В работе с дисковыми подсистемами IT-специалисты часто сталкиваются с двумя основными проблемами.
- Первая – это низкая скорость чтения / записи, иногда даже скоростей SSD-диска бывает недостаточно.
- Вторая – выход дисков из строя, а значит и потеря данных, восстановление которых бывает невозможно.
Обе эти проблемы решаются с помощью технологии RAID (redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дисков) – технологии виртуального хранения данных, объединяющей несколько физических дисков в один логический элемент.
В зависимости от выбранной спецификации RAID, могут быть повышены скорость чтения / записи и/или уровень защищенности от потери данных.
Существуют следующие уровни спецификации RAID: 1,2,3,4,5,6,0. Кроме того, существуют комбинации: 01,10,50,05,60,06. В этой статье рассмотрим самые распространенные типы RAID-Массивов. Но в начале скажем, что существуют аппаратные и программные RAID-массивы.
Аппаратные и программные RAID-массивы
- Программные массивы создаются уже после установки Операционной Системы средствами программных продуктов и утилит, что и является главным недостатком таких дисковых массивов.
- Аппаратные RAID’ы создают дисковый массив до установки Операционной системы и от неё не зависят.
Очевидно, рекомендуется использовать именно аппаратный RAID. Перейдем к рассмотрению основных типов RAID-массивов.
RAID 1
RAID 1 (также называют «Mirror» — Зеркало) предполагает полное дублирование данных с одного физического диска на другой.
К недостаткам RAID 1 можно отнести то, что вы получаете в два раза меньше дискового пространства. Т.е. ели вы используете ДВА диска по 250 Гб, то система будет видеть всего ОДИН размером 250 Гб. Данный вид RAID не дает выигрыша в скорости, но значительно повышает уровень отказоустойчивости, ведь если один диск выйдет из строя, всегда есть его полная копия. Запись и стирание с дисков происходит одновременно. Если информация была намеренно удалена, то возможности восстановить её с другого диска уже не будет.
RAID 0
RAID 0 (также называют «Striping» — Чередование) предполагает разделение информации на блоки и одновременная запись разных блоков на разные диски.
Такая технология повышает скорость чтения/записи, позволяет пользователю использовать полный суммарный объем дисков, однако понижает отказоустойчивость, вернее сводит её на ноль. Так, в случае выхода из строя одного из дисков, восстановить информацию будет практически невозможно. Для сборки RAID 0 рекомендуется использовать исключительно высоконадежные диски.
RAID 5
RAID 5 можно назвать более усовершенствованным RAID 0. Можно использовать от 3 жестких дисков. На все, кроме одного записывается рейд 0, а на последний специальная контрольная сумма, что позволяет сохранить информацию на винчестерах в случае «смерти» одного из них (но не более одного). Скорость работы такого массива высокая. На восстановление информации в случае замены диска потребуется много времени.
RAID 2, 3, 4
Это способы распределенного хранения информации с использованием дисков, выделенных под коды четности. Отличаются друг от друга только размерами блока. На практике практически не используются в связи с необходимостью отдавать большую долю дисковой емкости под хранение кодов ЕСС и/или четности, а также в связи с невысокой производительностью.
RAID 10
Является миксом RAID массивов 1 и 0. И объединяет в себе плюсы от каждого: высокая производительность и высокая отказоустойчивость.
Массив обязательно содержит четное количество дисков (минимум 4) и является самым надежным вариантом сохранения информации. Недостатком является высокая стоимость дискового массива: эффективная емкость составит половину от общей емкости дискового пространства.
RAID 50
Является миксом RAID массивов 5 и 0. Строится RAID 5, но его составляющими будут не самостоятельные жесткие диски, а массивы RAID 0.
