RAID массивы

Описание

RAID (англ. Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых (самостоятельных) дисков) — технология виртуализации данных для объединения нескольких физических дисковых устройств в логический модуль для повышения отказоустойчивости и производительности.

Аббревиатура «RAID» изначально расшифровывалась как «Redundant Array of Inexpensive Disks» («избыточный массив недорогих дисков»), так как они были гораздо дешевле дисков SLED (Single Large Expensive Drive). Именно так был представлен RAID его создателями Петтерсоном (David A. Patterson), Гибсоном (Garth A. Gibson) и Катцом (Randy H. Katz) в 1987 году. Со временем «RAID» стали расшифровывать как «Redundant Array of Independent Disks» («избыточный массив независимых (самостоятельных) дисков»), потому что для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование (под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ).

Калифорнийский университет в Беркли представил следующие уровни спецификации RAID, которые были приняты как стандарт де-факто:

• RAID 1 - зеркальный дисковый массив;
• RAID 2 - зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга;
• RAID 3 и RAID 4 — дисковые массивы с чередованием и выделенным диском чётности;
• RAID 5 - дисковый массив с чередованием и отсутствием выделенного диска чётности.

В современных RAID-контроллерах предоставлены дополнительные уровни спецификации RAID:

• RAID 0 - дисковый массив повышенной производительности с чередованием, без отказоустойчивости. Строго говоря, RAID-массивом не является, поскольку избыточность в нём отсутствует;
• RAID 6 - дисковый массив с чередованием, использующий две контрольные суммы, вычисляемые двумя независимыми способами;
• RAID 10 - массив RAID 0, построенный из массивов RAID 1;
• RAID 1E - (зеркало из трёх устройств), RAID 50 (массив RAID 0 из массивов RAID 5), RAID 05 (RAID 5 из RAID 0), RAID 60 (RAID 0 из RAID 6) и различные другие.

Аппаратный RAID-контроллер может иметь дополнительные функции и одновременно поддерживать несколько RAID-массивов различных уровней. При этом контроллер, встроенный в материнскую плату, в настройках BIOS имеет всего два состояния (включён или отключён), поэтому новый жёсткий диск, подключённый в незадействованный разъём контроллера при активированном режиме RAID, может игнорироваться системой, пока он не будет ассоциирован как ещё один RAID-массив типа JBOD (spanned), состоящий из одного диска.

Уровни RAID, реализуемые средствами файловой системы ZFS:

• RAID-Z - один избыточный диск;
• RAID-Z2 - два избыточных диска;
• RAID-Z3 - три избыточных диска.

RAID 0

RAID 0 (striping — «чередование») — дисковый массив из двух или более жёстких дисков без резервирования. Информация разбивается на блоки данных фиксированной длины и записывается на оба / несколько дисков поочередно, то есть один блок на первый диск, а второй блок на второй диск соответственно.

RAID 0 самый быстрый режим RAID, поскольку данные записываются на все диски тома. Более того, емкости всех дисков объединены для оптимального хранения данных. Однако в режиме RAID 0 отсутствует очень важное свойство для системы NAS: защита данных. Если один диск выходит из строя, все данные становятся недоступными. Выбирая между производительностью и защитой, учитывайте, что скорости передачи системы NAS зависят от пропускной способности сети, а также от оборудования самой системы. Например, даже если соединить оба порта LAN и подключить их к маршрутизатору, который поддерживает агрегирование портов, скорость системы NAS не превысит 200 МБ/с. Рекомендованный вариант — RAID 5, который обеспечивает достаточную производительность, приблизительно 75 % от емкости хранения режима RAID 0 (исходя из общих доступных дисков и емкостей хранения) и защиту данных.

RAID 1

RAID 1 (mirroring — «зеркалирование») — массив из двух (или более) дисков, являющихся полными копиями друг друга. Не следует путать с массивами RAID 1+0 (RAID 10), RAID 0+1 (RAID 01), в которых используются более сложные механизмы зеркалирования.

(+): Обеспечивает приемлемую скорость записи (такую же, как и без дублирования) и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов.

(+): Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве. Вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна произведению вероятностей отказа каждого диска, то есть значительно ниже вероятности выхода из строя отдельного диска. На практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва.

(-): Недостаток RAID 1 в том, что по цене двух (и более) жестких дисков пользователь фактически получает объём лишь одного.

Режим RAID 1 обеспечивает повышенную безопасность данных, поскольку данные записываются на каждый диск в томе. Если один диск выходит из строя, данные остаются доступными на другом диске в томе. Однако из-за необходимости записывать данные несколько раз, производительность снижается. Кроме того, в режиме RAID 1 емкость дисков уменьшается на 50 % или больше, поскольку каждый бит данных хранится на всех дисках в томе.

RAID 5

В режиме RAID 5 данные записываются на все диски в томе и в блок четности для каждого блока данных. Если один физический диск выходит из строя, данные из неисправного диска можно восстановить на запасной диск. Данные сохраняются при выходе из строя одного диска, но в случае выхода из строя второго диска до того, как данные смогли быть восстановлены на запасной диск, все данные будут утеряны. Для создания тома RAID 5 требуется минимум три диска.

Режим RAID 5 обеспечивает сравнимую с режимом RAID 0 производительность и при этом обеспечивает защиту данных.

RAID 6

В режиме RAID 6 данные записываются на все диски в томе и в два блока четности для каждого блока данных. Если один физический диск выходит из строя, данные из неисправного диска можно восстановить на запасной диск. Используя два блока четности для каждого блока данных, режим RAID 6 поддерживает выход из строя до двух дисков без потери данных. Синхронизация в режиме RAID 6 из неисправного диска происходит медленнее, чем в режиме RAID 5, из-за двойной проверки четности. Однако это не так уж и важно благодаря двухдисковому уровню защиты. Для создания тома RAID 6 требуется минимум четыре диска.

Режим RAID 6 обеспечивает очень хорошую защиту и немного низшую производительность по сравнению с режимом RAID 5.

RAID 10

В режиме RAID 10 сочетаются защита режима RAID 1 и производительность режима RAID 0. При использовании четырех дисков в режиме RAID 10 создается два сегмента RAID 1, которые объединяются в страйп RAID 0. При использовании восьми дисков в страйпе RAID 0 будет уже четыре сегмента RAID 1. Такие конфигурации обеспечивают исключительную защиту данных, при которой из строя могут выйти даже два диска в двух сегментах RAID 1. Кроме того, в режиме RAID 10 данные записываются на уровне файлов, а благодаря страйпу RAID 0 обеспечивается высшая производительность при работе с большим количеством файлов маленьких размеров. Это означает, что повышается уровень операций ввода-вывода в секунду.

RAID 10 отличный выбор для администраторов баз данных, для которых требуется считывание и запись множества маленьких файлов на дисках тома. Впечатляющие уровни операций ввода-вывода в секунду и защиты данных, предоставляемые режимом RAID 10, обеспечивают для администраторов баз данных как надежность в сохранности файлов, так и быстрый доступ к ним.