Raid configuration что это

Что такое RAID и как используются различные типы RAID

Производительность компьютерного оборудования стремительно растет с каждым годом. Процессоры оснащаются большим количеством ядер и потоков, выпускаются видеокарты с более высокой частотой графического процессора. Однако, если рассуждать о жестких дисках, становится очевидно, что их «предел совершенства» был достигнут достаточно давно, и с тех пор подобное оборудование никак не развивается.

Спецификации HDD в последнее время меняются только по объему, но скорость их работы не увеличивается. Исправить эту ситуацию могут SSD-накопители, но, как правило, они намного дороже и имеют относительно невысокий ресурсный потенциал. Еще до появления SSD в 1987 году были изобретены так называемые RAID-массивы. Ниже мы расскажем вам, что это за массивы, какие типы RAID существуют, и зачем они нужны обычному пользователю.

Содержание

Что такое RAID и для чего он используется?

RAID – это дисковый массив из нескольких жестких дисков. Он используется для повышения надежности хранения данных или для увеличения скорости чтения / записи (или того и другого). Вы можете создать программный RAID (используя функции операционной системы) и аппаратный RAID, используя совместимую материнскую плату, контроллер или NAS.

Для установки RAID-массива потребуется материнская плата с поддержкой рейд-технологии или аппаратный контроллер и как минимум два жестких диска одного типа (совпадающие по всем параметрам), подключенных к материнской плате.

Почему мы настоятельно рекомендуем использовать жесткие диски одинаковые по всем параметрам? Если вы подключите два жестких диска с разным объемом памяти, на каждом HDD RAID будет использовать дисковое пространство, равное наименьшему из дисков, и на втором HDD останется неиспользуемое дисковое пространство. Кроме того, при использовании разных жестких дисков существует вероятность преждевременного выхода из строя одного из них, что может привести к потере важных данных.

RAID также часто используется в серверах NAS, которые, по сути, представляют собой компьютер с дисковым массивом, подключенный к сети (обычно локальной) и поддерживающий протоколы, принятые в сети. Несколько таких компьютеров можно объединить в одну систему.

Отметим, что при создании или удалении RAID удаляется вся информация на дисках. То есть очень желательно сделать резервную копию важных данных.

Типы RAID-контроллеров: программные и аппаратные.

Дисковые массивы могут быть основаны на одной из двух архитектур: программной или аппаратной. Обе архитектуры основаны на реализации программного кода. Отличие в том, выполняется ли код в центральном процессоре компьютера (программная реализация) или специализированном процессоре на контроллере RAID (аппаратная реализация).

Чтобы выбрать наиболее подходящий вам тип RAID-массива, начните с рассмотрения следующих факторов:

• стоимость используемых дисковых накопителей, иными словами, ваши финансовые возможности;
• необходимый уровень защиты и доступности данных (от низкого до высокого);
• требуемая производительность (от низкой до высокой), исходя из количества пользователей и используемых приложений.

Что такое программный RAID

Дисковый массив, который создается в операционной системе, называется программным RAID. В этом случае организация RAID-массива происходит напрямую через CPU. То есть центральный процессор и будет контроллером – как программное решение с возможностью чередования и зеркального отображения данных. Он же, по факту, производит все расчеты.

При использовании программного RAID лучше всего выбрать RAID 0, RAID 1, RAID 2, потому что они не нагружают процессор так сильно, как другие типы RAID. JBOD также будет хорошим выбором при использовании программного RAID.

Если ваш процессор достаточно мощный, вы также можете использовать RAID 5 и в некоторых случаях RAID10.

Однако следует помнить, что при использовании комбинированных типов RAID лучше использовать аппаратный контроллер RAID, поскольку это снижает нагрузку на ЦП и ускоряет работу системы.

ОС обеспечивает программную поддержку управления дисками для различных типов RAID. Его можно использовать как самое дешевое решение, поскольку для его «горячей» замены не потребуются дорогие платы контроллеров, накопителей и шасси.

Программный RAID-контроллер работает также с более дешевыми дисками IDE или SCSI. Учитывая скорость современных процессоров, производительность программного RAID в некоторых случаях может быть лучше, чем у аппаратных RAID.

Также стоит отметить, что программный RAID можно собрать практически в любой операционной системе. Производительность программного массива зависит от типа RAID, производительности процессора и нагрузки, которая на него приходится.

Главное преимущество программной реализации – невысокая стоимость. Недостатки – низкая производительность и постоянная дополнительная нагрузка на процессор. Таким образом, программная реализация лучше всего проявляет себя в работе с теми массивами дисков, которые не требуют объемных вычислений. С учетом этих особенностей в серверах начального уровня используются именно системы RAID с программной реализацией. Поскольку стандартные операционные системы предлагают поддержку нескольких уровней RAID (0, 1, 5 и т. д.), стоимость программных контроллеров зачастую буквально равна нулю.

Что такое аппаратный RAID

Приоритетным, хоть и не всегда бесплатным, решением для размещения дисков на сервере остаются аппаратные контроллеры. При значительной нагрузке на систему дисков, которая требует от сервера обработки больших объемов данных, может работать только отдельное оборудование RAID-контроллера. Он подключается через разъем PCI к материнской плате и самостоятельно решает задачи управления массивом жестких дисков. Обеспечивая скорость и надежное зеркальное отображение данных, аппаратный RAID-контроллер выполняет вычисления без нагрузки на основной процессор благодаря выделенному автономному ЦП.

В то же время, аппаратная архитектура RAID более сложна, поскольку требует специальных аппаратных компонентов. Контроллер массива, часто называемый адаптером RAID, содержит собственный калькулятор XOR, вспомогательную память и каналы SCSI или UDMA. Такая архитектура позволяет достичь значительного увеличения производительности. Однако для систем начального уровня, где серверный процессор занят небольшим количеством задач, разница между аппаратной и программной архитектурами почти незаметна. Зато это очень заметно при высокой нагрузке на подсистему ввода-вывода. Соответственно, аппаратные реализации RAID дороже программных.

