Що таке RAID масив і як він працює
RAID (Redundant Array of Independent Disks), або, українською, надлишковий масив незалежних дисків – це спосіб зберігання одних і тих же даних в різних місцях на кількох встановлених жорстких або твердотільних накопичувачах. Використовується дана технологія переважно для захисту даних в разі відмови одного з дисків і розширення загального простору пам’яті. Однак, візьміть до уваги, існує ряд рівнів на які поділені RAID масиви. І в залежності від рівня сфера застосування дисків може різнитися.
Як працює RAID масив
Принцип роботи RAID полягає в тому, що технологія дозволяє розміщувати дані, наприклад, одного додатка відразу на декількох дисках. А операції введення і виведення обробляються спільними зусиллями так, що підвищується сумарна продуктивність.
Додатковий бонус технології – підвищена відмовостійкість, викликана більш високим обсягом пам’яті. Таким чином, шанс втратити особисті файли стрімко падає.
RAID масив відображається в інтерфейсі комп’ютера як один логічний диск. Проте принцип його роботи може бути різним: дзеркальним і чергуються. Дзеркальний метод має на увазі копіювання ідентичних даних на кілька дисків, а чергуються дозволяє рівномірно розподіляти інформацію по ним. Віддзеркалення і чергування дисків можуть бути об’єднані в одному масиві.
Будь-яка технологія має свої сильні і слабкі сторони. Давайте розглянемо можливості і недоліки RAID докладніше.
Які переваги дають RAID масиви
Економічна складова.
У RAID масиві ви можете використовувати кілька дешевих жорстких дисків, отримуючи в результаті великі обсяги пам’яті з мінімальними витратами. Ідеально для зберігання особистої інформації, такої як, наприклад, фільми або сімейні фотографії.
Продуктивність.
Використовуючи RAID масив з декількома жорсткими дисками, ви отримуєте набагато вищу продуктивність, ніж при одному активному пристрої. До рівня SSD, звичайно, диски не дотягнуть, але швидкість читання-запису істотно зросте. Як наслідок, якщо ваша система встановлена на HDD, швидкість запуску комп’ютера буде вище.
Надійність.
Шанс того, що інформація на вашому комп’ютері буде пошкоджена і недоступна для відновлення стрімко падає. Адже чим більше сумарний обсяг пам’яті, тим більшій кількості секторів треба зламатися перш ніж ситуація стане критичною. А шанс того, що буде пошкоджений потрібний вам файл взагалі мізерний.
Відмовостійкість.
Якщо ви використовуєте масиву RAID 5 з функцією “віддзеркалювання”, ви можете вільно мати два диска з ідентичними даними. Пошкодився один – не проблема, все зберігається в цілості й схоронності на другому пристрої.
Негативні сторони застосування RAID масивів
Висока вартість.
Крім звичайних RAID масивів існують і гібридні, “Nested” масиви. Вони можуть містити, наприклад RAID 1 + 0, 0 + 3 і інші комбінації. Вартість таких пристроїв відчутно вище і може вдарити по кишені.
Ризик ланцюгового самознищення.
Незважаючи на те, що RAID масиви надійні і шанс пошкодження дисків досить низький, завжди є ймовірність старту ланцюгової реакції “смерті”. Наприклад, якщо один з дисків вийшов з ладу, цілком ймовірно, що і інші теж скоро надійдуть на нього доля. Зверніть увагу, що такі ризики існують тільки при повній відмові. Пара битих секторів повинні вас насторожити, але не повинні вганяти в паніку.
Особливості виробництва.
Деякі рівні RAID, наприклад RAID 1 і 5, можуть витримати відмова тільки одного диска. І всі інші пристрої в масиві знаходяться в серйозній небезпеці до тих пір, поки пошкоджена диска не замінений новим.
RAID контролер – управління масивом
RAID-контролер – це пристрій, призначений для управління жорсткими дисками в масиві зберігання даних. Він використовується як засіб спілкування між ОС і фізичними дисками. В умовах застосування такого контролера підвищується загальна продуктивність і захищеність комп’ютера від крадіжки особистої інформації.
Контролер може бути як програмним, так і апаратним. В апаратній RAID масиві використовуються ресурси самого RAID для управління його функціоналом. У програмному ж масиві RAID використовує ресурси комп’ютера, такі як центральний процесор і пам’ять. Незважаючи на те, що програмний контролер виконує ті ж функції, що і апаратний, він все ж не може забезпечити аналогічної продуктивності.
Рівні RAID масивів
Пристрої RAID бувають декількох типів, але всі вони класифікуються як “рівні”. Раніше список таких рівнів знаходився в діапазоні від 0 до 5. Така пронумерована система дозволяла IT-фахівцям розрізняти типи масивів, з якими вони мають справу. З тих пір кількість рівнів було розширено і розбите на категорії: стандартні, вкладені і нестандартні.
Стандартні рівні
RAID 0
Принцип роботи даного масиву – чергування. Дозволяє черзі записувати інформацію на кожен диск, що знаходиться в установленому масиві, і, тим самим, підвищує продуктивність системи.
Доступна установка необмеженої кількості дисків. Якщо ж їх швидкість різна, то загальний результат буде визначатися по найповільнішого пристрою. Тому переконайтеся, що придбані HDD мають рівні швидкісні показники. Тим не менш, це не стосується обсягів. Диски можуть бути з абсолютно різними показниками пам’яті: наприклад, один диск містить в собі 1 Тб пам’яті, другий 500 Мб, а третій 2 Тб. Всі вони можуть співіснувати разом без конфліктів.
Зверніть увагу!
З огляду на принцип роботи масиву, потрібно часто робити бекапи. Справа в тому, що всі файли і додатки рівномірно розподіляються на всіх встановлених жорстких дисків. І якщо хоч один з них наздожене збій, цілком ймовірно, що програма більше не запуститься.
Виходячи з технічних міркувань, в технології RAID 0 головне дотримати швидкісну ідентичність дисків. В іншому випадку дане підприємство може виявитися економічно невигідним.
Переваги: Висока продуктивність.
Недоліки: Складнощі при виборі комплектуючих. Низька надійність.
RAID 1
Принцип роботи масиву – віддзеркалення. Така конфігурація складається мінімум з двох дисків, які дублюють зберігається один на одному інформацію. Чергування неприпустимо. Підвищено швидкість читання, оскільки обидва диска можна зчитувати одночасно. На швидкість запису даний масив ніяк не впливає.
Переваги: Висока надійність.
Недоліки: Дорого.
RAID 2
Принцип роботи масиву – чергування. Головна відмінність від RAID 0 полягає в тому, що в даному масиві деякі диски зберігають інформацію про перевірку та виправлення знайдених помилок (ECC). Крім того, RAID 2 використовує спеціальний код Hamming, застосовуваний для ефективного виправлення збоїв. RAID 2 не має переваг перед RAID 3 і більше не використовується.
Переваги: Масив більше не використовується.
Недоліки: Масив більше не використовується.
RAID 3
Принцип роботи масиву – чергування. В процесі роботи даного масиву один диск використовується спеціально для зберігання інформації про парності, яка допомагає рівномірно заповнювати простір всіх HDD. Відновлення даних здійснюється шляхом індивідуальних обчислень для всіх встановлених пристроїв.
Оскільки операція введення-виведення виконується всіма дисками одночасно, пристрій найкраще підійде для одного користувача систем. Тобто, даними масивом не зможуть користуватися два пристрої одночасно.
Переваги: Висока продуктивність.
Недоліки: Можливість роботи тільки з одним пристроєм. Низька швидкість передачі даних малого об’єму.
RAID 4
Принцип роботи масиву – чергування. Даний рівень дуже схожий на RAID 3, але відрізняється від нього тим, що дані тепер розбиваються на блоки, а не на байти. Таким чином творці масиву змогли впоратися з проблемою низької швидкості передачі файлів невеликого об’єму. Головним недоліком же стала низька швидкість запису даних.
Переваги: Підвищена швидкість передачі даних, в порівнянні з RAID 3.
Недоліки: Низька швидкість запису файлів.
RAID 5
Даний масив базується на чергуванні на рівні блоків парності. Інформація про парності чергується по кожному диску індивідуально і дозволяє масиву функціонувати навіть у разі відмови одного з підключених пристроїв. Архітектура ж дає можливість операціями читання і запису охопити відразу кілька дисків. Результатом стає більш висока продуктивність, ніж якби було підключено лише один пристрій.
RAID 5 вимагає як мінімум 3 диска для повноцінної роботи. Проте, бажано все-таки починати з 5. Адже 3 – це найнеобхідніший мінімум при якому масив в принципі може функціонувати.
Масиви RAID 5 вважаються поганим вибором для використання в системах з інтенсивною записом через принципу роботи парності. Коли диск виходить з ладу, відновлення даних може зайняти дуже багато часу.
Переваги: Висока швидкість читання. Економічність.
Недоліки: В разі пошкодження даних, час їх відновлення може зайняти досить значний термін.
RAID 6
Схожий на RAID 5, але має більш високу надійність. Використання додаткової схеми парності дозволяє масиву продовжувати функціонувати навіть у разі відмови двох дисків одночасно. Однак, щось хороше рідко трапляється просто так і за все потрібно платити. Така додатковий захист обійдеться вам трохи дорожче, ніж у випадку з масивом попереднього рівня.
Переваги: Висока надійність.
Недоліки: Знижена швидкість запису, в порівнянні в RAID 5.
Вкладені рівні
Деякі рівні RAID масивів називають вкладеними, по-англійськи Nested. Це пов’язано з тим, що принцип їх роботи заснований на комбінуванні різних рівнів RAID в один масив. Давайте розглянемо кілька прикладів.
RAID 10 (RAID 1 + 0)
Об’єднавши рівні 1 і 0, масив стали називати RAID 10. Головна його перевага полягає в більш високій продуктивності щодо RAID 1. Проте за це доведеться платити, оскільки вартість масиву стає трохи вище.
RAID 01 (RAID 0 + 1)
Даний масив дуже схожий на RAID 10. Виняток становить сам метод організації даних на дисках. Замість того, щоб використовувати метод дзеркал і створювати копії даних, в масиві застосовується набір смуг, який в свою чергу піддається віддзеркалення.
RAID 03 (RAID 0 + 3)
RAID 03 так само часто можуть називати і RAID 53, оскільки схема роботи цих комбінацій масивів ідентична. На цьому рівні використовується метод чергування типу 0 для блоків віртуальних дисків RAID 3. Така комбінація забезпечує більш високу продуктивність в порівнянні з поодинокими масивами. На жаль, ціна зростає разом з продуктивністю.
RAID 50 (RAID 5 + 0)
Дана конфігурація об’єднує розподілену парність RAID 5 з чергуванням RAID 0 для підвищення продуктивності першого масиву без зниження захисту даних. Ідеальне поєднання.
Нестандартні рівні
Нестандартні рівні RAID рідко можна побачити на звичайному ринку. Це пов’язано з тим, що вони розробляються компаніями індивідуально для своїх потреб. Наведемо кілька прикладів.
RAID 7
Нестандартний рівень, заснований на принципах роботи RAID 3 і 4. Головна відмінність – доданий кешування. Даний масив включає в себе вбудовану операційну систему, яка виступає в ролі контролера і проводить кешування по високошвидкісній шині. Продуктивність підвищена щодо індивідуальних масивів.
Adaptive RAID
Адаптивний масив. Цей рівень дозволяє контролеру самостійно вирішувати як зберігати дані про парності на дисках. Він вибирає між RAID 3 і 5, в залежності від того який рівень буде працювати краще з конкретним типом наявних даних.
Linux MD RAID 10
Даний рівень надається Linux. Він підтримує створення вкладених і нестандартних RAID масивів. Крім того, технологія підтримує створення стандартних конфігурація RAID 0, RAID 1, RAID 4, RAID 5 і RAID 6.
Майбутнє RAID масивів
RAID як і раніше знаходить собі застосування, навіть не дивлячись на те, що аналітики стверджують про несучасності даної технології. Існують альтернативи, які пропонують більший захист даних і були розроблені спеціально для усунення слабких місць RAID.
Більш того, зростання числа твердотільних накопичувачів (SSD) так само працює не на користь RAID масивів. Суть в тому, що вони не містять рухомих частин і практично не схильні до різного роду пошкоджень. Проте, ситуація приємно змінюється, якщо жорсткі диски масиву взяти і замінити на SSD. У такому випадку ви зможете домогтися вирівнювання зносу і все диски проживуть приблизно один термін.
Існує величезна кількість носіїв для зберігання інформації, але ще не було жодного пристрою, здатного обійти за обсягами RAID масиви. Ці гіганти і донині можуть послужити відмінним сховищем особистої інформації.