Các loại lưu trữ AHCI và RAID - Sự khác biệt và so sánh

Sự phát triển của công nghệ lưu trữ diễn ra nhanh chóng và khá đổi mới trong thập kỷ qua. Ổ cứng quay đáng kính đã bị thay thế chậm nhưng chắc chắn bằng ổ thể rắn nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều. SSD đã khiến ngành công nghiệp phần cứng PC gần như làm mưa làm gió trong vài năm qua do hiệu suất tuyệt vời và chi phí đầu vào ngày càng giảm. Giá của các thành phần như NAND flash đang giảm dần và hiện đã xuống mức thấp nhất mọi thời đại, do đó, nhiều nhà sản xuất SSD đang tung ra các ổ cứng thể rắn hợp lý hơn nhiều với mức giá cạnh tranh. Điều này đã khiến doanh số bán ổ cứng thể rắn tăng mạnh so với ổ cứng truyền thống.

Với sự gia tăng của ổ đĩa thể rắn, ổ cứng đang dần bị loại bỏ khỏi thị trường do các vấn đề về tốc độ và độ tin cậy chậm hơn. Tuy nhiên, vẫn còn một số khu vực mà ổ cứng thực tế không thể thay thế được. Nếu bạn muốn có nhiều dung lượng lưu trữ cho máy tính của mình và không muốn trả giá cắt cổ cho một ổ SSD dung lượng cao thì ổ cứng chắc chắn sẽ là thiết bị lưu trữ mà bạn mong muốn. Chúng vẫn là một phần không thể thiếu trong nhiều ứng dụng máy chủ và trung tâm dữ liệu, vì vậy có thể an toàn khi cho rằng ổ cứng vẫn còn một chút tuổi thọ ở phía trước.

Phân lớp ổ đĩa

Nhiều tiến bộ cũng đã được thực hiện để cải thiện tốc độ của ổ cứng. Các nhà sản xuất đã thiết kế và phát hành Ổ cứng thể rắn hoặc SSHD về cơ bản là sự kết hợp của một ổ cứng tiêu chuẩn với một SSD nhỏ hoạt động như một bộ nhớ đệm. SSHD chưa bao giờ thực sự thành công do hiệu suất tương đối kém và giá trị kém hơn, nhưng ý tưởng kết hợp SSD với HDD vẫn còn tồn tại. Nhiều năm sau, Intel và AMD đưa ra các kỹ thuật được gọi là Intel Optane và AMD StoreMI phục vụ cùng một mục đích. Các phương pháp này cho phép sử dụng SSD nhỏ hơn, nhanh hơn làm bộ nhớ đệm cho ổ cứng lớn hơn, chậm hơn, do đó tăng tốc độ của ổ cơ học.

Trong quy trình này, người dùng có thể “xếp lớp” các ổ lưu trữ khác nhau với nhau và đặt thứ tự ưu tiên cho chúng, điều này có thể cho hệ thống biết ổ nào sẽ chứa các chương trình và tệp được truy cập thường xuyên. Tuy nhiên, việc kết hợp SSD với ổ cứng cũng đặt ra một câu hỏi khác. Rất nhiều người dùng gặp khó khăn khi phải lựa chọn giữa cấu hình AHCI và RAID cho thiết bị lưu trữ của họ. Trước khi chúng tôi chọn cấu hình tối ưu cho thiết lập của bạn, chúng tôi cần hiểu AHCI và RAID thực sự là gì.

Tổng quan về AHCI

AHCI là viết tắt của Advanced Host Controller Interface được xác định bởi Intel. Chế độ này được thấy trong các hệ thống tương đối mới hơn vì AHCI là một công nghệ mới hơn sở hữu nhiều chức năng gốc của giao diện tiêu chuẩn Serial ATA. Các chức năng như NCQ và hoán đổi nóng là một phần của AHCI, giúp cải thiện khả năng tương thích và hiệu suất của các thiết bị. Đặc điểm kỹ thuật của AHCI đề cập đến giao diện cấp đăng ký cho bộ điều khiển máy chủ của Serial ATA hoặc SATA.

Đặc tả AHCI phù hợp nhất với các nhà thiết kế phần mềm cũng như các nhà thiết kế phần cứng. Chế độ AHCI cung cấp một phương pháp tiêu chuẩn để lập trình bộ điều hợp AHCI / SATA dành cho các nhà thiết kế thành phần phần cứng và nhà xây dựng hệ thống, v.v. Các phiên bản Windows mới hơn như Windows 10 yêu cầu bật chế độ AHCI trước khi cài đặt hệ thống nếu bạn muốn cài đặt hệ điều hành trên một ổ SSD. Nếu bạn không bật AHCI trong cấu hình đó, thì máy tính sẽ không khởi động được với lỗi BSOD. AHCI về cơ bản là một phương thức hoạt động cho phép sử dụng các tính năng nâng cao hơn vốn có trong giao thức SATA.

Tổng quan về RAID

Như chúng tôi đã lưu ý trong khám phá ngắn gọn về mảng RAIDRAID là viết tắt của Redundant Array of Independent Disks và nó là một công nghệ ảo hóa lưu trữ dữ liệu. RAID có thể ảo hóa nhiều ổ cứng độc lập thành một hoặc nhiều mảng, được gọi là mảng RAID. Điều này dẫn đến những cải tiến lớn về các yếu tố như tốc độ và độ tin cậy, tùy thuộc vào cách cấu hình được thiết lập. RAID cung cấp khả năng dự phòng trong nhiều môi trường thiết bị và tăng tốc các thiết bị trong mảng thường là ổ cứng cũ hơn.

Cũng giống như AHCI, RAID cũng hỗ trợ bộ điều khiển SATA và nhiều sản phẩm RAID cho phép người dùng kích hoạt AHCI trong khi cài đặt. Tuy nhiên, RAID là một công nghệ cũ hơn AHCI và SATA và về cơ bản nó có cùng một bộ tính năng như của AHCI nếu chúng được so sánh trong các ứng dụng đĩa đơn. RAID thực sự tỏa sáng khi bạn đi vào các cấu hình đa đĩa có thể sử dụng các tính năng nâng cao hơn của nó vì AHCI không thể hoạt động trong cấu hình này. RAID cũng có thể trở nên đắt đỏ khá nhanh nếu bạn bắt đầu thêm nhiều đĩa vào mảng.

RAID thường được sử dụng trong các ứng dụng nơi dữ liệu được lưu trữ trên nhiều ổ đĩa. Các khu vực như máy chủ và trung tâm dữ liệu có nhu cầu hoàn toàn quan trọng đối với RAID để có thể bảo vệ một lượng lớn dữ liệu nhạy cảm trong trường hợp phần cứng bị lỗi. Ngoài các ứng dụng đó, RAID cũng ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng gia đình và văn phòng. Người tiêu dùng hiện đang chuyển sang RAID để tăng hiệu suất hoặc cung cấp khả năng dự phòng trong trường hợp mất ổ đĩa. Loại RAID này thường được thiết lập trong các ứng dụng như máy chủ NAS gia đình và các loại tương tự.

Mức RAID

Có nhiều cấp độ RAID thường được sử dụng trong cả không gian dành cho người tiêu dùng và người tiêu dùng. Mỗi cấp độ này (còn được gọi là Mảng RAID) đều đi kèm với những lợi ích và nhược điểm của chúng. Người dùng tùy thuộc vào việc xác định cái nào phù hợp với nhu cầu của họ nhất. Cũng cần lưu ý rằng cấu hình RAID phần mềm và phần cứng hỗ trợ các mức RAID khác nhau và cũng có thể chỉ định loại ổ đĩa được hỗ trợ trong cấu hình RAID: SATA, SAS hoặc SSD.

RAID 0

Mức RAID này được sử dụng để tăng hiệu suất của máy chủ. Với cấu hình này, dữ liệu được ghi trên nhiều đĩa. Nó còn được gọi là "dải đĩa". Bất kỳ công việc nào bạn đang làm trên máy chủ này đều được xử lý bởi nhiều ổ đĩa, do đó hiệu suất được tăng lên do số lượng hoạt động I / O cao hơn. Một lợi ích khác ngoài tốc độ là RAID 0 có thể được định cấu hình ở cả dạng phần mềm và phần cứng, và hầu hết các bộ điều khiển cũng hỗ trợ nó. Hạn chế lớn nhất của cấu hình này là khả năng chịu lỗi. Nếu một ổ đĩa bị lỗi, tất cả dữ liệu trên tất cả các đĩa sọc sẽ biến mất. Sao lưu là chìa khóa nếu bạn định hoạt động trong cấu hình này.

