RAID 5

RAID 5 так же, как и RAID 3, математически вычисляет значение «четность» с каждых двух дисков, но делает это более эффективно. При аварии одного из дисков контрольная сумма будет использована для восстановления потерянных данных. В массиве RAID 5 хранение данных «четности» осуществляется на всех дисках. При работе с RAID 5 увеличивается емкость для хранения информации благодаря использованию всех дисков в массиве и в то же время возрастает безопасность данных. Постоянная проверка данных обеспечивает наивысшую защиту от повреждения кластеров и других помех. Требует наличия как минимум 3-х накопителей.
 
Наиболее распространенный в системах хранения данных – пятый уровень. Он характеризуется применением чередования и четности. В отличие от RAID 3, контрольные суммы не хранятся на одном диске, а разбрасываются по всем, что позволяет значительно поднять скорость записи. Главный принцип распределения экстраблоков: они не должны располагаться на том же диске, с которого была зашифрована информация.

Надежность и скорость работы такой системы оказываются очень даже высокими. При восстановлении информации всю работу на себя берет RAID контроллер, так что операция проходит довольно быстро.

RAID 6

Для некоторых особо критичных приложений требуется повышенная надежность. Например, чтобы при выходе из строя даже двух дисков массив сохранил данные и даже остался работоспособным. Можно ли это сделать? Конечно, решение лежит на поверхности.

Используются все те же технологии чередования и четности. Но контрольная сумма вычисляется два раза и копируется на два разных диска. В итоге данные окажутся потерянными только в случае выхода из строя сразу трех жестких дисков. По сравнению с RAID 5 это более дорогое и медленное решение, которое может показать себя разве что при случайном чтении. На практике RAID 6 почти не используется, так как выход из строя сразу двух дисков – слишком редкий случай, а повысить надежность можно другими способами.

RAID 7

В отличие от остальных уровней, RAID 7 не является открытым стандартом, столь звучное и выгодное название выбрала для своей модификации RAID 3 компания Storage Computer Corporation. Улучшения заключаются в использовании асинхронного чередования, применении кэш-памяти и специального высокопроизводительного микропроцессора.

Обеспечивая такой же, как в RAID 3, уровень надежности, RAID 7 значительно выигрывает в скорости. Недостаток у него один, но очень серьезный – огромная цена, обусловленная монополией на изготовление контроллеров.

RAID 3

Третий уровень использует чередование и выделенный диск для контроля четности. Блоки данных обычно имеют длину меньше 1024 байт. Информация распределяется на несколько дисков, а высчитанное значение по четности сохраняется на отдельный диск.

Все скоростные преимущества чередования сводятся на нет необходимостью записывать контрольную сумму на выделенный диск, а больше всех страдает скорость случайной записи. К достоинствам отнесем возможность работы массива при отказе одного из дисков.

RAID 4

Отличается от RAID 3 только размером блока данных при чередовании. Это несколько улучшает работу массива при случайном чтении, но запись все равно довольно медленная. Диск с контрольными суммами является ярко выраженным «узким местом» в системе.

Так как является компромиссным вариантом между RAID 3 и RAID 5, не нашел своего места на рынке и редко используется. Это держит цены на соответствующие контроллеры на высоком уровне.

Массив RAID 1 состоит из двух жестких дисков, данные на которых дублируются в реальном времен. Поскольку все данные дублируются, ОС рассматривает общую емкость массива RAID 1, как максимальную емкость одного диска массива. Например, два жестких диска размером 400 ГБ в массиве RAID для операционной системы будут выглядеть как один жесткий диск размером 400 ГБ.

Основное преимущество зеркальных наборов RAID 1 заключается в обеспечении защиты данных при неисправности одного жесткого диска. При неисправности одного жесткого диска все данные остаются доступными с другого жесткого диска и целостность данных не нарушается. При сбое диска система остается полностью работоспособной и сохраняет продуктивность.

Производительность массива RAID 1 выше, чем производительность одного диска, потому что данные считываются с нескольких дисков – исходного и зеркального – одновременно. Однако для операций записи на диск не обеспечивается такая же производительность, поскольку вначале данные должны быть записаны на один диск, и лишь затем создается их зеркальная копия на другом диске.