Полностью автономные системы, в принципе, представляют собой отдельный компьютер, который используется для организации систем хранения. Обычно внешний контроллер размещается в отдельной стойке и может иметь большое количество каналов ввода / вывода, включая хост-каналы, что позволяет подключать к системе несколько хост-компьютеров и организовывать кластерные системы. В системах с автономным контроллером можно устанавливать контроллеры «горячего» резерва. Главным недостатком таких систем остается их высокая цена.

Стандартные уровни RAID

Существует несколько уровней RAID, которые были разработаны для удовлетворения различных потребностей и установки на различных конфигурациях ПК. Рассмотрим некоторые из самых популярных конфигураций RAID с дисками одинакового размера.

Что такое RAID 0 (Чередование) и как он работает

RAID 0 («Чередование») – использует от двух жестких дисков, которые обрабатывают информацию одновременно, что повышает производительность. При работе с этим типом RAID данные разбиваются на блоки фиксированной длины, которые по очереди записываются на два или несколько дисков: один блок данных на один диск, второй блок данных на другой диск и т. д.

При этом производительность массива зависит от количества используемых в нем дисков – 4 диска будут работать быстрее, чем 2 – но их количество сказывается и на безопасности данных во всем дисковом массиве. Если какой-либо жесткий диск, входящий в состав такого RAID, выходит из строя, вся информация почти полностью и безвозвратно теряется, поскольку часть файла может находиться на поврежденном диске.

При использовании такого RAID-массива настоятельно рекомендуется постоянно делать резервные копии ценной информации на внешний диск.

Основные преимущества RAID 0:

• высочайшая производительность для приложений с большой интенсивностью операций ввода-вывода и для работы с большими объемами данных;
• простота реализации;
• невысокая стоимость дисков.

Недостатки RAID 0:

• не является безотказным решением;
• сбой одного диска приведет к потере всех данных RAID.

Что такое RAID 1 (зеркало) и как он работает

В отличие от RAID 0, при использовании RAID 1 вы «теряете» объем второго жесткого диска, потому что он используется для записи на него точной копии первого жесткого диска.

Преимущество RAID 1 в том, что он обладает высокой надежностью. Все будет работать, пока работает хотя бы один жесткий диск, т.е. даже если один из HDD выйдет из строя – вы не потеряете ни одного байта информации. Несмотря на то, что при таком подходе сильно страдает производительность, этот тип рейдов часто используется на серверах, где главным требованием является надежность.

Преимущества RAID 1:

• простота реализации;
• легкое восстановление всего массива в случае отказа одного из дисков;
• достаточно высокая производительность для высокоинтенсивных приложений.

Недостатки RAID 1:

• высокая стоимость дисков;
• один диск содержит точную копию второго;
• низкая скорость передачи данных.

Что такое RAID 2 и как он работает

При построении этих массивов дисков используется алгоритм восстановления с использованием кодов Хамминга (американский инженер, разработавший его в 1950 году для исправления ошибок в компьютерах). Чтобы получить RAID данного типа, создаются две группы дисков – одна для хранения данных и одна для кодов исправления ошибок.

Основное преимущество RAID 2 – возможность исправлять ошибки «на лету», без снижения скорости передачи данных между дисковым массивом и процессором.

Этот тип RAID не очень распространен в домашних системах из-за избыточности количества жестких дисков – например, в массиве из семи жестких дисков только четыре будут использоваться для хранения данных. По мере увеличения количества дисков избыточность становится менее выраженной.

Основные преимущества RAID 2:

• быстрое исправление ошибок («на лету»);
• чрезвычайно высокая скорость передачи больших объемов данных;
• когда количество дисков увеличивается, накладные расходы уменьшаются;
• простая реализация.

Недостатки RAID 2:

• высокая стоимость при небольшом количестве дисков;
• низкая скорость обработки запросов (не рекомендуется для систем, ориентированных на обработку транзакций).

Как работает RAID 3 и RAID 4

Эти два типа дисковых массивов очень похожи по схеме построения. Оба используют несколько жестких дисков для хранения информации, один из которых используется исключительно для контрольных сумм.

Трех жестких дисков достаточно для создания RAID 3 или RAID 4. Однако, в отличие от RAID 2, в данных структурах восстановление данных «на лету» невозможно – для восстановления информации после замены неисправного жесткого диска потребуется время.

В RAID 3 поток данных разделяется на уровне байтов и записывается одновременно на все диски, кроме одного из массива. Этот диск предназначен для хранения контрольных сумм, вычисляемых при записи данных. Выход из строя любого из дисков в массиве не приведет к потере информации.

RAID 3 подходит для приложений с большими файлами и низкой частотой доступа (в основном в мультимедийной среде). Использование только одного диска для хранения управляющей информации обуславливает то, что коэффициент использования дискового пространства в массиве довольно высок. Благодаря этому его стоимость – относительно низкая. Для создания подобного массива требуется как минимум три жестких диска.

Разница между RAID 3 и RAID 4 заключается в уровне разделения данных. В RAID 3 информация разбита на отдельные байты, что приводит к серьезному замедлению записи / чтения большого количества небольших файлов. В RAID 4 данные разбиваются на разные блоки, размер которых не превышает одного сектора на диске. В результате увеличивается скорость обработки небольших файлов, что особенно важно для персональных компьютеров. По этой причине RAID 4 получил более широкое распространение.

Существенным недостатком рассматриваемых массивов является повышенная нагрузка на жесткий диск, предназначенный для хранения контрольных сумм, что значительно снижает его ресурс.

Потеря данных возможна в следующих случаях:

• случайное удаление файлов;
• повреждение файлов;
• проблемы с операционной системой;
• сбой при восстановлении RAID;
• утерянная или поврежденная парность;
• неисправность платы контроллера;
• изменение структуры раздела или повторная инициализация.

Преимущества RAID 3 и RAID 4:

• чрезвычайно высокая скорость передачи данных;
• выход из строя накопителя минимально влияет на быстродействие массива;
• небольшие накладные расходы для сокращения избыточности.

Недостатки RAID 3:

• сложная реализация;
• низкая производительность при высокой интенсивности запросов в работе с небольшими объемами данных.