Как создать RAID-массив
Создание дискового массива RAID может выполняться несколькими способами, задействуя в свою структуру как HDD, так и SSD (желательно не одновременно). Тут сразу хотелось бы оговориться, что более целесообразное создание рейдов именно из жёстких дисков, а не твердотельных накопителей. Сам по себе SSD и так обеспечивает высокую производительность и не создаёт таких проблем, как в составе массива: сложности в обновлении прошивки, затруднённое отслеживание работоспособности, накопители изнашиваются равномерно, из-за чего есть вероятность их одновременного выхода из строя. Поэтому, в домашнем использовании с SSD лучше работать как с отдельным накопителем в режиме AHCI. RAID из SSD же может пригодиться в отдельных случаях, вероятнее, для корпоративных целей, где необходимо чтение большого объёма данных.
Теперь, рассмотрим, как объединить диски в RAID-массив. Для этого необходим специальный контроллер, который может быть как физическим адаптером, так и в виде утилиты. В соответствии с этим выделяют следующие способы создания рейдов:
- Полностью аппаратный, где RAID-контроллер отдельное устройство со своим софтом.
- Полуаппаратный, когда контроллер встроен в материнскую плату. В этом случае, настройка аппаратного RAID-массива происходит через BIOS.
- Программный, когда создание массивов происходит через утилиты Linux mdadm или составные тома Windows.
О преимуществах и недостатках того и или иного способа можно говорить долго. К примеру, в сети можно встретить много критики в отношении создания рейдов программным способом, так как полагается, что система будет затрачивать большое количество ресурсов, для обеспечения работы утилиты. Судя по нашему опыту, это может быть справедливо только в отношении рейдов из SSD, а из обычных жёстких дисков более или менее современный компьютер вполне справится с задачей. Интегрирование RAID-контроллера в плату несёт бóльшие риски, на наш взгляд. Есть возможность выхода из строя материнки, затруднены настройка и управление массивом и тд. Полностью аппаратный способ — надёжен и широко применяем, но самый финансово затратный. Помимо покупки нескольких HDD, потратиться на адаптер придется в среднем от 25 до 60-ти тыс. рублей.
Вам также может быть интересно: способы создания домашних сетевых хранилищ.
Дополнительно по теме, смотрите наше специальное видео, где в комментариях можно начать обсуждение и задать все интересующие вопросы:
Если вы дочитали статью до конца, то, вероятно, вас интересует создание RAID-массива на домашнем компьютере или в офисе. У нашей команды большой опыт в системном администрировании и обслуживании компьютеров. Мы с лёгкостью окажем подобные услуги в Санкт-Петербурге как физическим, так и юридическим лицам.
Практические советы
Как правило, диски для настройки RAID закупают одной партией. Соответственно и срок работы у них может быть примерно одинаковый. На этот случай рекомендуется сразу, в момент закупки дисков для массива закупить некоторый избыток. Например, для настройки RAID 10 из 4 дисков — стоит купить 5 дисков. Так, в случае выхода из строя одного из них, вы сможете оперативно заменить его на новый до того, как «посыпятся» другие диски.
RAID 1 (mirroring — «зеркалирование»)
массив из двух дисков, являющихся полными копиями друг друга. Не следует путать с массивами RAID 1+0, RAID 0+1 и RAID 10, в которых используется более двух дисков и более сложные механизмы зеркалирования.
Обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов.
Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве. Вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна произведению вероятностей отказа каждого диска, т.е. значительно ниже вероятности выхода из строя отдельного диска. На практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва.
RAID 1
Выводы
На практике чаще всего используют только три вида RAID-массивов. Это RAID 1, RAID 10 и RAID 5.
С точки зрения соотношения стоимость / производительность / отказоустойчивость рекомендуется использовать:
- RAID 1 (зеркалирование) для формирования дисковой подсистемы для пользовательских операционных систем.
- RAID 10 для данных, имеющих высокие требования к скорости записи и чтения. Например, для хранения баз 1С:Предприятие, почтового сервера, AD.
- RAID 5 используют для хранения файловых данных.
