Het kantelpunt van software-RAID

In juni 2001 gebeurde er iets verbazingwekkends in de IT-wereld: Intel bracht de op Tualatin gebaseerde Pentium IIIS 1,0 GHz-processor uit. Dit was een van de eerste Intel-processoren (IA32-architectuur) die de kloksnelheidsgrens van 1 GHz had doorbroken en de eerste van enige betekenis. Hij was ook bijzonder doordat hij dubbele-processorondersteuning had en een twee keer zo grote cache vergeleken met zijn op Coppermine gebaseerde voorgangers of zijn niet-“S”-Tualatin-opvolger (die slechts een maand later volgde). De PIIIS-moederborden waren in hun tijdperk waanzinnig populair en vormden de ruggengraat van krachtige standaardservers, zoals Proliant en PowerEdge, in 2001 en de daaropvolgende jaren, met als hoogtepunt de Pentium IIIS 1,4 GHz dubbele-processorsystemen die zo belangrijk waren dat ze de inmiddels beroemde HP Proliant “G”-naamgevingsconventie in gang zetten. De Pentium III-machines waren “G1”.

Wat heeft dit allemaal met RAID te maken? Welnu, we moeten een stap terug doen en kijken naar waar RAID stond tot mei 2001. Vanaf de jaren negentig tot mei 2001 was hardware-RAID de standaard voor de IA32-serverwereld, die voornamelijk systemen omvatte zoals Novell Netware, Windows NT 4, Windows 2000 en sommige Linux. Software-RAID bestond wel voor enkele van deze systemen (niet voor Netware), maar servers kampten altijd met een tekort aan CPU- en geheugenbronnen, en het besteden van deze kostbare bronnen aan RAID-functies was duur en zorgde ervoor dat applicaties met RAID moesten concurreren om toegang, waarbij de systemen vaak vastliepen door het conflict. Hardware-RAID loste dit op door speciale CPU en RAM toe te voegen, uitsluitend voor deze functies.

RAID was eind jaren negentig en begin jaren 2000 ook sterk gebaseerd op RAID 5 en in mindere mate op RAID 6, pariteits-striping, omdat schijven klein en extreem duur waren qua capaciteit en het uitpersen van de maximale capaciteit uit de beschikbare schijven van het allerhoogste belang was, terwijl risico’s zoals URE zo triviaal waren vanwege de kleine capaciteiten dat pariteits-RAID, alles in aanmerking genomen, zeer betrouwbaar was. De factoren waren volledig anders dan ze in 2009 zouden zijn. In 2001 was het nog steeds gebruikelijk om harde schijven van 2,1 GB, 4,3 GB en 9 GB in enterpriseservers aan te treffen!

Omdat pariteits-RAID destijds de norm was en er doorgaans veel schijven per server werden gebruikt, had RAID gemiddeld meer CPU-overhead in 2000 dan in 2010! De impact van RAID op de systeembronnen was dus zeer aanzienlijk.

En dat is de achtergrond. Maar in juni 2001 kregen de mensen die zeer weinig krachtige IA32-systemen hadden gekocht plotseling toegang tot de Tualatin Pentium IIIS-processoren met sterk verbeterde kloksnelheden, efficiënte dubbele-processorondersteuning en twee keer zo grote on-chip caches, die letterlijk van de ene op de andere dag een verbluffende sprong in systeemprestaties opleverden. Met al deze nieuwe kracht en geen overeenkomstige verandering in de softwarevereisten beschikten systemen die van oudsher verstoken waren van CPU en RAM, plotseling over meer dan ze wisten te gebruiken, vooral omdat er extra threads beschikbaar waren en de meeste applicaties uit die tijd single-threaded waren.

De systeem-CPU’s, zelfs in het Pentium III-tijdperk, waren dramatisch krachtiger dan de kleine CPU’s, die vaak instapmodel-PowerPC- of MIPS-chips waren, op de hardware-RAID-controllers, en het beschikbare systeemgeheugen was vaak veel groter dan de hardwarematige RAM-caches, terwijl investeren in extra systeemgeheugen vaak veel effectiever en doorgaans voordeliger was. Met de beschikbaarheid van vrije capaciteit op het hoofdsysteem konden RAID-functies dus gemiddeld van de hardware-RAID-kaarten naar het centrale systeem worden verplaatst en prestatiewinst opleveren, zelfs terwijl men de extra CPU en RAM van de hardware-RAID-kaarten opgaf. Dit gold niet voor overbelaste systemen, systemen met een tekort aan bronnen, en was relevanter voor pariteits-RAID-systemen, waarbij RAID 6 het meest profiteerde en niet-pariteitssystemen zoals RAID 1 en 0 het minst.

Maar juni 2001 was het beroemde kantelpunt – vóór die datum was het gemiddelde IA32-systeem sneller bij gebruik van hardware-RAID. En na juni 2001 zouden nieuw aangeschafte systemen gemiddeld sneller zijn met software-RAID. Met elk verstrijkend jaar zijn de voordelen steeds meer in de richting van software-RAID verschoven, met de overvloed aan onderbenutte core-CPU’s, inactieve threads en ongebruikte RAM die explosief toenam, waarbij het enige voordeel ten gunste van hardware-RAID de afname van het gebruik van pariteits-RAID was, naarmate gespiegelde RAID de standaard werd toen schijfgroottes dramatisch toenamen terwijl de capaciteitskosten daalden.

Vandaag de dag is het al meer dan vijftien jaar geleden dat het idee dat hardware-RAID sneller zou zijn, is afgedankt. Het geloof blijft voortbestaan, voornamelijk vanwege het merkwaardige “Class of 1998”-effect. Maar dit is al lang een mythe die ten onrechte wordt herhaald door degenen die niet de tijd namen om het oorspronkelijke bronmateriaal te begrijpen. Hardware-RAID blijft voordelen bieden, maar prestaties zijn er geen van geweest gedurende het grootste deel van de tijd dat we RAID hebben gehad en zullen naar verwachting ook nooit meer toenemen.