Brytpunkten för mjukvaru-RAID

I juni 2001 hände något fantastiskt i IT-världen: Intel släppte den Tualatin-baserade Pentium IIIS 1,0 GHz-processorn. Detta var en av de första Intel-processorerna (IA32-arkitektur) som passerade 1 GHz-gränsen och den första av någon betydelse. Den var också speciell genom att den hade stöd för dubbla processorer och en dubbelt så stor cache jämfört med sina Coppermine-baserade föregångare eller dess icke-“S”-Tualatin-efterföljare (som följde bara en månad senare). PIIIS-systemkorten var oerhört populära under sin tid och utgjorde ryggraden i högpresterande standardservrar, såsom Proliant och PowerEdge, under 2001 och de följande åren, kulminerande i Pentium IIIS 1,4 GHz-systemen med dubbla processorer som var så viktiga att de gav upphov till den nu berömda HP Proliant “G”-namnkonventionen. Pentium III-maskinerna var “G1”.

Vad har allt detta med RAID att göra? Tja, vi måste ta ett steg tillbaka och se var RAID befann sig fram till maj 2001. Från 1990-talet och fram till maj 2001 var hårdvaru-RAID standarden för IA32-serverns värld, vilken huvudsakligen omfattade system som Novell Netware, Windows NT 4, Windows 2000 och en del Linux. Mjukvaru-RAID fanns för vissa av dessa system (inte Netware), men servrar kämpade alltid med begränsade CPU- och minnesresurser, och att lägga dessa dyrbara resurser på RAID-funktioner var kostsamt och skulle få applikationer att konkurrera med RAID om åtkomst, varvid systemen ofta kvävdes av konflikten. Hårdvaru-RAID löste detta genom att lägga till dedikerad CPU och RAM enbart för dessa funktioner.

RAID under det sena 1990-talet och tidiga 2000-talet var också i mycket hög grad baserat på RAID 5 och i mindre utsträckning RAID 6, paritetsstripning, eftersom diskar var små och extremt dyra per kapacitet och att pressa ut maximal kapacitet ur de tillgängliga diskarna var av yttersta prioritet, samtidigt som risker som URE var så försumbara på grund av de små kapacitetsstorlekarna att paritets-RAID, allt sammanvägt, var mycket tillförlitligt. Faktorerna var helt annorlunda än vad de skulle vara år 2009. År 2001 var det fortfarande vanligt att se hårddiskar på 2,1 GB, 4,3 GB och 9 GB i företagsservrar!

Eftersom paritets-RAID var det rådande och många diskar vanligtvis användes på varje server, hade RAID i genomsnitt mer CPU-belastning år 2000 än det hade år 2010! Så RAID:s påverkan på systemresurserna var mycket betydande.

Och det är bakgrunden. Men i juni 2001 fick plötsligt de som hade köpt mycket svaga IA32-system tillgång till Tualatin Pentium IIIS-processorerna med kraftigt förbättrade klockfrekvenser, effektivt stöd för dubbla processorer och dubbelt så stora cacheminnen på chippet, vilket innebar ett häpnadsväckande prestandalyft bokstavligen över en natt. Med all denna nya kraft och ingen motsvarande förändring i mjukvarukraven fick system som traditionellt hade lidit av brist på CPU och RAM plötsligt mer än de visste hur de skulle använda, särskilt eftersom ytterligare trådar fanns tillgängliga medan de flesta dåtida applikationer var enkeltrådade.

System-CPU:erna, även under Pentium III-eran, var dramatiskt kraftfullare än de små CPU:erna, som ofta var instegs-PowerPC- eller MIPS-chip, på hårdvaru-RAID-kontrollerna, och det tillgängliga systemminnet var ofta mycket större än hårdvarans RAM-cachar, och att investera i extra systemminne var ofta långt mer effektivt och i allmänhet fördelaktigt. Med tillgången till ledig kapacitet i huvudsystemet kunde RAID-funktioner i genomsnitt flyttas från hårdvaru-RAID-korten till det centrala systemet och vinna prestanda, även när man avstod från den extra CPU:n och RAM:en på hårdvaru-RAID-korten. Detta gällde inte överbelastade system, de som led av resursbrist, och var mer relevant för paritets-RAID-system, där RAID 6 gynnades mest och icke-paritetssystem som RAID 1 och 0 gynnades minst.

Men juni 2001 var den berömda brytpunkten – före det datumet var det genomsnittliga IA32-systemet snabbare med hårdvaru-RAID. Och efter juni 2001 skulle nyinköpta system i genomsnitt vara snabbare med mjukvaru-RAID. För varje år som gått har fördelarna lutat alltmer åt mjukvaru-RAID i takt med att överflödet av underutnyttjade CPU-kärnor, lediga trådar och överbliven RAM exploderat, där den enda fördelen för hårdvaru-RAID varit den minskade användningen av paritets-RAID när speglad RAID tog över som standard allteftersom diskstorlekarna ökade dramatiskt samtidigt som kapacitetskostnaderna sjönk.

Idag har det gått mer än femton år sedan föreställningen att hårdvaru-RAID skulle vara snabbare lades på hyllan. Tron lever vidare främst på grund av den märkliga “Class of 1998”-effekten. Men detta har länge varit en myt som upprepats felaktigt av dem som inte tog sig tid att förstå det ursprungliga källmaterialet. Hårdvaru-RAID fortsätter att ha fördelar, men prestanda har inte varit en av dem under större delen av den tid vi har haft RAID och förväntas aldrig stiga igen.