Идеальным серверным решением по мнению большинства системных администраторов является сервер с шестью дисками. Два диска «зеркалируют» и на RAID 1 устанавливается операционная система. Четыре оставшихся диска объединяют в RAID 10 для быстрой, безотказной, надежной работы системы.
RAID 00
RAID 00 встречается весьма редко, я с ним познакомился на контроллерах LSI. Группа дисков RAID 00 — это составная группа дисков, которая создает чередующийся набор из серии дисковых массивов RAID 0. RAID 00 не обеспечивает избыточности данных, но наряду с RAID 0, предлагает лучшую производительность любого уровня RAID. RAID 00 разбивает данные на меньшие сегменты, а затем чередует сегменты данных на каждом диске в сторадж группе. Размер каждого сегмента данных определяется размером полосы. RAID 00 предлагает высокая пропускная способность. Уровень RAID 00 не является отказоустойчивым. Если диск в группе дисков RAID 0 выходит из строя, весь виртуальный диск (все диски, связанные с виртуальным диском) выйдет из строя. Разбивая большой файл на более мелкие сегменты, контроллер RAID может использовать оба SAS контроллера для чтения или записи файла быстрее. RAID 00 не предполагает четности расчеты усложняют операции записи. Это делает RAID 00 идеальным для приложения, которые требуют высокой пропускной способности, но не требуют отказоустойчивости. Может состоять от 2 до 256 дисков.
Как создать массив из жестких дисков на компьютере через RAID контроллер?
Прежде, чем мы сможем создать эту систему, нужно узнать, поддерживает ли материнская плата работу с дисковыми массивами Raid. Во многих современных системных платах уже имеется встроенный Raid-контроллер, который-то и позволяет объединить жесткие диски. Поддерживаемые схемы массивов имеются в описаниях к материнской плате. Например, возьмем первую попавшуюся мне на глаза в Яндекс Маркете плату ASRock P45R2000-WiFi.
Здесь описание поддерживаемых Raid массивов отображается в разделе «Дисковые контроллеры Sata».
В данном примере мы видим, что Sata контроллер поддерживает создание массивов Raid: 0, 1, 5, 10. Что означают эти цифры? Это обозначение различных типов массивов, в которых диски взаимодействуют между собой по разным схемам, которые призваны, как я уже говорил, либо ускорять их работу, либо увеличивают надежность от потери данных.
Если же системная плата компьютера не поддерживает Raid, то можно приобрести отдельный Raid-контроллер в виде PCI платы, которая вставляется в PCI слот на материнке и дает ей возможность создавать массивы из дисков. Для работы контроллера после его установки нужно будет также установить raid драйвер, который либо идет на диске с данной моделью, либо можно просто скачать из интернета. Лучше всего на данном устройстве не экономить и купить от какого-то известного производителя, например Asus, и с чипсетами Intel.
Я подозреваю, что пока что вы еще не очень имеете представление, о чем все же идет речь, поэтому давайте внимательно разберем каждый из самых популярных типов Raid массивов, чтобы все стало более понятно.
RAID 5
Сильно схож по своему принципу работы с RAID 1. Только вам теперь потребуется минимум 3 накопителя, на одном из которых будет храниться продублированная информация. В этом случае вам будет доступен практически весь объем в системе, кроме одного диска с данными под восстановление. Кроме того, увеличится и производительность, но не в несколько раз, как в случае с RAID 0. Основное отличие RAID 5 от RAID 10 — это уровень надежности и доступный объем. Данный массив предназначен для более специфических задач, когда вместе собрано огромное количество дисков.
Предположим, вы имеете 4 диска на 2 Тбайт каждый. RAID 10 даст вам объем равный 4 Тбайт, в 2 раза большую скорость и возможность полностью восстановить информацию в случае поломки сразу двух основных носителей. RAID 5 же в таком случае даст 6 Тбайт под ваши нужды, немного увеличенную скорость записи данных и возможность восстановления данных только с одного поврежденного винчестера. В таком случае RAID 10 выглядит более привлекательной системой, нежели RAID 5, ведь за плату в 2 Tбайт, мы получаем высокую производительность и возможность полного восстановления.
- Ремонт
Как восстановить неисправный жесткий диск и обнаружить причину ошибок
Но ситуация меняется, когда дисков становится значительно больше. Как мы и говорили, RAID 5 — специфическая структура. Если вы имеете 10 дисков на 2 Тбайт каждый, то RAID 10 даст вам лишь 10 Тбайт, которые вам будут доступны. В случае с RAID 5 это уже 18 Тбайт (доступны все диски, кроме одного, который хранит дублированные данные). Здесь уже 50% доступного объема — слишком высокая цена за возможность полного восстановления и двукратную скорость. Куда выгоднее получить слегка увеличенную скорость, практически полный объем и возможность восстановления одного любого диска. Для простого же обывателя такие системы не нужны.
Преимущества
Не требует много места под восстановление Слегка увеличивает производительность
Недостатки
Не предназначен для бытового использования Обеспечивает не полное резервирование данных Прирост скорости не такой большой, как у RAID 10
Существуют и другие виды массивов, но все они слишком узконаправленные и не подходят для обычного пользователя. Описанные выше схемы — используются в 90% случаев.
RAID 4
Данные записываются блоками на разные диски, один диск используется для хранения битов чётности. Отличие от RAID 3 заключается в том, что блоки разбиваются не по битам и байтам, а по секторам. Преимущества заключаются в высокой скорости передачи при работе с большими файлами. Также высока скорость работы с большим числом запросов на чтение. Из недостатков можно отметить доставшиеся от RAID 3 – дисбаланс в скорости операций чтения/записи и существование условий, затрудняющих параллельный доступ к данным.
Рассмотрим «RAID-0»:
Более одного HDD диска объединяются в один посредством последовательного соединения, после чего происходит суммирование объемов т.е. — если взять несколько HDD дисков, каждый из которых объемом «500Гб» и создадим из них «RAID-0», то операционная система будет воспринимать установленные HDD диски как один суммируя их, из чего мы получим один HDD диск объемом в 1000Gb (1Tb). После того, как произойдет слияние дисков в один массив, скорость чтения и записи у накопителя будет в два раза больше, чем у дисков по раздельности.
Пример
– расположенная база данных на двух физических HDD дисках, один из которых пользователь будет производить только чтение данных, в то время как другой пользователь, будет производить запись данных на другой HDD диск, причем все это они будут делать одновременно. А вот если расположение базы данных будет только на одном диске, сам HDD диск функцию чтения или записи совершенно разных пользователей будет выполнять последовательно своему ПО. Массив «RAID-0» предоставит возможность выполнять чтение и запись параллельно. По скорости можно сделать вывод — сколько в вашем RAID-0 массиве HDD дисков, умножаем Ито число на существующую скорость (с той скоростью у вас быстрее будет работать RAID-0) – вся зависимость массива пропорциональная – скорость HDD исков возрастает в N раз, где N = количеству установленных HDD дисков, в массив.
Массив RAID-0 обладает только одним недостатком, этот минус перекрывает все, даже плюсы его использования – в массиве RAID-0 отсутствует отказоустойчивост. Проблема состоит в следующем, если выходит из строя один из физических HDD дисков установленный в массив, то следовательно умирает весь массив. Существует старая шутка по этому поводу: «Что обозначает «0» в значении RAID-0? — объем информации которая восстанавливается после смерти массива!» (правда не весело совсем если там что-то очень важное).
Далее массив «RAID-60»:
Тот же принцип: фактически это «RAID-6», собирается из нескольких «RAID-0» массивов. Существуют и другие комбинации массивов, таких как — «RAID 5+1 / RAID 6+1» — по сути, они схожи с «RAID-50 / RAID-60» с той разницей, что базой их элементов массива обладают не «RAID-0» как у других, а зеркала массива «RAID-1».
