Raid spare что это

Обновлено: 04.07.2024

Основными факторами определяющими будущий уровень массива являются:

скорость
цена
отказоустойчивость

В итоге отношение этих трёх факторов даёт нам три возможных варианта нужного уровня рейд

Может показаться, что для RAID5, RAID6 нужно вложить больше денег, однако итоговая ёмкость массива при том же количестве дисков, что и в RAID1+0 будет больше. А это может стать определяющим фактором

Действительно ли вам нужен RAID0?

Перед тем как строить RAID0 на шпиндельных дисках обратите внимание на диски SSD. В зависимости от ваших потребностей вам может быть выгоднее купить один диск SSD, чем пару шпиндельных дисков с 7200rpm. С другой стороны если вы планируете высокоёмкостный массив и важно, чтобы был быстрый доступ к данным, то лучше смотреть в сторону шпиндельных дисков с 10000rpm в качестве кандидатов. Разница в цене между одним SSD и парой шпиндельных дисков может быть достадочно большой

Таким образом стоимость высокоёмкостного массива RAID0 или даже RAID10 на базе шпиндельных дисков будет значительно меньше. И большинстве случаев такой RAID вполне способен удовлетворить ваши потребности. Если же вам не нужен такой большой массив, то лучше взять один SSD вместо RAID0 или два SSD в RAID1 вместо RAID10. Кроме того минимальное время доступа таких RAID не уменьшается. Именно поэтому на сегодняшний день SSD будет лучшим выбором

RAID5 или RAID6?

Если вы планируете строить RAID5 общей ёмкостью более 15Тб, то лучшим решением будет всё же RAID6

RAID6 в этом смысле более надёжен

Горячая замена (hot spares)

Резервный диск hot spare является хорошим дополнением к отказоустойчивости массива повышая его надёжность. Если вылетел один из дисков в отказоустойчивом массиве (RAID1, RAID10, RAID5 или RAID6) массив стал уязвим. В таком случае вам нужно физически вытащить сбойный диск и на его место установить новый. Только после этого начнётся перестройка массива. Наличие диска hot spare позволяет контроллеру немедленно приступить к восстановлению, без вторжения со стороны администратора. Чем больше дисков в вашем массиве, тем больше вероятность того, что вам потребуется hot spare диск

Технология hot spare особенно эффективна, когда единственный диск hot spare доступен для нескольких массивов. Например в восьмидисковом NAS лучше построить RAID6, чем RAID5. Потому что в случае с RAID5 диск hot spare работает вхолостую ожидая своей участи, в то время как его лучше использовать в RAID6, что сделает операции чтения эффективнее и массив более отказоустойчивым. С другой стороны при наличии двух массивов RAID5 диск hot spare одинаково быстро доступен для любого из них, тем самым сокращая и без того немалые расходы

Программный RAID все-таки жив

Не недооценивайте реализацию RAID средствами ОС

такой RAID обеспечивает аналогичную, а может даже лучшую надёжность, по ставнению с интегрированими контроллерами начального уровня. Он также более надёжен, чем тот же RAID построеный на базе pci-raid-контроллера за 20$
RAID средствами ОС легче перенести с сервера на сервер. Нет риска в длительном простое, пока вы купите новый аналогичный контроллер на замену вышедшему из строя. Ему не нужны драйвера pci-raid-контроллера. Вы просто переносите диски на новое железо и всё
в случае с RAID0, RAID1, RAID10 у pci-raid-контроллера нет особых преймуществ, потому что он не занимается вычислительними операциями. Я не умаляю возможности pci-raid-контроллера работать с кешем записи, но для этого он должен комплектоваться BBU
потому многие современные NAS для домашнего пользования и малого бизнеса используют програмный RAID

Побочный эффект такого RAID:

нет гарантий в надёжной загрузке системы
значительное падение производительности сервера во время перестройки массива

Тестирование RAID

Свежепостроеный отказоустойчивый массив (RAID1, RAID10, RAID5, RAID6) нуждается в тестировании для того, чтобы знать как поведёт себя RAID в случае отказа одного из дисков

если ваше устройство поддерживает hot swap, вытягивайте любой диск на живой системе
если устройство не поддерживает hot swap, вытягивайте диск только после выключения устройства

После этого вы должны убедиться, что работающая система ведёт себя ожидаемым образом, массив доступен, есть возможность записывать и считывать данные. Желательно, чтобы вы получали уведомления о нештатной ситуации на мейл или по SMS. Средствами ПО контроллера проверьте определяется ли порт контроллера со сбойным диском. После этого отключите UPS от сети, через определённый период времени система должна корректно завершить работу

Тестирование лучше проводить до ввода в устройства эксплуатацию, чтобы вы знали как реагировать если что. Да и лишняя головная боль вам ни к чему если вдруг что-то пойдет не так

выход из строя RAID-контроллера, сопровождается как правило простоем пока купят аналогичный, а если такого нет впереди как правило бессоная ночь с восстановлением данных
выход из строя большего числа дисков, чем это допустимо
намеренное или случайное удаление или искажение пользователем рабочих файлов
пожары, наводнения и прочий форс-мажор
да мало ли что еще может быть

