Что такое RAID массив и как он работает

RAID (Redundant Array of Independent Disks), или, по-русски, избыточный массив независимых дисков — это способ хранения одних и тех же данных в разных местах на нескольких установленных жестких или твердотельных накопителях. Используется данная технология преимущественно для защиты данных в случае отказа одного из дисков и расширения общего пространства памяти. Однако, примите во внимание, существует ряд уровней на которые подразделены RAID массивы. И в зависимости от уровня сфера применения дисков может разниться.

Что такое RAID массив

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.

Пример RAID контроллера-01

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.

Пример RAID контроллера-02

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.