RAID 1

Cấu hình này còn được gọi là “Sao chép đĩa” và điểm mạnh lớn nhất của RAID 1 là khả năng chịu lỗi. Các ổ đĩa trong mảng RAID này là bản sao chính xác của nhau, do đó tạo ra một mạng lưới an toàn lớn hơn nếu bất kỳ ổ đĩa nào bị lỗi trong mảng. Dữ liệu được sao chép liền mạch từ ổ đĩa này sang ổ đĩa khác và đây là cách đơn giản nhất để tạo một máy nhân bản đĩa với chi phí tương đối thấp.

Nhược điểm lớn nhất của RAID 1 là ảnh hưởng đến hiệu suất. Do dữ liệu được ghi trên nhiều ổ đĩa thay vì một ổ đĩa, hiệu suất của mảng RAID 1 chậm hơn so với một ổ đĩa đơn. Hạn chế thứ hai là tổng dung lượng có thể sử dụng của một mảng RAID bằng một nửa tổng dung lượng ổ đĩa. Ví dụ: thiết lập có 2 ổ, mỗi ổ 1TB sẽ có tổng dung lượng RAID là 1TB thay vì 2TB. Điều này rõ ràng là vì lý do dư thừa.

RAID 5

Đây là cấu hình phổ biến nhất cho các thiết bị NAS doanh nghiệp và máy chủ doanh nghiệp. Mảng này là một cải tiến so với RAID 1 vì nó làm giảm bớt một số mất mát hiệu suất vốn có đối với tính năng sao chép đĩa và cũng cung cấp khả năng chịu lỗi tốt. Cả hai điều này đều thực sự quan trọng trong các ứng dụng lưu trữ dữ liệu chuyên nghiệp. Trong RAID 5, dữ liệu và tính chẵn lẻ được phân loại trên 3 ổ đĩa trở lên. Nếu có bất kỳ dấu hiệu nào về lỗi trong một ổ đĩa, dữ liệu sẽ được chuyển liên tục sang khối chẵn lẻ. Một lợi ích khác của ứng dụng RAID này là nó cho phép nhiều ổ đĩa máy chủ “có thể thay thế nóng”, có nghĩa là các ổ đĩa có thể được hoán đổi vào mảng trong khi hệ thống đang hoạt động.

Hạn chế lớn của mảng này là hiệu suất ghi trong các máy chủ lớn. Điều này có thể gây lo ngại nếu nhiều người dùng truy cập vào một mảng nhất định và ghi vào đó đồng thời như một phần của khối lượng công việc hàng ngày.

RAID 6

Mảng RAID này gần như giống với RAID 5 chỉ với một điểm khác biệt chính. Nó có một hệ thống chẵn lẻ mạnh hơn có nghĩa là tối đa 2 ổ đĩa có thể bị lỗi trước khi có bất kỳ cơ hội nào khiến dữ liệu bị ảnh hưởng. Điều này làm cho nó trở thành một sự lựa chọn rất hấp dẫn cho các trung tâm dữ liệu và các ứng dụng doanh nghiệp khác.

RAID 10

RAID 10 là sự kết hợp của RAID 1 và RAID 0 (do đó 1 + 0). Đây là sự kết hợp RAID lai nhằm cố gắng kết hợp những phần tốt nhất của cả mảng RAID 1 và RAID 0. Nó kết hợp việc tách rời RAID 1 với sự sao chép của RAID 2 nhằm nỗ lực tăng tốc độ cũng như cung cấp khả năng chịu lỗi tốt hơn. Điều này làm cho nó lý tưởng cho các máy chủ thực hiện nhiều thao tác ghi. Nó cũng có thể được thực hiện trong phần mềm hoặc phần cứng, nhưng việc triển khai phần cứng thường là một con đường tốt hơn để lựa chọn.

Nhược điểm rõ ràng của mảng RAID 10 là chi phí của nó. Yêu cầu tối thiểu 4 ổ đĩa cho mảng này, với các trung tâm dữ liệu lớn hơn và các ứng dụng doanh nghiệp phải tiêu tốn ít nhất gấp 2 lần số lượng ổ đĩa như trên các mảng khác.

