disky, použít se ovšem

dají i čtyři. Z hlediska velikosti, rychlosti a výbavy je dobré použít disky se

7 200 ot./min a minimálně 8 MB cache. Velikost disků by měla být identická,

není však podmínkou. Celkové pole RAID 0 bude mít celkovou velikost dvojnásobku

použitého menšího pevného disku. Pro naprosto bezproblémovou práci doporučujeme

použít dva (čtyři) zcela identické pevné disky. Na rozhraní ATA nebo SATA v

tuto chvíli nezáleží, výrobci umožňují provozovat RAID na ATA i SATA řadičích –

někteří dokonce i mixovaně. Naproti tomu přístupová doba disků, ač by se zdálo,

že bude nižší, zůstane v nejlepším případě stejná, v horším případě bude o 1 ms

vyšší než při použití jednoho disku. Zásadní nevýhodou tohoto řešení je nižší

spolehlivost – v případě, že se jeden z pevných disků jakkoliv porouchá,

přijdete o všechna data, nikoliv jen o polovinu. Proto se toto řešení nehodí

pro systémy, od nichž se vyžaduje 100procentní spolehlivost nebo trvalé

zachováni dat.

RAID 1 je opakem předchozího pole a má za úkol maximálně zvýšit bezpečnost dat.

V tomto případě totiž disky tvoří pole, které se označuje jako Mirroring.

Princip je jednoduchý – při použití dvou disků je jeden pevný disk přesným

obrazem druhého (zrcadlem)- odtud přenesený název Mirroring. Data systém ukládá

současně na oba dva disky, tento způsob tedy zvyšuje spolehlivost systému. V

případě, že je potřeba vyměnit jeden či druhý disk z důvodu poruchy nebo

plánované údržby, stačí jeden odpojit a systém zůstane plně funkční se

zbývajícím diskem – pouze bez možnosti zálohy. Po opětovném připojení druhého

disku systém řadiče sám zařídí, aby se data aktualizovala tak, aby na obou

discích byla aktuální. Disky tak lze použít kdykoliv samostatně, aniž by byla

omezena jejich funkčnost. Nevýhodou tohoto řešení je fakt, že rychlost disků

zůstává stále stejná (velikost i rychlost se řídí vždy menším/pomalejším diskem

zapojeným v RAID 1) a k dosažení určité kapacity jsou potřeba dva pevné disky,

které zvyšují pořizovací náklady. Ovšem ani tento způsob není zcela bezpečný,

protože o data můžete přijít například při poškození napájecího zdroje a

následném „odpálení“ obou disků.

RAID 10 (někdy také označován jako 0/1) je kombinací předchozích dvou polí RAID

a má za úkol zvýšit jak přenosovou rychlost systému, tak zajistit jeho

relativní bezpečnost. Proto je k použití systému RAID 10 potřeba čtyř, nejlépe

identických pevných disků, kdy dva pracují v režimu RAID 0 (Stripping) a druhá

dvojice se stará o jejich zrcadlení (Mirroring). Výhody tohoto řešení jsou

nasnadě – rychlost, relativní bezpečnost. Nevýhoda spočívá v počtu disků, které

jsou potřeba, a v jejich pořizovací ceně.

RAID 5 je posledním polem, o kterém se dnes zmíníme. Jde do jisté míry o

vylepšení RAID 10, a to tím způsobem, že k poli RAID 0 je připojen ještě jeden

disk, který se využívá k ukládání paritních informací. Pokud je jakýkoliv disk

poškozen, systém se nezhroutí, může být za chodu vytažen a nahrazen jiným.

Jediným znakem toho, že je něco v nepořádku, je dočasný pokles výkonu, protože

se potřebná data dopočítávají pomocí paritních informací. Výhodou tohoto pole

je rychlost, bezpečnost a nižší náklady na pořízení. Nevýhodou zůstává fakt, že

mnoho výrobců zatím RAID 5 neintegrovalo a nabízejí pouze RAID 0,1 a 10.



Jak na RAID prakticky?

Otestovali jsme dané možnosti polí RAID na základní desce ASUS A8N SLI Premium,

a to jak na přídavném řadiči Silicon Image 3114, tak na integrovaném nVidia.

