1 апр. 2012 г.

Уровни RAID массивов

Способы организации массива принято называть уровнями RAID. Всего возможных вариантов много, но широкое практическое применение нашли только некоторые из них.
В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенные уровни RAID массивов, посмотрим их строение на рисунках с подробными описаниями, а так же опишем не столь распространенные реализации аппаратных и программных RAID.
В случае двух дисков массив можно организовать двумя способами. При этом достигаются диаметрально противоположные результаты.

Чередующийся массив — уровень О (RAID 0).

Сразу оговоримся: чередование — способ предельно ненадежного хранения данных. Единственной его положительной чертой можно назвать скорость последовательного чтения/записи.

В массиве уровня 0 (RAID 0) информация дробится на блоки ("полоски", stripes). Если диска два, нечетные блоки записываются на один диск, а четные — на другой. Происходит это параллельно и одновременно. Такую организацию называют чередованием (interlacing).

В результате скорость записи или чтения в массиве вдвое превышает скорость обмена с одним диском. Емкость массива приблизительно равна удвоенной емкости меньшего из его дисков.

Очевидно, что выход из строя любого диска приводит к неработоспособности массива в целом. Надежность массива уровня 0 примерно вдвое ниже, чем надежность любого из дисков.


Зеркальный массив (RAID 1).


Напротив, зеркальный массив RAID 1 — весьма надежная схема. Данные дублируются (зеркалируются) на обоих дисках одновременно. Надежность системы cразу повышается на порядок или два по сравнению с одиночным диском. Если на любом из двух дисков произошел сбой, в нашем распоряжении все равно остается его точная и полная копия.

Однако стоимость хранения информации автоматически возрастает вдвое. Кроме того, если возник сбой, нужно еще решить, на каком из "зеркальных" дисков осталась "правильная" копия, а какой содержит искаженные данные.


Трех- и многодисковые массивы.


Если дисков более двух, число возможных вариантов сразу возрастает. В трех-дисковом массиве данные можно распределить, как минимум, еще двумя способами.

В массиве уровня 3 два диска являются чередующимися (как в RAID 0). Третий диск несет контрольные суммы (блоки четности) для блоков первых двух дисков. На рис. эти блоки четности помечены буквой Р.



При потере диска с блоками четности массив просто продолжает работать как RAID 0. Третий диск при первой возможности заменяется, блоки четности вычисляются заново и записываются на него.

При утрате любого из первых двух дисков массив временно становится нерабооспособным и нуждается в восстановлении другого рода. Неисправный винчестер меняется. По оставшемуся диску и блокам четности с третьего диска на нем воссоздается содержимое. Массив вновь функционирует в штатном режиме!

Массив уровня 5 (RAID 5).

Массив уровня 5 является симметричным и в нем могут работать более трех дисков. Блоки четности равномерно распределяются между всеми дисками.

Содержимое любого из дисков при необходимости полностью воссоздается по оставшимся данным и блокам четности. Правда, все время, пока ведется восстановление, массив будет неработоспособен. RAID 5 пока считается самой популярной реализацией массива, сочетающей скорость и надежность.



Четырехдисковые массивы уровней RAID 0+1 (Raid 10) можно охарактеризовать как "зеркалирование двух чередующихся дисков на два других". Отдельные схемы приводить не станем — вместо этого мысленно скомбинируйте рисунок с raid 0 и raid 1. Накладные расходы в RAID 0+1 достаточно высоки (избыточность данных ровно двойная), но такие массивы способны продолжать почти полноценную работу при выходе из строя любого из дисков.

Были разработаны и другие уровни RAID, а именно: RAID 2, RAID 4 и RAID 6. Они преследуют довольно специфические цели и предназначены в основном для серверов. Например, массив RAID 6 содержит минимум 4 диска и сохраняет работоспособность даже при одновременном выходе из строя любых двух винчестеров. В "настольных" системах и в серверах начального уровня подобные конфигурации не встречаются, а для их формирования нужны дорогостоящие контроллеры.

RAID JBOD.

Еще одна конфигурация RAID несколько выпадает из общего ряда. JBOD расшифровывается как Just a Bunch of Disks — просто пучок дисков. В массиве такого рода происходит объединение (spanning) нескольких физических дисков в один на уровне RAID-контроллера. Массив JBOD не является ни быстрым, ни отказоустойчивым. Смысл его в возможности создания разделов практически неограниченного объема. С появлением винчестеров большой емкости к использованию массивов JBOD прибегают все реже — применение разделу в 2 Тбайт еще нужно придумать!

В принципе, для каждого из уровней RAID возможна и аппаратная, и программная реализации. Полноценная поддержка программных массивов предусмотрена в серверных версиях ОС, а в настольных официально можно построить только программный массив уровня 0.

Чтобы настольные версии Windows XP/Vista/7 смогли работать с массивами уровня 1, в них надо подменить некоторые библиотеки таковыми от соответствующих серверных ОС. Подробные инструкции по этой не вполне "лицензионной" процедуре легко найти в Интернете.

Программные RAID массивы.

Программные RAID были интересны когда цены на RAID-контроллеры "кусались". С массовым распостронением интегрированных RAID-контроллеров программные массивы почти утратили актуальность.Маломощный но специализированный процессоор контроллера легко справляется с распределением блоков данных по дискам и их обратной сборкой, тогда как на обслужвание программного массива приходиться отвлекать солидную часть ресурсов центрального процессора ПК. Аппаратные решения обычно предоставляют больше возможностей для коонфигурирования многодисковых массивов.

Технология Intel Rapid.

Особо следует упомянуть технологию Intel Rapid (ранее называвшуюся Intel Matrix Storage). Она является аппаратно-программной. Часть задач возложена на интегрированный в чипсет контроллер, а другая часть — на его драйвер. Благодаря этому удается, например, задействовать по одному разделу на разных физических дисках в RAID, а остальные разделы продолжают работать как самостоятельные диски.

Технология Intel Rapid задумана как "бюджетный" выход для тех, кто не желает тратиться более чем на два винчестера, но при этом хочет и небольшой массив создать, и оставить часть дискового пространства вне RAID.
Недостаток — повышенная, по сравнению с чисто программной или чисто аппаратной реализацией сложность. Из-за этого могут возникнуть трудности при восстановлении данных в случае отказа одного из дисков либо краха системы.

Больше информации о RAID Вы можете узнать в разделе RAID массивы нашего блога жесткий диск.