Raid 0 raid 1 отличие
Пришла пора разобраться в современных технологиях хранения данных. Повестка дня: RAID массивы и уровни их организации. Правда ли, что RAID 50 лучше RAID 10, а JBOD – это вообще не RAID? Сегодня мы ищем ответы на эти вопросы.
Где искать свежие, оригинальные идеи? Новые технологии не сразу приходят к конечным пользователям. Сначала они окупаются и обкатываются на профессиональном рынке, служа бизнесу или государству, и лишь затем потихоньку дрейфуют «в массы», появляясь в бюджетных решениях.
В нашу тестовую лабораторию попала на редкость интересная вещица, одно название которой вызвает трепет: плата контроллера RAID-массива LSI LOGIC MegaRAID SCSI 320-1 PCI 64 1ch 64МБ (RAID levels: 0, 1, 50, 10, 5).
Представьте, именно такой абракадаброй кажутся непосвященным пользователям краткие характеристики какого-нибудь системного блока. Но приходит опыт, и цифры обретают смысл.
Плата RAID контроллера LSI LOGIC MegaRAID
Внешний SCSI разъем на плате
Внутренний SCSI разъем на плате
Перед нами типичный образец платы с RAID-контроллером, используемой в серверных решениях. В таких системах обычно устанавливаются дорогие, но надежные жесткие диски с параллельным SCSI интерфейсом и материнские платы с 64-разрядными PCI слотами. Ключевым же на сегодня будет слово RAID и перечисленные уровни: 0, 1, 50, 10, 5.
Что такое RAID и зачем он нужен?
Акроним RAID (Reudant Array of Independed Disks) избыточный массив независимых дисков, впервые был использован в 1988 году исследователями из института Беркли Паттерсоном (Patterson), Гибсоном (Gibson) и Кацем (Katz). Они описали конфигурацию массива из нескольких недорогих дисков, обеспечивающих высокие показатели по отказоустойчивости и производительности.
Наиболее "слабой" в смысле отказоустойчивости частью компьютерных систем всегда являлись жесткие диски, поскольку они, чуть ли не единственные из составляющих компьютера, имеют механические части. Данные записанные на жесткий диск доступны только пока доступен жесткий диск, и вопрос заключается не в том, откажет ли этот жесткий диск когда-нибудь, а в том, когда он откажет.
RAID обеспечивает метод доступа к нескольким жестким дискам, как если бы имелся один большой диск (SLED - single large expensive disk), распределяя информацию и доступ к ней по нескольким дискам, обеспечивая снижение риска потери данных, в случае отказа одного из винчестеров, и увеличивая скорость доступа к ним.
Обычно RAID используется в больших файл серверах или серверах приложений, когда важна, высока скорость и надежность доступа к данным. Сегодня RAID находит применение так же в настольных системах, работающих с CAD, мультимедийными задачами и когда требуется обеспечить высокую производительность дисковой системы.
RAID 0+1
Под RAID 0+1 может подразумеваться в основном два варианта:
- два RAID 0 объединяются в RAID 1;
- в массив объединяются три и более диска, и каждый блок данных записывается на два диска данного массива; таким образом, при таком подходе, как и в «чистом» RAID 1, полезный объём массива составляет половину от суммарного объёма всех дисков (если это диски одинаковой ёмкости).
Mdadm
Для операционных систем на основе Linux рекомендуется использовать штатную утилиту «mdadm», которую необходимо предварительно установить через терминал.
Основные возможности
- Создание и сброс RAID-массивов.
- Монтирование файловых систем.
- Сохранение топологии массива.
- Удаление отдельных элементов из RAID.
Установка
Для инсталляции утилиты требуется ввести в терминале следующие команды:
При этом в систему будет инсталлирована утилита, а также необходимый набор библиотек.
Принцип работы массива RAID 01
RAID 01 (он же RAID 0+1) являет собой один из типов комбинированных RAID массивов. Он позволяет реализовать быстроту RAID 0 и надежность RAID 1 в одном массиве. Кроме того, его можно построить на программном контроллере, что также немаловажно. Перед тем, как приступать к созданию RAID 01 в Windows 10 давайте рассмотрим принцип его работы. Это сильно облегчит понимание процессов, происходящих в операционной системе во время его создания.
Итак, RAID 01 являет собой RAID 1 массив, внутри которого находятся два массива RAID 0. Поток данных сначала копируется, а затем каждая копия делится на полосы (Striping) и записывается на два (или больше) дисков. Отсюда вывод, что минимальное количество дисков доя реализации RAID 01 составляет четыре штуки.
Схематически работу RAID 01 можно изобразить так:
Таким образом, RAID 01 позволяет пережить выход из строя любой группы дисков, в которой может быть два и более дисков.
Стоит отметить, что для каждой группы рекомендуется использовать одинаковое количество дисков. Объясняется это тем, что поскольку создаются две одинаковые копии потока данных — размер всего массива ограничен объемом группы с минимальным количеством дисков. Соответственно использовать большее количество дисков не будет иметь смысла, так как они не будут задействованы.
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.
Что такое Copyback Hot Spare?
Copyback Hot Spare это функция RAID контроллера, которая позволяет пользователям закрепить физическое расположение диска "горячего резерва" (Hot Spare), что позволяет улучшить управляемость системы.
