Обзор RAID-массивов

    RAID - это технология, используемая для повышения производительности и надежности хранения данных. RAID-система состоит из двух или более параллельно работающих накопителей, которые могут быть жесткими дисками или SSD (твердотельными накопителями). RAID можно разделить на SoftRAID и HardRAID. В SoftRAID архитектура памяти управляется операционной системой. В HardRAID для управления памятью используется специальный контроллер и процессор внутри диска.

Уровни RAID

Уровни RAID включают базовые (0, 1, 5 и 6) и чередующиеся (10, 50 и 60). Чередующиеся RAID-массивы объединяют два или более базовых RAID-массивов для обеспечения более высокой производительности, емкости и доступности за счет преодоления максимального количества дисков, поддерживаемого каждым массивом на конкретном RAID-контроллере.

RAID 0

RAID 0 основан на чередовании данных, когда поток данных делится на несколько сегментов или блоков, причем каждый блок хранится на отдельном диске. Таким образом, когда системе необходимо считать данные, она может одновременно считать их со всех дисков и объединить для восстановления всего потока данных. Преимущество такого подхода заключается в том, что операции чтения/записи выполняются значительно быстрее, что делает его идеальным для сценариев, в которых производительность превалирует над другими соображениями. Кроме того, общая емкость всего тома представляет собой сумму емкостей всех отдельных дисков.

Что такое чередование? Данные распределяются по нескольким дискам и равномерно распределяются по всем дискам, исключая перегрузку одного диска. Данные могут быть получены с нескольких дисков одновременно, что повышает скорость и производительность.

Преимущества

- Данные распределены по нескольким дискам

- Дисковое пространство полностью использовано

- Требуется не менее 2 дисков

- Высокая производительность

Недостатки

- Не поддерживают избыточность данных

- Не поддерживают отказоустойчивость

- Отсутствие механизма обнаружения ошибок

- Выход из строя одного диска приводит к полной потере данных в соответствующем массиве.

RAID 1

RAID 1 использует концепцию зеркалирования данных, когда данные зеркалируются или клонируются на набор идентичных дисков, чтобы в случае выхода из строя одного диска можно было использовать другой. Это также повышает производительность чтения, поскольку к разным блокам данных можно обращаться одновременно со всех дисков.

Однако, в отличие от RAID 0, производительность записи снижается, поскольку при записи новых данных необходимо обновлять все диски. Еще одним недостатком является нерациональное использование пространства при копировании данных, что увеличивает стоимость хранения.

Что такое зеркалирование данных? Зеркалирование данных на нескольких дисках означает, что копии данных хранятся на разных устройствах хранения, что также увеличивает избыточность и производительность.

RAID 1 - это наиболее распространенный RAID-массив, созданный для повышения безопасности хранимых данных. Например, если файл записывается и сохраняется на одном жестком диске, он автоматически сохраняется на жестких дисках 2, 3 или других дисках. Это означает, что система обеспечивает полную избыточность, то есть если один диск выходит из строя, второй готов его заменить.

Преимущества

-Осуществляет зеркалирование данных, когда одни и те же данные с одного диска записываются на другой диск для достижения избыточности.

- Высокая скорость чтения, поскольку если один диск занят, можно использовать любой другой.

- Массив продолжает нормально функционировать даже при отказе одного из дисков.

- Требуется не менее 2 дисков

Недостатки

- Более высокая стоимость (для каждого диска требуется дополнительный диск для зеркалирования)

- Более низкая производительность записи из-за необходимости обновления всех дисков

RAID 5

Для RAID 5 требуется не менее трех дисков, и, как и в RAID 0, данные распределяются по нескольким дискам, но при этом на дисках распределяется информация о четности. В случае отказа одного диска для восстановления данных используется информация о четности, хранящаяся на других дисках. Время простоя равно нулю. Скорость чтения очень высокая, но скорость записи немного ниже из-за необходимости вычисления четности. Это идеальный вариант для файловых серверов и серверов приложений с ограниченным количеством дисков с данными.

RAID 5 теряет 33 % дискового пространства (при использовании трех дисков) из-за четности, но это все равно более экономичная конфигурация, чем RAID 1. Самая популярная конфигурация RAID 5 использует четыре диска, что снижает потерю дискового пространства до 25 %. В ней может работать до 16 дисков.

RAID 5 также известен как чередование с распределенной четностью:

Преимущества

-Чередование на уровне блоков с распределенной четностью

-Паритет распределяется между дисками в массиве

-Высокая производительность

-Эффективный

-Требуется не менее 3 дисков

Недостатки

- Восстановление может занять больше времени в случае отказа диска, так как четность должна быть рассчитана по всем доступным дискам

- Не переносит одновременных отказов дисков

RAID 6

RAID 6 использует двойные блоки четности для достижения лучшей избыточности данных, чем RAID 5, что повышает отказоустойчивость при отказе до двух дисков в массиве. Каждый диск имеет два блока четности, которые хранятся на разных дисках массива. RAID 6 - это очень практичная инфраструктура для обеспечения высокой доступности систем.

RAID 6 - хороший выбор для стандартных веб-серверов, где большинство транзакций - это операции чтения, но он не рекомендуется для сред перезаписи, таких как серверы баз данных.

RAID 6 также известен как чередование с двойной распределенной четностью:

Преимущества

-Блокировка на уровне блоков с распределенной четностью DUAL

-Создает 2 блока четности

-Возможность одновременного выхода из строя 2 дисков в массиве

-Дополнительная отказоустойчивость и резервирование

-Требуется не менее 4 дисков

Недостатки

- Стоимость может быть фактором

- Запись данных занимает больше времени из-за двойной четности

РЕЙД 10 (РЕЙД 1+0)

RAID 10 объединяет RAID 1 и RAID 0 в обратном порядке. Иногда его называют "вложенным" или "гибридным" RAID, предлагающим лучшее из двух миров: высокую производительность RAID 0 и избыточность RAID 1. В этой конфигурации несколько блоков RAID 1 соединены между собой и работают как RAID 0. Она используется, когда требуется высокая производительность диска (выше, чем у RAID 5 или 6) и избыточность.

Преимущества

-Без паритета

-Осуществляет чередование RAID 0 и зеркалирование RAID 1.

-Стриппинг выполняется перед зеркалированием

-Доступная емкость равна n/2 * размер диска (n = количество дисков)

-Количество необходимых дисков должно быть кратно 2

-Высокая производительность при чередовании данных

Недостатки

- Высокая стоимость, поскольку для каждого диска требуется дополнительный накопитель

- 100% дисковой емкости не используется, так как половина используется для зеркалирования

- Очень ограниченная масштабируемость

RAID 50

RAID 50 состоит из двух или более массивов RAID 5, образующих чередующийся массив, аналогичный RAID 0. По сравнению с конфигурацией того же количества массивов RAID 5 он обеспечивает более высокую производительность доступа и более надежную защиту данных. Один массив, эквивалентный RAID 5, называется "подмножеством" или "подмассивом", при этом можно сконфигурировать три или более подмножеств.

RAID 50 может быть реализован в серверах и массивах для работы различных приложений, таких как файловые серверы, серверы баз данных, хранилища виртуальных машин и резервного копирования, редактирования видео, рендеринга 3D-анимации и так далее.

RAID 50 также известен как чередование с распределенной четностью:

Преимущества

-Сокращает время восстановления

-Повышает производительность резервирования

-Улучшает производительность доступа

Недостатки

-Требуется более 6 дисков

-Снижает эффективность установки

-Ограниченная избыточность

RAID 60

RAID 60 (иногда называемый RAID 6+0) объединяет несколько наборов RAID 6 (чередование с двойной четностью) с RAID 0 (чередование). Двойная четность позволяет двум дискам выйти из строя в каждом массиве RAID 6, а чередование повышает емкость и производительность без добавления дисков в каждый массив RAID 6.

Как и RAID 50, конфигурации RAID 60 могут содержать 8 и более дисков, но подходят только для конфигураций с 16 и более дисками. Полезная емкость RAID 60 составляет от 50 до 88 %, в зависимости от количества дисков с данными в группе RAID.

Обратите внимание, что все описанные выше конфигурации с несколькими ветвями, доступные для RAID 10 и RAID 50, доступны и для RAID 60. Например, для 36 дисков можно создать RAID 60 с каждой ветвью, содержащей 18 дисков, или RAID 60 с тремя ветвями, каждая из которых содержит 12 дисков.

RAID 60 похож на RAID 50, но обладает большей избыточностью, что делает его подходящим для серверов с очень большой емкостью, особенно для тех, которые не создают резервных копий данных (например, серверы видеонаблюдения с большим количеством камер).

RAID 60 также известен как чередование по зонам с двойной распределенной четностью:

Преимущества

-Каждый массив RAID 6 в группе может выдержать отказ двух дисков, что делает ее очень надежной.

-Очень большой и экономичный, учитывая, что этот уровень RAID не будет использоваться, если нет большого количества дисков.

Недостатки

- Требуется большое количество дисков

- Немного дороже, чем RAID 50, из-за потери большего количества дисков для расчета четности.

Сравнение уровней RAID

Выбор уровней RAID определяется следующими факторами:

- Читать выступление

- Пишите производительность

- Отказоустойчивость

- Снижение производительности массива (для отказоустойчивых уровней RAID)

- Эффективная емкость для хранения