Ngoài các mức RAID chính này, còn có một số mức RAID khác. Đây là sự kết hợp của các mảng chính và được sử dụng cho các mục đích cụ thể. RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 7 và RAID 0 + 1 được bao gồm trong danh mục này.

AHCI và RAID

Các tính năng khác nhau của AHCI và RAID có tác động đáng kể đến hiệu suất của các thiết bị như thiết bị lưu trữ, bộ nhớ và thậm chí cả bo mạch chủ. AHCI là một giao diện lập trình tương đối hiện đại, chủ yếu phù hợp với ổ đĩa SATA. Nếu bạn đang sử dụng ổ cứng HDD hoặc SSD sử dụng giao thức SATA, bạn có thể thiết lập chế độ AHCI để tận dụng toàn bộ lợi thế của giao diện SATA. Điều này sẽ kích hoạt các tính năng như NCQ và Hot Swapping không có sẵn trong các chế độ khác. AHCI có ít tác động đến việc tối ưu hóa hiệu suất của ổ SATA, nhưng nó có tác động tương đối đáng chú ý hơn đối với ổ cứng.

RAID được sử dụng rộng rãi cho HDD và các mảng lai nhằm mục đích bảo vệ dữ liệu. Nó cho phép các ổ cứng HDD và SSD tiếp tục chạy bình thường ngay cả sau khi thiết bị bị mất dữ liệu. RAID cũng có thể được sử dụng trong mảng SSD, nhưng điều đó thường rất đắt và không mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất. Do đó, RAID thường bị giới hạn trong các mảng ổ cứng có nhiều ổ cứng được tối ưu hóa về tốc độ và / hoặc khả năng dự phòng.

Tóm lại, bạn nên chọn giữa AHCI và RAID dựa trên cấu hình ổ đĩa của bạn. Nếu bạn đang sử dụng ổ cứng SATA hoặc SSD SATA trong cấu hình ổ đĩa đơn thì AHCI có thể phù hợp hơn RAID. Nếu bạn đang sử dụng nhiều ổ cứng thì RAID là lựa chọn tốt hơn. RAID cũng được khuyến nghị cho các mảng sử dụng kết hợp SSD và HDD trong một mảng duy nhất. Cả hai chế độ đều có những lợi ích của chúng và được tối ưu hóa hơn cho các tình huống khác nhau, vì vậy vấn đề không phải là "cái nào tốt hơn" mà là "cái nào phù hợp hơn cho trường hợp sử dụng của tôi" và điều đó phụ thuộc vào cấu hình ổ đĩa lưu trữ của bạn.

Từ cuối cùng

Việc phân lớp các thiết bị lưu trữ khác nhau trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết với các công nghệ như RAID có thể truy cập được cho mọi người tiêu dùng đồng thời dễ dàng thiết lập. AHCI vẫn có chỗ đứng trong thế giới lưu trữ do sự tối ưu hóa của nó cho giao thức SATA, nhưng việc sử dụng nó chỉ giới hạn trong các máy tính hiện đại, một ổ đĩa. Đối với bất kỳ cấu hình đa ổ nào, tùy chọn RAID là giải pháp tốt hơn và tối ưu hơn nhiều để có được hiệu suất và độ tin cậy tốt nhất từ ​​các ổ đó.

Nếu bạn không muốn thiết lập mảng RAID cho nhiều ổ đĩa của mình nhưng vẫn muốn tăng tốc các ổ đĩa cơ học chậm hơn, thì người ta cũng có thể hướng tới công nghệ Intel Optane và AMD StoreMI. Cả hai công nghệ này đã tạo ra những cải tiến đáng kinh ngạc trong vài năm qua về hiệu suất và độ ổn định, và cuối cùng là những lựa chọn thay thế đáng tin cậy cho các phương pháp RAID truyền thống. Vào cuối ngày, sở thích của bạn đối với AHCI, RAID hoặc thậm chí các giải pháp dựa trên phần mềm như StoreMI phụ thuộc vào cấu hình ổ đĩa và sở thích của bạn. Đơn giản là không có giải pháp phù hợp cho tất cả mọi người.