Типы хранения данных AHCI vs RAID – различия и сравнение

Эволюция технологий хранения данных за последнее десятилетие была быстрой и весьма инновационной. На смену устаревшим вращающимся жестким дискам медленно, но верно приходят более быстрые и эффективные твердотельные накопители. За последние несколько лет твердотельные накопители практически захватили индустрию компьютерного оборудования благодаря своей превосходной производительности и снижению стоимости входа. Цена таких компонентов, как флэш-память NAND, постоянно снижалась и сейчас достигла исторического минимума, поэтому многие производители SSD выпускают гораздо более доступные твердотельные накопители по конкурентоспособным ценам. Это привело к значительному росту продаж твердотельных накопителей по сравнению с традиционными жесткими дисками.

С появлением твердотельных накопителей жесткие диски постепенно вытесняются с рынка из-за их низкой скорости и проблем с надежностью. Однако все еще существуют некоторые области, в которых жесткие диски практически незаменимы. Если вам нужен большой объем памяти для вашего компьютера, но вы не хотите платить непомерно высокую цену за SSD большой емкости, то жесткий диск определенно будет тем устройством хранения данных, которое вам нужно. Кроме того, они по-прежнему являются неотъемлемой частью многих серверных приложений и центров обработки данных, поэтому можно с уверенностью предположить, что у жестких дисков еще есть немного жизни впереди.

многоуровневые диски

Для повышения скорости работы жестких дисков также было сделано множество усовершенствований. Производители разработали и выпустили твердотельные жесткие диски или SSHD, которые, по сути, представляют собой комбинацию стандартного жесткого диска с крошечным твердотельным накопителем, выполняющим функцию кэша. SSHD так и не стали популярными из-за относительно низкой производительности и худшей стоимости, но идея сочетания SSD и HDD не теряет актуальности. Годы спустя Intel и AMD разработали технологии, известные как Intel Optane и AMD StoreMI которые служат той же цели. Эти методы позволяют использовать меньший, более быстрый SSD в качестве кэша для большего, более медленного жесткого диска, тем самым ускоряя скорость механического диска.

В рамках этой процедуры пользователи могут «наслаивать» друг на друга различные накопители и устанавливать для них порядок приоритетов, благодаря чему система может знать, на каких дисках должны храниться часто используемые программы и файлы. Однако сочетание твердотельного накопителя с жестким диском также вызывает другой вопрос. Многим пользователям не дает покоя выбор между конфигурациями AHCI и RAID для своих устройств хранения данных. Прежде чем выбрать оптимальную конфигурацию для вашей установки, необходимо понять, что такое AHCI и RAID.

Обзор AHCI

AHCI расшифровывается как Advanced Host Controller Interface, разработанный компанией Intel. Этот режим встречается в относительно новых системах, поскольку AHCI — это более новая технология, обладающая многими функциями стандартного интерфейса Serial ATA. Такие функции, как NCQ и горячая замена, являются частью AHCI, которые улучшают совместимость и производительность устройств. Спецификация AHCI относится к интерфейсу на уровне 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 предоставляет стандартный метод программирования адаптеров AHCI/SATA, который предназначен для разработчиков аппаратных компонентов и сборщиков систем и т.д. Новые версии Windows, такие как Windows 10, требуют включения режима AHCI перед установкой системы, если вы хотите установить ОС на SSD. Если в такой конфигурации не включить AHCI, то компьютер не загрузится с ошибкой BSOD. AHCI — это режим работы, который позволяет использовать более продвинутые функции, присущие протоколу SATA.

Обзор RAID

Как мы уже отмечали в статье краткое описание массивов RAID, 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 позволяет значительно улучшить такие факторы, 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.

Как и AHCI, RAID также поддерживает контроллеры SATA, и многие продукты RAID позволяют пользователю включить AHCI при установке. RAID — более старая технология, чем AHCI и SATA, однако она имеет тот же набор функций, что и AHCI, если сравнивать их в однодисковых приложениях. RAID действительно сияет, когда вы переходите к многодисковым конфигурациям, которые могут использовать его более продвинутые возможности, поскольку AHCI не может работать в такой конфигурации. RAID-массив также может быстро стать довольно дорогим, если вы начнете добавлять в массив несколько дисков.

RAID традиционно используется в приложениях, где данные хранятся на нескольких дисках. В таких областях, как серверы и центры обработки данных, RAID-массивы необходимы для того, чтобы защитить огромное количество конфиденциальных данных в случае аппаратного сбоя. Помимо этих областей применения, RAID становится все более популярным в домашних и офисных приложениях. Потребители обращаются к RAID для увеличения производительности или обеспечения резервирования в случае потери диска. Этот тип RAID обычно устанавливается в таких приложениях, как домашние NAS-серверы и т.п.

Уровни RAID

Существует множество уровней RAID, широко используемых как в потребительском, так и в пользовательском сегменте. Эти уровни (также называемые RAID-массивами) имеют свои преимущества и недостатки. Пользователь должен сам определить, какой из них больше всего подходит для его нужд. Важно также отметить, что программные и аппаратные конфигурации RAID поддерживают различные уровни RAID, а также могут определять типы дисков, поддерживаемых в конфигурации RAID: SATA, SAS или SSD.