Что такое RAID 5 и как он устроен

Это так называемый отказоустойчивый массив независимых накопителей с распределенным хранилищем контрольных сумм. Это означает, что на массиве из n дисков для прямого хранения данных будет выделен n-1 диск, а на последнем диске будет сохранена контрольная сумма итерации цепочки n-1. Представим, что нам нужно записать какой-то файл. Он разделятся на части равной длины, после чего начинается их циклическая запись на все n-1 диски один за другим. На последний диск будет записана контрольная сумма байтов всех частей данных каждой итерации, где битовая операция XOR реализует контрольную сумму.

Следует сразу предупредить, что в случае выхода из строя любого из дисков система перейдет в аварийный режим, что существенно снизит производительность RAID 5, так как при сборке файла будут производиться манипуляции для восстановления его «недостающих» частей. Если два или более дисков выходят из строя одновременно, информацию, хранящуюся на них, невозможно восстановить. В целом, массивы 5 уровня обеспечивают относительно высокую скорость доступа, параллельный доступ к различным файлам и хорошую отказоустойчивость.

Массивы RAID 5 предназначены для работы в «стрессовых» условиях и хорошо подходят для многопользовательских систем. При правильном планировании записи можно обрабатывать до N / 2 блоков параллельно, где N – количество дисков в группе. Минимальное количество дисков – три.

Основные преимущества RAID 5:

• транзакции чтения данных выполняются очень быстро, а транзакции записи данных – немного медленнее (из-за четности, которую необходимо вычислить);
• в случае отказа диска у вас по-прежнему будет доступ ко всем данным, даже если неисправный диск будет заменен – контроллер хранилища восстанавливает данные на новом диске.

Недостатки RAID 5:

• сбои дисков влияют на пропускную способность (однако она все равно остается на приемлемом уровне);
• это сложная технология. Если один из дисков в массиве, который использует диски 4 ТБ, выходит из строя и заменяется, восстановление данных может занять день или больше в зависимости от нагрузки на RAID и скорости контроллера. Если в это время выйдет из строя другой диск, ваши данные будут потеряны без возможности восстановления.

Что такое RAID 6 и его отличие от RAID 5

Это расширенная версия RAID 5, которая обеспечивает двойной контроль четности хранимой информации. Для хранения информации используются как минимум два диска и еще два – для контроля четности. Архитектура RAID 6, разработанная для критически важных приложений, имеет очень низкую производительность записи – именно потому что для нее необходимы дополнительные блоки контрольных сумм. Однако такая архитектура является вдвойне отказоустойчивой.

Преимущества RAID 6:

• как и в случае с RAID 5, операции чтения данных выполняются быстро;
• если два диска выйдут из строя, и их придется заменить, вы все равно будете иметь доступ ко всем данным. Таким образом, RAID 6 более безопасен, чем RAID 5.

Недостатки RAID 6:

• операции записи медленнее, чем в RAID 5, из-за дополнительных блоков четности, принимающих участие в вычислениях. Скорость записи может снижаться даже на 20%;
• отказы дисков влияют на производительность массива;
• это сложная технология. Восстановление массива, в котором произошел сбой одного диска, может занять много времени.

Что такое RAID 7 и как он работает

RAID 7 (оптимизированная асинхронность). Используемые в построении массивов данного типа технологии помогают достигать высоких скоростей ввода-вывода и передачи данных. В отличие от других уровней RAID, седьмой не является открытым отраслевым стандартом. Это зарегистрированный товарный знак Storage Computer Corporation. Он основан на концепциях, используемых на уровнях 3 и 4. Однако здесь добавлена возможность кэширования данных. RAID 7 также включает контроллер со встроенным микропроцессором, работающим под управлением ОС в режиме реального времени. Это позволяет обрабатывать все запросы на передачу данных асинхронно и независимо.

В RAID 7 блок контрольной суммы интегрирован с блоком буферизации. Для хранения информации о четности используется отдельный диск, который можно разместить на любом канале. RAID 7 отличается высокой скоростью передачи данных и обработки запросов, хорошей масштабируемостью. Самым существенным недостатком этого уровня является стоимость его реализации.

Преимущества RAID 7:

• очень высокая скорость передачи данных и высокая скорость обработки запросов (от 1,5 до 6 раз выше, чем у других стандартных уровней RAID);
• хорошая масштабируемость;
• значительно увеличена (за счет наличия кеша) скорость чтения небольших объемов данных;
• для расчета четности не требуется дополнительная передача данных.

Недостатки RAID 7:

• производство одной компанией;
• сложность реализации;
• очень высокая стоимость дисков;
• невозможность обслуживания пользователем;
• необходимость использования источника бесперебойного питания для предотвращения потери данных из кэш-памяти;
• короткий гарантийный срок.

Пользователь также может использовать JBOD – дисковый массив, в котором единое логическое пространство последовательно распределяется по жестким дискам. Это означает, что контроллер работает как стандартный контроллер IDE или SATA без использования механизмов объединения дисков в массив. В этом случае каждый диск будет определяться как отдельное устройство в операционной системе.

Комбинированные типы RAID (10, 01, 50, 60)

В дополнение к основным типам, рассмотренным выше, для компенсации некоторых недостатков простых RAID широко используются различные комбинации их типов. В частности, широко распространены схемы RAID 10 и RAID 0 + 1. В первом случае пара зеркальных массивов объединяется в RAID 0, во втором – наоборот, два массива RAID 0 объединяются в «зеркало». В обоих случаях получаем сочетание повышенной производительности RAID 0 и безопасности данных, гарантируемой RAID 1.

Часто для повышения защиты важной информации используются схемы построения RAID 5 1 или RAID 6 1 – зеркалирование в сочетании с хорошей защитой данных массивов обеспечивают исключительную безопасность информации в случае любого сбоя. Однако внедрять такие массивы в домашних условиях нецелесообразно из-за их избыточности.

Комбинированный RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 – это массив независимых дисков, уровни которого в системе обратимы и представляют собой полосу зеркал. Диски вложенного массива объединяются в «зеркала» RAID 1. Эти зеркальные пары затем преобразуются в общий массив с использованием чередования RAID 0.