Всегда на замену должны быть диски нужного размера, всегда! Должен быть квалифицированный человек которорый сможет выполнить замену дисков для восстановления массива. Время реакции на возникшую проблему должно быть минимальным, иначе вы рискуете не пережить следующий подобный отказ. Но всё дело в том, что вы не будете знать когда нужно предпринимать экстренные меры если у вас не будет системы мониторинга

регулярная проверка SMART параметров дисков
очень желательно, чтоб ваш RAID-контроллер умел scrubbing. Scrubbing работает в моменты простоя считывая и контролируя характеристики чтения, что даёт вам возможность узнать о потенциальных сбойных секторах раньше, чем они появятся реально
любое необъяснимое падение производительности может означать проблемы с диском

Восстановление RAID

Существует один известный и широко обсуждаемый вопрос относительно RAID5.

Для того, чтобы восстановить массив из N дисков по C терабайт каждый, нужно считать C*(N-1) данных. Число бит которые необходимо считать определяется формулой

b = C * (N-1) * 8 * 10 12

Вероятность перестройки массива с удачным исходом определяется формулой

P = q b

Величину p указывает производитель в спецификации диска, и обычно она равна 10 -15 ошибок чтения на один бит

Значение URE производителя

Вероятность краха при

Эти расчёты выставляют проблему в худшем свете, чем это есть на самом деле и основаны они на несколько наивных утверждениях:

сбойные биты встречаются через одинаковые промежутки времени и расположены равномерно по всем дискам массива
единственная ошибка считывания во время перестройки массива убивает весь массив

Но оба эти утверждения не соответствуют дейтвительности, что делает рузультаты вычислений абсолютно бесполезными. Кроме того сама идея учёта ошибоксчитывания на по-битном уровне кажется сомнительной, учитывая то, что блочные устройства не могут считывать меньше, чем 512 байт данных за одну транзакцию

Таким образом утверждение в начале этого раздела может быть переопределено в нечто более практичное

Существует 50% вероятность того, что невозможно будет перестроить массив RAID5 ёмкостью 12Тб

Тоже самое можно сказать иначе

Если у вас есть 10Тб массив уровня RAID0, то существует вероятность 50%, что вы не сможете прочитать данные даже если вы их записали мгновение тому назад 1

Тем не менее никто не говорит о том, что RAID0 мёртв. Выше сказанное можно переформулировать по-другому

Подобные утверждения не могут быть правдой

перевод Александр Черных
системный администратор

Системный администратор. В сисадминстве с 2000 года. Участник cyberforum

Что такое RAID и зачем он нужен?

Акроним RAID (Reudant Array of Independed Disks) избыточный массив независимых дисков, впервые был использован в 1988 году исследователями из института Беркли Паттерсоном (Patterson), Гибсоном (Gibson) и Кацем (Katz). Они описали конфигурацию массива из нескольких недорогих дисков, обеспечивающих высокие показатели по отказоустойчивости и производительности.

Наиболее "слабой" в смысле отказоустойчивости частью компьютерных систем всегда являлись жесткие диски, поскольку они, чуть ли не единственные из составляющих компьютера, имеют механические части. Данные записанные на жесткий диск доступны только пока доступен жесткий диск, и вопрос заключается не в том, откажет ли этот жесткий диск когда-нибудь, а в том, когда он откажет.

RAID обеспечивает метод доступа к нескольким жестким дискам, как если бы имелся один большой диск (SLED - single large expensive disk), распределяя информацию и доступ к ней по нескольким дискам, обеспечивая снижение риска потери данных, в случае отказа одного из винчестеров, и увеличивая скорость доступа к ним.

Обычно RAID используется в больших файл серверах или серверах приложений, когда важна, высока скорость и надежность доступа к данным. Сегодня RAID находит применение так же в настольных системах, работающих с CAD, мультимедийными задачами и когда требуется обеспечить высокую производительность дисковой системы.

Можно ли использовать в RAID массиве диски разного размера?

Да. можно. Но, при этом, используемая емкость у ВСЕХ дисков будет равна емкости наименьшего диска.
Из этого следует, что добавлять в уже существующий RAID массив можно только диски такого же или большего размера

Можно ли использовать в RAID массиве диски разных производителей?

Да, можно. Но при этом надо иметь ввиду, что точные размеры дисков одинаковой емкости (36/73/146. ГБ) у разных производителей могут отличаться на несколько килобайт. Когда вы создаете новый RAID массив, на это можно не обращать внимание, но если вы добавляете диски к уже существующему массиву (например, меняете вышедший из строя диск), то важно, чтобы новый диск был больше чем старые, или точно такого же размера.

Что такое Write Through и Write Back?

Это способ записи данных, полученных RAID контроллером, на дисковый массив. По другому эти способы еще называются так: прямая запись (Write Through) и отложенная запись (Write Back). Какой из этих способов будет использоваться определяется в BIOS-е контроллера (либо при создании массива, либо позднее).

Write Through - данные записываются непосредственно на дисковый массив. Т.е. как только данные получены, они сразу же записываются на диски и после этого контроллер подает сигнал управляющей ОС о завершении операции.
Write Back - данные записываются сначала в кэш, и только потом (либо по мере заполнения кэш-а, либо в моменты минимальной загрузки дисковой системы) из кэш-а на диски. При этом, сигнал о завершении операции записи передается управляющей ОС сразу же по получении данных кэш-ем контроллера.

