что такое рейд массив и для чего он нужен
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.
Что такое RAID-массив, и почему он вам нужен
Не пугайтесь незнакомого слова — рассказываем, что это за RAID, и чем он может быть полезен даже обычному пользователю.
С каждым годом производительность компьютерного железа увеличивается высокими темпами. Процессоры оснащают все большим количеством ядер и потоков, а видеокарты покоряют более высокую частоту чипа. Однако, что касается жестких дисков, пока их предел скорости застыл на отметке 7200 об/мин. Технические характеристики HDD в последнее время изменяются только в плане объема, но не скорости. Исправить такую ситуацию могут SSD-накопители, но, как правило, они значительно дороже и обладают относительно низким ресурсным потенциалом. Еще до появления SSD на свет в 1987 году были придуманы так называемые RAID-массивы. Ниже расскажем, что это такое, какие виды массивов бывают, и чем они могут быть полезны обычному пользователю.
Что такое RAID-массив?
RAID (англ. Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков) — технология виртуализации данных, которая объединяет несколько дисков в логический элемент для повышения производительности. Соответственно, минимальное количество требуемых дисков — 2, но может потребоваться и больше. Всё зависит от того, какой именно массив вам нужен и для чего.
RAID 0
Принцип работы — striping (чередование). Массив при котором информация разбивается на одинаковые по длине блоки, а затем записывается поочерёдно на каждый диск в структуре. Основное предназначение такой системы — фактическое увеличение производительности в 2 раза, при этом вам будет доступен полный объем всех дисков.
Можно использовать неограниченное количество дисков. В случае если диски обладают разными показателями скорости, то конечный результат будет высчитываться по самому медленному HDD. Позволяет объединять диски любого объема. Например, 320 Гбайт + 1 Тбайт + 3 Тбайт — будут функционировать должным образом.
Приведем несколько примеров, чтобы нагляднее объяснить эти принципы.
Предположим у вас есть два диска со скоростью записи в 200 Мбайт/c и объемом 1000 Гбайт. Создав RAID 0, вы получите скорость записи 400 Мбайт/c и 2000 Гбайт свободного места. То есть вы как бы увеличиваете производительность за счет распределения задач между всеми участниками системы.
Если же один из дисков при этом будет 500 Гбайт, а другой 1000 Гбайт, то под ваши нужды останется всё те же 1500 Гбайт.
Самый рациональный вариант применения данной технологии — это если вы имеете жесткие диски, одинаковые по техническим характеристикам. Имеет значение интерфейс подключения. Скажем, два диска, подключенные к SATA 1 и SATA 3 будут оба работать на скорости самого медленного канала.
Однако, такая схема не лишена и минусов. Помимо сложностей с техническими характеристиками, вы можете с легкостью потерять все свои данные, если хотя бы один винчестер выйдет из строя. Из-за того, что информация разбивается и записывается параллельно на два диска, один файл может лежать одновременно на двух или более носителях. Если же такая система построена из 4 «винтов», то поломка даже одного — это неизбежный крах всей хранящейся информации. Поэтому не забывайте о бэкапах, если пользуетесь RAID 0.
Преимущества
Недостатки
Низкая надежность
Сложность подбора дисков с одинаковыми характеристиками
RAID 1
Принцип работы — mirroring («зеркалирование»). Самая простая система RAID-массивов из всех возможных. Представляет собой параллельную запись информации с основного диска на другие — дублирующие. Производительность при этом никак не изменяется. Имеет широкое применение в серверном обслуживании, потому что в случае выхода из строя одного из накопителей, все продублированные данные остаются на других носителях. При этом вам будет доступен объем лишь одного винчестера.
Предположим у вас есть 3 диска по 500 Гбайт каждый. Из 1500 Гбайт вам останется лишь 500 Гбайт. В общем, предназначение таких систем — резервация и клонирование информации. Есть смысл использовать диски с высокой скоростью (7200 об/мин) — например, такой:.
RAID 1 часто используют в корпоративной сфере, где потеря информации может обернуться серьезными убытками.