RAID 0

Этот уровень RAID используется для повышения производительности сервера. При такой конфигурации данные записываются на несколько дисков. Он также известен как «чередование дисков». Любая работа на этом сервере обрабатывается несколькими дисками, поэтому производительность увеличивается за счет большего количества операций ввода-вывода. Еще одним преимуществом, помимо скорости, является то, что RAID 0 может быть сконфигурирован как в программной, так и в аппаратной форме, и большинство контроллеров также поддерживают его. Самым большим недостатком этой конфигурации является отказоустойчивость. Если один диск выходит из строя, все данные на всех дисках с чередованием пропадают. Резервное копирование — ключевой момент, если вы планируете работать в такой конфигурации.

RAID 1

Эта конфигурация также известна как «зеркалирование дисков», а самой сильной стороной RAID 1 является отказоустойчивость. Диски в этом массиве RAID являются точными копиями друг друга, создавая тем самым большую сеть безопасности в случае отказа любого диска в массиве. Данные беспрепятственно копируются с одного диска на другой, и это самый простой способ создания зеркала диска при относительно низкой стоимости.

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 одиночного диска. Второй недостаток заключается в том, что общая полезная емкость массива RAID равна половине суммы емкостей дисков. Например, при использовании 2 дисков емкостью 1 ТБ каждый общая емкость RAID-массива составит 1 ТБ, а не 2 ТБ. Это очевидно для обеспечения избыточности.

RAID 5

Это наиболее распространенная конфигурация для корпоративных NAS-устройств и бизнес-серверов. Этот массив является улучшением по сравнению с RAID 1, поскольку он устраняет некоторые потери производительности, присущие зеркалированию дисков, а также обеспечивает хорошую отказоустойчивость. Оба эти фактора очень важны в профессиональных системах хранения данных. В RAID 5 данные и четность чередуются на 3 или более дисках. Если есть признаки неисправности одного диска, данные плавно переносятся на блок контроля четности. Еще одним преимуществом этого RAID-массива является возможность «горячей замены» многих серверных дисков, что означает, что диски можно менять местами в массиве, пока система работает.

Основным недостатком этого массива является производительность записи в больших серверах. Это может быть опасно, если многие пользователи обращаются к определенному массиву и записывают на него данные одновременно в рамках ежедневной рабочей нагрузки.

RAID 6

Этот RAID-массив практически идентичен RAID 5 с одним ключевым отличием. Он имеет более мощную систему четности, что означает, что до 2 дисков могут выйти из строя, прежде чем данные пострадают. 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 стороны массивов RAID 1 и RAID 0. В ней сочетаются чередование RAID 1 и зеркалирование RAID 2, что позволяет увеличить скорость и повысить отказоустойчивость. Это делает его идеальным для серверов, выполняющих большое количество операций записи. Она также может быть реализована программно или аппаратно, но аппаратная реализация, как правило, является лучшим выбором.

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

Помимо этих основных уровней RAID, существует также несколько других уровней RAID. Это комбинации основных массивов и используются для конкретных целей. К этой категории относятся 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 накопители, память и даже материнская плата. AHCI — это относительно современный программный интерфейс, который в основном подходит для дисков SATA. Если вы используете HDD или SSD с протоколом SATA, вы можете настроить режим AHCI, чтобы использовать все преимущества интерфейса SATA. Это позволит использовать такие функции, как NCQ и горячая замена, которые недоступны в других режимах. AHCI оказывает незначительное влияние на оптимизацию производительности дисков SATA, но он оказывает относительно более заметное влияние на жесткие диски.

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

В целом, выбор между AHCI и RAID зависит от конфигурации диска. Если вы используете жесткий диск SATA или SSD SATA в конфигурации с одним диском, то AHCI может быть более подходящим вариантом, чем RAID. Если вы используете несколько жестких дисков, то RAID является лучшим выбором. RAID также рекомендуется для массивов, в которых используется комбинация SSD и HDD в одном массиве. Оба режима имеют свои преимущества и более оптимизированы для различных сценариев, поэтому вопрос не в том, «что лучше», а скорее «что больше подходит для моего случая использования», и это зависит от конфигурации ваших накопителей.

Заключительные слова

Наложение различных устройств хранения данных стало проще, чем когда-либо, благодаря таким технологиям, как RAID, доступным каждому потребителю и простым в настройке. AHCI все еще имеет свое место в мире систем хранения данных благодаря оптимизации протокола SATA, но его использование ограничено современными компьютерами с одним диском. Для любой многодисковой конфигурации вариант RAID является гораздо лучшим и более оптимизированным решением для достижения максимальной производительности и надежности этих дисков.

Если вы не хотите создавать RAID-массив для нескольких дисков, но при этом хотите ускорить медленные механические диски, обратите внимание на технологии Intel Optane и AMD StoreMI. Обе эти технологии за последние несколько лет добились фантастических успехов в плане производительности и стабильности и наконец-то стали надежной альтернативой традиционным методам RAID. В конечном счете, предпочтение AHCI, RAID или даже программных решений, таких как StoreMI, зависит от конфигурации дисков и ваших предпочтений. Просто не существует правильного решения для всех.