Избежать описанной проблемы можно или с помощью установки на RAID контроллер BBU (см. ниже), или посредством подключения всего сервера через источник бесперебойного питания (UPS) с функцией программируемого выключения.

Кстати, некоторые RAID контроллеры не позволяют включить функцию Write Back без установленного BBU.

Что такое BBU и зачем он нужен?

BBU (Battery Backup Unit) необходим для предотвращения потери данных находящихся в кэш-е RAID контроллера и еще не записанных на диск (отложенная запись - "write-back caching"), в случае аварийного выключения компьютерной системы.

Существуют три разновидности BBU:

Просто BBU: это аккумулятор, который обеспечивает резервное питание кэша через RAID контроллер.
Переносимые (Transportable) BBU (tBBU): это аккумулятор, который размещен непосредственно на модуле кэш и питает его независимо от RAID контроллера. В случае выхода из строя RAID контроллера, это позволяет перенести данные, сохраненные вкэш-е, на резервный контроллер и уже на нем завершить операцию записи данных.
Flash BBU: основная идея заключается в следующем: в случае сбоя питания RAID контроллер копирует содержимое кэш-а в энергонезависимую память (например, в случае с технологией Adaptec » Zero-Maintenance Cache Protection - на NAND флэш накопитель). Питание, необходимое для завершения этого процесса, обеспечивается встроенным супер-конденсатором. После восстановления питания, данные из флэш памяти копируются обратно в кэш контроллера.

Что такое Hotswap?

Что такое Hot Spare (Hotspare)?

Hot Spare - (Резервная Замена Дисководов ("Горячее резервирование")) - Одна из наиболее важных особенностей, которую обеспечивает RAID контроллер, с целью достичь безостановочное обслуживание с высокой степенью отказоустойчивости. В случае выхода из строя диска, восстанавливающая операция будет выполнена RAID контроллером автоматически, если выполняются оба из следующих условий:

Имеется "резервный" диск идентичного объема, подключенный к тому же контроллеру и назначенный в качестве резервного, именно он и называется Hotspare ;
Отказавший диск входит в состав избыточной дисковой системы, например RAID 1, RAID 3, RAID 5 или RAID 0+1.

Обратите внимание: резервирование позволяет восстановить данные, находившиеся на неисправном диске, если все диски подключены к одному и тому же RAID контроллеру.
"Резервный" диск может быть создан одним из двух способов:

Когда пользователь выполняет утилиту разметки, все диски, которые подключены к контроллеру, но не сконфигурированы в любую из групп дисководов, будут автоматически помечены как "резервные" ( Hotspare ) диски (автоматический способ поддерживается далеко не всеми контроллерами).
Диск может также быть помечен как резервный ( Hotspare ), при помощи соответствующей утилиты RAID контроллера.

В течение процесса автоматического восстановления система продолжает нормально функционировать, однако производительность системы может слегка ухудшиться.

Для того, что бы использовать восстанавливающую особенность резервирования, Вы должны всегда иметь резервный диск ( Hotspare ) в вашей системе. В случае сбоя дисковода, резервный дисковод автоматически заменит неисправный диск, и данные будут восстановлены. После этого, системный администратор может отключить и удалить неисправный диск, заменить его новым диском и сделать этот новый диск резервным.

Что такое Copyback Hot Spare?

Copyback Hot Spare это функция RAID контроллера, которая позволяет пользователям закрепить физическое расположение диска "горячего резерва" (Hot Spare), что позволяет улучшить управляемость системы.

Что такое JBOD?

JBOD (Just a Bunch of Disks) это способ подключить диски к RAID контроллеру не создавая на них никакого RAID. Каждый из дисков доступен так же, как если бы он был подключен к обычному адаптеру. Эта конфигурация применяется когда необходимо иметь несколько независимых дисков, но не обеспечивает ни повышения скорости, ни отказоустойчивости.

Что такое размер страйпа (stripe size)?

размер страйпа (stripe size) определяет объем данных записываемых за одну операцию ввода/вывода. размер страйпа задается в момент конфигурирования RAID массива и не может быть изменен позднее без переинициализации всего массива. Больший размер страйпа обеспечивает прирост производительности при работе с большими последовательными файлами (например, видео), меньший - обеспечивает большую эффективность в случае работы с большим количеством небольших файлов.

Нужно ли заниматься архивированием данных в случае использования RAID?

О: Конечно да! RAID это вовсе не замена архивированию, основное его назначение это повышение скорости и надежности доступа к данным в нормальном режиме работы. Но только регулярное архивирование данных гарантировано обеспечит их сохранность при любых отказах оборудования, пожарах, потопах и прочих неприятностях.

В: Что такое RAID и зачем он нужен? Какой RAID лучше использовать?
О: Ответу на этот вопрос посвящен раздел [ RAID ].

