Что такое raid массив
ЭТО RAID
Как устроено избыточное хранение данных.
Когда мы говорили о резервном копировании, то упоминали про RAID — технологию хранения данных, которая защищает их от порчи или потери. Теперь разберём подробнее.
Что такое RAID
RAID — это технология, с помощью которой может быть организовано хранение данных на жёстких дисках. По-простому — это инструкция, как хранить и читать ваши файлы на дисках.
Расшифровывается так: Redundant Array of Independent Disks, по-русски — массив независимых дисков с избыточностью. Избыточность — ключевое слово.
Чаще всего эту технологию применяют к нескольким дискам на одном устройстве. Например, у вас может быть сетевое хранилище, в которое будут вставлены четыре диска. Эти четыре диска собираются в RAID-массив и после некоторой компьютерной магии они становятся более безопасными.
👉 Суть безопасности RAID в том, чтобы при поломке одного из дисков данные в целом не пострадали. По крайней мере, чтобы их можно было восстановить.
Как данные не пострадают
На практике это выглядит так:
За счёт чего
Основной секрет — в избыточности хранения. Это значит, что RAID-массив хранит больше данных, чем отправляет туда пользователь.
Например, вы отправили один файл размером 1 ГБ, но RAID хранит этот гигабайт немного избыточно, делая несколько фрагментарных копий этого файла по другим дискам. Как бы «размазывает» данные.
В итоге файл может занимать не 1 ГБ, а 1,2 ГБ. Вот эти 0,2 ГБ — это та самая избыточность, благодаря которой в случае поломки можно будет восстановить ваши данные. Число 0,2 условное — зависит от конфигурации массива.
Как организованы RAID-массивы
Мы расскажем об основных схемах, которые лучше всего подходят для нас с вами, и покажем, как именно они устроены, чтобы вы смогли выбрать для себя лучший вариант.
Важный момент: лучше всего использовать диски, одинаковые по всем характеристикам. Идеально, если массив будет состоять из дисков одной и той же модели — так не будет проблем с восстановлением данных.
Для начала простой пример: когда RAID нет: ×
Цветные линии — это файлы на жёстком диске. Сейчас все данные хранятся на одном диске. 
Если сломается жёсткий диск — все файлы пропадут.
RAID0 — объём, скорость, но никакой надёжности
Несмотря на слово RAID в названии, в нём нет избыточности данных, и если сломается один из дисков, вы потеряете все свои файлы. Всё дело в том, что данные в RAID0 никак не резервируются, а просто по очереди пишутся на два разных диска.
Допустим, что у нас есть три файла — обозначим их красным, синим и зелёным. Тогда RAID0 запишет их себе в память так:
Каждый файл разбивается на кусочки и размазывается по дискам.
В результате пользователь получает большой объём хранилища — в сумме как два диска. Но это не даёт никакой надёжности. Видно, что три файла просто размазались по дискам и разные части файлов лежат на разных дисках. Очевидно, что если один их них сломается, то у нас останется диск с кучей фрагментов данных, которые невозможно восстановить:
Единственное, из-за чего это используют, — скорость работы с данными. Файл делится на несколько частей и пишется одновременно на разные диски — так получается быстрее, чем писать его целиком на один диск.
+ быстрая скорость работы с файлами
+ большой объём хранилища
— никакой надёжности, малейшая поломка — и вы теряете все данные.
RAID1 — высокая надёжность ценой снижения объёма
В отличие от предыдущего массива, RAID1 прост и надёжен как скала. Правило простое — каждый файл записывается одновременно на оба диска, в итоге у вас получаются два одинаковых диска, каждый из которых хранит все ваши данные. Если один сломается, то всё останется на втором. Из-за того что данные одинаковые, такой метод ещё называют зеркалированием.
Оба диска содержат одну и ту же информацию. 
При поломке одного диска все данные можно сразу взять со второго.
Но у этого подхода есть минус — если у вас два диска по 10 терабайт, то с RAID1 вы получите не 20, а 10 терабайт из-за того, что все данные удваиваются. Если диска не два, а три — то утраиваются.
С другой стороны, это самый простой способ организовать безопасное хранение данных.
+ надёжно
— полезный объём — самый маленький из всех RAID-массивов, вы получаете только один объём диска, а не сумму всех вместе.
RAID5 — большой, надёжный, но сложный
Есть ещё один способ обеспечить надёжность хранения данных — записывать куда-то дополнительную информацию о файле, которая поможет его восстановить. Для этого требуется уже не 2, а 3 жёстких диска.
По этому принципу работает RAID5 — каждый файл он разбивает на 2 части, которые записывает на разные диски, например, на первый и второй, а дополнительную информацию пишет на третий диск. Для следующего файла он делает точно так же, только сам файл пишет на второй и третий диск, а дополнительные данные — на первый и так далее для каждого файла.
Прерывистая линия — это дополнительные данные для каждого файла.
Когда один из дисков выйдет из строя, то все файлы можно восстановить из двух оставшихся по специальному алгоритму. Получается, что если у вас есть три диска по 1 терабайту, то с RAID5 вы получите 2 терабайта для хранения данных, а 1 терабайт будет использован системой для данных восстановления.
Два из трёх — достаточно для восстановления данных в RAID5.
+ больше места, чем в RAID1
+ надёжно
— данные хоть и можно восстановить без потерь, но сделать это гораздо сложнее, чем в RAID1
А что есть ещё?
Но всё это уже экзотика и для домашнего применения подходит слабо. Проще всего купить готовый NAS, который умеет сам организовать нужный массив, и вам останется только вставить диски. Но если вы будете знать, какой RAID-массив используется в NAS, вам будет легче подобрать тот, который нужен именно вам.
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.
Что такое RAID-массивы
Содержание:
RAID (Redundant Array of Independent Disks или «избыточный массив независимых дисков») — метод виртуализации, позволяющий объединять несколько дисков в единый логический том, имеющий лучшие характеристики. Чтобы описать, чем RAID может быть полезен на практике, рассмотрим теоретические основы, классификацию и особенности использования данной технологии.
Для чего применяется RAID
RAID позволяет превратить несколько дисковых накопителей в один большой и быстрый диск. Его можно использовать в качестве хранилища данных с функцией автоматического резервного копирования или настроить как системный диск повышенной отказоустойчивости.
У технологии RAID-массивов существуют и минусы. Платой за быстродействие и надежность становится усложнение системы, а также необходимость закупать дополнительное оборудование. Однако эта цена невелика по сравнению с потенциальными убытками, которые может понести пользователь при потере информации или внезапной поломке накопителя.
Преимущества технологии
Условие применения
Технологию можно использовать не во всех случаях. Для этого требуется ее аппаратная и программная поддержка. BIOS должен содержать настройку вида «SATA Configuration: RAID». Если же ее по каким-либо причинам нет, то необходимо «перепрошить» базовую систему ввода-вывода.
В случае, когда поддержка RAID программным методом невозможна, нужно подключить дополнительное устройство — RAID-контроллер и установить соответствующий драйвер. В последних версиях ОС Linux (Ubuntu 20.04, POP-OS 20.04 и т. д.) драйвер для включения режима RAID инсталлируется автоматически.
Основные понятия
В основе функционирования RAID-массивов лежит несколько базовых терминов, без которых нельзя понять принципы работы этой технологии.
Типы RAID-массивов
Классификация RAID по уровням
Основные отличия между конфигурациями или уровнями RAID заключаются в методах формирования и размещения данных, а также в алгоритмах распределения информации на носителях. Базовые типы RAID-массивов — RAID 0 и RAID 1. Остальные уровни считаются их производными, сочетающими в себе достоинства той или иной базовой модели.
RAID 0
Технология виртуализации RAID 0 называется striping («чередование»). Для ее реализации применяется от 2 до 4 накопителей, которые совместно выполняют процедуру «чтения/записи».
При записи информация разделяется на блоки, которые одновременно сохраняются на накопители. Первый блок — на один, второй — на другой жесткий диск и так далее. Производительность массива возрастает прямо пропорционально количеству накопителей в системе. То есть, 4 диска будут работать в 2 раза быстрее, чем два.
Однако, такая конфигурация RAID-массива чревата потерей данных, что уменьшает безопасность хранения информации. Это объясняется структурой каждого файла. Последний состоит из определенной последовательности блоков (байт), поскольку каждый из них записывается на разные диски и происходит «нарушение» его целостности. Если один накопитель выходит из строя, то блок «теряется». При этом получается «битый» файл, который практически невозможно восстановить.
Достоинства
Недостатки
Использование
Применяется в приложениях для скоростного обмена информацией, в хранилищах временных файлов. Также RAID 0 нужен для систем, использующих некритичные по важности массивы данных.
RAID 1
Технология RAID 1 называется мirroring («зеркалирование»). Она подразумевает использование от 2 до 4 накопителей. Однако при этом теряется половина объема дисков, поскольку это пространство используется резервированием данных.
Простыми словами, если RAID-система состоит из 2 жестких дисков, то при выходе одного из них информация не потеряется полностью, поскольку один накопитель является точной копией другого.
Достоинства
Недостатки
Использование
Уровень RAID 1 необходимо применять для увеличения надежности хранения информации на серверах.
RAID 5
Технология RAID 5 («чередование с чётностью») считается наиболее распространенной и безопасной. Для подобной конфигурации необходимо минимум 3 диска, а максимальное допустимое количество — 16.
При записи информации происходит разделение на блоки данных, но с одним условием — на один из дисков, называемый блок «чётность данных» (Parity Drive, PD), происходит запись информации для восстановления. Этот подход позволяет спасти данные при повреждении одного из накопителей.
RAID 5 может реализовываться программным методом при помощи специальных утилит, но IT-специалисты рекомендуют все же отдать предпочтение аппаратному способу.
Достоинства
Недостатки
Использование
Технология виртуализации 5 уровня (RAID 5) прекрасно подойдет для безопасного хранения данных, но при этом не будет утрачена производительность. Очень часто ее используют файловые серверы.
RAID 6
Технология виртуализации 6 уровня («чередование с двойной чётностью») похожа на RAID 5. Отличие состоит в записи информации для восстановления на два диска. Первый — блок «чётность данных» (PD) используются в архитектуре RAID 5 для резервного хранения данных. Второй диск «чётности» дублирует работу первого. Его работа основана на коде Рида-Соломона (Reed-Solomon), поэтому диск часто имеет краткое обозначение — RS или Q.
Благодаря использованию принципа двойной чётности, система может перенести без потерь информации отказ сразу двух жестких дисков. Однако для создания RAID 6 потребуется минимум четыре накопителя.
Достоинства
Недостатки
Использование
RAID 6 является более надежной конфигурацией, чем RAID пятого уровня. Она часто применяется на файловых серверах, где используются большие объемы данных.
RAID 10
Технология виртуализации 10 — «гибрид» RAID нулевого и первого уровней, сочетающая в себе все их преимущества.
Достоинства
Недостатки
Использование
Гибридная технология RAID 10 используется в тех же случаях, что и RAID 0 и RAID 1.
Утилиты для создания
В операционной системе Windows есть встроенная утилита для создания RAID. Однако она поддерживает только RAID-массивы первого. Поэтому для более сложных операций, а также для платформ на базе Unix/Linux требуется установка стороннего ПО.
Перед выбором соответствующей конфигурации RAID-массива, специалисты рекомендуют сохранить информацию на отдельный носитель. При создании или удалении RAID-системы данные на дисках уничтожаются.
Mdadm
Для операционных систем на основе Linux рекомендуется использовать штатную утилиту «mdadm», которую необходимо предварительно установить через терминал.
Основные возможности
Установка
Для инсталляции утилиты требуется ввести в терминале следующие команды:
При этом в систему будет инсталлирована утилита, а также необходимый набор библиотек.
MegaRAID Storage Manager (MSM)
Бесплатное приложение от Microsoft, разработанное с целью обеспечения гибкого управления RAID-системами в ОС Windows.
Основные возможности
Установка
Заключение
Использование RAID-массивов позволяет реализовать повышенние потенциала нескольких дисковых накопителей за счет их объединения. В частности, растет производительность и надежность хранения информации. Однако эффективность работы массива будет сильно зависеть от того, каким способом он создан. Оптимальным является аппаратный метод на базе отдельного RAID-контроллера, но его организация потребует больших финансовых вложений.
Помимо способа реализации для работы RAID важна конфигурация массивов, которая делится на несколько базовых уровней. Оптимальным уровнем считается RAID-10, поскольку он обеспечивает не только высокую скорость обработки данных, но и их сохранность.
Виртуальный сервер от Eternalhost — надежная площадка для современного веб-ресурса! Быстрые NVMe диски, реальная защита от DDoS, техподдержка 24/7.