Что такое Hotswap?
Можно ли использовать в RAID массиве диски разного размера?
Да. можно. Но, при этом, используемая емкость у ВСЕХ дисков будет равна емкости наименьшего диска.
Из этого следует, что добавлять в уже существующий RAID массив можно только диски такого же или большего размера
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
- Увеличена скорость чтения за счет одновременной обработки данных с нескольких независимых потоков от дисков массива.
- Информация не «потеряется» при повреждении одного накопителя.
- При замене неисправного диска происходит автоматическое восстановление информации.
Недостатки
- Иногда происходят отказы дисков.
- Если объем поврежденного накопителя 4 ТБ и более, при замене его на идентичный диск, восстановление может занять более одного дня.
- Если диск «чётности» вышел из строя при выполнении процедуры восстановления, то информация будет окончательно утеряна.
- Минимальное количество накопителей — 3.
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.
Часто задаваемые вопросы
RAID 01 (RAID 0+1) являет собой тип комбинированных массивов, в котором два массива RAID 0 упакованы в массив RAID 1. Принцип работы детально описан на нашем сайте.
Главное отличие между RAID 01 и RAID 10 заключается в способе распределения данных между накопителями. Более детально читайте на нашем сайте.
Я использовал массив RAID 01 на программном контроллере, но он дал сбой. Сможет ли RS RAID Retrieve извлечь данные с дисков?
Да. RS RAID Retrieve позволяет извлекать данные с вышедших из строя RAID массивов разных уровней, в том числе и с RAID 01.
Естественно аппаратный контролер более предпочтителен, однако RAID 01 (RAID 0+1) нормально работает и на программном контроллере. Главное, чтобы у вас было достаточно мощное железо.
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 6
RAID 6 — похож на RAID 5, но имеет более высокую степень надёжности — под контрольные суммы выделяется ёмкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным алгоритмам. Требует более мощный RAID-контроллер. Обеспечивает работоспособность после одновременного выхода из строя двух дисков — защита от кратного отказа. Для организации массива требуется минимум 4 диска. Обычно использование RAID-6 вызывает примерно 10-15% падение производительности дисковой группы, относительно RAID 5, что вызвано большим объёмом обработки для контроллера (необходимость рассчитывать вторую контрольную сумму, а также читать и перезаписывать больше дисковых блоков при записи каждого блока).
Как создать программный RAID 01 (RAID 0+1) в Windows 10 используя «Дисковые пространства»?
Встроенный функционал операционной системы Windows не поддерживает создание массива RAID 01 (RAID 0+1), однако вы можете поступить иначе и сначала создать два массива RAID 0, а затем из них собрать массив RAID 1.
Для начала создайте два массива RAID 0. Для этого выполните следующие шаги:
Шаг 1: Щелкните правой кнопкой мыши по «Пуск» и выберите «Панель управления» («Control Panel»).
Шаг 2: В открывшемся окне выберите «Дисковые пространства»
Шаг 3: Выберите «Создать новый пул и дисковое пространство»
Шаг 4: Выберите диски, которые вы хотите добавить в массив RAID.
Важно: все данные на дисках, из которых создается RAID-массив, будут удалены. Поэтому заранее сохраните все важные файлы на другой диск или внешний носитель.
После того, как вы настроили массив, вы должны дать ему имя и правильно настроить.
Шаг 5: В поле «Имя» введите имя вашего RAID-массива.
Шаг 6: Затем выберите букву и файловую систему для будущего RAID
Именно с этим именем и буквой массив будет отображаться в системе Windows.
Шаг 7: Теперь вы должны выбрать тип устойчивости.
- Простой (без отказоустойчивости) – это RAID 0;
- Двустороннее зеркало — RAID 1;
- Трехстороннее зеркало – это тоже RAID 1 (с разницей только в количестве копий основного жесткого диска);
- Четность – RAID 5.
Нас интересует первый вариант «Простой (без отказоустойчивости)»
Программа автоматически установит максимально доступную емкость дискового массива.
Обычно это значение немного ниже, чем фактический объем доступных данных, и вы также можете установить больший размер дискового пространства.
Шаг 8. Нажмите «Создать дисковое пространство».
После того, как мастер настроит ваш новый RAID, он будет доступен как отдельный диск в окне «Этот компьютер». Он не будет отличаться от обычного локального диска, и вы можете выполнять с ним любые операции.
Эту же операцию выполните для оставшихся дисков.
После того, как оба массива созданы можно приступать к объединению их в один RAID 1 массив.
Делается это по тому же принципу, что и RAID 0, только теперь вместо обычных дисков выбираем наши массивы, а на этапе выбора типа устойчивости вместо «Простой (без устойчивости)» выберите «Двухстороннее зеркало»
Как только процесс создания массива завершится – вы получите полностью готовый к работе RAID 01 (RAID 0+1) массив.