В: Можно ли использовать в RAID массиве диски разного размера?
О: Да. можно. Но, при этом, используемая емкость у ВСЕХ дисков будет равна емкости наименьшего диска.
Из этого следует, что добавлять в уже существующий RAID массив можно только диски такого же или большего размера.

В: Можно ли использовать в RAID массиве диски разных производителей?
О: Да, можно. Но при этом надо иметь ввиду, что точные размеры дисков одинаковой емкости (36/73/146. ГБ) у разных производителей могут отличаться на несколько килобайт. Когда вы создаете новый RAID массив, на это можно не обращать внимание, но если вы добавляете диски к уже существующему массиву (например, меняете вышедший из строя диск), то важно, чтобы новый диск был больше чем старые, или точно такого же размера.

В: Что такое Write Through и Write Back?
О: Это способ записи данных, полученных RAID контроллером, на дисковый массив. По другому эти способы еще называются так: прямая запись ( Write Through ) и отложенная запись ( Write Back ). Какой из этих способов будет использоваться определяется в BIOS-е контроллера (либо при создании массива, либо позднее).

Write Through - данные записываются непосредственно на дисковый массив. Т.е. как только данные получены, они сразу же записываются на диски и после этого контроллер подает сигнал управляющей ОС о завершении операции.
Write Back - данные записываются сначала в кэш , и только потом (либо по мере заполнения кэш -а, либо в моменты минимальной загрузки дисковой системы) из кэш -а на диски. При этом, сигнал о завершении операции записи передается управляющей ОС сразу же по получении данных кэш -ем контроллера.

Кстати, некоторые RAID контроллеры не позволяют включить функцию Write Back без установленного BBU .

В: Что такое BBU и зачем он нужен?
О: BBU (Battery Backup Unit ) необходим для предотвращения потери данных находящихся в кэш -е RAID контроллера и еще не записанных на диск (отложенная запись - "write-back caching"), в случае аварийного выключения компьютерной системы.

Существуют три разновидности BBU :

Просто BBU : это аккумулятор, который обеспечивает резервное питание кэша через RAID контроллер.
Переносимые (Transportable) BBU (tBBU): это аккумулятор, который размещен непосредственно на модуле кэш и питает его независимо от RAID контроллера. В случае выхода из строя RAID контроллера, это позволяет перенести данные, сохраненные в кэш -е, на резервный контроллер и уже на нем завершить операцию записи данных. : основная идея заключается в следующем: в случае сбоя питания RAID контроллер копирует содержимое кэш -а в энергонезависимую память (например, в случае с технологией Adaptec »Zero-Maintenance Cache Protection - на NAND флэш накопитель). Питание, необходимое для завершения этого процесса, обеспечивается встроенным супер-конденсатором. После восстановления питания, данные из флэш памяти копируются обратно в кэш контроллера.

В: Что такое Hot Spare (Hotspare)?
О: Hot Spare - (Резервная Замена Дисководов ("Горячее резервирование")) - Одна из наиболее важных особенностей, которую обеспечивает RAID контроллер, с целью достичь безостановочное обслуживание с высокой степенью отказоустойчивости. В случае выхода из строя диска, восстанавливающая операция будет выполнена RAID контроллером автоматически, если выполняются оба из следующих условий:

Имеется "резервный" диск идентичного объема, подключенный к тому же контроллеру и назначенный в качестве резервного, именно он и называется Hotspare ;
Отказавший диск входит в состав избыточной дисковой системы, например RAID 1 , RAID 3 , RAID 5 или RAID 0+1 .

Когда пользователь выполняет утилиту разметки, все диски, которые подключены к контроллеру, но не сконфигурированы в любую из групп дисководов, будут автоматически помечены как "резервные" ( Hotspare ) диски (автоматический способ поддерживается далеко не всеми контроллерами).
Диск может также быть помечен как резервный ( Hotspare ), при помощи соответствующей утилиты RAID контроллера.

В этом разделе использованы материалы с сайта "3dnews".

В: Что такое Copyback Hot Spare?
О: Copyback Hot Spare это функция RAID контроллера, которая позволяет пользователям закрепить физическое расположение диска "горячего резерва" ( Hot Spare ), что позволяет улучшить управляемость системы.

В: Что такое JBOD?
О: JBOD (Just a Bunch of Disks) это способ подключить диски к RAID контроллеру не создавая на них никакого RAID . Каждый из дисков доступен так же, как если бы он был подключен к обычному адаптеру. Эта конфигурация применяется когда необходимо иметь несколько независимых дисков, но не обеспечивает ни повышения скорости, ни отказоустойчивости.

В: Что такое размер страйпа (stripe size)?
О: размер страйпа ( stripe size ) определяет объем данных записываемых за одну операцию ввода/вывода. размер страйпа задается в момент конфигурирования RAID массива и не может быть изменен позднее без переинициализации всего массива. Больший размер страйпа обеспечивает прирост производительности при работе с большими последовательными файлами (например, видео), меньший - обеспечивает большую эффективность в случае работы с большим количеством небольших файлов.

В: Нужно ли заниматься архивированием данных в случае использования RAID?
О: Конечно да! RAID это вовсе не замена архивированию, основное его назначение это повышение скорости и надежности доступа к данным в нормальном режиме работы. Но только регулярное архивирование данных гарантировано обеспечит их сохранность при любых отказах оборудования, пожарах, потопах и прочих неприятностях.