Mimo jiné jsme měli možnost otestovat, zda má v současné době z hlediska výkonu

smysl pořizovat si SATA II nebo ne. Pevné disky jsme použili referenční 160GB

Seagate Barracuda 7200.7 ST3160827AS, pracující rychlostí 7 200 ot./minutu,

vybavené 8MB cache, dodané společností Kvazar-Micro (www.kmczech.cz).

Pro zprovoznění RAID pomocí přídavného Silicom Image je potřeba daný řadič v

BIOSu povolit. Poté vypněte počítač a připojte k SATA konektorům disky – je

jedno, jaké si vyberete, musejí být ovšem připojené k vybranému řadiči – a

počítač spusťte. Při nabíhání by se měly detekovat pevné disky, vidět by měly

být ve druhé obrazovce, hned po úvodním rozpoznání procesoru a pamětí. Nyní

jsme stiskli kombinaci kláves CTRL+S a dostali se do hlavního menu RAID řadiče.

Zde se nachází šest položek, z nichž jsou nejdůležitější první dvě – Create a

Delete RAID set. Pomocí první se diskové pole vytvoří, druhou se maže. Po

výběru první volby se zobrazí seznam podporovaných RAID polí. V našem případě

to jsou RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10, Spare Drive a JBOD (Single). Chceme

jako ukázku vytvořit RAID 0 – tak ho zvolíme. V následujícím okamžiku se objeví

na displeji výběr z automatické či manuální volby – to se týká možnosti

nastavení velikosti jednoho bloku dat – s hodnotami od 8 kB do 128 kB. Výběr

záleží pouze a čistě na využití pole – pro operační systém a práci s malými

soubory vyberte 8 kB, pro práci s videem a velkými soubory zvolte 128 kB. Pokud

si nejste jistí, vyberte automatiku. Dále potvrďte vypočítanou velikost pole a

uložte nastavení pomocí kláves CTRL+E. Nyní je vytvořeno pole RAID 0, které se

navenek chová stejně jako jakýkoliv jiný pevný disk, připojený na externí

řadič. Prvním krokem každopádně musí být formát.

Stejným způsobem lze nastavit RAID pole 1,5 nebo 10. Postup se bude lišit pouze

minimálně.

Ještě několik upozornění: jakýmkoliv nastavením pole RAID přijdete automaticky

o všechna data, která jsou na použitých pevných discích. Ztráta dat rovněž

hrozí při změně nastavení jednotlivých typů polí RAID. A poslední rada na závěr

- pokud si vytvoříte pole RAID, budete muset použít k bezproblémové instalaci

operačního systému ovladač řadiče, který naleznete na stránkách výrobce, nebo

který bude dodaný společně se základní deskou.



Výsledky

Při použití RAID 0, RAID 10 či RAID 5 dojde k nárůstu přenosové rychlosti

diskového pole oproti použití jednoho disku, zároveň se ovšem nepatrně zvýší

přístupová doba. Při práci s velkými soubory, při jejich editaci a kopírování

může být přínos těchto polí až dvojnásobný, rozdíly jsou ovšem patrné také při

startu a při práci se systémem a různými aplikacemi. Z hlediska bezpečnosti je

RAID 0 nejvíce náchylný na ztrátu dat – jakákoliv chyba jakéhokoliv disku

znamená ztrátu dat. RAID 5 je na tom o poznání lépe, zde systém vydrží výpadek

jakéhokoliv disku.

RAID 1 je zaměřen na bezpečnost dat a umožňuje zachovat data i při kolapsu

jednoho z pevných disků v poli. Jeho nevýhodou je nulový nárůst přenosové

rychlosti a nepatrné snížení přístupové doby.

Výsledky testů naleznete v tabulce, kde můžete porovnat integrovaný NVIDIA

řadič s přídavným Silicon Image 3114. Z výsledků jasně vyplývá, že pokud máte

možnost použít nové disky s NCQ nebo přenosovou rychlostí 300 MB/s, použijte

vždy řadič SATA II, protože jinak bude výkon zbytečně snížen. Testovací disky v

RAID 0 připojené na řadič nVidia podávaly výborný výkon a měly by stačit

každému, kdo požaduje vysokou přenosovou rychlost diskového subsystému.