RAID 1E
Похожий на RAID10 вариант распределения данных по дискам, допускающий использование нечётного числа дисков (минимальное количество - 3)
RAID 5EE
массив, аналогичный RAID5, однако кроме распределенного хранения кодов четности используется распределение резервных областей - фактически задействуется жесткий диск, который можно добавить в массив RAID5 в качестве запасного (такие массивы называют 5+ или 5+spare). В RAID 5 массиве резервный диск простаивает до тех пор, пока не выйдет из строя один из основных жестких дисков, в то время как в RAID 5EE массиве этот диск используется совместно с остальными HDD все время, что положительно сказывается на производительность массива. К примеру, массив RAID5EE из 5 HDD сможет выполнить на 25% больше операций ввода/вывода за секунду, чем RAID5 массив из 4 основных и одного резервного HDD. Минимальное количество дисков для такого массива - 4.
Как создать программный RAID 01 (RAID 0+1) в Windows 10 используя «Управление дисками»?
Еще одним способом создания программного массива RAID 01 (RAID 0+1) в операционной системе Windows является использование встроенной утилиты под названием «Управление дисками». Также, как и предыдущий, этот способ достаточно легкий и не требует глубоких знаний операционной системы. Итак, для начала создадим два массива RAID 0:
Шаг 1: Щелкните правой кнопкой мыши по «Пуск» и выберите «Управление дисками»
Шаг 2: Перед вами откроется «Управление дисками», в котором будут отображаться все подключенные диски. Щелкните правой кнопкой мышки и выберите «Создать чередующийся том»
Шаг 3: Откроется «Мастер создания чередующихся томов». Щелкните «Далее», затем выделите в левой части окна мастера диски, которые хотите добавить в массив RAID 0 и нажмите «Добавить». Когда все нужные диски будут добавлены нажмите «Далее»
Шаг 4: Назначьте букву массива, выбрав нужную из списка (буква устанавливается автоматически, так что вы можете оставить все так, как предлагает мастер создания массива) и снова нажмите «Далее»
Шаг 5: На этом этапе нужно выбрать файловую систему будущего массива. Выберите «NTFS» и снова нажмите «Далее»
Шаг 6: На этом этапе нажмите кнопку «Готово». Система покажет предупреждение, что выбранные диски будут конвертированы в динамические и что вся информация на них будет уничтожена. Нажмите «Да»
Начнется форматирование и синхронизация дисков, после чего наш массив RAID 0 будет создан. Не закрывайте окно «Управление дисками», и повторите шаги с 3 по 6 для второй группы дисков, создав тем самым еще один RAID 0 массив. Оба массива будут отображаться в проводнике Windows как обычные локальные диски.
Теперь нужно объединить только созданные два массива в RAID 1. Для этого:
Шаг 1: Снова запустите «Управление дисками», как это описано выше.
Шаг 2: После этого щелкните правой кнопкой мыши на любом из двух RAID 1 массивов и выберите «Создать зеркальный том том»
Шаг 3: Перед вами откроется Мастер создания зеркальных томов. Повторите вышеописанные шаги с третьего по шестой.
После этого ваш RAID 01 (RAID 0+1) будет создан. Он будет отображаться в проводнике Windows как обычный диск, и вы сможете проводить с ним те же манипуляции, что и с обычным диском.
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.
Что такое BBU и зачем он нужен?
BBU (Battery Backup Unit) необходим для предотвращения потери данных находящихся в кэш-е RAID контроллера и еще не записанных на диск (отложенная запись - "write-back caching"), в случае аварийного выключения компьютерной системы.
Существуют три разновидности BBU:
- Просто BBU: это аккумулятор, который обеспечивает резервное питание кэша через RAID контроллер.
- Переносимые (Transportable) BBU (tBBU): это аккумулятор, который размещен непосредственно на модуле кэш и питает его независимо от RAID контроллера. В случае выхода из строя RAID контроллера, это позволяет перенести данные, сохраненные вкэш-е, на резервный контроллер и уже на нем завершить операцию записи данных.
- Flash BBU: основная идея заключается в следующем: в случае сбоя питания RAID контроллер копирует содержимое кэш-а в энергонезависимую память (например, в случае с технологией Adaptec » Zero-Maintenance Cache Protection - на NAND флэш накопитель). Питание, необходимое для завершения этого процесса, обеспечивается встроенным супер-конденсатором. После восстановления питания, данные из флэш памяти копируются обратно в кэш контроллера.
RAID 10 (1+0)
RAID 10 — зеркалированный массив, данные в котором записываются последовательно на несколько дисков, как вRAID 0. Эта архитектура представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого вместо отдельных дисков являются массивы RAID 1. Соответственно, массив этого уровня должен содержать как минимум 4 диска (и всегда чётное количество). RAID 10 объединяет в себе высокую отказоустойчивость и производительность.
Утверждение, что RAID 10 является самым надёжным вариантом для хранения данных вполне обосновано тем, что массив будет выведен из строя после выхода из строя всех накопителей в одном и том же массиве. При одном вышедшем из строя накопителе, шанс выхода из строя второго в одном и том же массиве равен 1/3*100=33%. RAID 0+1 выйдет из строя при двух накопителях, вышедших из строя в разных массивах. Шанс выхода из строя накопителя в соседнем массиве равен 2/3*100=66%, однако так как накопитель в массиве с уже вышедшим из строя накопителем уже не используется, то шанс того, что следующий накопитель выведет из строя массив целиком равен 2/2*100=100%
Что такое размер страйпа (stripe size)?
размер страйпа (stripe size) определяет объем данных записываемых за одну операцию ввода/вывода. размер страйпа задается в момент конфигурирования RAID массива и не может быть изменен позднее без переинициализации всего массива. Больший размер страйпа обеспечивает прирост производительности при работе с большими последовательными файлами (например, видео), меньший - обеспечивает большую эффективность в случае работы с большим количеством небольших файлов.
RAID 5
Основным недостатком уровней RAID от 2-го до 4-го является невозможность производить параллельные операции записи, так как для хранения информации о чётности используется отдельный контрольный диск. RAID 5 не имеет этого недостатка. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операции XOR (исключающее или). Xor обладает особенностью, которая даёт возможность заменить любой операнд результатом, и, применив алгоритм xor, получить в результате недостающий операнд. Например: a xor b = c (где a, b, c — три диска рейд-массива), в случае если a откажет, мы можем получить его, поставив на его место c и проведя xor между c и b: c xor b = a. Это применимо вне зависимости от количества операндов: a xor b xor c xor d = e. Если отказывает c тогда e встаёт на его место и проведя xor в результате получаем c: a xor b xor e xor d = c. Этот метод по сути обеспечивает отказоустойчивость 5 версии. Для хранения результата xor требуется всего 1 диск, размер которого равен размеру любого другого диска в raid.
Достоинства
RAID5 получил широкое распространение, в первую очередь, благодаря своей экономичности. Объём дискового массива RAID5 рассчитывается по формуле (n-1)*hddsize, где n — число дисков в массиве, а hddsize — размер наименьшего диска. Например, для массива из четырех дисков по 80 гигабайт общий объём будет (4 — 1) * 80 = 240 гигабайт. На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы и падает производительность, так как требуются дополнительные вычисления и операции записи, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких дисков массива могут обрабатываться параллельно.
Производительность RAID 5 заметно ниже, в особенности на операциях типа Random Write (записи в произвольном порядке), при которых производительность падает на 10-25% от производительности RAID 0 (или RAID 10), так как требует большего количества операций с дисками (каждая операция записи, за исключением так называемых full-stripe write-ов, сервера заменяется на контроллере RAID на четыре — две операции чтения и две операции записи). Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим (degrade), все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков (то есть в n раз ниже надежности одиночного диска). Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя, или возникнет невосстановимая ошибка чтения хотя бы на еще одном диске, то массив разрушается, и данные на нем восстановлению обычными методами не подлежат. Следует также принять во внимание, что процесс RAID Reconstruction (восстановления данных RAID за счет избыточности) после выхода из строя диска вызывает интенсивную нагрузку чтения с дисков на протяжении многих часов непрерывно, что может спровоцировать выход какого-либо из оставшихся дисков из строя в этот наименее защищенный период работы RAID, а также выявить ранее не обнаруженные сбои чтения в массивах cold data (данных, к которым не обращаются при обычной работе массива, архивные и малоактивные данные), что повышает риск сбоя при восстановлении данных.
Минимальное количество используемых дисков равно трём.
MegaRAID Storage Manager (MSM)
Бесплатное приложение от Microsoft, разработанное с целью обеспечения гибкого управления RAID-системами в ОС Windows.
Основные возможности
- Просмотр состояния RAID-контроллера.
- Создание RAID-массивов различных уровней.
- Удаление элементов из массива.
- Графический интерфейс.
- Монтирование файловых систем.
Установка
Основные понятия
В основе функционирования RAID-массивов лежит несколько базовых терминов, без которых нельзя понять принципы работы этой технологии.
- Массив — объединение нескольких физических или виртуальных накопителей в один большой диск с возможностью единой настройки, форматирования и управления.
- Метод зеркалирования — способ повысить надежность хранения информации через создание копии исходного диска на другом носителе, входящем в массив.
- Дуплекс — один из методов зеркалирования, в котором используется вдвое большее количество накопителей для создания копий.
- Чередование — увеличение производительности диска, благодаря блочной разбивке данных при записи.
- Четность — технология, сочетающая в себе чередование и зеркалирование.
Что такое JBOD?
JBOD (Just a Bunch of Disks) это способ подключить диски к RAID контроллеру не создавая на них никакого RAID. Каждый из дисков доступен так же, как если бы он был подключен к обычному адаптеру. Эта конфигурация применяется когда необходимо иметь несколько независимых дисков, но не обеспечивает ни повышения скорости, ни отказоустойчивости.
Содержание:
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.
Что быстрее RAID 0 или RAID 00?
Я провел свое тестирование описанное в статье про оптимизацию скорости твердотельных дисков на LSI контроллерах и получил вот такие вот цифры на массивах из 6-ти SSD
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.
Что такое Hot Spare (Hotspare)?
Hot Spare - (Резервная Замена Дисководов ("Горячее резервирование")) - Одна из наиболее важных особенностей, которую обеспечивает RAID контроллер, с целью достичь безостановочное обслуживание с высокой степенью отказоустойчивости. В случае выхода из строя диска, восстанавливающая операция будет выполнена RAID контроллером автоматически, если выполняются оба из следующих условий:
- Имеется "резервный" диск идентичного объема, подключенный к тому же контроллеру и назначенный в качестве резервного, именно он и называется Hotspare ;
- Отказавший диск входит в состав избыточной дисковой системы, например RAID 1, RAID 3, RAID 5 или RAID 0+1.
Обратите внимание: резервирование позволяет восстановить данные, находившиеся на неисправном диске, если все диски подключены к одному и тому же RAID контроллеру.
"Резервный" диск может быть создан одним из двух способов:
- Когда пользователь выполняет утилиту разметки, все диски, которые подключены к контроллеру, но не сконфигурированы в любую из групп дисководов, будут автоматически помечены как "резервные" ( Hotspare ) диски (автоматический способ поддерживается далеко не всеми контроллерами).
- Диск может также быть помечен как резервный ( Hotspare ), при помощи соответствующей утилиты RAID контроллера.
В течение процесса автоматического восстановления система продолжает нормально функционировать, однако производительность системы может слегка ухудшиться.
Для того, что бы использовать восстанавливающую особенность резервирования, Вы должны всегда иметь резервный диск ( Hotspare ) в вашей системе. В случае сбоя дисковода, резервный дисковод автоматически заменит неисправный диск, и данные будут восстановлены. После этого, системный администратор может отключить и удалить неисправный диск, заменить его новым диском и сделать этот новый диск резервным.
Какой контроллер больше подходит для RAID 01?
Выбор типа контроллера является еще одним важным вопросом, который нельзя обойти стороной. В первую очередь стоит сказать, что использование программного контроллера будет более дешевым (фактически бесплатным) но менее производительным решением.
Все из-за того, что программный контроллер использует часть ресурсов процессора для обработки и управления данными. И в массиве RAID 01 это чувствуется особенно сильно. Если в RAID 10 нагрузка на процессор немного меньше (поток данных чередуется только раз, а затем отдается команда записать копии на соответствующие диски), то в RAID 01 чередование данных происходит в каждой группе дисков. Поэтому слабые компьютеры не могут обеспечить нужную производительность.
Аппаратные же контроллеры лишены такой проблемы, поскольку в них встроен собственный процессор, который занимается распределение информации. Но как правило они существенно дороже. Более того, дешевые решения подходят для простых типов RAID (например, RAID 1, RAID 5 и т.д.). Для комбинированных типов RAID массивов (коим является наш RAID 01) желательно использовать более качественные аппаратные контроллеры, а они, как правило, дороже. Также хотелось бы отметить, что аппаратные контроллеры менее чувствительны к сбоям в работе операционной системы, чем программные.
Ну и естественно, что чем выше ценность информации, хранящейся на сервере, компьютере или NAS, тем более качественные контроллеры рекомендуется использовать.
Не лишним будет использование источника бесперебойного питания, так как именно скачки напряжения и резкое отключение питания приводит к сбоям в работе RAID 01. Если вы хотите узнать больше о причинах поломок RAID 01 — прочтите статью “Причины выхода из строя RAID массивов”
Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод, что аппаратный контроллер лучше подходит для RAID 01. Однако, можете создать программный RAID 01 самостоятельно и проверить подходит ли вам уровень производительности. О том, как это сделать, читайте в следующем пункте этой статьи.
Типы RAID-массивов
- Программный (software RAID) — самый бюджетный и распространенный вариант. Дисковые массивы создаются в самой операционной системе посредством специальных утилит. Обработкой данных занимается центральный процессор. Основной недостаток — зависимость от предустановленной системы, которая приводит к существенному понижению быстродействия и безопасности хранения информации.
- Аппаратный (hardware RAID) — создается на основе отдельного устройства (RAID-контроллера), которое имеет собственные специализированный микропроцессор и кеш-память. При этом нагрузка на микропроцессор практически отсутствует. Это наиболее затратный метод реализации, характеризующийся надежностью, высокой скоростью записи и чтения.
- Интегрированный аппаратный (fake RAID, RAID-on-Chip) — комбинация программного и аппаратного способов. Реализована в виде дополнительного микрочипа, который встраивается в материнскую плату и работает совместно с центральным процессором. Эта технология быстрее программной, но не отличается надежностью хранения информации.
RAID 60
объединение двух массивов RAID6 в страйп. Скорость записи повышается примерно в два раза, относительно скорости записи в RAID6. Минимальное количество дисков для создания такого массива - 8. Информация не теряется при отказе двух дисков из каждого RAID 6 массива
Пять таинственных слов
В основе теории RAID лежат пять основных принципов – пять таинственных слов. Это Массив (Array), Зеркалирование (Mirroring), Дуплекс (Duplexing), Чередование (Striping) и Четность (Parity).
Массивом называют несколько накопителей, которые централизованно настраиваются, форматируются и управляются. Логический массив – это уже более высокий уровень представления, на котором не учитываются физические характеристики системы. Соответственно, логические диски могут по количеству и объему не совпадать с физическими. Но лучше все-таки соблюдать соответствие: физический диск – логический диск. Наконец, для операционной системы вообще весь массив является одним большим диском.
Зеркалирование – технология, позволяющая повысить надежность системы. В RAID массиве с зеркалированием все данные одновременно пишутся не на один, а на два жестких диска. То есть создается «зеркало» данных. При выходе из строя одного из дисков вся информация остается сохраненной на втором.
Ценность информации заставляет задуматься о методах повышения уровня ее безопасности. RAID 01 являет собой один из таких методов. В этой статье мы рассмотрим, как создать программный RAID 01 в Windows 10, принцип его работы, а также чем он отличается от RAID 10.
Сравнение RAID 01 (RAID 0+1) и RAID 10
Неопытные пользователи часто путают RAID 01 и RAID 10. Причиной тому является схожесть как в названии, так и в реализации. Однако каждый из этих типов имеет свои преимущества. К примеру, RAID 01 будет быстрее, чем RAID 10. Все дело в двух RAID 0 массивах, на которые записывается каждая копия данных. Если вы помните принцип работы RAID 0, то вам известно, что скорость достигается за счет чередования — данные разделяются на «полосы» и записываются на накопители одновременно. (Прочесть о принципе работы RAID 0 вы можете в статье «Типы RAID массивов»). В RAID 01 минимальное количество «полос» составляет четыре штуки. Соответственно, чем больше групп дисков, тем выше будет скорость.
В RAID 10 же наоборот — чем больше групп дисков, тем медленнее становится массив, поскольку возрастает число копий, но в то же время повышается надежность. Поэтому, если вы хотите получить менее надежный, но более производительный массив — используйте RAID 01, а если наоборот — вам лучше подходит RAID 10.
Преимущество RAID 01:
- более высокая скорость работы;
- данные остаются доступными пока хотя бы одна группа дисков находится в рабочем состоянии;
Преимущества RAID 10:
- более высокий уровень надежности;
- лучше подходит для программных контроллеров;
RAID 0 (striping — «чередование»)
Режим, при использовании которого достигается максимальная производительность. Данные равномерно распределяются по дискам массива, дискиобъединяются в один, который может быть размечен на несколько. Распределенные операции чтения и записи позволяют значительно увеличить скорость работы, поскольку несколько дисков одновременно читают/записывают свою порцию данных. Пользователю доступен весь объем дисков, но это снижает надежность хранения данных, поскольку при отказе одного из дисков массив обычно разрушается и восстановить данные практически невозможно. Область применения - приложения, требующие высоких скоростей обмена с диском, например видеозахват, видеомонтаж. Рекомендуется использовать с высоконадежными дисками.
RAID 0 (striping — «чередование»)
Что такое RAID?
В переводе с английского «RAID» (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) означает «избыточный массив независимых дисков». Этот перевод не совсем дословный, но именно содержащийся в нем смысл является правильным.
Впервые термин RAID появился в 1987 году, когда исследователям из Калифорнийского Университета в Беркли удалось создать действующий массив из нескольких жестких дисков.
Первоначальное предназначение RAID – создание на базе нескольких винчестеров диска большого объема с увеличенной скоростью доступа. Но затем к двум основным целям добавилась третья – сохранение данных в случае отказа части оборудования. Именно эти три кита сделали RAID-массивы столь востребованными бизнесом и военными. Впрочем, за объем, скорость и надежность пришлось платить повышением стоимости и сложности систем хранения данных.
Со временем оборудование для построения RAID массивов стало более доступным, особенно с появлением дешевых решений для IDE/ATA и SATA дисков. Теперь уже не только специалисты по СХД, но и обычные пользователи столкнулись с хитростями построения дисковых массивов.
Оказывается, не так просто найти оптимальное решение одновременно по надежности, емкости и цене. Надо быть готовым к тому, что придется купить не один, а несколько жестких дисков, и емкость как минимум одного из них не будет использоваться. Если речь идет о построении более-менее серьезной системы, потребуется отдельный (лучше специальный) корпус с отдельным (а то и двумя) блоком питания, плата контроллера и соответствующее программное обеспечение.
Не испугались? Значит, пора знакомиться с RAID более подробно.
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
- Дисковый RAID-массив уровня 0 обеспечивает ощутимый прирост скорости, который прямо пропорционально зависит от кратности количества накопителей.
- Использование всего дискового объема, т. е. при установке четырех дисков по 2 ТБ общий объем RAID-массива будет равен 2*4=8 ТБ.
Недостатки
- Нарушение отказоустойчивости. Иногда возможен отказ в операциях чтения или записи.
- При выходе из строя одного накопителя информация полностью теряется.
Использование
Применяется в приложениях для скоростного обмена информацией, в хранилищах временных файлов. Также RAID 0 нужен для систем, использующих некритичные по важности массивы данных.
Что такое Write Through и Write Back?
Это способ записи данных, полученных RAID контроллером, на дисковый массив. По другому эти способы еще называются так: прямая запись (Write Through) и отложенная запись (Write Back). Какой из этих способов будет использоваться определяется в BIOS-е контроллера (либо при создании массива, либо позднее).
- Write Through - данные записываются непосредственно на дисковый массив. Т.е. как только данные получены, они сразу же записываются на диски и после этого контроллер подает сигнал управляющей ОС о завершении операции.
- Write Back - данные записываются сначала в кэш, и только потом (либо по мере заполнения кэш-а, либо в моменты минимальной загрузки дисковой системы) из кэш-а на диски. При этом, сигнал о завершении операции записи передается управляющей ОС сразу же по получении данных кэш-ем контроллера.
Избежать описанной проблемы можно или с помощью установки на RAID контроллер BBU (см. ниже), или посредством подключения всего сервера через источник бесперебойного питания (UPS) с функцией программируемого выключения.
Кстати, некоторые RAID контроллеры не позволяют включить функцию Write Back без установленного BBU.
