Подробное знакомство с RAID-массивами

Уровни RAID

Кто додумался назвать различные модификации уровнями? По идее, именно исследователи из Беркли в 1988 году придумали такую классификацию, совершенно не думая о том, что у нормальных людей уровни четко связаны с иерархией.

В RAID уровнях нет преемственности. RAID 3 не есть улучшенная модификация RAID 4, так же как RAID 5 не лучше RAID 1. Они разные.

Сразу оговоримся, что есть простые (single) и составные (multiple) RAID массивы. Составные являются сочетанием двух простых, так что начнем с основных 8 уровней.

RAID 0

Простейший массив, использующий чередование без четности. Вся входящая информация разбивается на блоки фиксированной длины (например, 16 кбайт) и раскидывается на все имеющиеся диски.

На рисунке приведен пример, как в RAID 0 массиве на 4 дисках хранятся данные разного размера. Размер блока – 16 кбайт. Красный – файл размером 4 кбайт, синий – 20 кбайт, зеленый – 100 кбайт, пурпурный – 500 кбайт.

При наличии двух-четырех дисков RAID 0 дает ощутимый выигрыш в скорости передачи данных, но совершенно не обеспечивает надежность. Для его построения подойдет любой дешевый и даже программный RAID-контроллер. Подходит для тех, кому нужно выжать максимум производительности от файловой системы при минимальных затратах.

RAID 1

Этот уровень является обычным зеркалированием. На два жестких диска пишутся две одинаковые копии данных. При этом можно использовать дешевый RAID контроллер или даже его программную реализацию.

RAID 1 позволяет надежно защитить данные и обеспечить работу системы даже при поломке одного из дисков. Вот почему он получил широкое распространение среди пользователей, желающих защитить от потери личные данные. Выигрыша в скорости при использовании RAID 1 нет.

RAID 2

Второй уровень RAID умер, так и не родившись. Все те же умельцы из Беркли предложили использовать одновременно две технологии – побитовое чередование и код Хамминга для восстановления ошибок. В теории это должен быть неплохой по надежности и рабочей емкости массив, построенный из 14 или 39 дисков (!). Часть дисков (10 или 32) используется для хранения данных с чередованием, остальные – для хранения высчитанных контрольных сумм. Реализация таких систем требовала специальных дорогостоящих контроллеров, которые так и не прижились на рынке. В итоге RAID 2 сейчас не используется. Но идея красивая.

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.

RAID 5

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.