В конфигурациях RAID 0 операции чтения/записи одновременно производятся на два или несколько жестких дисков, работающих одновременно, с целью максимального увеличения производительности подсистемы хранения данных. Данные в томах RAID 0 организованы в блоки, чередующиеся между дисками, благодаря чему операции чтения и записи могут выполняться параллельно. Эта методика, также называемая «чередование», является самым быстрым из уровней RAID, особенно при последовательных операциях чтения/записи с большими файлами. Конфигурация RAID 0 может быть особенно полезна при решении таких практических задач, как загрузка больших файлов в приложения для редактирования изображений, сохранение больших файлов с фильмами в приложениях для редактирования видеоматериалов или создание образов компакт-дисков или DVD-дисков с помощью специальных пакетов приложений.

Жесткие диски в массиве RAID 0 составляют единый том, который операционная система видит как один виртуальный жесткий диск. Например, два жестких диска размером 400 ГБ в массиве RAID для операционной системы будут выглядеть как один жесткий диск размером 800 ГБ.

На томах RAID 0 не хранится резервная информация. Это означает, что при сбое одного жесткого диска данные теряются на всех дисках. Отсутствие резервирования также обозначается номером уровня RAID 0, означающим отсутствие резервирования. Массивы RAID 0 не рекомендуется использовать на серверах или в других средах, где главной целью является обеспечение защиты данных.

SuperTrak EX16350
16-ти портовые контроллеры SATA RAID с 3 Гб/с на порт

SuperTrak EX16300
16-ти портовые контроллеры SATA RAID с 3 Гб/с на порт

SuperTrak EX8300
8-портовый Serial ATA/150 RAID 0/1/5/6*/10 контроллер со скоростью передачи данных до 3Гб/сек.

SuperTrak EX8350
8-портовый Serial ATA/150 RAID 0/1/5/6*/10 контроллер со скоростью передачи данных до 3Гб/сек.

FastTrak TX4310
4-х портовые контроллеры SATA RAID с 3 Гб/с на порт для материнских плат с интерфейсом PCI

FastTrak SX4300/8300
4-х (SX4300)/8-ми (SX8300) портовые контроллеры SATA RAID с 3 Гб/с на порт

FastTrak SX4100
4-х портовый Serial ATA RAID контроллер с 1,5 Гб на канал

FastTrak TX4300
4-портовый Serial ATA/150 RAID 0/1/10 контроллер со скоростью передачи данных до 3Гб/сек.

FastTrak S150 TX2plus
2-портовый Serial ATA/150 и 1-канальный Ultra/133 ATA RAID 0, 1, 0+1 контроллер.

FastTrak TX2300
2-портовый Serial ATA/150 RAID 0/1 контроллер со скоростью передачи данных до 3Гб/сек.

Источник

Преимущества RAID
 
Думаю, вы уже слышали эту аббревиатуру. RAID – Redundant Array of Inexpensive Disks, или, по-русски, избыточный массив недорогих дисков. Это – концепция построения дисковой подсистемы с использованием нескольких жестких дисков для повышения либо защищенности данных, либо общей производительности. До недавнего времени использование RAID в персональных компьютерах было неактуальным. Во-первых, жесткие диски трудно было назвать «недорогими» – стоимость даже одного диска составляла львиную долю общей стоимости всего системного блока. Во-вторых, RAID-контроллеры тоже стоили недешево. Поэтому концепция RAID нашла применение в серверах, а сама аббревиатура звучала немного иначе – Redundant Array of Independent Disks (массив не дешевых, а независимых дисков). 

Сейчас все изменилось. Концепция RAID может и должна использоваться в персональных компьютерах. Жесткие диски с интерфейсом ATA (он же IDE) стремительно дешевеют, а производители хост-контроллеров для их подключения успешно осваивают эту технологию и выпускают недорогие интегрированные RAID-контроллеры. Тема RAID определенно становится актуальней и ближе конечному пользователю. 

Идея RAID предполагает построение нескольких конфигураций из жестких дисков – так называемых уровней. Для нас, как для пользователей персональных компьютеров, наибольший интерес представляют первые два уровня, а также их комбинация. RAID Level 0 (RAID0), называемый «striping«, описывает способ повышения производительности дисковой подсистемы за счет объединения нескольких физически независимых дисков в один логический. Подключив два жестких диска к RAID-контроллеру (можно и больше, но тогда больно дорого получится), настроив последний на уровень 0, мы получим один диск, но вдвое большей емкости. Данные будут храниться блоками по очереди то на одном, то на другом жестком диске. Ускорение получается за счет того, что при последовательном доступе к нескольким расположенным друг за другом блокам данных контроллер будет производить обмен сразу двумя блоками – с двумя дисками одновременно. Получается фактически удвоение скорости последовательного чтения и записи при тех же задержках на поиск и выборку. Однако сохранность данных в данном случае снижается тоже в два раза, так как выход из строя одного лишь жесткого диска приводит к гибели всего массива. 

RAID Level 1 (RAID1), или «mirroring«, как раз и ориентирован на решение проблемы недостаточной надежности обычных жестких дисков. Делается это за счет избыточности. Два или более жестких диска работают в режиме дублирования, то есть одна и та же информация одновременно записывается на все диски в массиве. Отказывает главный диск – подключается второй, или третий и так далее, и система продолжает работать, данные не исчезают. Тем самым общая отказоустойчивость возрастает во столько раз, сколько дисков входит в массив. Но вот повышения быстродействия при этом ожидать не стоит. 

Комбинация двух предыдущих способов – RAID Level 0+1 – позволяет соорудить дублируемый массив объединенных в один жестких дисков. Тут уже двумя дисками не обойтись, поэтому такой вариант уже трудно назвать доступным. 

Итак, с теорией разобрались, теперь о том, как дело обстоит на практике. Для создания RAID-массива нужен хост-контроллер, поддерживающий эту технологию. На данный момент входящие в состав чипсета контроллеры RAID не поддерживают. Нужен либо установленный на материнской плате дополнительный чип, либо отдельная карта расширения. Лучше, конечно, первое, так как такой вариант дешевле. Контроллеры на материнской плате не заменяют стандартные, входящие в состав чипсета. Они выступают в роли отдельного устройства со своим BIOS и специальными драйверами, то есть для операционной системы они похожи на SCSI-контроллеры. Пользователь может использовать такой контроллер не только для организации RAID-массива, но и просто для подключения жестких дисков или устройств, работающих по протоколу ATAPI. 

На сегодня две фирмы снабжают практически всех производителей материнских плат чипами с поддержкой RAID. Это Promise Technology и HighPoint Technologies. Как правило, каждый производитель плат выбирает либо Promise, либо HighPoint, и устанавливает их микросхемы на свои самые дорогие модели. 

Если сравнивать контроллеры Promise и HighPoint, то, не принимая во внимание результат Sandra2001 по произвольной записи, получается, что Promise показывает лучшие результаты. Заметьте также, что жесткие диски, подключенные к HighPoint, почему-то немного снижают скорость доступа. В то же время у HighPoint больше возможностей по настройке. 

Итак, каковы преимущества RAID? Возможность повысить сохранность информации (RAID1)? Несомненно. Но скорость от этого не увеличится. Возможность повысить быстродействие? Да, и почти в полтора раза. Но не забывайте, что тем самым вы вдвое снижаете надежность. Нужна ли обычному пользователю, не обремененному заботами о надежности и сверхскорости жестких дисков, материнская плата с дополнительным контроллером? Пригодится. Даже если у вас всего один винчестер, то вполне реально повысить его быстродействие.

Составные RAID массивы

У основных уровней RAID есть свои достоинства и недостатки. И вполне понятно, почему инженеры стали мечтать о таком RAID, который бы объединял достоинства нескольких уровней. Составной RAID массив – это чаще всего сочетание быстрого RAID 0 с надежным RAID 1, 3 или 5. Итоговый массив действительно обладает улучшенными характеристиками, но и платить за это приходится повышением стоимости и сложностью решения. 

Составной RAID строится так: сначала диски разделяются на наборы (set). Затем на основе каждого из наборов строятся простые массивы. А завершается все объединением этих массивов в один мегамассив. Запись типа X+Y означает, что сначала диски объединены в RAID уровня X, а затем несколько RAID X массивов объединены в RAID уровня Y. 

RAID 0+1 (01) и 1+0 (10)

RAID 0+1 часто называют «зеркалом страйпов», а RAID 1+0 – «страйпом зеркал» (нормальное русское «чередование» практически не используется, сменившись американизмом). В обоих случаях используются две технологии – чередование и зеркалирование, но результаты разные. 

RAID 0+1 обладает высокой скоростью работы и повышенной надежностью, поддерживается даже дешевыми RAID контроллерами и является недорогим решением. Но по надежности несколько лучше RAID 1+0. Так, массив из 10 дисков (5 по 2) может остаться работоспособным пи отказе до 5 жестких дисков! 

Основной недостаток этих массивов – низкий процент использования емкости накопителей – всего 50%. Но для домашних систем именно RAID 01 или 10 может оказаться оптимальным решением. 

RAID 0+3 (03) и 3+0 (30)

С этими массивами у производителей наблюдается путаница. Довольно часто вместо 0+3 или 3+0 указывают более привлекательное число 5+3 (53). Не верьте! 

По идее сочетание чередования и RAID 3 дает выигрыш в скорости, но он довольно мал. Зато система заметно усложняется. Наиболее простой уровень 3+0. Из двух массивов RAID 3 строится страйп, и минимальное количество требуемых дисков – 6. Получившийся RAID 3+0 с точки зрения надежности лучше, чем 0+3. 

Достоинства этих комбинаций в довольно высоком проценте использования емкости дисков и высокой скорости чтения данных. Недостатки – высокая цена, сложность системы. 

RAID 0+5 (05) и 5+0 (50)

Что будет, если объединить чередование с распределенной четностью с обыкновенным чередованием? Получится быстрая и надежная система. RAID 0+5 представляет собой набор страйпов, на основе которых построен RAID 5. Такая комбинация используется редко, так как практически не дает выигрыша ни в чем. Широкое распространение получил составной RAID массив 5+0. 

Чаще всего это два массива RAID 5, объединенных в страйп. Такая конфигурация позволяет получить высокую производительность при работе с файлами малого размера. Типичный пример – использование в качестве WEB-сервера. 

RAID 1+5 (15) и 5+1 (51)

Этот уровень построен на сочетании зеркалирования или дуплекса и чередования с распределенной четностью. Основная цель RAID 15 и 51 – значительное повышение надежности. Массив 1+5 продолжает работать при отказе трех накопителей, а 5+1 – даже при потере пяти из восьми жестких дисков! Платить приходится большим количеством неиспользуемой емкости дисков и общим удорожанием системы. 

Чаще всего для построения RAID 5+1 используют два контроллера RAID 5, которые зеркалируют на программном уровне, что позволяет снизить затраты. 

JBOD

А что делать, если нужен просто один логический диск гигантского размера? Без всяких зеркалирований, чередования и четности? Тогда это уже не RAID, а JBOD – Just A Bunch Of Disks. Реализовать этот режим способен простейший контроллер или даже программная реализация контроллера. 

Есть ли у него преимущества, если JBOD не повышает ни быстродействия, ни надежности? Есть. По крайней мере, для работы используется все доступное пространство жестких дисков. И еще: в случае выхода из строя одного из жестких дисков, информация на других не повреждается. 

Сведем основные характеристики наиболее распространенных уровней в таблицы. 

Распространенные single RAID массивы 

Распространенные multi-RAID массивы

Вместо заключения

Сейчас, разобравшись в многообразии уровней RAID, мы можем посмотреть на представленную плату новыми глазами и понять ее основные характеристики. 

Перед нами дорогой RAID контроллер, поддерживающий самые популярные уровни RAID. Он устанавливается в корпус сервера и работает с быстрыми SCSI дисками, максимальное количество которых в массиве – 15.

Источник

Что такое RAID?

В переводе с английского «RAID» (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) означает «избыточный массив независимых дисков». Этот перевод не совсем дословный, но именно содержащийся в нем смысл является правильным.

Впервые термин RAID появился в 1987 году, когда исследователям из Калифорнийского Университета в Беркли удалось создать действующий массив из нескольких жестких дисков.

Первоначальное предназначение RAID – создание на базе нескольких винчестеров диска большого объема с увеличенной скоростью доступа. Но затем к двум основным целям добавилась третья – сохранение данных в случае отказа части оборудования. Именно эти три кита сделали RAID-массивы столь востребованными бизнесом и военными. Впрочем, за объем, скорость и надежность пришлось платить повышением стоимости и сложности систем хранения данных.

Со временем оборудование для построения RAID массивов стало более доступным, особенно с появлением дешевых решений для IDE/ATA и SATA дисков. Теперь уже не только специалисты по СХД, но и обычные пользователи столкнулись с хитростями построения дисковых массивов.

Оказывается, не так просто найти оптимальное решение одновременно по надежности, емкости и цене. Надо быть готовым к тому, что придется купить не один, а несколько жестких дисков, и емкость как минимум одного из них не будет использоваться. Если речь идет о построении более-менее серьезной системы, потребуется отдельный (лучше специальный) корпус с отдельным (а то и двумя) блоком питания, плата контроллера и соответствующее программное обеспечение.

Пять таинственных слов

В основе теории RAID лежат пять основных принципов – пять таинственных слов. Это Массив (Array), Зеркалирование (Mirroring), Дуплекс (Duplexing), Чередование (Striping) и Четность (Parity).

Массивом называют несколько накопителей, которые централизованно настраиваются, форматируются и управляются. Логический массив – это уже более высокий уровень представления, на котором не учитываются физические характеристики системы. Соответственно, логические диски могут по количеству и объему не совпадать с физическими. Но лучше все-таки соблюдать соответствие: физический диск – логический диск. Наконец, для операционной системы вообще весь массив является одним большим диском.

Зеркалирование – технология, позволяющая повысить надежность системы. В RAID массиве с зеркалированием все данные одновременно пишутся не на один, а на два жестких диска. То есть создается «зеркало» данных. При выходе из строя одного из дисков вся информация остается сохраненной на втором.

За такую стопроцентную защиту приходится дорого платить: считайте, что один винчестер у вас работает просто так, не увеличивая доступную емкость ни на Мегабайт. При этом нет никакого выигрыша в производительности.

Дуплекс – развитие идеи зеркалирования. В этом случае так же высок уровень надежности и требуется в два раза больше жестких дисков. Но появляются дополнительные затраты: для повышения надежности в систему устанавливаются два независимых RAID контроллера. Выход из строя одного диска или контроллера не сказывается на работоспособности системы.

Столь дорогое решение используется только во внешних RAID-массивах, предназначенных для ответственных приложений.

Чередование – отличная возможность повысить быстродействие системы. Очевидно, если чтение и запись вести параллельно на нескольких жестких дисках, можно получить выигрыш в скорости. Как это делается? Записываемый файл разбивается на части определенного размера и посылается одновременно на все имеющиеся накопители. В таком фрагментированном виде файл и хранится. Считывается он тоже «по кусочкам».

Размер «кусочка» может быть минимальным – 1 байт, но чаще используют более крупное дробление – по 512 байт (размер сектора).

Четность является альтернативным решением, соединяющим в себе достоинства зеркалирования (высокая надежность) и чередования (высокая скорость работы). Используется тот же принцип, что и в контроле четности оперативной памяти.

Если имеется I блоков данных и на их основе вычисляется еще один дополнительный экстраблок, из получившихся (I+1) блоков всегда можно восстановить информацию даже при повреждении одного из них. Соответственно, для создания нормального RAID-массива в этом случае требуется (I+1) жесткий диск.

Распределение блоков по дискам точно такое же, как при чередовании. Экстраблок может записываться на отдельный накопитель, либо раскидываться по дискам.

Что же хранится в экстраблоке? Обычно каждый бит экстраблока состоит из суммы бит всех I блоков, точнее из результата выполнения логической операции XOR. Многие помнят со школы, что XOR – удивительный оператор, при его повторном наложении мы можем получить первоначальный результат. То есть (A XOR B) XOR B = A. Это правило распространяется на любое количество операндов.

Плюсы четности очевидны. За счет использования чередования повышается скорость работы. При зеркалировании надежность сохраняется, но при этом «нерабочий» объем массива заметно уменьшается, он одинаков при любом количестве дисков и составляет емкость одного диска, то есть при 5 дисках в массиве пропадает всего 20% емкости.

Но у четности есть весомый минус. Для формирования экстраблоков требуются вычисления! Их надо делать на лету, причем с миллионами, миллиардами бит! Если это дело поручить центральному процессору, мы получим очень «тормознутую» систему. Необходимо использовать довольно дорогие платы с RAID-контроллерами, которые «берут все вычисления на себя». В случае выхода из строя одного из дисков, процесс восстановления будет не столь быстрым, как при зеркалировании.

Источник