Повреждение диска в массиве RAID 1 не влечет за собой потери данных. Однако недостатком системы является то, что поврежденные диски нельзя заменить, и в случае возникновения системной ошибки пользователь будет вынужден использовать только оставшиеся ресурсы системы. Некоторые системы RAID 10 имеют специальный диск «горячего резерва», который автоматически заменяет неисправный диск в массиве.

В большинстве случаев RAID 10 обеспечивает лучшую производительность и меньшую «заторможенность», чем все другие уровни RAID, за исключением RAID 0 (который работает еще быстрее). Это один из наиболее предпочтительных уровней при использовании ресурсозатратных приложений, где высокая скорость операций – основное требование к системе.

К сожалению, вероятность потери данных нельзя исключать и на данном уровне. Среди основных ее причин можно выделить следующие:

• программный сбой RAID-контроллера;
• выход из строя или некорректная замена контроллера;
• неверная настройка или отсутствие мониторинга;
• аппаратная неисправность критического количества дисков;
• рассинхронизация массива с последующим выходом из строя отдельных дисков;
• повреждение файловой системы, случайное удаление информации, форматирование дисков.

Основные преимущества RAID 10:

• самые высокие скорости чтения и записи среди коммерческих типов RAID;
• надежность выше, чем у RAID 5;
• если один из дисков в конфигурации RAID 10 выйдет из строя, время восстановления будет очень коротким, поскольку все, что вам нужно сделать, – это скопировать все данные с «зеркала» на новый диск. Для дисков емкостью 1 ТБ процедура займет до 30 минут.

Недостатки RAID 10:

• эффективность дискового пространства 50%.

Комбинированный RAID 01 (RAID 0+1)

RAID 01 (он же RAID 0+1) являет собой один из типов комбинированных RAID массивов. Он позволяет реализовать быстроту RAID 0 и надежность RAID 1 в одном массиве. Но самое главное, его можно построить на программном контроллере.

RAID 01 являет собой RAID 1 массив, внутри которого находятся два массива RAID 0. Поток данных сначала копируется, а затем каждая копия делится на полосы (Striping) и записывается на два (или больше) дисков. Отсюда вывод, что минимальное количество дисков доя реализации RAID 01 составляет четыре штуки.

Неопытные пользователи часто путают RAID 01 и RAID 10. Причиной тому является схожесть как в названии, так и в реализации. Однако каждый из этих типов имеет свои преимущества. К примеру, RAID 01 будет быстрее, чем RAID 10. Все дело в двух RAID 0 массивах, на которые записывается каждая копия данных. Если вы помните принцип работы RAID 0, то вам известно, что скорость достигается за счет чередования — данные разделяются на «полосы» и записываются на накопители одновременно.

Схематически работу RAID 01 можно изобразить так:

Таким образом, RAID 01 позволяет пережить выход из строя любой группы дисков, в которой может быть два и более дисков.

Стоит отметить, что для каждой группы рекомендуется использовать одинаковое количество дисков. Объясняется это тем, что поскольку создаются две одинаковые копии потока данных — размер всего массива ограничен объемом группы с минимальным количеством дисков. Соответственно использовать большее количество дисков не будет иметь смысла, так как они не будут задействованы.

Преимущество RAID 01:

• более высокая скорость работы;
• данные остаются доступными пока хотя бы одна группа дисков находится в рабочем состоянии;

Преимущества RAID 10:

• более высокий уровень надежности;
• лучше подходит для программных контроллеров;

Комбинированный тип RAID 50 (RAID 5 + 0);

RAID 50 (также известный как RAID 5 + 0) – это вложенный RAID, состоящий из массивов RAID 5 и RAID 0 с высокими скоростями записи и загрузки. Массивы такой конфигурации используются довольно часто.

Для работы системы RAID 50 требуется как минимум шесть дисков. По мере увеличения количества RAID-дисков в системе ее производительность также растет, что оказывает соответствующее влияние на скорость восстановления данных по мере увеличения интервала (шага) восстановления RAID.

Вот некоторые из наиболее важных преимуществ RAID 50:

• высокая средняя скорость восстановления данных (намного быстрее, чем у RAID 5);
• очень высокая скорость записи данных;
• повышенная отказоустойчивость (по сравнению с RAID 5).

Основные недостатки RAID 50:

• высокая стоимость;
• ограниченная масштабируемость.

Чтобы потерять данные в массиве RAID 50, должны выйти из строя сразу три диска, что практически невозможно.

Комбинированный RAID 60 (RAID 6 + 0)

RAID 60 (также называемый RAID 6 + 0) – это комбинированный набор массивов RAID 0 и RAID 6, который предлагает пользователю повышенную производительность и скорость обработки данных. Эта комбинация не получила широкого распространения, но имеет некоторые преимущества, в частности, возможность поддерживать производительность (здесь отсутствует задержка при вычислениях и записи больших битов четности) при одновременном увеличении общего объема пространства.

Для этой комбинации требуется не менее восьми приводов.

Комбинация RAID 6 и чередования (RAID 0) дает следующие преимущества:

• высокая скорость передачи данных;
• значительное увеличение скорости чтения по сравнению с дисками, не объединенными в массив RAID;
• высокая отказоустойчивость.

Недостатки RAID 60:

• низкая эффективность использования дискового пространства по сравнению с RAID 5, 6;
• Скорость записи IOPS ниже, чем у RAID 0, 10.

RAID 60 имеет вдвое большую устойчивость к ошибкам: любые два диска в массиве могут выйти из строя без потери данных. Таким образом, в общей системе даже при выходе из строя четырех дисков, данные сохранятся в полном объеме.

Какой тип RAID лучше всего использовать

При выборе RAID все зависит от того, что важнее в вашем случае: производительность или отказоустойчивость (или то и другое). Выбор типа RAID также зависит от того, на какой машине он будет установлен (ПК, сервер, NAS и т. д.), поскольку для одних лучше подходят аппаратные, а для других – программные RAID. Программные поддерживают меньше уровней RAID, а для аппаратных RAID возможные типы массива определяются отдельно для каждого случая. Разные контроллеры поддерживают разные уровни RAID и ограничивают выбор дисков, которые можно будет использовать в массиве: SAS, SATA или SSD.