RAID (Redundant Array of Independent Disks или «избыточный массив независимых дисков») — метод виртуализации, позволяющий объединять несколько дисков в единый логический том, имеющий лучшие характеристики. Чтобы описать, чем RAID может быть полезен на практике, рассмотрим теоретические основы, классификацию и особенности использования данной технологии.

Для чего применяется RAID

RAID позволяет превратить несколько дисковых накопителей в один большой и быстрый диск. Его можно использовать в качестве хранилища данных с функцией автоматического резервного копирования или настроить как системный диск повышенной отказоустойчивости.

У технологии RAID-массивов существуют и минусы. Платой за быстродействие и надежность становится усложнение системы, а также необходимость закупать дополнительное оборудование. Однако эта цена невелика по сравнению с потенциальными убытками, которые может понести пользователь при потере информации или внезапной поломке накопителя.

Преимущества технологии

Увеличенный объем. Первоначальное назначение RAID — получение диска большей емкости.
Повышение быстродействия системы через параллельное подключение в массив нескольких физических дисков.
Отказоустойчивость и надежность хранения данных обеспечиваются выделением на цели резервирования отдельного устройства. При повреждении одного из дисков RAID-массива информация не будет утеряна.

Условие применения

Технологию можно использовать не во всех случаях. Для этого требуется ее аппаратная и программная поддержка. BIOS должен содержать настройку вида «SATA Configuration: RAID». Если же ее по каким-либо причинам нет, то необходимо «перепрошить» базовую систему ввода-вывода.

В случае, когда поддержка RAID программным методом невозможна, нужно подключить дополнительное устройство — RAID-контроллер и установить соответствующий драйвер. В последних версиях ОС Linux (Ubuntu 20.04, POP-OS 20.04 и т. д.) драйвер для включения режима RAID инсталлируется автоматически.

Основные понятия

В основе функционирования RAID-массивов лежит несколько базовых терминов, без которых нельзя понять принципы работы этой технологии.

Массив — объединение нескольких физических или виртуальных накопителей в один большой диск с возможностью единой настройки, форматирования и управления.
Метод зеркалирования — способ повысить надежность хранения информации через создание копии исходного диска на другом носителе, входящем в массив.
Дуплекс — один из методов зеркалирования, в котором используется вдвое большее количество накопителей для создания копий.
Чередование — увеличение производительности диска, благодаря блочной разбивке данных при записи.
Четность — технология, сочетающая в себе чередование и зеркалирование.

Типы RAID-массивов

Программный (software RAID) — самый бюджетный и распространенный вариант. Дисковые массивы создаются в самой операционной системе посредством специальных утилит. Обработкой данных занимается центральный процессор. Основной недостаток — зависимость от предустановленной системы, которая приводит к существенному понижению быстродействия и безопасности хранения информации.
Аппаратный (hardware RAID) — создается на основе отдельного устройства (RAID-контроллера), которое имеет собственные специализированный микропроцессор и кеш-память. При этом нагрузка на микропроцессор практически отсутствует. Это наиболее затратный метод реализации, характеризующийся надежностью, высокой скоростью записи и чтения.
Интегрированный аппаратный (fake RAID, RAID-on-Chip) — комбинация программного и аппаратного способов. Реализована в виде дополнительного микрочипа, который встраивается в материнскую плату и работает совместно с центральным процессором. Эта технология быстрее программной, но не отличается надежностью хранения информации.

Классификация RAID по уровням

Основные отличия между конфигурациями или уровнями RAID заключаются в методах формирования и размещения данных, а также в алгоритмах распределения информации на носителях. Базовые типы RAID-массивов — RAID 0 и RAID 1. Остальные уровни считаются их производными, сочетающими в себе достоинства той или иной базовой модели.

RAID 0

Технология виртуализации RAID 0 называется striping («чередование»). Для ее реализации применяется от 2 до 4 накопителей, которые совместно выполняют процедуру «чтения/записи».

При записи информация разделяется на блоки, которые одновременно сохраняются на накопители. Первый блок — на один, второй — на другой жесткий диск и так далее. Производительность массива возрастает прямо пропорционально количеству накопителей в системе. То есть, 4 диска будут работать в 2 раза быстрее, чем два.

Однако, такая конфигурация RAID-массива чревата потерей данных, что уменьшает безопасность хранения информации. Это объясняется структурой каждого файла. Последний состоит из определенной последовательности блоков (байт), поскольку каждый из них записывается на разные диски и происходит «нарушение» его целостности. Если один накопитель выходит из строя, то блок «теряется». При этом получается «битый» файл, который практически невозможно восстановить.

Достоинства

Дисковый RAID-массив уровня 0 обеспечивает ощутимый прирост скорости, который прямо пропорционально зависит от кратности количества накопителей.
Использование всего дискового объема, т. е. при установке четырех дисков по 2 ТБ общий объем RAID-массива будет равен 2*4=8 ТБ.

Недостатки

Нарушение отказоустойчивости. Иногда возможен отказ в операциях чтения или записи.
При выходе из строя одного накопителя информация полностью теряется.

