RAID массивы, уровни RAID, описание технологии

История создания современных RAID-массивов (redundant array of independent disks) начинается в 1987 году в Калифорнии. Его создатели Дэвид Петерссон и Гарт Гибсон изначально позиционировали свое изобретение, как массив недорогих жестких дисков для хранения информации, позже эта система станет массивом независимых дисков. На сегодняшний день существует 8 типов RAID-массивов. RAID - это массив независимых HDD, воспринимаемых системой как единое целое. В зависимости от поставленных задач, использование RAID-массивов обеспечивает отказоустойчивость или производительность. Для отказоустойчивости или большей надёжности, в случае поломки, повреждения или любой другой неисправности и выходе из строя одного из дисков, работает другой жёсткий диск, исправный. После замены поврежденного носителя данные восстанавливаются автоматически.



RAID 0 - Самый распространенный на сегодня RAID-массив, неотказоустойчив.
RAID 1 - Стандартный зеркальный RAID-массив.
RAID 2 - Массив дисков, работающих по так называемому "методу Хемминга".
RAID 3,4,5 - Массивы использующие чётность для уменьшения времени записи.
RAID 6 - Для обеспечения контрольной суммы использует 2 HDD.
RAID 7 - Дорогостоящий высокопроизводительный вариант постоения массива.
RAID 10 (1+0) отказоустойчивый RAID-массив с дублированием и параллельной обработкой данных.

Существуют и так называемые программные RAID-массивы. Они имеют свои достоинства и недостатки. С одной стороны, подобной массив ничего не стоит (в отличие от полноценных RAID-контроллеров), но другой стороны, программный RAID использует ресурсы CPU, а в моменты пиковой нагрузки на дисковую подсистему процессор может тратить на обслуживание RAID-устройств до 60% своего ресурса. Но обо всем по- порядку.

RAID 0
Самый небезопасный массив из используемых сегодня. Причина этого в том, что при работе такого массива происходит запись информации на несколько дисков одновременно, что существенно ускоряет процесс записи и повышает производительность системы в целом. Чем больше жестких дисков задействовано в массиве уровня 0, тем выше скорость чтения/записи. Однако, отказоустойчивость подобной системы прямопропорциональна количеству жестких дисков, заняты в массиве. То есть, чем из больше, тем больше вероятность выхода из строя массива RAID-0, так как выход из строя одного из дисков ведет к полной потере информации.

RAID 1
Такой массив работает по принципу зеркала. Фактически состоит из нескольких жестких дисков, запись данных на которые дублируется. В случае выхода из строя одного из носителей, второй остается в действии, продолжая работу. После замены неисправного жесткого диска данные восстанавливаются автоматически или вручную. В системе такой массив дисков представляется в виде одного HDD, объем физической памяти при этом составляет 50% от общей емкости задействованных дисков.

RAID 2
Работает по принципу RAID-0, при этом обладает повышенной отказоустойчивостью за счет работы отдельного диска для кодов коррекции ошибок, позволяющей в случае неисправности восстановить данные. Восстановление данных при ошибках происходит в случае использования массива RAID-2 происходит по методу Хемминга, когда массив позволяет исправлять ошибки на лету. Поэтому существует необходимость в таких больших затратах. Данный тип RAID-массивов не получил широкого распространения ввиду дороговизны оборудования.

RAID 3
Структура массива RAID-3 заключается в массиве из нескольких дисков, в которых данные разбиваются на блоки по 1 байту и распределяются по количеству дисков, а еще один диск используется для хранения блоков четности всего массива. В отличии от RAID-2, где для этой цели информация использовалась только для коррекции ошибок на лету. В RAID 3 же для простого восстановления в случае поломки диска достаточно меньшего ее количества, хватает и одного выделенного винчестера. Из положительных особенностей подобной системы стоит отметить высокую скорость чтения и записи данных, а для создания массива требуется всего три диска. Массив RAID 3 больше подходит для большеобъемных файлов, т.к. при частых запросах в такой системе появляются проблемы со скоростью.

RAID 4
RAID 4 основан на принципе RAID 3, но отличается разбивкой данных не на байты, а на блоки. Таким образом, решается проблема низкой скорости передачи данных малых объемов. Запись же производится медленно из-за того, что четность блока генерируется при записи и записывается на единственный диск.

RAID 5
RAID 5 не использует для хранения информации о четности отдельный контрольный диск. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, при этом нет асимметричности конфигурации дисков. RAID 5 уровня получил очень широкое распространение в системах среднего уровня из-за своей дешевизны. Размер дискового пространства массива RAID 5 рассчитывается по формуле (n-1)*hdsize, где n - число дисков в массиве, а hddize - размер одного диска. Например для массива из 4-х HDD по 200 гигабайт общий объем будет (4-1)*200 = 600 гигабайт. Недостатки массива RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков, когда весь том переходит в критический режим, все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков. Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя хотя бы еще одного диска, то массив разрушается, и данные на нем восстановлению обычными методами не подлежат. В массиве RAID 5 можно использовать диск с технологией HotSpare, которая заключается в том, что основное время это диск простаивает, но при выходе из строя одного из дисков массива он включается в работу и немедленно начинает восстановление.

RAID 6
RAID-массив уровня 6 по технологии похож на RAID 5 уровня, однако отличается повышенным уровнем надежности, т.к. под контрольные суммы выделяется два жестких диска. Для правильной работы RAID 6 необходим мощный RAID-контроллер. Защищает от так называемого "кратного отказа", но для работы требует как минимум 4 жестких диска.

RAID 7
RAID 7 является трейдмарком компании SCC - Storage Computer Corporation. Структура массива следующая: на n − 1 HDD храниттся информация, один диск используется для складирования блоков четности. Однако, имеется несколько важных деталей, призванных ликвидировать главный недостаток массивов данного типа: кэш данных и мощный контроллер, отвечающий за обработку запросов. Тем самым снижается количество обращений к HDD для вычисления контрольной суммы, а как следствие увеличивается скорость обмена данными в 5-6 раз. Из минусов подобной системы конечно же высокая стоимость оборудования для построения таких массивов.

RAID 10
RAID 10 - отказоустойчивый массив с дублированием и параллельной обработкой данных. Данная архитектура представляет собой массив типа RAID 0, частями которого являются массивы RAID 1. Такой тандем определяет высокую отказоустойчивость и производительность. Индекс 10 происходит от RAID 1+0. По такому же принципу обозначаются другие экспериментальные RAID-массивы.