Що таке RAID-масиви: переваги, типи

І вдома, і в офісі, і в великих дата-центрах-скрізь може бути затребуваний так званий RAID масив. Подібний масив з дисків може помітно підвищити швидкість обробки і надійність зберігання великих обсягів даних. Але тільки за однієї умови: якщо ви підібрали оптимальну для ваших умов систему. Щоб не помилитися при створенні RAID масиву, варто оцінити плюси і мінуси кожного його типу. А розібратися в них вам допоможе стаття від фахівців компанії HostZealot!

Що собою являє RAID?

Якщо говорити строго, то RAID (Redundant Array of Independent Disks) – це спосіб об'єднання незалежних дискових накопичувачів в єдиний логічний модуль за рахунок віртуалізації даних. Сам по собі термін був запропонований ще в 1987 році. Дана технологія повинна була вирішити ряд проблем HDD-дисків: на кшталт втрат часу при записі і читанні великих файлів і невисокою відмовостійкості. І хоча сьогодні такі масиви часом роблять з твердотільних SSD, частіше створення RAID-систем спирається саме на класичні «гвинти».

Важливо розуміти, що RAID може бути організований за двома основними схемами:

• Апаратна. В такому випадку жорсткі диски підключаються до материнської плати через RAID-контролер зі своїм мікропроцесором. Цей пристрій може бути вбудованими в материнку і виконаним окремим. Перший спосіб трохи дешевше, зате другий помітно ефективніше в роботі.
• Програмна. У цій ситуації замість контролера застосовуються утиліти, що допомагає економити. Ці програми є для Windows і Linux. Головний мінус: для управління масивом вони використовують центральний процесор і оперативну пам'ять системи, що знижує її продуктивність в цілому

І хоча визначення однієї з описаних схем, як і вибір HDD-або SSD-дисків, мають значимість, в реальності більше уваги приділяють рівням масивів – RAID 0, RAID 1 і т. д. Вони відрізняються алгоритмами в створенні і розподілі даних між дисковими просторами. У всіх рівнів є свої переваги і недоліки, тому про кожного з них варто розповісти окремо.

RAID 0

Це базовий тип створення масиву RAID. Він базується на принципі striping, або чергування. Уявіть, що у вас є книга з декількох розділів. При подібному принципі об'єднання дисків перша глава книги відправляється на перший диск, друга в той же самий момент на другий – і так далі. Причому можна підключати в систему різні за обсягом і швидкості HDD (загальну швидкість визначає найповільніший «гвинт» в групі, хоча можуть бути обмеження ще на рівні SATA).

RAID 0 має кілька плюсів:

• Зростання швидкості перенесення файлів-кратно кількості підключених дисків.
• Повне використання наявного в масиві дискового простору.
• Включення в масив фактично необмеженої кількості дисків.

Але ці достоїнства може з головою перекрити головний недолік RAID 0. Якщо буде пошкоджено хоч одне сховище, то ви втратите всі дані. Повернемося до аналогії з книгою. У ній не буде сенсу, оскільки немає окремих глав, які містилися на тому самому дискові, що відмовив – хоча інші глави у вас є. Тому краще використовувати масиви нульового рівня лише для тимчасових або некритичних файлів в системах з високими вимогами по швидкості.

RAID 1

Ще один найпростіший рівень об'єднання дискових просторів. В його основі – принцип mirroring, або віддзеркалення. В такому випадку ваша книга відправляється по главам на всі диски відразу. Їх може бути як 2, так і 22 – аби кількість була парною. Фактично в RAID 1 постійно виконується бекап всіх наявних даних: ви має повні копії, «дзеркала», своїх файлів.

До переваг такого типу RAID- масиву можна віднести:

• Повне збереження всіх даних при відмові будь-якого окремого диска.
• Виграш у швидкості читання при розпаралелюванні запиту до "гвинтів".

Але і недоліків у першого рівня теж вистачає:

• Швидкість запису не відрізняється від базової швидкості у одиночного диска.
• Зменшення дискового простору вдвічі в силу резервування даних.

Якщо підвести підсумок по такому масиву, то він є протилежністю RAID 0: не швидкий, зате надійний. Тому він відмінно підійде для зберігання особливо цінних даних, до яких звертаються не так часто. В такому випадку переплата за "клоновані " диски цілком виправдана.

RAID 10

Такий рівень відносять до групи Nested, «вкладені». По суті, це гібрид з двох вкладених один в одного рівнів RAID 1 і RAID 0, що бере найкраще від кожного з них. Для його створення буде потрібно від 4 дисків. Вся система працює наступним чином: перша глава з книги записується на перший і другий «гвинти» (як в першому рівні), друга глава на третій і четвертий (як в нульовому), третя глава відправляється на перший і другий – і далі за списком.

RAID 10 дає серйозний виграш за двома ключовими факторами:

• Швидкість запису і читання файлів подвоюється в порівнянні з базовою.
• Збереження інформації за рахунок фактичного резервного копіювання.

Що стосується зворотного боку медалі подібного масиву, то треба відзначити:

• Доступний обсяг сховища вдвічі менше від сумарного всіх "гвинтів".
• Комплексне ускладнення і подорожчання всієї організованої системи.

До речі, у цього типу RAID є "побратим " з індексом 01, де вкладеність рівнів 0 і 1 міняється місцями. Така схема досягає аналогічних показників обсягу сховища і швидкості, але поступається у відмовостійкості – а тому непопулярна.

RAID 5

Суть цього рівня схожа на RAID 1, але з відомим доопрацюванням. Повертаємося до прикладу-книги. Її перша глава записується на перший диск, друга на другий, а на третій відправляється так звана парність – по суті резервна копія блоку даних. При цьому для парності по черзі вибирається кожен з «гвинтів», що підвищує відмовостійкість системи. Правда, експерти вважають: 3 диска – це не найкраща кількість для такого RAID. В ідеалі їх потрібно хоча б 4-5.

Основні переваги п'ятого рівня об'єднаних масивів-це:

• Висока швидкість при паралельній роботі дисків (але нижче, ніж у RAID 0).
• Економія сховища для резервування на тлі RAID 10 на 25% і вище.
• Гарантії збереження всієї інформації при відмові одного з дисків.

За традицією, не можна обійти увагою і недоліки такого підходу:

• Для коректної роботи системи потрібен особливий і дорогий контролер.
• Через особливості технології відновлення даних може бути довгим.

Узагальнюючи інформацію по RAID 5, можна сказати: це досить гарне, але все ж спеціальне, а не універсальне рішення для об'єднання накопичувачів.

RAID 6

Це розвиток ідеї з RAID 5: інформація все так же поблочно розкидається по дисках, але резервування йде вже не одиночної парністю, а подвійною – на два накопичувача. Відповідно, мінімальна кількість "гвинтів" у такого масиву – вже 4. Хоча знову ж таки: краще, якщо в модулі у RAID 6 їх буде ще більше.

Головний плюс такого рівня очевидний: він буде працездатний навіть при виході з ладу двох дисків. Це максимально надійна з описаних система. Правда, треба розумно оцінювати ймовірність подвійного збою "гвинтів" – і зіставляти її з наявними у цього RAID мінусами. Серед них основними є:

• Зниження швидкості читання і запису на тлі інших «складних» масивів.
• Необхідність в додатковому просторі для подвійного копіювання.
• Продуктивність у багато залежить від складного і потужного контролера.

В силу цього поєднання характеристик шостий рівень-досить рідкісний, хоча в певних ситуаціях незамінний метод.

Що можна сказати про Рівні RAID 2, 3, 4 і 7?

Якщо коротко відповісти на питання підзаголовка: це практично не затребувані RAID-системи. Основна причина-специфічні технічні нюанси в роботі масиву. Всі ці RAID діють за принципом чергування, але з особливостями:

• У другому рівні використовується так званий код Хеммінга, а на дисках зберігаються дані про перевірку і виправлення помилок. При цьому виправданим по продуктивності і надійності модуль стає аж з 7 дисків.
• В RAID 3 інформація б'ється по байтах – і є диск для блоків парності. Варто відзначити високу швидкість читання і запису – але тільки для великих файлів. А ще масив однозадачний – доступ з двох пристроїв утруднений.
• Що до четвертого, він схожий на третій, але без побайтної розбивки. З одного боку, це вирішує проблему повільної передачі малих файлів. Однак запис в цілому не швидкий – через відправки парності на один і той же диск.
• Сьомий RAID схожий на четвертий, але з додатковим кешуванням на рівні оперативної пам'яті. Цей метод надійний і швидкий, але масиву обов'язково потрібен ДБЖ – при перебоях харчування дані пошкоджуються.

Також слід зазначити: крім зазначених у статті способів об'єднання дисків є й інші, ще більш екзотичні, малопоширені. Серед них можна згадати RAID 61, RAID 03 і RAID-DP. Але вони цікаві вузьким фахівцям і зустрічаються набагато рідше, ніж базові RAID 0 і RAID 1…

Як знайти швидке надійне сховище для свого проекту?

Якщо ви збираєте масив для домашнього фотоархіву, то впораєтеся з вибором оснащення. Але якщо мова про бізнес-рішеннях для онлайн-проекту або баз даних-варто звернутися до професіоналів, як компанія HostZealot. При проектуванні рішення для вас ми можемо створити будь-які типи масивів: від RAID 0, RAID 1 і вище. При цьому ми як інфраструктурний провайдер готові до реалізації і індивідуальних проектів для специфічних завдань. А тому маємо можливість зібрати масиви навіть рівня RAID 1E або RAID 50, якщо буде така вимога. Це дозволить вам підібрати оптимальне виконання і забезпечити високу швидкість читання і запису файлів і їх збереження. Причому у наших дата-центрів найширша географія: від США до Гонконгу, від Стокгольма до Тель-Авіва. І не забуваємо про безліч послуг хостингу (виділені сервери, VPS, Веб-хостинг, колокація), гнучку тарифну сітку і цілодобову, грамотну і уважну техпідтримку – нам можна довіряти!