Использование

Применяется в приложениях для скоростного обмена информацией, в хранилищах временных файлов. Также RAID 0 нужен для систем, использующих некритичные по важности массивы данных.

RAID 1

Технология RAID 1 называется мirroring («зеркалирование»). Она подразумевает использование от 2 до 4 накопителей. Однако при этом теряется половина объема дисков, поскольку это пространство используется резервированием данных.

Простыми словами, если RAID-система состоит из 2 жестких дисков, то при выходе одного из них информация не потеряется полностью, поскольку один накопитель является точной копией другого.

Достоинства

Надежность хранения информации.
Простота реализации.
Высокая производительность при выполнении операции чтения.
Минимальная комплектация составляет всего 2 жестких диска.

Недостатки

Низкая производительность.
Емкость RAID-массива делится на 2, что обусловлено резервированием информации.
Замена неисправного накопителя требует полное отключение системы.

Использование

Уровень RAID 1 необходимо применять для увеличения надежности хранения информации на серверах.

RAID 5

Технология RAID 5 («чередование с чётностью») считается наиболее распространенной и безопасной. Для подобной конфигурации необходимо минимум 3 диска, а максимальное допустимое количество — 16.

При записи информации происходит разделение на блоки данных, но с одним условием — на один из дисков, называемый блок «чётность данных» (Parity Drive, PD), происходит запись информации для восстановления. Этот подход позволяет спасти данные при повреждении одного из накопителей.

RAID 5 может реализовываться программным методом при помощи специальных утилит, но IT-специалисты рекомендуют все же отдать предпочтение аппаратному способу.

Достоинства

Увеличена скорость чтения за счет одновременной обработки данных с нескольких независимых потоков от дисков массива.
Информация не «потеряется» при повреждении одного накопителя.
При замене неисправного диска происходит автоматическое восстановление информации.

Недостатки

Иногда происходят отказы дисков.
Если объем поврежденного накопителя 4 ТБ и более, при замене его на идентичный диск, восстановление может занять более одного дня.
Если диск «чётности» вышел из строя при выполнении процедуры восстановления, то информация будет окончательно утеряна.
Минимальное количество накопителей — 3.

Использование

Технология виртуализации 5 уровня (RAID 5) прекрасно подойдет для безопасного хранения данных, но при этом не будет утрачена производительность. Очень часто ее используют файловые серверы.

RAID 6

Технология виртуализации 6 уровня («чередование с двойной чётностью») похожа на RAID 5. Отличие состоит в записи информации для восстановления на два диска. Первый — блок «чётность данных» (PD) используются в архитектуре RAID 5 для резервного хранения данных. Второй диск «чётности» дублирует работу первого. Его работа основана на коде Рида-Соломона (Reed-Solomon), поэтому диск часто имеет краткое обозначение — RS или Q.

Благодаря использованию принципа двойной чётности, система может перенести без потерь информации отказ сразу двух жестких дисков. Однако для создания RAID 6 потребуется минимум четыре накопителя.

Достоинства

Высокая скорость считывания и записи данных.
Поддержка двух, одновременно вышедших из строя накопителей.

Недостатки

Время на операцию записи на 20% больше, чем для RAID 5.
Минимальная вероятность отказа дисков.
Восстановление после сбоя занимает много времени.
Для реализации необходимо 4 накопителя.

Использование

RAID 6 является более надежной конфигурацией, чем RAID пятого уровня. Она часто применяется на файловых серверах, где используются большие объемы данных.

RAID 10

Технология виртуализации 10 — «гибрид» RAID нулевого и первого уровней, сочетающая в себе все их преимущества.

Достоинства

Высокая скорость восстановления данных.
Высокая надежность.
Быстродействие.

Недостатки

Дороговизна реализации.
Емкость, уходящая на зеркалирование, эквивалентна 50 % от всего объема дисков.

Использование

Гибридная технология RAID 10 используется в тех же случаях, что и RAID 0 и RAID 1.

Утилиты для создания

В операционной системе Windows есть встроенная утилита для создания RAID. Однако она поддерживает только RAID-массивы первого. Поэтому для более сложных операций, а также для платформ на базе Unix/Linux требуется установка стороннего ПО.

Перед выбором соответствующей конфигурации RAID-массива, специалисты рекомендуют сохранить информацию на отдельный носитель. При создании или удалении RAID-системы данные на дисках уничтожаются.

Mdadm

Для операционных систем на основе Linux рекомендуется использовать штатную утилиту «mdadm», которую необходимо предварительно установить через терминал.

Основные возможности

Создание и сброс RAID-массивов.
Монтирование файловых систем.
Сохранение топологии массива.
Удаление отдельных элементов из RAID.

Установка

Для инсталляции утилиты требуется ввести в терминале следующие команды:

При этом в систему будет инсталлирована утилита, а также необходимый набор библиотек.

MegaRAID Storage Manager (MSM)

Бесплатное приложение от Microsoft, разработанное с целью обеспечения гибкого управления RAID-системами в ОС Windows.

Основные возможности

Просмотр состояния RAID-контроллера.
Создание RAID-массивов различных уровней.
Удаление элементов из массива.
Графический интерфейс.
Монтирование файловых систем.

