RAID как обязательный атрибут сервера

Сегодня производители жёстких дисков ведут очень жёсткую конкурентную борьбу между собой. В этой борьбе они вынуждены увеличивать объёмы своих винчестеров, выпуская всё большие и большие по объёмам диски. К сожалению, в противовес объёму носителей зачастую ставится их надёжность. Большинство производителей HDD уже снизили сроки гарантии на свои винчестеры до одного года, а это означает, что надёжность дисков падает. И теперь ситуация выглядит таким образом, что пользователь может хранить на винчестере большие объёмы информации, но не может быть за неё спокоен, ведь снижение сроков гарантии происходит не просто так - новые запатентованные технологии, применяемые в винчестерах, зачастую приводят к снижению надёжности диска. Так как выбор среди различных марок винчестеров небольшой, то пользователю зачастую не остаётся ничего, как покупать эти самые новые, большие винчестеры, даже если окажется, что они проработают не больше чем полгода. Резервное копирование данных не всегда может помочь, так как сохранить сотни гигабайт сегодня могут, разве что, ленточные накопители, являющиеся почти что экзотикой. Выход есть - RAID массивы, которые не только увеличивают производительность дисковой подсистемы компьютера, но и повышают её надёжность.

Конечно же, SCSI диски по сравнению с IDE дисками имеют намного большую производительность и надёжность, но даже сегодня SCSI устройства остаются слишком дорогими не только для обычных пользователей, но и для компаний, желающих собрать недорогие серверы. К сожалению, стоимость одного мегабайта SCSI винчестеров несравнимо выше стоимости мегабайта IDE HDD. Про диски с Serial ATA говорить ещё рано: на сегодняшний день этот стандарт ещё очень слабо распространён - материнские платы только обзаводятся встроенными контроллерами Serial ATA, а винчестеры с поддержкой этого стандарта отличаются от IDE-винчестеров, разве что электроникой, так что говорить о каком-либо увеличении надёжности так же не приходится.

Поэтому, де-факто, сегодня RAID массивы на IDE винчестерах являются отличным выбором для тех, кому нужна большая производительность, чем та, которую готов дать обычный винчестер и большая надёжность. На рынке присутствуют десятки моделей IDE винчестеров, все они могут использоваться в RAID массивах, да и с контроллерами недостатка в ассортименте нет: многие материнские платы среднего уровня и почти все материнские платы для компьютерных энтузиастов имеют встроенные ATA-133 RAID контроллеры, и в случае необходимости можно приобрести отдельную плату-контроллер от известных производителей и использовать её для создания RAID массива.

В этой статье мы рассмотрим преимущества, которые представляют нам RAID массивы и сравним четыре IDE RAID контроллера от таких производителей, как 3ware, Adaptec, HighPoint и Promise.

Ликбез по RAID

Прежде всего, что же такое RAID? Эта ставшая уже нарицательным аббревиатура, расшифровывается как Redundat Array of Inexpensive Disks или как Redundant Array of Independent Disks (Избыточный Массив Недорогих Дисков или Избыточный Массив Независимых Дисков). Как расшифровывать это сокращение - выбирать вам, поскольку пользователь может построить RAID-массив как из недорогих винчестеров с частотой вращения шпинделя 5400 оборотов в минуту, так и из дорогих высокопроизводительных SCSI дисков с частотой вращения шпинделя 15 000 оборотов в минуту. В RAID массив объединяются несколько физических дисков, в результате чего эти диски управляются одним контроллером и рассматриваются системой как один массив, то есть, как один диск. В результате увеличивается либо производительность массива, либо надёжность по сравнению с одним диском, либо и то и другое. При объединении винчестеров в RAID массив, возможны различные конфигурации построения массива, в зависимости от того, по каким принципам контроллер будет работать с каждым винчестером. Различают несколько уровней RAID массивов:

RAID 1 - Предназначен для тех, кому крайне важна информация на жёстком диске, а динамическое её изменение делает невозможным постоянное резервное копирование. RAID первого уровня, использует зеркалирование, то есть, контроллер дублирует содержимое одного винчестера на другой, чтобы в случае выхода из строя одного из носителей, на втором осталась точная копия содержимого первого, то есть, такой вот бэкап, который создаётся в реальном времени. К сожалению, RAID 1 не может защитить от поражения информации вирусами, или другой потери информации по вине операционной системы или программного обеспечения. RAID 1 увеличивает ресурс дисковой подсистемы, её время наработки на отказ. Едва ли два винчестера выйдут из строя одновременно (если им не помочь), а если сломается один из них, то его стоит просто заменить на новый и RAID контроллер восстановит функционирование массива.

RAID 1

При установке двух винчестеров в RAID 1, операционная система видит лишь один логический диск, так как данные на двух винчестерах дублируются. И ёмкость RAID массива первого уровня будет равна ёмкости одного из винчестеров в составе массива.

RAID 0 - Можно сказать, что RAID 0 является противоположностью RAID 1. В случае установки винчестеров в RAID массив нулевого уровня, контроллер так же использует несколько физических дисков как один логический, распределяя записываемую информацию по каждому из них. RAID 0 так же принято называть "Stripping", потому что контроллер как бы разбрасывает записываемую информацию сразу на несколько винчестеров, но не дублирует её, как в случае с зеркалированием. В результате объём дисковой подсистемы возрастает вместе с риском потери информации, так как выход из строя одного любого винчестера а RAID массиве нулевого уровня приводит к потере данных всего массива. То есть, RAID 0 массив из двух винчестеров будет в два раза ненадёжнее, чем любой из этих винчестеров и в четыре раза ненадёжнее чем RAID 1 массив из тех же двух винчестеров.

RAID 0

Но преимущества RAID 0 в том, что объём дискового массива нулевого уровня будет складываться из объёмов всех винчестеров, входящих в массив. Это немаловажно, если вы работаете с огромными файлами (базы данных или видеофайлы), которые просто не могут уместиться на одном физическом диске, но отлично разместятся на одном логическом, собранном RAID-контроллером из двух.

RAID 10/0+1 - RAID массив 10 уровня и RAID 0+1 схожи в том, что использование этих массивов приводит к увеличению производительности и надёжности, так как эти массивы комбинируют в себе возможности RAID 0 и RAID 1, хотя делают это по разному. RAID 10 распределяет информацию по зеркалированным дискам, а RAID 0+1 является массивом, состоящим как бы из из двух зеркалированных друг относительно друга RAID 0 массивов. В случае RAID 10 мы имеем дело с распределением по зеркалам, а в случае с RAID 0+1 - с зеркалированием распределённой информации. Хм... это не одно и то же...

RAID 10

В случае с RAID 0+1 и RAID 10 объём массива будет равняться половине суммы объёмов всех входящих в массив носителей. Каждый из винчестеров будет иметь свою "зеркальную пару", на которой будет храниться та же информация, что и на нём, так что логически работа будет производиться только с половиной винчестеров, хотя физически будут использоваться все.

RAID 0+1

Ну а что же по надёжности? В случае выхода из строя одного винчестера в RAID 0+1 массиве состоящем из четырёх винчестеров, будут потеряны сразу два винчестера и в работе останется лишь половина RAID 0+1, то есть, RAID 0 массив, распределённый по двум дискам, а он, как известно, имеет в два раза меньшую надёжность, чем один винчестер. Так что лучше поскорее заменить вышедший из строя диск. В этом плане RAID 10 намного надёжнее, так как позволяет выходить из строя нескольким дискам в разных зеркалах. Правда, если в RAID 10 выйдут из строя два винчестера, являющиеся зеркалами друг друга, то массив перестанет функционировать.

RAID 5 - Этот тип массива распределяет информацию по нескольким винчестерам, как и в RAID 0, но при этом учитывает чётность. Индекс чётности хранится на каждом диске, входящем в массив. Проверка чётности немного снижает производительность RAID 5 массива в целом, но значительно увеличивает надёжность по сравнению с другими уровнями RAID. Если в массиве пятого уровня один из дисков выходит из строя, контроллер восстанавливает массив, используя индексы чётности, читаемые с других физических дисков.

RAID 5

Объём массива RAID пятого уровня зависит от числа физических дисков, объединённых в логические. Объём индекса чётности в RAID 5 равен объёму одного из физических дисков. Чем больше винчестеров в массиве, тем меньше будет процентное соотношение объёма индексных файлов по отношению к объёму всего массива. При использовании четырёх винчестеров, объединённых в RAID 5, объём массива будет равен сумме объёмов трёх из них, так как на каждом из винчестеров 25% будет занято индексом чётности.

Таким образом, мы видим, что RAID 0 даёт пользователю наибольшую производительность, за которую приходится платить наименьшей надёжностью массива, даже меньшей, чем надёжность одного диска. И чем больше винчестеров будет объединено в массив, тем меньше будет его надёжность. RAID 1 наоборот увеличивает надёжность, но не даёт прироста в производительности и объём массива будет в два раза ниже, чем суммарный объём всех винчестеров, входящих в его состав. RAID 10 и RAID 0+1 так же позволяют использовать лишь половину объёма всех винчестеров, но повышают при этом производительность и надёжность дисковой подсистемы. RAID 5 является как бы универсальным способом по надёжности и использованию объёма входящих в состав винчестеров, но использование этого способа снижает производительность дисковой подсистемы.

Какой уровень RAID выбрать, зависит лишь от степеней задач, решаемых сервером и той суммы, которую вы готовы заплатить за сервер в целом. Для обеспечения большей надёжности требуется большее число винчестеров и более мощный RAID контроллер, а это приводит к использованию больших по размерам серверных корпусов с более мощными блоками питания. Однако, затраты на всё это оборудование могут показаться ничтожными по сравнению с убытками, понесёнными в результате выхода из строя одного из винчестеров, что приведёт к потере всего массива. Вот почему сегодня RAID-массивы являются непременным атрибутом всех серверов, всех рабочих станций и уже значительной части домашних компьютеров.