Преимущества
Недостатки
RAID 10 (1+0)
Все остальные виды массивов являются различными вариациями первых двух. RAID 10 — совмещает в себе всё самое лучшее из RAID 1 и RAID 0. Вам потребуется минимум 4 носителя, и их количество всегда должно быть четным. В данном массиве вы получаете высокую производительность и высокую надежность. Однако, как в случае и с RAID 1, вам будет доступна лишь половина от общего объема всей системы.
Пример. 4 винчестера на 1000 Гбайт со скоростью 200 Мбайт/c. Итоговая скорость — 400 Мбайт/c. Итоговый объем — 2000 Гбайт.
Преимущества
Высокая производительность
Высокая надежность
Недостатки
Итоговый объем равный 1/2 от общего
Дороговизна
RAID 5
Сильно схож по своему принципу работы с RAID 1. Только вам теперь потребуется минимум 3 накопителя, на одном из которых будет храниться продублированная информация. В этом случае вам будет доступен практически весь объем в системе, кроме одного диска с данными под восстановление. Кроме того, увеличится и производительность, но не в несколько раз, как в случае с RAID 0. Основное отличие RAID 5 от RAID 10 — это уровень надежности и доступный объем. Данный массив предназначен для более специфических задач, когда вместе собрано огромное количество дисков.
Предположим, вы имеете 4 диска на 2 Тбайт каждый. RAID 10 даст вам объем равный 4 Тбайт, в 2 раза большую скорость и возможность полностью восстановить информацию в случае поломки сразу двух основных носителей. RAID 5 же в таком случае даст 6 Тбайт под ваши нужды, немного увеличенную скорость записи данных и возможность восстановления данных только с одного поврежденного винчестера. В таком случае RAID 10 выглядит более привлекательной системой, нежели RAID 5, ведь за плату в 2 Tбайт, мы получаем высокую производительность и возможность полного восстановления.
Но ситуация меняется, когда дисков становится значительно больше. Как мы и говорили, RAID 5 — специфическая структура. Если вы имеете 10 дисков на 2 Тбайт каждый, то RAID 10 даст вам лишь 10 Тбайт, которые вам будут доступны. В случае с RAID 5 это уже 18 Тбайт (доступны все диски, кроме одного, который хранит дублированные данные). Здесь уже 50% доступного объема — слишком высокая цена за возможность полного восстановления и двукратную скорость. Куда выгоднее получить слегка увеличенную скорость, практически полный объем и возможность восстановления одного любого диска. Для простого же обывателя такие системы не нужны.
Преимущества
Не требует много места под восстановление
Слегка увеличивает производительность
Недостатки
Не предназначен для бытового использования
Обеспечивает не полное резервирование данных
Прирост скорости не такой большой, как у RAID 10
Существуют и другие виды массивов, но все они слишком узконаправленные и не подходят для обычного пользователя. Описанные выше схемы — используются в 90% случаев.
Как создать RAID-массив
Существует два способа — аппаратный и программный. В первом случае потребуется несколько дисков, подключенных к материнской плате, и наличие RAID-контроллера. RAID-контроллер может быть установлен отдельно, а может быть уже встроен в саму материнку, но встроенные, как правило, обладают меньшими возможностями и потенциалом.
В случае с программным способом, потребуется специальная установленная программа, которая имитирует работу контроллера. Однако следует понимать, что таким способом затрагиваются ресурсы процессора и оперативной памяти, что негативным образом сказывает на общей производительности ПК. К тому же не редки случае конфликтов операционной системы и софта. Поэтому подобный способ следует рассматривать исключительно в целях экспериментов и тестов.
Для того, что воспользоваться аппаратным методом, вам потребуется зайти в BIOS операционной системы и выставить режим RAID. После перезагрузки ПК, вы попадете в меню настройки массива. После установки более детальных настроек, вы сможете пользоваться массивом, как и обычным диском.
Будьте аккуратны, все данные на дисках при создании массива будут стёрты!
Если перед вами стоит банальная задача сделать бэкап, не обязательно связываться с RAID. Почитайте в нашей статье, как все правильно настроить.
Что такое RAID-массив и зачем он нужен
Содержание
Содержание
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:
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:
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.