Установка

Заключение

Использование RAID-массивов позволяет реализовать повышенние потенциала нескольких дисковых накопителей за счет их объединения. В частности, растет производительность и надежность хранения информации. Однако эффективность работы массива будет сильно зависеть от того, каким способом он создан. Оптимальным является аппаратный метод на базе отдельного RAID-контроллера, но его организация потребует больших финансовых вложений.

Помимо способа реализации для работы RAID важна конфигурация массивов, которая делится на несколько базовых уровней. Оптимальным уровнем считается RAID-10, поскольку он обеспечивает не только высокую скорость обработки данных, но и их сохранность.

Виртуальный сервер от Eternalhost — надежная площадка для современного веб-ресурса! Быстрые NVMe диски, реальная защита от DDoS, техподдержка 24/7.

В системах хранения данных критически важны сохранность и время восстановления в случае сбоя. Свою ценность, а в некоторых задачах и более высокую, имеет скорость работы накопителей. Использование RAID-массивов в различных конфигурациях — это поиск компромисса между перечисленными параметрами.

RAID — это технология объединения двух и более накопителей в единый логический элемент с целью повышения производительности и (или) отказоустойчивости отдельно взятого элемента массива.

RAID-массивы классифицируются по следующим параметрам:

по исполнению RAID контроллера;
по типам поддерживаемых интерфейсов накопителей;
по поддерживаемым уровням RAID.

RAID-контроллеры: аппаратные и не очень

По исполнению контроллеры делятся на программные и аппаратные. Программные реализуются непосредственно средствами операционной системы или на уровне материнской платы. Последние также известны как интегрированные, а также Fake-RAID. Они работают быстрее чисто софтверных решений за счет специального чипа для управления массивом. Недавно публиковался текст о развертывании таких технологий. Дополнительной железки при этом никакой нет и в любом случае будут использоваться ресурсы вычислительной машины.

Аппаратные RAID-контроллеры выполняются в форм-факторе платы PCIe либо в составе внешнего автономного устройства — дискового массива.

Они имеют на борту собственные процессор, память, BIOS и специальный интерфейс для конфигурации. Платы PCIe также комплектуются дополнительными модулями, сохраняющими данные, если произойдет сбой в электропитании: BBU с Li-Ion аккумулятором и ZMCP на базе суперконденсатора.

Оба модуля позволяют сделать сэйв содержимого кэша. После восстановления работы эти данные будут немедленно записаны на диск. Дисковый массив, будучи автономным, располагает собственными блоком питания и системой охлаждения.

Накопители подключаются к плате либо кабелями напрямую, либо через платы расширения. Автономные дисковые массивы содержат все накопители внутри себя, а наружу смотрит все тот же интерфейс PCIe (есть и другие варианты, например, USB 3.2 и Thunderbolt 3). Кстати, известный вид дисковых массивов — сетевое хранилище данных (NAS).

Что можно подключать к RAID-контроллеру

Следующий важный параметр, по которому различаются RAID-массивы, это поддержка интерфейсов накопителей. Не будем тревожить склеп с IDE-дисками, а констатируем, что по большому счету применяются три типа: SATA, SAS и NVMe. SAS — удел серверов, а вот остальные применяются повсеместно.

Есть программные и аппаратные RAID-контроллеры, которые умеют управлять массивом дисков с одним из интерфейсов. В формате PCIe есть и такие платы, которые реализуют режим Tri-Mode, позволяющий работать со смешанным составом накопителей.

Уровни RAID

Разобравшись с основными конструктивными особенностями RAID-контроллеров, перейдем к главной характеристике — поддержке уровней RAID. В подавляющим большинстве контроллеры работают с уровнями 0, 1, 1E, 10, 5, 5EE, 50, 6, 60. Другие занесены в красную книгу и на практике встречаются редко. Простейшие программные контроллеры позволяют создать RAID 0 и 1. Более продвинутые добавляют RAID 10 и 5. В аппаратных, как правило, такой перечень минимален, и многие платы поддерживают весь спектр уровней. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Несколько важных нюансов для понимания эффективных объема и быстродействия, получаемых в результате объединения в массив:

при использовании накопителей разного объема контроллер «обрезает» объем каждого из них до наименьшего из используемых. Если у вас есть много дисков 4 ТБ и один 2 ТБ, то в массиве все диски будут восприниматься как 2 ТБ;
при использовании накопителей с разными скоростями ввода/вывода и задержками, то операции доступа будут осуществляться с наихудшими из всех параметров. Другими словами, самым быстрым дискам придется ждать, пока отработает самый медленный.

RAID 0

Единственный массив, который не совсем оправдывает название, поскольку не обладает избыточностью. При этом скорость и эффективный объем максимальны. Данные разбиваются на одинаковые блоки, равномерно записываемые на все диски по очереди. Эти блоки называются страйпами, отсюда и сам RAID 0 часто именуют страйпом. Считывание данных также происходит параллельно. Здесь конечно же есть свое но.

