Контроллер дискового массива

Контроллер дискового массива — это устройство, которое управляет физическими дисками и представляет их компьютеру как логические единицы . Он почти всегда реализует аппаратный RAID , поэтому его иногда называют RAID-контроллером . Он также часто обеспечивает дополнительный дисковый кэш .

Контроллер дискового массива часто неоднозначно сокращается до контроллера диска , который также может относиться к схеме, отвечающей за управление операциями внутреннего диска.

Передняя и задняя часть

Контроллер дискового массива предоставляет внешние и внутренние интерфейсы.

• Внутренний интерфейс взаимодействует с управляемыми дисками. Следовательно, его протокол обычно — ATA (он же PATA), SATA , SCSI , FC или SAS .
• Интерфейс внешнего интерфейса взаимодействует с хост-адаптером компьютера (HBA, адаптером главной шины) и использует:
  • один из ATA, SATA, SCSI, FC; это популярные протоколы, используемые дисками, поэтому, используя один из них, контроллер может прозрачно эмулировать диск для компьютера.
  • несколько менее популярные выделенные протоколы для конкретных решений: FICON / ESCON , iSCSI , HyperSCSI , ATA over Ethernet или InfiniBand .

Один контроллер может использовать разные протоколы для внутренней и внешней связи. Многие корпоративные контроллеры используют FC на внешнем интерфейсе и SATA на внутреннем.

Корпоративные контроллеры

Основная статья: Дисковый массив

В современной архитектуре предприятия контроллеры дисковых массивов (иногда также называемые процессорами хранения или SP) ) являются частями физически независимых корпусов , таких как дисковые массивы , размещенные в сети хранения данных (SAN) или сетевого хранения данных (NAS) серверах .

Эти внешние дисковые массивы обычно приобретаются как интегрированная подсистема RAID-контроллеров, дисковых накопителей, источников питания и программного обеспечения для управления. Контроллеры должны обеспечивать расширенные функциональные возможности (разные поставщики называют их по-разному):

• Автоматическое переключение на другой контроллер (прозрачно для компьютеров, передающих данные)
• Длительные операции выполняются без простоев
  • Формируем новый RAID-набор
  • Восстановление поврежденного набора RAID (после сбоя диска)
  • Добавление диска в онлайн-набор RAID
  • Удаление диска из набора RAID (редкая функция)
  • Разбиение набора RAID на отдельные тома/LUN
• Снимки
• Объемы непрерывности бизнеса (BCV)
• Репликация с помощью удаленного контроллера....

Простые контроллеры

RAID-контроллер Promise Technology ATA

Простой контроллер дискового массива может поместиться внутри компьютера либо в виде PCI карты расширения , либо просто встроен в материнскую плату . Такой контроллер обычно обеспечивает адаптера главной шины функциональность (HBA) для экономии физического пространства. Поэтому его иногда называют адаптером RAID .

По состоянию на февраль 2007 г. Intel начала интегрировать собственный контроллер Matrix RAID в свои более дорогие материнские платы, предоставляя контроль над четырьмя устройствами и двумя дополнительными разъемами SATA, а всего 6 подключений SATA (3 Гбит/с каждый). Для обратной совместимости также имеется один разъем IDE, позволяющий подключить 2 устройства ATA (100 Мбит/с).

История

Хотя аппаратные RAID-контроллеры были доступны в течение долгого времени, они всегда требовали дорогих жестких дисков SCSI и были нацелены на рынок серверов и компьютеров высокого класса. Преимущества технологии SCSI включают возможность подключения до 15 устройств на одной шине, независимую передачу данных, горячую замену , гораздо более высокое среднее время безотказной работы .

Примерно в 1997 году, с появлением ATAPI-4 (и, следовательно, Ultra-DMA-Mode 0 , который обеспечивал быструю передачу данных с меньшей загрузкой ЦП ), первые RAID-контроллеры ATA были представлены в виде карт расширения PCI. Эти RAID-системы вышли на потребительский рынок, где пользователи хотели получить отказоустойчивость RAID, не вкладывая средства в дорогие диски SCSI.

Диски ATA позволяют создавать RAID-системы с меньшими затратами, чем SCSI, но большинству RAID-контроллеров ATA не хватает выделенного буфера или высокопроизводительного оборудования XOR для расчета четности. В результате ATA RAID работает относительно плохо по сравнению с большинством SCSI RAID-контроллеров. Кроме того, безопасность данных страдает, если нет резервной батареи для завершения записи, прерванной отключением электроэнергии.

Поддержка ОС

Поскольку аппаратные RAID-контроллеры представляют собой собранные тома RAID , операционным системам не обязательно выполнять полную настройку и сборку для каждого контроллера. реализованы только базовые функции Очень часто в программном драйвере с открытым исходным кодом , а расширенные функции предоставляются через двоичные объекты непосредственно производителем оборудования.

Обычно RAID-контроллеры можно полностью настроить через BIOS карты до загрузки операционной системы , а после загрузки операционной системы у производителя каждого контроллера доступны собственные утилиты настройки, поскольку точный набор функций каждого контроллера может быть специфичным для каждого контроллера. каждого производителя и продукта. В отличие от контроллеров сетевых интерфейсов для Ethernet , которые обычно можно настроить и обслуживать полностью с помощью общих парадигм операционной системы, таких как ifconfig в Unix , без необходимости использования каких-либо сторонних инструментов, каждый производитель каждого RAID-контроллера обычно предоставляет свое собственное проприетарное программное обеспечение. инструментарий для каждой операционной системы, которую они планируют поддерживать, обеспечивая привязку к поставщику и способствуя решению проблем с надежностью.

Например, во FreeBSD для доступа к конфигурации RAID-контроллеров Adaptec пользователям необходимо включить уровень совместимости с Linux и использовать инструменты Linux от Adaptec. потенциально ставя под угрозу стабильность, надежность и безопасность их установки, особенно если учитывать долгосрочную перспективу. Однако это во многом зависит от контроллера и от того, доступна ли соответствующая аппаратная документация для написания драйвера, а некоторые контроллеры имеют версии своих утилит настройки с открытым исходным кодом, например, mfiutil и mptutil доступен для FreeBSD, начиная с FreeBSD 8.0 (2009 г.), а также mpsutil/ mprutil с 2015 года, каждый из них поддерживает только соответствующие драйверы устройств, что способствует раздуванию кода .

Некоторые другие операционные системы реализовали свои собственные общие структуры для взаимодействия с любым RAID-контроллером и предоставляют инструменты для мониторинга состояния тома RAID, а также облегчения идентификации дисков посредством мигания светодиода, управления сигналами тревоги, дисков горячего резервирования назначения и очистки данных § RAID от внутри операционной системы без необходимости перезагрузки в BIOS карты. Например, именно такой подход был использован в OpenBSD в 2005 году с ее bio(4) псевдоустройства драйвером и утилитой bioctl , которые обеспечивают статус тома и позволяют управлять светодиодами, сигнализацией и горячим резервированием, а также датчиками (включая дисковод) . датчик ) для мониторинга здоровья; впоследствии этот подход был принят и расширен NetBSD в 2007 году.

В bioctl набор функций намеренно сведен к минимуму, чтобы каждый контроллер мог поддерживаться инструментом одинаково; первоначальную настройку контроллера предполагается выполнить через BIOS карты, но после первоначальной настройки весь повседневный мониторинг и ремонт должны быть возможны с помощью унифицированных и универсальных инструментов, именно для этого и предназначен bioctl.

Ссылки

• Основы хранения данных: выбор RAID-контроллера , 7 мая 2004 г., Бен Фриман