Если говорить о производительности сервера, вы можете выбрать RAID 0, потому что в таких массивах читают и записывают данные сразу несколько дисков, тем самым ускоряя операции ввода-вывода. Для создания массива требуется как минимум два диска. Уровень поддерживают как программные, так и аппаратные RAID.

Недостаток в том, что такие системы не отличаются отказоустойчивостью. Если один диск выходит из строя, это влияет на весь массив и увеличивает вероятность потери или повреждения данных.

Если нужна отказоустойчивость и при этом скорость для вас не является критически важным параметром, вы можете выбрать RAID 1, потому что данные в нем всегда копируются одновременно на два диска, образуя копию или «зеркало». Если один диск выходит из строя, другой продолжает работать, и все данные остаются на нем, в полном объеме. Это самый простой способ реализации отказоустойчивой и относительно недорогой системы. Ее недостаток лишь в том, что RAID 1 обладает сниженной производительностью.

RAID 1 может быть реализован как в программной, так и в аппаратной версии.

RAID 5 является наиболее распространенной конфигурацией RAID для бизнес-серверов и корпоративных устройств NAS, поскольку обеспечивает лучшую производительность, чем «зеркала», и при этом показывает хорошую отказоустойчивость. В RAID 5 хранимая информация и данные четности (дополнительные данные, используемые для восстановления) распределяются между тремя или более дисками. Если диск выходит из строя, информация воссоздается из распределенных данных и блоков четности автоматически. Система продолжит работать, даже если один из носителей будет поврежден. Другое преимущество RAID 5 заключается в том, что вы можете заменить поврежденный диск, не выключая сервер и не прерывая доступ пользователей к серверу.

Обратной стороной RAID 5 является то, что он снижает производительность серверов, выполняющих несколько операций записи. Например, когда много сотрудников работают на сервере с RAID 5, может наблюдаться заметное торможение в выполнении операций.

RAID 6 также является отличным выбором для бизнеса. Для повышения надежности системы имеет смысл использовать RAID 6 с двумя дисками для блока четности. Такой массив продолжит работать даже в случае выхода из строя двух жестких дисков. Главный недостаток такого решения – его дороговизна. Вот почему RAID 6 больше подходит для бизнеса, чем для домашнего использования.

RAID 10 идеально подходит для интенсивно используемых серверов баз данных или любого сервера, который выполняет несколько операций записи. RAID 10 может быть реализован как аппаратный или программный, но очевидно, что многие его преимущества (в частности, производительность) теряются при использовании программного обеспечения RAID 10.

RAID 50, как и RAID10, являются наиболее предпочтительными для работы с приложениями, где требуется высокая производительность в сочетании с приемлемой надежностью. Однако RAID 50 считается наиболее подходящим для больших дисков – он более надежен, чем RAID 5, и более экономичен, чем RAID 10. Этот тип массива рекомендуется для работы с приложениями, которым требуется повышенная надежность хранения информации, высокая скорость обработки запросов и передачи данных, большой объем памяти.

Массив RAID 60 идеально подходит для онлайн-обслуживания клиентов, что требует высокой отказоустойчивости. Обладая многими преимуществами RAID 50, он также может выдерживать в два раза больше отказов дисков. Благодаря этому такие системы являются оптимальными для использования в системах видеонаблюдения. Еще один положительный момент в выборе RAID 60 – отличная производительность при последовательном доступе, что является особенностью потокового видео.

Выбор между RAID 50/60 и RAID 10, скорее всего, будет зависеть от доступного бюджета, емкости сервера и потребностей в защите данных. В целом, когда мы говорим о SSD-решениях (как корпоративного, так и потребительского класса), на первый план выходит именно стоимость.

Что делать, если данные потеряны

Несмотря на то, что главной целью RAID-массивов является повышение уровня сохранности данных они тоже имеют свои недостатки. Наиболее уязвимым местом в массиве является RAID контроллер, который распределяет данные между дисками и объясняет операционной системе как правильно считывать информацию с дисков. Помимо прочего сами диски могут выходит из строя. Но, пожалуй, наиболее слабым звеном являются сами пользователи, которые не всегда умеют правильно работать с массивом и случайно запускают процесс инициализации либо совершают действия, которые приводят к потере информации.

Независимо от причины пропажи данных нужно знать, как правильно их восстановить, так как в случае RAID-массивом нужно сначала его собрать правильно собрать и только тогда можно приступать к самому восстановлению.

Единственной в своем роде программой, которая умеет все это правильно сделать и восстановить данные c RAID массива является RS RAID Retrieve.

Программа проста в использовании, а благодаря встроенному RAID-конструктору умеет самостоятельно собирать сломанный массив и подбирать нужные параметры (направление вращения, порядок дисков и т.д). От вас лишь требуется несколько щелчков мышкой.

Важно: настоятельно рекомендуется использовать RS RAID Retrieve сразу же после обнаружения проблем с RAID-массивом. В противном случае вы рискуете потерять данные безвозвратно.

Просто подключите диски к рабочему компьютеру и запускаете RS RAID Retrieve, а все остальное программа сделает сама.

Хотелось бы также упомянуть, что RS RAID Retrieve абсолютно не требовательна к ресурсам компьютера, что позволяет восстанавливать данные с RAID массивов даже используя слабые компьютеры или офисные ноутбуки.

Все про RAID массивы из жестких дисков (HDD)

Приветствую всех, уважаемые читатели блога Pc-information-guide.ru. Думаю, многие из вас хоть раз встречали на просторах интернета такое интересное выражение — «RAID массив». Что оно означает и для чего оно может понадобиться рядовому пользователю, вот об этом сегодня пойдет речь. Общеизвестный факт, что жесткий диск является самым медленным компонентом в ПК, и уступает видеокарте, процессору и оперативной памяти.

Чтобы компенсировать «врожденную» медлительность там, где она вообще не к месту (речь идет в первую очередь о серверах и высокопроизводительных ПК) придумали использовать так называемый дисковый массив RAID — некую «связку» из нескольких одинаковых винчестеров, работающих параллельно. Такое решение позволяет значительно поднять скорость работы вкупе с надежностью.

Что такое RAID массив и зачем он вам нужен

В первую очередь, RAID массив позволяет обеспечить высокую отказоустойчивость для жестких дисков (HDD) вашего компьютера, за счет объединения нескольких жестких дисков в один логический элемент. Соответственно, для реализации данной технологии вам понадобятся как минимум два жестких диска. Кроме того, RAID это просто удобно, ведь всю информацию, которую раньше приходилось копировать на резервные источники (флешки, внешние винчестеры), теперь можно оставить «как есть», ибо риск её полной потери минимален и стремится к нулю, но не всегда, об этом чуть ниже.

RAID переводится примерно так: защищенный набор недорогих дисков. Название пошло еще с тех времен, когда объемные винчестеры стоили сильно дорого и дешевле было собрать один общий массив из дисков, объемом поменьше. Суть с тех пор не поменялась, в общем-то как и название, только теперь можно сделать из нескольких HDD большого объема просто гигантское хранилище, либо сделать так, что один диск будет дублировать другой. А еще можно совместить обе функции, тем самым получить преимущества одной и второй.

Все эти массивы находятся под своими номерами, скорее всего вы о них слышали — рейд 0, 1. 10, то есть массивы разных уровней.

Разновидности RAID

Скоростной Рейд 0

Рейд 0 не имеет ничего схожего с надежностью, ведь он только повышает скорость. Вам необходимо как минимум 2 винчестера и в этом случае данные будут как бы «разрезаться» и записываться на оба диска одновременно. То есть вам будет доступен полностью объем этих дисков и теоретически это значит, что вы получаете в 2 раза более высокую скорость чтения/записи.

Но, давайте представим, что один из этих дисков сломался — в этом случае неизбежна потеря ВСЕХ ваших данных. Иначе говоря, вам все равно придется регулярно делать бекапы, чтобы иметь возможность потом восстановить информацию. Здесь обычно используется от 2 до 4 дисков.

Рейд 1 или «зеркало»

Тут надежность не снижается. Вы получаете дисковое пространство и производительность только одного винчестера, зато имеете удвоенную надежность. Один диск ломается — информация сохранится на другом.

Массив уровня RAID 1 не влияет на скорость, однако объем — тут в вашем распоряжении лишь половина от общего пространства дисков, которых, к слову, в рейд 1 может быть 2, 4 и т.д., то есть — четное количество. В общем, главной «фишкой» рейда первого уровня является надежность.

Рейд 10

Совмещает в себе все самое хорошее из предыдущих видов. Предлагаю разобрать — как это работает на примере четырех HDD. Итак, информация пишется параллельно на два диска, а еще на два других диска эти данные дублируются.

Как результат — увеличение скорости доступа в 2 раза, но и объем только лишь двух из четырех дисков массива. Но вот если любые два диска сломаются — потери данных не произойдет.

Рейд 5

Этот вид массива очень схож с RAID 1 по своему назначению, только теперь уже надо минимум 3 диска, один из них будет хранить информацию, необходимую для восстановления. К примеру, если в таком массиве находится 6 HDD, то для записи информации будут использованы всего 5 из них.

Из-за того, что данные пишутся сразу на несколько винчестеров — скорость чтения получается высокая, что отлично подойдет для того, чтобы хранить там большой объем данных. Но, без дорогущего рейд-контроллера скорость будет не сильно высокой. Не дай БОГ один из дисков поломается — восстановление информации займет кучу времени.

Рейд 6

Этот массив может пережить поломку сразу двух винчестеров. А это значит, что для создания такого массива вам потребуется как минимум четыре диска, при всем при том, что скорость записи будет даже ниже, нежели у RAID 5.

Учтите, что без производительного рейд-контроллера такой массив (6) собрать вряд ли удастся. Если у вас в распоряжении всего 4 винчестера, лучше собрать RAID 1.

Как создать и настроить RAID массив

Контроллер RAID

Рейд массив можно сделать путем подключения нескольких HDD к материнской плате компьютера, поддерживающей данную технологию. Это означает, что у такой материнской платы есть интегрированный контроллер, который, как правило, встраивается в южный мост чипсета. Но, контроллер может быть и внешний, который подключается через PCI или PCI-E разъем. Каждый контроллер, как правило, имеет свое ПО для настройки.

Рейд может быть организован как на аппаратном уровне, так и на программном, последний вариант — наиболее распространен среди домашних ПК. Встроенный в материнку контроллер пользователи не любят за плохую надежность. Кроме того в случае повреждения материнки восстановить данные будет очень проблематично. На программном уровне роль контроллера играет центральный процессор, в случае чего —можно будет преспокойно перенести ваш рейд массив на другой ПК.

Аппаратный

Как же сделать RAID массив? Для этого вам необходимо:

1. Достать где-то материнскую плату с поддержкой рейда (в случае аппаратного RAID);
2. Купить минимум два одинаковых винчестера. Лучше, чтобы они были идентичны не только по характеристикам, но и одного производителя и модели, и подключались к мат. плате при помощи одного интерфейса.
3. Перенесите все данные с ваших HDD на другие носители, иначе в процессе создания рейда они уничтожатся.
4. Далее, в биосе потребуется включить поддержку RAID, как это сделать в случае с вашим компьютером — подсказать не могу, по причине того, что биосы у всех разные. Обычно этот параметр называется примерно так: «SATA Configuration или Configure SATA as RAID».
5. Затем перезагрузите ПК и должна будет появиться таблица с более тонкими настройками рейда. Возможно, придется нажать комбинацию клавиш «ctrl+i» во время процедуры «POST», чтобы появилась эта таблица. Для тех, у кого внешний контроллер скорее всего надо будет нажать «F2». В самой таблице жмем «Create Massive» и выбираем необходимый уровень массива.

После создания raid массива в BIOS, необходимо зайти в «управление дисками» в ОС Windows 7–10 и отформатировать не размеченную область — это и есть наш массив.

Программный

Для создания программного RAID ничего включать или отключать в BIOS не придется. Вам, по-сути, даже не нужна поддержка рейда материнской платой. Как уже было упомянуто выше, технология реализовывается за счет центрального процессора ПК и средств самой винды. Ага, вам даже не нужно ставить никакое стороннее ПО. Правда таким способом можно создать разве что RAID первого типа, который «зеркало».

Жмем правой кнопкой по «мой компьютер»—пункт «управление»—«управление дисками». Затем щелкаем по любому из жестких, предназначенных для рейда (диск1 или диск2) и выбираем «Создать зеркальный том». В следующем окне выбираем диск, который будет зеркалом другого винчестера, затем назначаем букву и форматируем итоговый раздел.

В данной утилите зеркальные тома подсвечиваются одним цветом (красным) и обозначены одной буквой. При этом, файлы копируются на оба тома, один раз на один том, и этот же файл копируется на второй том. Примечательно, что в окне «мой компьютер» наш массив будет отображаться как один раздел, второй раздел как бы скрыт, чтобы не «мозолить» глаза, ведь там находятся те же самые файлы-дубли.

Если какой то винчестер выйдет из строя, появится ошибка «Отказавшая избыточность», при этом на втором разделе все останется в сохранности.

Подытожим

RAID 5 нужен для ограниченного круга задач, когда гораздо большее (чем 4 диска) количество HDD собрано в огромные массивы. Для большинства юзеров рейд 1 — лучший вариант. К примеру, если есть четыре диска емкостью 3 терабайта каждый — в RAID 1 в таком случае доступно 6 терабайт объема. RAID 5 в этом случае даст больше пространства, однако, скорость доступа сильно упадет. RAID 6 даст все те же 6 терабайт, но еще меньшую скорость доступа, да еще и потребует от вас дорогого контроллера.

Добавим еще RAID дисков и вы увидите, как все поменяется. Например, возьмем восемь дисков все той же емкости (3 терабайта). В RAID 1 для записи будет доступно всего 12 терабайт пространства, половина объема будет закрыта! RAID 5 в этом примере даст 21 терабайт дискового пространства + можно будет достать данные из любого одного поврежденного винчестера. RAID 6 даст 18 терабайт и данные можно достать с любых двух дисков.

В общем, RAID — штука не дешевая, но лично я бы хотел иметь в своем распоряжении RAID первого уровня из 3х-терабайтных дисков. Есть еще более изощренные методы, вроде RAID 6 0, или «рейд из рейд массивов», но это имеет смысл при большом количестве HDD, минимум 8, 16 или 30 — согласитесь, это уже далеко выходит за рамки обычного «бытового» использования и пользуется спросом по большей части в серверах.

Вот как-то так, оставляйте комментарии, добавляйте сайт в закладки (для удобства), будет еще много интересного и полезного, и до скорых встреч на страницах блога!

What is a RAID configuration?

A Random Array of Independent Disks (RAID) is a set of multiple drives put together with the purpose of improving a single drives performance. There are different ways to configure a RAID, each with their its benefits. Some RAID configurations provide a speed boost while others provide data protection in the event of failed drives. Some RAIDs can provide both.

Common RAID Configurations

There are several common RAID configurations. Here is a brief description of each.

RAID 0 turns two or more drives into a faster storage unit. However it provides no security in the event of a drive failure.

RAID 1 takes two drives and creates a mirror, meaning they both have the same information on them. This limits you to the storage space of a single drive but provides you with data protection in case one of the drives fail.

RAID 5 gives you the best of both worlds. Using this configuration you can get the most capacity, speed and protection. The only requirement is that you need to have three drives for it to work. Two drives are dedicated to storage, while the other is dedicated to parity which in the event of a drive failure starts to rebuild the failed drive onto the parity drive.

RAID-массивы на NVMe

В данной статье мы расскажем про разные способы организации RAID-массивов, а также покажем один из первых аппаратных RAID-контроллеров с поддержкой NVMe.

Все разнообразие применений технологии RAID встречается в серверном сегменте. В клиентском сегменте чаще всего используется исключительно программный RAID0 или RAID1 на два диска.

В этой статье будет краткий обзор технологии RAID, небольшая инструкция по созданию RAID-массивов с помощью трех разных инструментов и сравнение производительности виртуальных дисков при использовании каждого из способов.

Что такое RAID?

Конфигурация дисковых массивов и используемые при этом технологии зависят от выбранного уровня RAID (RAID level). Уровни RAID стандартизированы в спецификации Common RAID Disk Data Format. Она описывает множество уровней RAID, однако самыми распространенными принято считать RAID0, RAID1, RAID5 и RAID6.

RAID0, или Stripes, — это уровень RAID, который объединяет два или более физических диска в один логический. Объем логического диска при этом равен сумме объемов физических дисков, входящих в массив. На этом уровне RAID отсутствует избыточность, а выход из строя одного диска может привести к потере всех данных в виртуальном диске.

Уровень RAID1, или Mirror, создает идентичные копии данных на двух и более дисках. Объем виртуального диска при этом не превышает объема минимального из физических дисков. Данные на виртуальном диске RAID1 будут доступны, пока хотя бы один физический диск из массива работает. Использование RAID1 добавляет избыточности, но является достаточно дорогим решением, так как в массивах из двух и более дисков доступен объем только одного.

Уровень RAID5 решает проблему дороговизны. Для создания массива с уровнем RAID5 необходимо как минимум 3 диска, при этом массив устойчив к выходу из строя одного диска. Данные в RAID5 хранятся блоками с контрольными суммами. Нет строгого деления на диски с данными и диски с контрольными суммами. Контрольные суммы в RAID5 — это результат операции XOR, примененной к N-1 блокам, каждый из которых взят со своего диска.

После краткого экскурса по видам RAID-массивов можно переходить к устройствам и программам, которые позволяют собирать и использовать дисковые массивы.

Виды RAID-контроллеров

Существует два способа создать и использовать RAID-массивы: аппаратный и программный. Мы рассмотрим следующие решения:

• Linux Software RAID.
• Intel® Virtual RAID On CPU.
• LSI MegaRAID 9460-8i.

Linux Software RAID

Программные RAID-массивы в семействе ОС Linux — достаточно распространенное решение как в клиентском сегменте, так и в серверном. Все, что нужно для создания массива, — утилита mdadm и несколько блочных устройств. Единственное требование, которое предъявляет Linux Software RAID к используемым накопителям, — быть блочным устройством, доступным системе.

Отсутствие затрат на оборудование и программное обеспечение — очевидное преимущество данного способа. Linux Software RAID организует дисковые массивы ценой процессорного времени. Список поддерживаемых уровней RAID и состояние текущих дисковых массивов можно посмотреть в файле mdstat, который находится в корне procfs:

Поддержка уровней RAID добавляется подключением соответствующего модуля ядра, например:

Все операции с дисковыми массивами производятся через утилиту командной строки mdadm. Сборка дискового массива производится в одну команду:

После выполнения этой команды в системе появится блочное устройство /dev/md0, которое представляет из тебя виртуальный диск.

Intel® Virtual RAID On CPU

Intel® VROC Standard Hardware Key
Intel® Virtual RAID On CPU (VROC) — это программно-аппаратная технология для создания RAID-массивов на базе чипсетов Intel®. Данная технология доступна в основном для материнских плат с поддержкой процессоров Intel® Xeon® Scalable. По умолчанию VROC недоступен. Для его активации необходимо установить аппаратный лицензионный ключ VROC.

Стандартная лицензия VROC позволяет создавать дисковые массивы с 0, 1 и 10 уровнями RAID. Премиальная версия расширяет этот список поддержкой RAID5.

Технология Intel® VROC в современных материнских платах работает совместно с Intel® Volume Management Device (VMD), которая обеспечивает возможность горячей замены для накопителей с интерфейсом NVMe.

Intel® VROC со стандартной лицензией Настройка массивов производится через Setup Utility при загрузке сервера. На вкладке Advanced появляется пункт Intel® Virtual RAID on CPU, в котором можно настроить дисковые массивы.

Создание массива RAID1 на двух накопителях
Технология Intel® VROC имеет свои «козыри в рукаве». Дисковые массивы, собранные с помощью VROC, совместимы с Linux Software RAID. Это означает, что состояние массивов можно отслеживать в /proc/mdstat, а администрировать — через mdadm. Эта «особенность» официально поддерживается Intel. После сборки RAID1 в Setup Utility можно наблюдать синхронизацию накопителей в ОС:

LSI MegaRAID 9460-8i

Внешний вид контроллера LSI MegaRAID 9460-8i
RAID-контроллер является самостоятельным аппаратным решением. Контроллер работает только с накопителями, подключенными непосредственно к нему. Данный RAID-контроллер поддерживает до 24 накопителей с интерфейсом NVMe. Именно поддержка NVMe выделяет этот контроллер из множества других.

Главное меню аппаратного контроллера
При использовании режима UEFI настройки контроллера интегрируются в Setup Utility. В сравнении с VROC меню аппаратного контроллера выглядит значительно сложнее.

Создание RAID1 на двух дисках
Объяснение настройки дисковых массивов на аппаратном контроллере является достаточно тонкой темой и может стать поводом для полноценной статьи. Здесь же мы просто ограничимся созданием RAID0 и RAID1 с настройками по умолчанию.

Диски, подключенные в аппаратный контроллер, не видны операционной системе. Вместо этого контроллер «маскирует» все RAID-массивы под SAS-накопители. Накопители, подключенные в контроллер, но не входящие в состав дискового массива, не будут доступны ОС.

Несмотря на маскировку под SAS-накопители, массивы с NVMe будут работать на скорости PCIe. Однако такая особенность позволяет загружаться с NVMe в Legacy.

Тестовый стенд

Каждый из способов организации дисковых массивов имеет свои физические плюсы и минусы. Но есть ли разница в производительности при работе с дисковыми массивами?

Для достижения максимальной справедливости все тесты будут проведены на одном и том же сервере. Его конфигурация:

• 2x Intel® Xeon® 6240;
• 12x DDR4-2666 16 GB;
• LSI MegaRAID 9460-8i;
• Intel® VROC Standard Hardware Key;
• 4x Intel® SSD DC P4510 U.2 2TB;
• 1x Samsung 970 EVO Plus M.2 500GB.

Тестирование

В первую очередь проверим задержки при работе с диском. Тест выполняется в один поток, размер блока 4 КБ. Каждый тест длится 5 минут. Перед началом для соответствующего блочного устройства выставляется none в качестве планировщика I/O. Команда fio выглядит следующим образом:

Из результатов fio мы берем clat 99.00%. Результаты приведены в таблице ниже.

Случайное чтение, мкс	Случайная запись, мкс
Диск	112	78
Linux SW RAID, RAID0	113	45
VROC, RAID0	112	46
LSI, RAID0	122	63
Linux SW RAID, RAID1	113	48
VROC, RAID1	113	45
LSI, RAID1	128	89

Помимо задержек при обращении к данным, хочется увидеть производительность виртуальных накопителей и сравнить с производительностью физического диска. Команда для запуска fio:

Производительность измеряется в количестве операций ввода-вывода. Результаты представлены в таблице ниже.

Случайное чтение 1 поток, IOPS	Случайная запись 1 поток, IOPS	Случайное чтение 128 потоков, IOPS	Случайная запись 128 потоков, IOPS
Диск	11300	40700	453000	105000
Linux SW RAID, RAID0	11200	52000	429000	232000
VROC, RAID0	11200	52300	441000	162000
LSI, RAID0	10900	44200	311000	160000
Linux SW RAID, RAID1	10000	48600	395000	147000
VROC, RAID1	10000	54400	378000	244000
LSI, RAID1	11000	34300	229000	248000

Заключение

Использование аппаратных решений для создания дисковых массивов из двух дисков выглядит нерационально. Тем не менее, существуют задачи, где использование RAID-контроллеров оправдано. С появлением контроллеров с поддержкой интерфейса NVMe у пользователей появляется возможность использовать более быстрые SSD в своих проектах.