Дело в том, что прирост производительности не прямо пропорционален количеству дисков (как хотелось бы). В силу специфики накопителей, особенно механических, выигрыш в конфигурации RAID 0 хорошо заметен только на операциях последовательного чтения. Другими словами, при работе с большими файлами. Типичная область применения — игры, видеомонтаж и рендеринг. При условии, что регулярно производится резервирование на сторонние накопители. Наряду с этим при случайном доступе к файлам разница с отдельно взятым диском уже не так ощутима. Более позитивная картина наблюдается в случае твердотельных накопителей, но они и так удовлетворяют большинству запросов по быстродействию.

В общем, в современных реалиях RAID 0 далеко не всегда оправдает свое применение, а основная задача RAID-массива все же в повышении надежности хранения данных.

Обратная сторона медали за скорость как раз в отсутствии избыточности, что означает нулевую отказоустойчивость. В случае сбоя хотя бы одного из элементов массива, восстановление всего содержимого практически невозможно.

RAID 1

RAID 1, известный как «зеркало», представляет собой другую крайность. Он максимально избыточен — в нем производится 100 % дублирование данных. Этот процесс «съедает» ровно половину объема массива. Число дисков в нем, соответственно, четное. Позволяет увеличить скорость чтения, но синхронная скорость записи в некоторых случаях падает. При отказе одного из дисков работа автоматически продолжается с дублером. Если доступна функция горячей замены дисков, то восстановление штатного режима происходит без остановки. RAID 1 идеален для чувствительных данных.

RAID 5

Состоит минимум из трех накопителей, при этом доступный объем уменьшается на один. Данные записываются в страйпы на все диски кроме одного, на котором размещается контрольная сумма этой части данных. Запись этого блока также чередуется между всеми накопителями, распределяя равномерную нагрузку. Если их больше четырех, то скорость чтения будет выше чем в RAID 1, но запись будет осуществляться медленнее. Контрольные суммы позволяют достать информацию в случае выхода из строя одного из элементов. Сама операция восстановления вызывает повышенную нагрузку на оставшиеся диски. Значительно падает производительность и риск утери всех данных в случае отказа еще одного диска. Желательно иметь опцию горячей замены для оперативного возвращения в нормальный режим работы.

Со всеми плюсами и минусами эти три уровня наиболее распространены и просты в развертывании.

RAID 6

Развитие RAID 5 по части надежности, позволяющее пережить потерю двух дисков. В данной конфигурации в каждом проходе пишется две независимые контрольные суммы на два накопителя. Требуется минимум четыре диска, из которых два уйдет на описанный алгоритм повышения отказоустойчивости. При этом скорость записи будет еще ниже, чем у RAID 5.

Следующие уровни — производные и комбинации перечисленных.

RAID 10

Неплохо было бы объединить достоинства RAID 0 (производительность) и RAID 1 (отказоустойчивость)? Встречайте RAID 10: страйп и зеркало, два в одном. Но и недостатки не забудьте — по-прежнему половина объема уходит на резерв. А что делать, за надежность приходится платить. В этом плане менее экономичен, чем RAID 5 И RAID 6, но более прост в восстановлении после сбоя.

RAID 50

По похожей схеме получаем RAID 50. Здесь уже страйпы не зеркалируются, а распределяются по двум и более массивам RAID 5. Требуется от шести дисков, скорость чтения значительно увеличивается. Кроме того, нивелируется и слабое место RAID 5 и RAID 6 — низкая скорость записи. Отрицательная сторона опять лежит в плоскости экономики. Из эффективного объема выпадают два диска, как и RAID 6, при этом массив выдержит потерю только одного.

RAID 60

Данный гибрид RAID 0 и RAID 6 призван решить проблему производительности последнего. Отказоустойчивость остается на том же уровне, как и часть объема накопителей, отводимая на реализацию алгоритмов контроля целостности данных. Дисков для такого удовольствия понадобится как минимум восемь.

RAID 1E

Еще одна вариация совмещения алгоритмов зеркалирования и чередования данных. Записанные на одной итерации страйпы повторно записываются на следующей, но в обратном порядке. Таким образом в RAID 1E можно использовать три диска. Массив останется тем же зеркалом с эффективным объемом, равным половине от исходного.

RAID 5EE

Один из вариантов использования RAID 5 с резервным диском. Отличается тем, что этот диск не простаивает до выхода из строя одного из элементов массива, а используется наряду с другими. На каждой итерации помимо страйпов данными и контрольной суммой записывается резервный блок. Сделано это для ускорения процесса сборки массива в случае нештатной ситуации. Платой за такую опцию становится второй диск, исключаемый из эффективного объема RAID 5EE.

В таблице ниже приведены сравнительные характеристики рассмотренных уровней RAID.

Не забудем и про массив с незатейливым названием JBOD (дословно переводится как «просто связка дисков»). Строго говоря, он не является RAID-массивом. Это объединенные в один несколько дисков без дополнительной функциональности. Позволяет развернуть логический диск с объемом, который недоступен в рамках одного накопителя. Такой диск полезен для перемещения файлов больших размеров в несколько терабайт.

Вместо заключения напомним самое главное правило для всех, кто хранит данные в RAID-массиве: RAID-массив ≠ бэкап! Регулярно делайте резервные копии данных на независимые носители и да пребудет с вами сила.

Читайте также: