raid passthrough что это
Всё, что вы хотели узнать о RAID-контроллерах, но лень было искать
Дисковый массив с нотками ретро.
На плечах RAID-контроллеров лежит ответственная задача — управление дисковой подсистемой, то есть всей информацией, хранимой на сервере. Именно они отвечают за работу дисковых массивов, позволяя повысить производительность сервера или надёжность хранения данных. Поэтому давайте поговорим о RAID-контроллерах, установленных в серверы вендоров «большой тройки», об их возможностях и особенностях.
Что такое RAID-контроллер?
Чаще всего задачи, выполняемые серверами, требуют высокой скорости чтения/записи данных и/или необходимость сохранить данные при выходе из строя самих накопителей. Поэтому установка в сервер единственного диска редко имеет смысл. Этот вариант можно рассматривать, если нагрузка будет совсем небольшой, а сохранность данных не волнует вовсе. Да и объёмы информации, которыми оперируют серверы, часто требуют куда больше пространства для хранения, чем может дать один диск. А чем больше накопителей, тем выше вероятность выхода из строя, особенно при высокой нагрузке.
Проблемы производительности и отказоустойчивости дисковой подсистемы решаются с помощью создания массивов: логических структур, в которые с помощью RAID-контроллера объединяется несколько накопителей — жёстких дисков и SSD. При этом массив выглядит для системы единым пространством для хранения данных.
Существует много видов массивов, отличающихся производительностью, надёжностью хранения данных и минимально необходимым количеством дисков. Выбор конкретного вида зависит от ваших задач и потребностей, а также от возможностей самого RAID-контроллера.
RAID-контроллеры делятся на:
Если на борту RAID-контроллера есть кэш-память, то она может использоваться для промежуточного хранения записываемых или считываемых данных. Это позволяет эффективнее управлять операциями ввода/вывода.
Чтобы при сбое питания не потерять данные, находящиеся в кэше, используется два разных подхода:
Некоторые RAID-контроллеры позволяют увеличить объём кэш-памяти и установить батарейку, если они её не имеют. Чем больше размер кэша контроллера, тем выше производительность RAID-массивов.
RAID-контроллеры в серверах «большой тройки»
Чтобы не превращать статью в археологическое исследование, ограничимся только теми контроллерами, что используются в поколениях серверов начиная с 2009-2010:
HP: Gen7, Gen8, Gen9
Dell: Gen11, Gen12, Gen13
IBM: M3, M4, M5
Дальше идут громоздкие и скучные таблицы.
Большинство RAID-контроллеров HP и Dell изначально поддерживают все основные виды массивов. У IBM таких моделей — по пальцам пересчитать, почти в каждом случае придётся устанавливать на контроллер 1-2 дополнительных модуля апгрейда, что не слишком удобно.
Другая интересная особенность RAID-контроллеров IBM — большинство из них применяются в серверах нескольких поколений. У HP и Dell другая склонность — с выпуском нового поколения серверов они обычно выпускают и новое поколение контроллеров.
Как выбрать подходящий контроллер?
Если вы решили апгрейдить сервер и озаботились выбором RAID-контроллера, то в первую очередь исходите из ваших потребностей.
Вам нужна хорошая производительность, но не волнует сохранность данных? Или хочется с небольшими усилиями повысить отказоустойчивость, поступившись скоростью? Понадобился простенький веб-сервер для нужд разработки? Достаточно выбрать недорогой контроллер и создать RAID 0 или 1. Можно даже без кэш-памяти.
При желании сэкономить на накопителях или выжать всю возможную ёмкость из имеющихся, рассмотрите вариант с RAID 5 или 50. Это вполне годное решение для создания архивов. Для таких задач достаточно взять контроллер с поддержкой нужного вида RAID и кэш-памятью среднего объёма.
При создании высокоскоростных и надёжных массивов под базы данных, или больших хранилищ под файловые серверы, нужны производительные контроллеры с большим объёмом кэш-памяти и высокой пропускной способностью. Это тот случай, когда экономия на одном устройстве может свести на нет все ваши усилия.
Введение в RAID: основные термины и подходы
Устройства хранения данных позволяют защитить любые важные данные сервера и сохранить их для последующего извлечения. Если у вас нет высоких требований к избыточности или производительности, вам вполне подойдёт один диск. В противном случае можно использовать RAID.
Данное руководство ознакомит вас с общими понятиями RAID, преимуществами подобных массивов и различиями в технологиях их реализации.
Что такое RAID?
RAID расшифровывается как Redundant Arrays of Independent Disks (избыточный массив дисковых накопителей). Это технология виртуализации данных, которая объединяет несколько дисков в логический блок. Существует несколько шаблонов виртуализации, благодаря чему администраторы могут повысить производительность ил избыточность данных. RAID внедряется как промежуточный слой между неформатированными устройствами или разделами и файловой системой.
Когда используется RAID?
Обычно RAID используется для повышения производительности и избыточности.
Избыточность данных – это технология, позволяющая повысить доступность данных путём их накопления и дублирования. В случае сбоя одного из устройств копию данных можно будет извлечь с другого устройства.
Примечание: Избыточность и резервное копирование – не одно и то же. RAID-массивам бекап так же необходим, как и любому другому типу устройств.
В отдельных случаях RAID используется для оптимизации производительности. Потоки ввода и вывода на некоторых устройствах ограничены. В RAID-массивах данные либо избыточны, либо распределены, а это означает, что операции чтения можно выполнять на нескольких дисках, а это увеличивает общую пропускную способность. Операции записи также можно оптимизировать: RAID позволяет делить данные и записывать на отдельный диск лишь часть общего объема данных.
Недостатками RAID являются:
Аппаратный и программный RAID
RAID можно реализовать с помощью разных технологий.
Аппаратный RAID
Специальное аппаратное обеспечение RAID – это RAID-контроллеры или RAID-карты, с помощью которых можно создавать и управлять массивами RAID независимо от операционной системы. Контроллеры RAID имеют специальный процессор для управления устройствами RAID.
Конечно, аппаратный RAID имеет и значительные недостатки.
Программный RAID
Также RAID можно настроить с помощью операционной системы. Поскольку отношения между дисками определяются операционной системой, а не встроенным программным обеспечением аппаратного устройства, такой RAID называется программным.
Преимущества программного RAID:
Недостатки программного RAID:
Полуаппаратный RAID (Fake RAID)
Третий тип RAID-массивов называется полуаппаратным (также он известен как Fake RAID). Его особенность заключается в разделении обработки данных: управление RAID-массивом выполняет контроллер (как правило, для этого достаточно недорогого контроллера), а обработку данных берёт на себя операционная система.
Преимущества полуаппаратного RAID:
Недостатки полуаппаратного RAID:
Большинство системных администраторов стараются избегать полуаппартного RAID, поскольку он имеет недостатки первых двух типов RAID.
Терминология RAID
Ниже приведены общие термины RAID, которые нужно знать.
Уровни RAID
Характеристики RAID-массива определяются его уровнем. Рассмотрим самые распространённые уровни.
RAID 0
RAID 0 объединяет два и больше устройств путём чередования данных. Преимуществом является повышенная производительность (благодаря распределению данных операции чтения и записи могут потреблять всю мощность каждого устройства). Теоретически RAID 0 предлагает производительность отдельного диска, умноженную на количество дисков (в реальности производительность будет немного меньше). Еще одно преимущество: полезная емкость массива – это суммарная пропускная способность всех составляющих дисков.
Недостатки такого массива:
RAID 1
RAID 1 – это зеркальный массив, состоящий из двух или больше дисков. Данные, записанные в такой массив, помещаются на каждом устройстве группы. Таким образом, каждое устройство имеет полный набор данных, обеспечивая избыточность в случае отказа одного из дисков. В массиве RAID 1 данные будут доступны до тех пор, пока в массиве функционирует хотя бы одно устройство. Массив можно восстановить путем замены неисправных дисков. Чтобы добавить данные на новые диски, достаточно скопировать их со старых дисков.
RAID 5
RAID 5 объединяет функции предыдущих двух уровней. RAID 5 – дисковый массив с чередованием и отказоустойчивостью. RAID 5 вычисляет код четности для всех данных, хранящихся в массиве, чтобы использовать его для восстановления данных при сбоях. Диск получает блок четности вместо блока данных.
Преимущества RAID 5:
RAID 6
RAID 6 – аналог массива RAID 5, дисковый массив с чередованием и двумя дисками контроля чётности. Такой массив может выдержать сбой двух дисков. Это является существенным преимуществом в связи с увеличением вероятности дополнительного сбоя диска во время интенсивного восстановления после сбоя. Как и другие уровни RAID с чередованием данных, скорость операций чтения, как правило, достаточно высока. Кроме того, RAID 6 имеет все преимущества массива RAID 5.
Вложенный RAID 1+0
Традиционно массив RAID 10 считается вложенным массивом; по сути, это массив RAID 0, состоящий из двух и больше массивов RAID 1. Сегодня RAID 10 также называют RAID 1+0. В целом такая архитектура требует минимум 4 диска: RAID 0 чередуется по двум массивам RAID1, в каждом из которых минимум два устройства.
Массивы RAID 1+0 обладают высокой производительностью RAID 0 и зеркалированием RAID 1, что обеспечивает избыточность данных. Этот тип конфигурации может обрабатывать сбои дисков в любом из зеркальных массивов RAID 1, пока хотя бы один диск остаётся доступным.
RAID 10 в mdadm
Массивы Linux (mdadm) предлагают собственную версию RAID 10, который имеет преимущества RAID 1+0, но при этом обладает гибкостью и некоторыми дополнительными функциями.
Как и RAID 1+0, RAID 10 в mdadm поддерживает множество копий и чередование данных. Однако такие устройства упорядочены не по принципу зеркальных пар: в данном случае администратор сам принимает решение о количестве копий, которые будут записаны в массив. Данные фрагментированы и записываются в массив в нескольких экземплярах, при этом каждая копия фрагмента записывается на различные физические устройства. В конечном результате существует то же самое количество копий, но массив не ограничен вложенностью.
Такой массив имеет ряд преимуществ.
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 и как используются различные типы RAID
Производительность компьютерного оборудования стремительно растет с каждым годом. Процессоры оснащаются большим количеством ядер и потоков, выпускаются видеокарты с более высокой частотой графического процессора. Однако, если рассуждать о жестких дисках, становится очевидно, что их «предел совершенства» был достигнут достаточно давно, и с тех пор подобное оборудование никак не развивается.
Спецификации HDD в последнее время меняются только по объему, но скорость их работы не увеличивается. Исправить эту ситуацию могут SSD-накопители, но, как правило, они намного дороже и имеют относительно невысокий ресурсный потенциал. Еще до появления SSD в 1987 году были изобретены так называемые RAID-массивы. Ниже мы расскажем вам, что это за массивы, какие типы RAID существуют, и зачем они нужны обычному пользователю.
Содержание:
Что такое RAID и для чего он используется?
RAID – это дисковый массив из нескольких жестких дисков. Он используется для повышения надежности хранения данных или для увеличения скорости чтения / записи (или того и другого). Вы можете создать программный RAID (используя функции операционной системы) и аппаратный RAID, используя совместимую материнскую плату, контроллер или NAS.
Для установки RAID-массива потребуется материнская плата с поддержкой рейд-технологии или аппаратный контроллер и как минимум два жестких диска одного типа (совпадающие по всем параметрам), подключенных к материнской плате.
Почему мы настоятельно рекомендуем использовать жесткие диски одинаковые по всем параметрам? Если вы подключите два жестких диска с разным объемом памяти, на каждом HDD RAID будет использовать дисковое пространство, равное наименьшему из дисков, и на втором HDD останется неиспользуемое дисковое пространство. Кроме того, при использовании разных жестких дисков существует вероятность преждевременного выхода из строя одного из них, что может привести к потере важных данных.
RAID также часто используется в серверах NAS, которые, по сути, представляют собой компьютер с дисковым массивом, подключенный к сети (обычно локальной) и поддерживающий протоколы, принятые в сети. Несколько таких компьютеров можно объединить в одну систему.
Отметим, что при создании или удалении RAID удаляется вся информация на дисках. То есть очень желательно сделать резервную копию важных данных.
Типы RAID-контроллеров: программные и аппаратные.
Дисковые массивы могут быть основаны на одной из двух архитектур: программной или аппаратной. Обе архитектуры основаны на реализации программного кода. Отличие в том, выполняется ли код в центральном процессоре компьютера (программная реализация) или специализированном процессоре на контроллере RAID (аппаратная реализация).
Чтобы выбрать наиболее подходящий вам тип RAID-массива, начните с рассмотрения следующих факторов:
Что такое программный RAID
Дисковый массив, который создается в операционной системе, называется программным RAID. В этом случае организация RAID-массива происходит напрямую через CPU. То есть центральный процессор и будет контроллером – как программное решение с возможностью чередования и зеркального отображения данных. Он же, по факту, производит все расчеты.
При использовании программного RAID лучше всего выбрать RAID 0, RAID 1, RAID 2, потому что они не нагружают процессор так сильно, как другие типы RAID. JBOD также будет хорошим выбором при использовании программного RAID.
Если ваш процессор достаточно мощный, вы также можете использовать RAID 5 и в некоторых случаях RAID10.
Однако следует помнить, что при использовании комбинированных типов RAID лучше использовать аппаратный контроллер RAID, поскольку это снижает нагрузку на ЦП и ускоряет работу системы.
ОС обеспечивает программную поддержку управления дисками для различных типов RAID. Его можно использовать как самое дешевое решение, поскольку для его «горячей» замены не потребуются дорогие платы контроллеров, накопителей и шасси.
Программный RAID-контроллер работает также с более дешевыми дисками IDE или SCSI. Учитывая скорость современных процессоров, производительность программного RAID в некоторых случаях может быть лучше, чем у аппаратных RAID.
Также стоит отметить, что программный RAID можно собрать практически в любой операционной системе. Производительность программного массива зависит от типа RAID, производительности процессора и нагрузки, которая на него приходится.
Главное преимущество программной реализации – невысокая стоимость. Недостатки – низкая производительность и постоянная дополнительная нагрузка на процессор. Таким образом, программная реализация лучше всего проявляет себя в работе с теми массивами дисков, которые не требуют объемных вычислений. С учетом этих особенностей в серверах начального уровня используются именно системы RAID с программной реализацией. Поскольку стандартные операционные системы предлагают поддержку нескольких уровней RAID (0, 1, 5 и т. д.), стоимость программных контроллеров зачастую буквально равна нулю.
Что такое аппаратный RAID
Приоритетным, хоть и не всегда бесплатным, решением для размещения дисков на сервере остаются аппаратные контроллеры. При значительной нагрузке на систему дисков, которая требует от сервера обработки больших объемов данных, может работать только отдельное оборудование RAID-контроллера. Он подключается через разъем PCI к материнской плате и самостоятельно решает задачи управления массивом жестких дисков. Обеспечивая скорость и надежное зеркальное отображение данных, аппаратный RAID-контроллер выполняет вычисления без нагрузки на основной процессор благодаря выделенному автономному ЦП.
В то же время, аппаратная архитектура RAID более сложна, поскольку требует специальных аппаратных компонентов. Контроллер массива, часто называемый адаптером RAID, содержит собственный калькулятор XOR, вспомогательную память и каналы SCSI или UDMA. Такая архитектура позволяет достичь значительного увеличения производительности. Однако для систем начального уровня, где серверный процессор занят небольшим количеством задач, разница между аппаратной и программной архитектурами почти незаметна. Зато это очень заметно при высокой нагрузке на подсистему ввода-вывода. Соответственно, аппаратные реализации RAID дороже программных.
Полностью автономные системы, в принципе, представляют собой отдельный компьютер, который используется для организации систем хранения. Обычно внешний контроллер размещается в отдельной стойке и может иметь большое количество каналов ввода / вывода, включая хост-каналы, что позволяет подключать к системе несколько хост-компьютеров и организовывать кластерные системы. В системах с автономным контроллером можно устанавливать контроллеры «горячего» резерва. Главным недостатком таких систем остается их высокая цена.
Стандартные уровни RAID
Существует несколько уровней RAID, которые были разработаны для удовлетворения различных потребностей и установки на различных конфигурациях ПК. Рассмотрим некоторые из самых популярных конфигураций RAID с дисками одинакового размера.
Что такое RAID 0 (Чередование) и как он работает
RAID 0 («Чередование») – использует от двух жестких дисков, которые обрабатывают информацию одновременно, что повышает производительность. При работе с этим типом RAID данные разбиваются на блоки фиксированной длины, которые по очереди записываются на два или несколько дисков: один блок данных на один диск, второй блок данных на другой диск и т. д.
При этом производительность массива зависит от количества используемых в нем дисков – 4 диска будут работать быстрее, чем 2 – но их количество сказывается и на безопасности данных во всем дисковом массиве. Если какой-либо жесткий диск, входящий в состав такого RAID, выходит из строя, вся информация почти полностью и безвозвратно теряется, поскольку часть файла может находиться на поврежденном диске.
При использовании такого RAID-массива настоятельно рекомендуется постоянно делать резервные копии ценной информации на внешний диск.
Основные преимущества RAID 0:
Что такое RAID 1 (зеркало) и как он работает
В отличие от RAID 0, при использовании RAID 1 вы «теряете» объем второго жесткого диска, потому что он используется для записи на него точной копии первого жесткого диска.
Преимущество RAID 1 в том, что он обладает высокой надежностью. Все будет работать, пока работает хотя бы один жесткий диск, т.е. даже если один из HDD выйдет из строя – вы не потеряете ни одного байта информации. Несмотря на то, что при таком подходе сильно страдает производительность, этот тип рейдов часто используется на серверах, где главным требованием является надежность.
Преимущества RAID 1:
Что такое RAID 2 и как он работает
При построении этих массивов дисков используется алгоритм восстановления с использованием кодов Хамминга (американский инженер, разработавший его в 1950 году для исправления ошибок в компьютерах). Чтобы получить RAID данного типа, создаются две группы дисков – одна для хранения данных и одна для кодов исправления ошибок.
Основное преимущество RAID 2 – возможность исправлять ошибки «на лету», без снижения скорости передачи данных между дисковым массивом и процессором.
Этот тип RAID не очень распространен в домашних системах из-за избыточности количества жестких дисков – например, в массиве из семи жестких дисков только четыре будут использоваться для хранения данных. По мере увеличения количества дисков избыточность становится менее выраженной.
Основные преимущества RAID 2:
Как работает RAID 3 и RAID 4
Эти два типа дисковых массивов очень похожи по схеме построения. Оба используют несколько жестких дисков для хранения информации, один из которых используется исключительно для контрольных сумм.
Трех жестких дисков достаточно для создания RAID 3 или RAID 4. Однако, в отличие от RAID 2, в данных структурах восстановление данных «на лету» невозможно – для восстановления информации после замены неисправного жесткого диска потребуется время.
В RAID 3 поток данных разделяется на уровне байтов и записывается одновременно на все диски, кроме одного из массива. Этот диск предназначен для хранения контрольных сумм, вычисляемых при записи данных. Выход из строя любого из дисков в массиве не приведет к потере информации.
RAID 3 подходит для приложений с большими файлами и низкой частотой доступа (в основном в мультимедийной среде). Использование только одного диска для хранения управляющей информации обуславливает то, что коэффициент использования дискового пространства в массиве довольно высок. Благодаря этому его стоимость – относительно низкая. Для создания подобного массива требуется как минимум три жестких диска.
Разница между RAID 3 и RAID 4 заключается в уровне разделения данных. В RAID 3 информация разбита на отдельные байты, что приводит к серьезному замедлению записи / чтения большого количества небольших файлов. В RAID 4 данные разбиваются на разные блоки, размер которых не превышает одного сектора на диске. В результате увеличивается скорость обработки небольших файлов, что особенно важно для персональных компьютеров. По этой причине RAID 4 получил более широкое распространение.
Существенным недостатком рассматриваемых массивов является повышенная нагрузка на жесткий диск, предназначенный для хранения контрольных сумм, что значительно снижает его ресурс.
Потеря данных возможна в следующих случаях:
Преимущества RAID 3 и RAID 4:
Что такое RAID 5 и как он устроен
Это так называемый отказоустойчивый массив независимых накопителей с распределенным хранилищем контрольных сумм. Это означает, что на массиве из n дисков для прямого хранения данных будет выделен n-1 диск, а на последнем диске будет сохранена контрольная сумма итерации цепочки n-1. Представим, что нам нужно записать какой-то файл. Он разделятся на части равной длины, после чего начинается их циклическая запись на все n-1 диски один за другим. На последний диск будет записана контрольная сумма байтов всех частей данных каждой итерации, где битовая операция XOR реализует контрольную сумму.
Следует сразу предупредить, что в случае выхода из строя любого из дисков система перейдет в аварийный режим, что существенно снизит производительность RAID 5, так как при сборке файла будут производиться манипуляции для восстановления его «недостающих» частей. Если два или более дисков выходят из строя одновременно, информацию, хранящуюся на них, невозможно восстановить. В целом, массивы 5 уровня обеспечивают относительно высокую скорость доступа, параллельный доступ к различным файлам и хорошую отказоустойчивость.
Массивы RAID 5 предназначены для работы в «стрессовых» условиях и хорошо подходят для многопользовательских систем. При правильном планировании записи можно обрабатывать до N / 2 блоков параллельно, где N – количество дисков в группе. Минимальное количество дисков – три.
Основные преимущества RAID 5:
Что такое RAID 6 и его отличие от RAID 5
Это расширенная версия RAID 5, которая обеспечивает двойной контроль четности хранимой информации. Для хранения информации используются как минимум два диска и еще два – для контроля четности. Архитектура RAID 6, разработанная для критически важных приложений, имеет очень низкую производительность записи – именно потому что для нее необходимы дополнительные блоки контрольных сумм. Однако такая архитектура является вдвойне отказоустойчивой.
Преимущества RAID 6:
Что такое RAID 7 и как он работает
RAID 7 (оптимизированная асинхронность). Используемые в построении массивов данного типа технологии помогают достигать высоких скоростей ввода-вывода и передачи данных. В отличие от других уровней RAID, седьмой не является открытым отраслевым стандартом. Это зарегистрированный товарный знак Storage Computer Corporation. Он основан на концепциях, используемых на уровнях 3 и 4. Однако здесь добавлена возможность кэширования данных. RAID 7 также включает контроллер со встроенным микропроцессором, работающим под управлением ОС в режиме реального времени. Это позволяет обрабатывать все запросы на передачу данных асинхронно и независимо.
В RAID 7 блок контрольной суммы интегрирован с блоком буферизации. Для хранения информации о четности используется отдельный диск, который можно разместить на любом канале. RAID 7 отличается высокой скоростью передачи данных и обработки запросов, хорошей масштабируемостью. Самым существенным недостатком этого уровня является стоимость его реализации.
Преимущества RAID 7:
Пользователь также может использовать JBOD – дисковый массив, в котором единое логическое пространство последовательно распределяется по жестким дискам. Это означает, что контроллер работает как стандартный контроллер IDE или SATA без использования механизмов объединения дисков в массив. В этом случае каждый диск будет определяться как отдельное устройство в операционной системе.
Комбинированные типы RAID (10, 01, 50, 60)
В дополнение к основным типам, рассмотренным выше, для компенсации некоторых недостатков простых RAID широко используются различные комбинации их типов. В частности, широко распространены схемы RAID 10 и RAID 0 + 1. В первом случае пара зеркальных массивов объединяется в RAID 0, во втором – наоборот, два массива RAID 0 объединяются в «зеркало». В обоих случаях получаем сочетание повышенной производительности RAID 0 и безопасности данных, гарантируемой RAID 1.
Часто для повышения защиты важной информации используются схемы построения RAID 5 1 или RAID 6 1 – зеркалирование в сочетании с хорошей защитой данных массивов обеспечивают исключительную безопасность информации в случае любого сбоя. Однако внедрять такие массивы в домашних условиях нецелесообразно из-за их избыточности.
Комбинированный RAID 10 (RAID 1+0)
RAID 10 – это массив независимых дисков, уровни которого в системе обратимы и представляют собой полосу зеркал. Диски вложенного массива объединяются в «зеркала» RAID 1. Эти зеркальные пары затем преобразуются в общий массив с использованием чередования RAID 0.
Повреждение диска в массиве RAID 1 не влечет за собой потери данных. Однако недостатком системы является то, что поврежденные диски нельзя заменить, и в случае возникновения системной ошибки пользователь будет вынужден использовать только оставшиеся ресурсы системы. Некоторые системы RAID 10 имеют специальный диск «горячего резерва», который автоматически заменяет неисправный диск в массиве.
В большинстве случаев RAID 10 обеспечивает лучшую производительность и меньшую «заторможенность», чем все другие уровни RAID, за исключением RAID 0 (который работает еще быстрее). Это один из наиболее предпочтительных уровней при использовании ресурсозатратных приложений, где высокая скорость операций – основное требование к системе.
К сожалению, вероятность потери данных нельзя исключать и на данном уровне. Среди основных ее причин можно выделить следующие:
Основные преимущества RAID 10:
Недостатки RAID 10:
Комбинированный RAID 01 (RAID 0+1)
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. Но самое главное, его можно построить на программном контроллере.
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.
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.
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.
Преимущество RAID 01:
Преимущества RAID 10:
Комбинированный тип RAID 50 (RAID 5 + 0);
RAID 50 (также известный как RAID 5 + 0) – это вложенный RAID, состоящий из массивов RAID 5 и RAID 0 с высокими скоростями записи и загрузки. Массивы такой конфигурации используются довольно часто.
Для работы системы RAID 50 требуется как минимум шесть дисков. По мере увеличения количества RAID-дисков в системе ее производительность также растет, что оказывает соответствующее влияние на скорость восстановления данных по мере увеличения интервала (шага) восстановления RAID.
Вот некоторые из наиболее важных преимуществ RAID 50:
Основные недостатки RAID 50:
Чтобы потерять данные в массиве RAID 50, должны выйти из строя сразу три диска, что практически невозможно.
Комбинированный RAID 60 (RAID 6 + 0)
RAID 60 (также называемый RAID 6 + 0) – это комбинированный набор массивов RAID 0 и RAID 6, который предлагает пользователю повышенную производительность и скорость обработки данных. Эта комбинация не получила широкого распространения, но имеет некоторые преимущества, в частности, возможность поддерживать производительность (здесь отсутствует задержка при вычислениях и записи больших битов четности) при одновременном увеличении общего объема пространства.
Для этой комбинации требуется не менее восьми приводов.
Комбинация RAID 6 и чередования (RAID 0) дает следующие преимущества:
Недостатки RAID 60:
RAID 60 имеет вдвое большую устойчивость к ошибкам: любые два диска в массиве могут выйти из строя без потери данных. Таким образом, в общей системе даже при выходе из строя четырех дисков, данные сохранятся в полном объеме.
Какой тип RAID лучше всего использовать
При выборе RAID все зависит от того, что важнее в вашем случае: производительность или отказоустойчивость (или то и другое). Выбор типа RAID также зависит от того, на какой машине он будет установлен (ПК, сервер, NAS и т. д.), поскольку для одних лучше подходят аппаратные, а для других – программные RAID. Программные поддерживают меньше уровней RAID, а для аппаратных RAID возможные типы массива определяются отдельно для каждого случая. Разные контроллеры поддерживают разные уровни RAID и ограничивают выбор дисков, которые можно будет использовать в массиве: SAS, SATA или SSD.
Если говорить о производительности сервера, вы можете выбрать RAID 0, потому что в таких массивах читают и записывают данные сразу несколько дисков, тем самым ускоряя операции ввода-вывода. Для создания массива требуется как минимум два диска. Уровень поддерживают как программные, так и аппаратные RAID.
Недостаток в том, что такие системы не отличаются отказоустойчивостью. Если один диск выходит из строя, это влияет на весь массив и увеличивает вероятность потери или повреждения данных.
Если нужна отказоустойчивость и при этом скорость для вас не является критически важным параметром, вы можете выбрать RAID 1, потому что данные в нем всегда копируются одновременно на два диска, образуя копию или «зеркало». Если один диск выходит из строя, другой продолжает работать, и все данные остаются на нем, в полном объеме. Это самый простой способ реализации отказоустойчивой и относительно недорогой системы. Ее недостаток лишь в том, что RAID 1 обладает сниженной производительностью.
RAID 1 может быть реализован как в программной, так и в аппаратной версии.
RAID 5 является наиболее распространенной конфигурацией RAID для бизнес-серверов и корпоративных устройств NAS, поскольку обеспечивает лучшую производительность, чем «зеркала», и при этом показывает хорошую отказоустойчивость. В RAID 5 хранимая информация и данные четности (дополнительные данные, используемые для восстановления) распределяются между тремя или более дисками. Если диск выходит из строя, информация воссоздается из распределенных данных и блоков четности автоматически. Система продолжит работать, даже если один из носителей будет поврежден. Другое преимущество RAID 5 заключается в том, что вы можете заменить поврежденный диск, не выключая сервер и не прерывая доступ пользователей к серверу.
Обратной стороной RAID 5 является то, что он снижает производительность серверов, выполняющих несколько операций записи. Например, когда много сотрудников работают на сервере с RAID 5, может наблюдаться заметное торможение в выполнении операций.
RAID 6 также является отличным выбором для бизнеса. Для повышения надежности системы имеет смысл использовать RAID 6 с двумя дисками для блока четности. Такой массив продолжит работать даже в случае выхода из строя двух жестких дисков. Главный недостаток такого решения – его дороговизна. Вот почему RAID 6 больше подходит для бизнеса, чем для домашнего использования.
RAID 10 идеально подходит для интенсивно используемых серверов баз данных или любого сервера, который выполняет несколько операций записи. RAID 10 может быть реализован как аппаратный или программный, но очевидно, что многие его преимущества (в частности, производительность) теряются при использовании программного обеспечения RAID 10.
RAID 50, как и RAID10, являются наиболее предпочтительными для работы с приложениями, где требуется высокая производительность в сочетании с приемлемой надежностью. Однако RAID 50 считается наиболее подходящим для больших дисков – он более надежен, чем RAID 5, и более экономичен, чем RAID 10. Этот тип массива рекомендуется для работы с приложениями, которым требуется повышенная надежность хранения информации, высокая скорость обработки запросов и передачи данных, большой объем памяти.
Массив RAID 60 идеально подходит для онлайн-обслуживания клиентов, что требует высокой отказоустойчивости. Обладая многими преимуществами RAID 50, он также может выдерживать в два раза больше отказов дисков. Благодаря этому такие системы являются оптимальными для использования в системах видеонаблюдения. Еще один положительный момент в выборе RAID 60 – отличная производительность при последовательном доступе, что является особенностью потокового видео.
Выбор между RAID 50/60 и RAID 10, скорее всего, будет зависеть от доступного бюджета, емкости сервера и потребностей в защите данных. В целом, когда мы говорим о SSD-решениях (как корпоративного, так и потребительского класса), на первый план выходит именно стоимость.
Что делать, если данные потеряны
В современном мире данные имеют большую ценность. К сожалению, никто не может дать стопроцентной гарантии безопасности данных, и довольно часто приходится сталкиваться с потерей важной информации.
Хотя RAID разработан для повышения безопасности хранения, и он действительно обеспечивает дополнительную защиту от потери данных в случае сбоя жесткого диска, он, в то же время, не может обеспечить защиту от случайного удаления, форматирования, повреждения файловой системы, вирусов и многих других причин исчезновения данных. Для восстановления данных в подобных случаях вы можете использовать RS Partition Recovery.
В случае аппаратного сбоя (отказ / замена контроллера и т. д.) используйте RS RAID Retrieve.
Программа, как в ручном, так и в автоматическом режиме, сможет найти RAID на дисках, подключенных к компьютеру, определить его тип и вернуть все данные, которые подлежат восстановлению.
Часто задаваемые вопросы
Это сильно зависит от емкости вашего жесткого диска и производительности вашего компьютера. В основном, большинство операций восстановления жесткого диска можно выполнить примерно за 3-12 часов для жесткого диска объемом 1 ТБ в обычных условиях.
Если файл не открывается, это означает, что файл был поврежден или испорчен до восстановления.
Используйте функцию «Предварительного просмотра» для оценки качества восстанавливаемого файла.
Когда вы пытаетесь получить доступ к диску, то получаете сообщение диск «X: \ не доступен». или «Вам нужно отформатировать раздел на диске X:», структура каталога вашего диска может быть повреждена. В большинстве случаев данные, вероятно, все еще остаются доступными. Просто запустите программу для восстановления данных и отсканируйте нужный раздел, чтобы вернуть их.
Пожалуйста, используйте бесплатные версии программ, с которыми вы можете проанализировать носитель и просмотреть файлы, доступные для восстановления.
Сохранить их можно после регистрации программы – повторное сканирование для этого не потребуется.