Что такое raid массивы

Что такое RAID массив и как он работает

Содержание статьи:

Как работает RAID массив

Принцип работы RAID состоит в том, что технология позволяет размещать данные, например, одного приложения сразу на нескольких дисках. А операции ввода и вывода обрабатываются общими усилиями так, что повышается суммарная производительность.

Дополнительный бонус технологии — повышенная отказоустойчивость, вызванная более высоким объемом памяти. Таким образом, шанс потерять личные файлы стремительно падает.

RAID массив отображается в интерфейсе компьютера как один логический диск. Тем не менее принцип его работы может быть разным: зеркальным и чередующим. Зеркальный метод подразумевает копирование идентичных данных на несколько дисков, а чередующий позволяет равномерно распределять информацию по ним. Зеркалирование и чередование дисков могут быть объединены в одном массиве.

Любая технология имеет свои сильные и слабые стороны. Давайте рассмотрим возможности и недостатки RAID подробнее.

Какие преимущества дают RAID массивы

Экономическая составляющая.
В RAID массиве вы можете использовать несколько дешевых жестких дисков, получая в результате большие объемы памяти с минимальными затратами. Идеально для хранения личной информации, такой как, например, фильмы или семейные фотографии.

Производительность.
Используя RAID массив с несколькими жесткими дисками, вы получаете гораздо более высокую производительность, чем при одном активном устройстве. До уровня SSD, конечно, диски не дотянут, но скорость чтения-записи существенно возрастет. Как следствие, если ваша система установлена на HDD, скорость запуска компьютера будет выше.

Надежность.
Шанс того, что информация на вашем компьютере будет повреждена и недоступна для восстановления стремительно падает. Ведь чем больше суммарный объем памяти, тем большему количеству секторов надо сломаться прежде чем ситуация станет критической. А шанс того, что будет поврежден нужный вам файл вообще мизерный.

Отказоустойчивость.
Если вы используете массива RAID 5 с функцией “отзеркаливания”, вы можете свободно иметь два диска с идентичными данными. Повредился один — не проблема, все хранится в целости и сохранности на втором устройстве.

Негативные стороны применения RAID массивов

Высокая стоимость.
Помимо обычных RAID массивов существуют и гибридные, “Nested” массивы. Они могут содержать, например RAID 1+0, 0+3 и другие комбинации. Стоимость таких устройств ощутимо выше и может ударить по карману.

Риск цепного самоуничтожения.
Несмотря на то, что RAID массивы надежны и шанс повреждения дисков довольно низок, всегда есть вероятность старта цепной реакции “смерти”. Например, если один из дисков вышел из строя, вполне вероятно, что и другие тоже скоро постигнут его участь. Обратите внимание, что такие риски существуют только при полном отказе. Пара битых секторов должны вас насторожить, но не должны вгонять в панику.

Особенности производства.
Некоторые уровни RAID, например RAID 1 и 5, могут выдержать отказ только одного диска. И все остальные устройства в массиве находятся в серьезной опасности до тех пор, пока поврежденный диск не будет заменен новым.

RAID контроллер — управление массивом

RAID-контроллер — это устройство, предназначенное для управления жесткими дисками в массиве хранения данных. Он используется как средство общения между ОС и физическими дисками. В условиях применения такого контроллера повышается общая производительность и защищенность компьютера от кражи личной информации.

Контроллер может быть как программным, так и аппаратным. В аппаратном RAID массиве используются ресурсы самого RAID для управления его функционалом. В программном же массиве RAID использует ресурсы компьютера, такие как центральный процессор и память. Несмотря на то, что программный контроллер выполняет те же функции, что и аппаратный, он все же не может обеспечить аналогичной производительности.

Уровни RAID массивов

Устройства RAID бывают нескольких типов, но все они классифицируются как “уровни”. Ранее список таких уровней находился в диапазоне от 0 до 5. Такая пронумерованная система позволяла IT-специалистам различать типы массивов, с которыми они имеют дело. С тех пор количество уровней было расширено и разбито на категории: стандартные, вложенные и нестандартные.

Стандартные уровни

RAID 0

Принцип работы данного массива — чередование. Позволяет поочередно записывать информацию на каждый диск, находящийся в установленном массиве, и, тем самым, повышает производительность системы.

Доступна установка неограниченного количества дисков. Если же их скорость разная, то общий результат будет определяться по самому медленному устройству. Поэтому убедитесь, что приобретенные HDD имеют равные скоростные показатели. Тем не менее, это не касается объемов. Диски могут быть с совершенно разными показателями памяти: например, один диск содержит в себе 1 Тб памяти, второй 500 Мб, а третий 2 Тб. Все они могут сосуществовать вместе без конфликтов.

Обратите внимание!
Учитывая принцип работы массива, нужно часто делать бэкапы. Дело в том, что все файлы и приложения равномерно распределяются на всех установленных жестких дисков. И если хоть один из них настигнет сбой, вполне вероятно, что программа больше не запустится.

Исходя из технических соображений, в технологии RAID 0 главное соблюсти скоростную идентичность дисков. В противном случае данное предприятие может оказаться экономически невыгодным.

Преимущества: Высокая производительность.

Недостатки: Сложности при выборе комплектующих. Низкая надежность.

RAID 1

Принцип работы массива — зеркалирование. Такая конфигурация состоит минимум из двух дисков, которые дублируют хранящуюся друг на друге информацию. Чередование недопустимо. Повышена скорость чтения, поскольку оба диска можно считывать одновременно. На скорость записи данный массив никак не влияет.

Преимущества: Высокая надежность.

Недостатки: Дорого.

RAID 2

Принцип работы массива — чередование. Главное отличие от RAID 0 заключается в том, что в данном массиве некоторые диски хранят информацию о проверке и исправлении найденных ошибок (ECC). Кроме того, RAID 2 использует специальный код Hamming, применяемый для эффективного исправления сбоев. RAID 2 не имеет преимуществ перед RAID 3 и больше не используется.

Преимущества: Массив больше не используется.

Недостатки: Массив больше не используется.

RAID 3

Принцип работы массива — чередование. В процессе работы данного массива один диск используется специально для хранения информации о четности, которая помогает равномерно заполнять пространство всех HDD. Восстановление данных осуществляется путем индивидуальных вычислений для всех установленных устройств.

Поскольку операция ввода-вывода выполняется всеми дисками одновременно, устройство лучше всего подойдет для однопользовательских систем. То есть, данным массивом не смогут пользоваться два устройства одновременно.

Преимущества: Высокая производительность.

Недостатки: Возможность работы только с одним устройством. Низкая скорость передачи данных малого объема.

RAID 4

Принцип работы массива — чередование. Данный уровень очень похож на RAID 3, но отличается от него тем, что данные теперь разбиваются на блоки, а не на байты. Таким образом создатели массива смогли справиться с проблемой низкой скорости передачи файлов небольшого объема. Главным недостатком же стала низкая скорость записи данных.

Преимущества: Повышенная скорость передачи данных, в сравнении с RAID 3.

Недостатки: Низкая скорость записи файлов.

RAID 5

Данный массив базируется на чередовании на уровне блоков четности. Информация о четности чередуется по каждому диску индивидуально и позволяет массиву функционировать даже в случае отказа одного из подключенных устройств. Архитектура же дает возможность операциям чтения и записи охватить сразу несколько дисков. Результатом становится более высокая производительность, чем если бы было подключено только одно устройство.

RAID 5 требует как минимум 3 диска для полноценной работы. Тем не менее, желательно все же начинать с 5. Ведь 3 — это самый необходимый минимум при котором массив в принципе может функционировать.

Массивы RAID 5 считаются плохим выбором для использования в системах с интенсивной записью из-за принципа работы четности. Когда диск выходит из строя, восстановления данных может занять очень много времени.

Преимущества: Высокая скорость чтения. Экономичность.

Недостатки: В случае повреждения данных, время их восстановления может занять довольно внушительный срок.

RAID 6

Похож на RAID 5, но обладает более высокой надежностью. Использование дополнительной схемы четности позволяет массиву продолжать функционировать даже в случае отказа двух дисков одновременно. Однако, что-то хорошее редко случается просто так и за все нужно платить. Такая дополнительная защита обойдется вам несколько дороже, чем в случае с массивом предыдущего уровня.

Преимущества: Высокая надежность.

Недостатки: Пониженная скорость записи, в сравнении в RAID 5.

Вложенные уровни

Некоторые уровни RAID массивов называют вложенными, по-английски Nested. Это связано с тем, что принцип их работы основан на комбинировании разных уровней RAID в один массив. Давайте рассмотрим несколько примеров.

RAID 10 (RAID 1+0)

Объединив уровни 1 и 0, массив стали называть RAID 10. Главное его преимущество заключается в более высокой производительности относительно RAID 1. Тем не менее за это придется платить, поскольку стоимость массива становится несколько выше.

RAID 01 (RAID 0+1)

Данный массив очень похож на RAID 10. Исключение составляет сам метод организации данных на дисках. Вместо того, чтобы использовать метод зеркал и создавать копии данных, в массиве применяется набор полос, который в свою очередь подвергается зеркалированию.

RAID 03 (RAID 0+3)

RAID 03 так же часто могут называть и RAID 53, поскольку схема работы этих комбинаций массивов идентична. На этом уровне используется метод чередования типа 0 для блоков виртуальных дисков RAID 3. Такая комбинация обеспечивает более высокую производительности в сравнении с одиночными массивами. К сожалению, цена возрастает вместе с производительностью.

RAID 50 (RAID 5+0)

Данная конфигурация объединяет распределенную четность RAID 5 с чередованием RAID 0 для повышения производительности первого массива без снижения защиты данных. Идеальное сочетание.

Нестандартные уровни

Нестандартные уровни RAID редко можно увидеть на обычном рынке. Это связано с тем, что они разрабатываются компаниями индивидуально для своих нужд. Приведем несколько примеров.

RAID 7

Нестандартный уровень, основанный на принципах работы RAID 3 и 4. Главное отличие — добавленное кэширование. Данный массив включает в себя встроенную операционную систему, которая выступает в роли контроллера и проводит кэширование по высокоскоростной шине. Производительность повышена относительно индивидуальных массивов.

Adaptive RAID

Адаптивный массив. Этот уровень позволяет контроллеру самостоятельно решать как хранить данные о четности на дисках. Он выбирает между RAID 3 и 5, в зависимости от того какой уровень будет работать лучше с конкретным типом имеющихся данных.

Linux MD RAID 10

Данный уровень предоставляется Linux. Он поддерживает создание вложенных и нестандартных RAID массивов. Кроме того, технология поддерживает создание стандартных конфигурация RAID 0, RAID 1, RAID 4, RAID 5 и RAID 6.

Будущее RAID массивов

RAID по прежнему находит себе применение, даже не смотря на то, что аналитики утверждают о несовременности данной технологии. Существуют альтернативы, которые предлагают большую защиту данных и были разработаны специально для устранения слабых мест RAID.

Более того, рост числа твердотельных накопителей (SSD) так же работает не в пользу RAID массивов. Суть в том, что они не содержат движущихся частей и практически не подвержены разного рода повреждениям. Тем не менее, ситуация приятно меняется, если жесткие диски массива взять и заменить на SSD. В таком случае вы сможете добиться выравнивания износа и все диски проживут приблизительно один срок.

Существует огромное количество носителей для хранения информации, но еще не было ни одного устройства, способного обойти по объемам RAID массивы. Эти гиганты и по сей день могут сослужить отличным хранилищем личной информации.

Похожие статьи про восстановление данных:

Типы и различия SSD и возможность восстановления данных с твердотельных накопителей

Краткий “Курс в мир SSD”. Все о данном типе накопителей, включая подробные объяснения точных термино.

Как диагностировать неисправность носителя данных и не потерять файлы

Носители данных — это устройства, задача которых заключается в хранении информации о пользоват.

Как восстановить жесткий диск и вернуть данные, если диск не определяется

Жесткие диски, как и любые другие устройства, подвержены разного рода воздействиям и повреждениям. Е.

Источник

Подробное знакомство с RAID-массивами

На свете существует много интересного компьютерного железа. И не всегда получается понять, какой от него прок. А ведь именно любопытство в паре с ленью являются главными двигателями прогресса. Главное – это направить свой поток интереса в правильное русло.

Где искать свежие, оригинальные идеи? Новые технологии не сразу приходят к конечным пользователям. Сначала они окупаются и обкатываются на профессиональном рынке, служа бизнесу или государству, и лишь затем потихоньку дрейфуют «в массы», появляясь в бюджетных решениях.

В нашу тестовую лабораторию попала на редкость интересная вещица, одно название которой вызвает трепет: плата контроллера RAID-массива LSI LOGIC MegaRAID SCSI 320-1 PCI 64 1ch 64МБ (RAID levels: 0, 1, 50, 10, 5).

Представьте, именно такой абракадаброй кажутся непосвященным пользователям краткие характеристики какого-нибудь системного блока. Но приходит опыт, и цифры обретают смысл.

Плата RAID контроллера LSI LOGIC MegaRAID

Внешний SCSI разъем на плате

Внутренний SCSI разъем на плате

Перед нами типичный образец платы с RAID-контроллером, используемой в серверных решениях. В таких системах обычно устанавливаются дорогие, но надежные жесткие диски с параллельным SCSI интерфейсом и материнские платы с 64-разрядными PCI слотами. Ключевым же на сегодня будет слово RAID и перечисленные уровни: 0, 1, 50, 10, 5.

Что такое RAID?

В переводе с английского «RAID» (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) означает «избыточный массив независимых дисков». Этот перевод не совсем дословный, но именно содержащийся в нем смысл является правильным.

Впервые термин RAID появился в 1987 году, когда исследователям из Калифорнийского Университета в Беркли удалось создать действующий массив из нескольких жестких дисков.

Первоначальное предназначение RAID – создание на базе нескольких винчестеров диска большого объема с увеличенной скоростью доступа. Но затем к двум основным целям добавилась третья – сохранение данных в случае отказа части оборудования. Именно эти три кита сделали RAID-массивы столь востребованными бизнесом и военными. Впрочем, за объем, скорость и надежность пришлось платить повышением стоимости и сложности систем хранения данных.

Со временем оборудование для построения RAID массивов стало более доступным, особенно с появлением дешевых решений для IDE/ATA и SATA дисков. Теперь уже не только специалисты по СХД, но и обычные пользователи столкнулись с хитростями построения дисковых массивов.

Оказывается, не так просто найти оптимальное решение одновременно по надежности, емкости и цене. Надо быть готовым к тому, что придется купить не один, а несколько жестких дисков, и емкость как минимум одного из них не будет использоваться. Если речь идет о построении более-менее серьезной системы, потребуется отдельный (лучше специальный) корпус с отдельным (а то и двумя) блоком питания, плата контроллера и соответствующее программное обеспечение.

Не испугались? Значит, пора знакомиться с RAID более подробно.

Пять таинственных слов

В основе теории RAID лежат пять основных принципов – пять таинственных слов. Это Массив (Array), Зеркалирование (Mirroring), Дуплекс (Duplexing), Чередование (Striping) и Четность (Parity).

Массивом называют несколько накопителей, которые централизованно настраиваются, форматируются и управляются. Логический массив – это уже более высокий уровень представления, на котором не учитываются физические характеристики системы. Соответственно, логические диски могут по количеству и объему не совпадать с физическими. Но лучше все-таки соблюдать соответствие: физический диск – логический диск. Наконец, для операционной системы вообще весь массив является одним большим диском.

Зеркалирование – технология, позволяющая повысить надежность системы. В RAID массиве с зеркалированием все данные одновременно пишутся не на один, а на два жестких диска. То есть создается «зеркало» данных. При выходе из строя одного из дисков вся информация остается сохраненной на втором.

Источник

Что такое RAID-массивы

Содержание:

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

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.

Типы RAID-массивов

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

Недостатки

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

Недостатки

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

Недостатки

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

Недостатки

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

Недостатки

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

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

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.

Источник