Нужно ли заниматься архивированием данных в случае использования RAID?
О: Конечно да! RAID это вовсе не замена архивированию, основное его назначение это повышение скорости и надежности доступа к данным в нормальном режиме работы. Но только регулярное архивирование данных гарантировано обеспечит их сохранность при любых отказах оборудования, пожарах, потопах и прочих неприятностях.
Виды RAID и их характеристики
Что такое RAID мы рассмотрели в первой статье. Теперь посмотрим какие есть виды и чем они отличаются.
Калифорнийский университет в Беркли представил следующие уровни спецификации RAID, которые были приняты как стандарт де-факто:
- RAID 0 — дисковый массив повышенной производительности с чередованием, без отказоустойчивости;
- RAID 1 — зеркальный дисковый массив;
- RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга;
- RAID 3 и 4 — дисковые массивы с чередованием и выделенным диском чётности;
- RAID 5 — дисковый массив с чередованием и «невыделенным диском чётности»;
- RAID 6 — дисковый массив с чередованием, использующий две контрольные суммы, вычисляемые двумя независимыми способами;
- RAID 10 — массив RAID 0, построенный из массивов RAID 1;
- RAID 50 — массив RAID 0, построенный из массивов RAID 5;
- RAID 60 — массив RAID 0, построенный из массивов RAID 6.
Виды RAID и их характеристики
Аппаратный RAID-контроллер может поддерживать несколько разных RAID-массивов одновременно, суммарное количество жёстких дисков которых не превышает количество разъёмов для них. При этом контроллер, встроенный в материнскую плату, в настройках BIOS имеет всего два состояния (включён или отключён), поэтому новый жёсткий диск, подключённый в незадействованный разъём контроллера при активированном режиме RAID, может игнорироваться системой, пока он не будет ассоциирован как ещё один RAID-массив типа JBOD (spanned), состоящий из одного диска.
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.
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
- Высокая скорость считывания и записи данных.
- Поддержка двух, одновременно вышедших из строя накопителей.
Недостатки
- Время на операцию записи на 20% больше, чем для RAID 5.
- Минимальная вероятность отказа дисков.
- Восстановление после сбоя занимает много времени.
- Для реализации необходимо 4 накопителя.
Использование
RAID 6 является более надежной конфигурацией, чем RAID пятого уровня. Она часто применяется на файловых серверах, где используются большие объемы данных.
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.
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.
Можно ли использовать в RAID массиве диски разных производителей?
Да, можно. Но при этом надо иметь ввиду, что точные размеры дисков одинаковой емкости (36/73/146. ГБ) у разных производителей могут отличаться на несколько килобайт. Когда вы создаете новый RAID массив, на это можно не обращать внимание, но если вы добавляете диски к уже существующему массиву (например, меняете вышедший из строя диск), то важно, чтобы новый диск был больше чем старые, или точно такого же размера.
RAID 50
объединение двух(или более, но это крайне редко применяется) массивов RAID5 в страйп, т.е. комбинация RAID5 и RAID0, частично исправляющая главный недостаток RAID5 - низкую скорость записи данных за счёт параллельного использования нескольких таких массивов. Общая ёмкость массива уменьшается на ёмкость двух дисков, но, в отличие от RAID6, без потери данных такой массив переносит отказ лишь одного диска, а минимально необходимое число дисков для создания массива RAID50 равно 6. Наряду с RAID10, это наиболее рекомендуемый уровень RAID для использования в приложениях, где требуется высокая производительность в сочетании приемлемой надёжностью.
RAID 10
Технология виртуализации 10 — «гибрид» RAID нулевого и первого уровней, сочетающая в себе все их преимущества.
Достоинства
- Высокая скорость восстановления данных.
- Высокая надежность.
- Быстродействие.
Недостатки
- Дороговизна реализации.
- Емкость, уходящая на зеркалирование, эквивалентна 50 % от всего объема дисков.
Использование
Гибридная технология RAID 10 используется в тех же случаях, что и RAID 0 и RAID 1.
Что делать, если были утеряны важные данные?
На сегодняшний день практически у каждого есть какая-то ценная информация. У кого-то это фото со свадьбы, а у кого-то — важный финансовый отчет. Кроме того, часто потеря важных данных может обернуться финансовыми потерями. Особенно это актуально для больших фирм, где денежный оборот исчисляется в миллионах.
Поэтому практически всем стоит знать, что делать, если данные вдруг исчезли, или RAID массив вышел из строя.
Поскольку RAID массивы являют собой дисковое пространство, состоящее из нескольких накопителей — в первую очередь нужно извлечь из них данные в безопасное место. И только потом приступать к восстановлению работоспособности массива
Воспользуйтесь RS RAID Retrieve — одним из лучших RAID реконструкторов на сегодняшний день. Дабы не быть голословным — предлагаем вам прочесть статью «Сравнение лучших RAID реконструкторов» (стоит пустая ссылка)
RS RAID Retrieve выделяется среди конкурентов наличием полностью автоматического режима, благодаря которому ВСЕ параметры RAID массива определяются автоматически. От вас нужно только подключить диски массива к работающему компьютеру и сделать два клика мышкой.
Кроме того, RS RAID Retrieve поддерживает ВСЕ современные файловые системы, что позволяет заново собирать сломанный RAID массив независимо от того, в какой операционной системе и на каком оборудований (будь то обычный компьютер, сервер или NAS хранилище) он использовался.
Ну и в отличие от многих конкурентов RS RAID Retrieve обладает режимом глубокого сканирования накопителей, который позволяет восстанавливать даже те данные, которые были утеряны несколько месяцев назад.
Давайте рассмотрим пример сборки сломанного массива RAID 01 и извлечения данных с дисков. Для начала подключите все диски массива к рабочему компьютеру, а затем выполните ряд простых действий:
Шаг 1: Скачайте и установите RS RAID Retrieve. Запустите приложение после установки. Перед вами откроется встроенный «RAID конструктор«. Нажмите «Далее«
Шаг 2: Выберите тип добавления RAID массива для сканирования. RS RAID Retrieve предлагает на выбор три варианта:
- Автоматический режим – позволяет просто указать диски, из которых состоял массив, и программа автоматически определит их порядок, тип массива и остальные параметры;
- Поиск по производителю – эту опцию следует выбрать, если вам известен производитель вашего RAID контроллера. Эта опция также автоматическая и не требует каких-либо знаний о структуре RAID массива. Наличие данных о производителе позволяют сократить время на построение массива, соответственно она быстрее предыдущей;
- Создание вручную – эту опцию стоит использовать если вы знаете какой тип RAID массива вы используете. В этом случае вы можете указать все параметры, которые вам известны, а те, которых вы не знаете – программа определит автоматически.
После того, как выберите подходящий вариант – нажмите «Далее«
Шаг 3: Выберите диски, из которых состоял RAID массив и нажмите «Далее«. После этого начнется процесс обнаружения конфигураций массива. После его завершения нажмите «Готово«
Шаг 4: После того, как конструктор соберет массив — он будет отображаться как обыкновенный накопитель. Дважды щелкните на нем. Перед вами откроется Мастер восстановления файлов. Нажмите «Далее«
Шаг 5: RS RAID Retrieve предложит просканировать ваш массив на наличие файлов для восстановления. Вам будет доступно две опции: быстрое сканирование и полный анализ массива. Выберите нужный вариант. Затем укажите тип файловой системы, которая использовалась в вашем массиве. Если эта информация вам не известна — отметьте галочкой все доступные варианты как на скриншоте. Стоит отметить, что RS RAID Retrieve поддерживает ВСЕ современные файловые системы.
Когда все настроено — нажмите «Далее«
Шаг 6: Начнется процесс сканирования массива. Когда он закончится вы увидите прежнюю структуру файлов и папок. Найдите необходимые файлы, щелкните на них правой кнопкой мыши и выберите «Восстановить«
Шаг 7: Укажите место куда будут записаны восстановленные файлы. Это может быть жесткий диск, ZIP-архив или FTP-сервер. Нажмите «Далее«
После нажатия кнопки «Далее» программа начнет процесс восстановления. Когда он завершится — выбранные файлы будут в указанном месте.
После того, как все файлы успешно восстановлены — создайте заново RAID 01 массив, а затем скопируйте файлы обратно.
Как видите, процесс восстановления данных с массива RAID 01 достаточно прост и не требует глубоких знаний ПК, соответственно RS RAID Retrieve является отличным приложением как для профессионалов, так и для начинающих пользователей.
RAID 2, 3, 4
различные варианты распределенного хранения данных с дисками, выделенными под коды четности и различными размерами блока. В настоящее время практически не используются из-за невысокой производительности и необходимости выделять много дисковой емкости под хранение кодов ЕСС и/или четности.
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
- Надежность хранения информации.
- Простота реализации.
- Высокая производительность при выполнении операции чтения.
- Минимальная комплектация составляет всего 2 жестких диска.
Недостатки
- Низкая производительность.
- Емкость RAID-массива делится на 2, что обусловлено резервированием информации.
- Замена неисправного накопителя требует полное отключение системы.
Использование
Уровень RAID 1 необходимо применять для увеличения надежности хранения информации на серверах.
О Den Broosen
Автор и инженер компании RecoverySoftware. В статьях делится опытом восстановлению данных на ПК и безопасному хранению информации на жестких дисках и на RAID массивах .
RAID 5EE
массив, аналогичный RAID5, однако кроме распределенного хранения кодов четности используется распределение резервных областей - фактически задействуется жесткий диск, который можно добавить в массив RAID5 в качестве запасного (такие массивы называют 5+ или 5+spare). В RAID 5 массиве резервный диск простаивает до тех пор, пока не выйдет из строя один из основных жестких дисков, в то время как в RAID 5EE массиве этот диск используется совместно с остальными HDD все время, что положительно сказывается на производительность массива. К примеру, массив RAID5EE из 5 HDD сможет выполнить на 25% больше операций ввода/вывода за секунду, чем RAID5 массив из 4 основных и одного резервного HDD. Минимальное количество дисков для такого массива - 4.
Преимущества технологии
- Увеличенный объем. Первоначальное назначение RAID — получение диска большей емкости.
- Повышение быстродействия системы через параллельное подключение в массив нескольких физических дисков.
- Отказоустойчивость и надежность хранения данных обеспечиваются выделением на цели резервирования отдельного устройства. При повреждении одного из дисков RAID-массива информация не будет утеряна.
Читайте также: