Типы RAID массивов

Начать эту заметку стоит с определения, что же такое РЕЙД (RAID) . Это не тот рейд в котором стражи порядка делают облаву на барыг, и не тот рейд в котором, можно на неделю пропасть в онлайн игре. Нас интересуют Рейд-массивы, которые отвечают за отказоустойчивость и скорость записи в компьютерных системах. Любой человек, хоть не много знакомый, айти сферой знает, об этом камне преткновения. 

 В работе с дисковыми подсистемами IT-специалисты часто сталкиваются с двумя проблемами:

• Первая - это низкая скорость чтения / записи, иногда даже скоростей SSD-диска бывает маловато.
• Вторая - выход дисков из строя, а значит и потеря данных, которая часто бывает фатальной.

Именно благодаря этим траблам я и познакомился с RAID. Так как обе эти проблемы, с переменным успехом, решаются с помощью технологии RAID (избыточный массив независимых дисков - избыточный массив независимых дисков) - технологии виртуального хранения данных, объединяющей несколько физических дисков в один логический элемент. В зависимости от отказоустойчивости системы, так и быстроту работы, если есть желание совместить оба этих варианта, то придется дорого заплатить снижение эффективности использования дискового пространства. Впрочем обо всем по порядку. 

Существуют существующие существующие стандарты подобных RAID: 1,2,3,4,5,6,0. Кроме того, комбинации различных комбинаций, как правило, сочетающие в себе достоинства различных массивов. Например, 01,10,50,05,60,06. В этой статье рассмотрим самые распространенные RAID-массивы.

Существуют аппаратные и программные RAID-массивы:

• Программные системы наборов уже после установки Системные системы программных продуктов и утилит.
• Аппаратные RAID Дисковый массив до операционной системы и от нее зависит. Могут работать, как с рейд контроллером, так и без него, на прямую с материнской платой. 

В силу субъективных причин более подробно в заметке будут освещены, именно, аппаратные рейд-массивы. Так как рекомендуется использовать в первую очередь именно их. Желающим постичь все тонкости программных рейдов "гугль" в помощь.

RAID 1

RAID 1 (также называют «Зеркало» - Зеркало ) предполагает полное дублирование данных с одного физического диска на другой. Если коротко, то работает такая система медленно, но надежно! В случае отказа одного из дисков, можно оперативно заменить сбойный диск новым, до того как посыплются основные диски в массиве. После замены неисправного диска, запустить новый ребилда - восстановление системы (синхронизацию данных с диском, она может длиться около 3-х часов). Для типа массива  RAID1  потребуется минимум 2 харда или SSD. Один диск полностью зеркалит другой, но в таком случае эффективность использования дискового пространства снижается на 50% . RAID1 рекомендуется использовать в предъявляющих высокие требования к надежности и в тоже время, не требовательных к быстродействию. 

RAID 0

RAID 0 (также называют «Striping» - Чередование) предполагает разделение информации на блоки и одновременная запись разных блоков на разные диски.

Такая технология увеличивает скорость чтения / записи , позволяет пользователю использовать полный суммарный объем дисков ,   однако сводит на ноль  отказоустойчивость  . Так, в случае выхода из строя из дисков, восстановить информацию будет практически невозможно. Для сборки RAID 0 рекомендуется использовать исключительно высоконадежные диски.

RAID 10 (RAID 1 + 0)

Схема архитектуры RAID 10

RAID 10 (RAID 1 + 0) - зеркалированный массив , данные в котором записываются массивом массив вместо нескольких дисков, как в RAID 0. Эта архитектура представляет собой тип RAID 0, сегментами которого отдельные диски являются RAID 1. Соответственно, этого уровня должен содержать как минимум 4 диска (и всегда чётное количество). RAID 10 объединяет в себе высокую отказоустойчивость и производительность.

RAID 10 является достаточно надёжным массивом для хранения данных в связи с тем, что весь массив RAID 10 будет выведен из строя только после выхода из строя всех накопителей в одном и том же массиве RAID 1. В общем из 4 дисков при одном вышедшем из строя накопителе, шанс выхода из строя второго в одном и том же массиве равенство 1/3 * 100 = 33% .

Для сравнения: RAID 0 + 1 выйдет из строя при двух накопителях, вышедших из строя в разных массивах. Шанс выхода из строя накопителя в соседнем массиве равенство 2/3 * 100 = 66% . Однако, так как массив RAID 0 с вышедшим из строя накопителем уже не используется, оставшийся исправленным накопителем в этом массиве можно исключить из расчёта, и получим шанс, что следующий накопитель выведет из строя массив - 2/2 * 100 = 100%.

Уровни RAID 1 + 0 и 0 + 1 представляют собой группы зеркал или зеркала групп. С помощью логической точки зрения они соответствуют сочетанию уровней RAID 0 и RAID 1, но многие контроллеры и программы их непосредственной поддержки. Цель обоих способов - достичь достижения уровня RAID 0 и избыточности уровня RAID 1.

RAID 5

RAID 5 - Еще один небезызвестный тип рейд массивов. Система сконфигурированная RAID 5 допускает выход из строя только для одного диска. Про него на просторах интернета сказано очень много, хорошего и плохого чему верит решайте сами.  Уровень RAID 5 распределяет и данные, и информацию о четности, добавляя избыточность и одновременно повышая производительность чтения. Кроме того, уровень RAID 5 более эффективно использует дисковое пространство, чем уровень RAID 1. Если массив состоит из N накопителей (требуется не менее трех), то N—1 из них могут хранить данные. Следовательно, эффективность использования дисковой памяти на уровне RAID 5 превышает 67%, в то время как зеркальное отражение не может превысить 50%.

Kонфигурация RAID 5 уязвима к повреждениям при определенных обстоятельствах. Ее последовательное обновление данных о четности является более эффективным, чем чтение всей последовательности дисков и повторное вычисление ее четности на основе исходных данных. С другой стороны, это значит, что данные о четности больше нигде не вычисляются и не хранятся. Если будет нарушена синхронизация какого-нибудь блока в последовательности дисков с блоком четности, этот факт в нормальном режиме никак не проявится; операции считывания блоков данных по прежнему будут возвращать правильные данные. Эта проблема выяснится только при сбое диска. Блок четности, вероятно, будет перезаписан много раз, пока не проявится исходная десинхронизация. Следовательно, реконструированный блок данных на запасном диске будет состоять, по существу, из случайных данных. Эта разновидность десинхронизации между блоками данных и четности не единственная проблема.

Дисковые накопители не являются трансакционными устройствами. Без дополнительного уровня защиты сложно гарантировать, что на разных дисках будут правильно обновлены либо два блока, либо ни одного. Для искажения синхронности между блоком данных и блоком четности достаточно, чтобы произошел сбой, отказ электропитания или разрыв связи в неподходящий момент. Эта проблема известна под названием “дыра записи” RAID 5 (RAID 5 “write hole”).

 Данные о четности распределяются между всеми накопителями массива; каждая полоса имеет свою информацию о четности, которая хранится на отдельном диске. Поскольку в массиве нет специального диска для хранения информации о четности, маловероятно, что любой отдельный диск может затормозить работу системы. 

RAID 6

RAID 6 -  более надежный тип рейд массивов. Система сконфигурированная согласно  уровню RAID 6 аналогичному уровню RAID 5 с двумя дисками четности. Массив RAID 6 может сохранить работоспособность при полном отказе двух накопителей без потери данных. 

P.S. В зависимости от выбранной спецификации RAID может повышать скорость чтения / записи и / или уровень защищенности от потерь данных.