RAID-массивы. Что это такое и зачем они нужны?
Жесткий диск – одна из необходимых для работы компьютера частей. И, как любая из запчастей, жесткий диск не застрахован от сбоев, а быстродействие его может оставлять желать лучшего. Снижение быстродействия жесткого диска может пагубно сказаться на быстродействии всей системы в общем, а даже незначительные сбои могут стать причиной безвозвратного уничтожения данных.
В стремлении повысить надежность работы и скорость чтения/записи, были созданы RAID-массивы. Аббревиатура RAID расшифровывается, как «избыточный массив независимых дисков». Данная технология позволила использовать несколько независимых жестких дисков, соединенных скоростными магистралями и управляемых специальным контроллером, совместная работа которых значительно увеличила устойчивость к ошибкам и/или быстродействие всей системы, при том, что снаружи этот массив выглядит одним цельным устройством. Сфера применения не ограничивается промышленными серверами, где скорость и надёжность играет огромную роль: рейд-массив также органично впишется в архитектуру обычного настольного компьютера.
В современных компьютерах возможность создания RAID-массивов стала реальной благодаря встраиванию во многие модели материнских плат специальных контроллеров. Также рейд-массив можно составить, как отдельное устройство, но заострять на этом внимание мы не будем.
Существует несколько типов конфигурации (уровней) рейд-массивов, в зависимости от выбора которого будет достигнут разный эффект. Также в различных конфигурациях будет отличаться количество используемых дисков и принцип их взаимодействия. Вариантов уровней на сегодняшний день не мало, но, чтобы понять принцип работы рейд-массивов, рассмотрим несколько распространенных конфигураций.
Типы конфигураций (уровней) рейд-массивов
RAID-0 (striping), он же массив нулевого уровня или «нулевой массив». Данный уровень на порядок повышает скорость работы с дисками, но не обеспечивает дополнительной отказоустойчивости. На самом деле, эта конфигурация является рейд-массивом сугубо формально, ведь при такой конфигурации отсутствует избыточность. Запись в такой связке происходит блоками, поочерёдно записываемыми на разные диски массива. Главным минусом здесь является ненадёжность хранения данных: при выходе из строя одного из дисков массива, вся информация уничтожается. Почему так получается? А получается это потому, что каждый файл может быть записан блоками сразу на несколько винчестеров, и при неисправности любого из них нарушается целостность файла, а, следовательно, восстановить его не является возможным. Если вы цените быстродействие и регулярно делаете бэкапы, то этот уровень массива можно применять на домашнем ПК, что даст ощутимый прирост в производительности.
RAID-1 (mirroring) – «зеркальный режим». Можно назвать этот уровень RAID-массивов уровнем для параноиков: этот режим почти не даёт никакого прироста к производительности системы, но абсолютно защищает ваши данные от повреждения. Даже выведя из строя один из дисков, точная копия утраченного будет храниться на другом диске. Этот режим, как и первый, также можно реализовать на домашнем ПК людям, чрезвычайно дорожащим данными на их дисках.
RAID-5. Так называемый отказоустойчивый массив независимых дисков с распределённым хранением контрольных сумм. Это значит, что на массиве из n дисков, n-1 диск будет отведён под непосредственное хранение данных, а последний будет хранить контрольную сумму итерации n-1 страйпа. Чтобы объяснить наглядней, представим, что нам требуется записать некоторый файл. Он поделится на порции одинаковой длины и поочередно начнет циклично записываться на все n-1 дисков. На последний диск будет записываться контрольная сумма байтов порций данных каждой итерации, где контрольная сумма будет реализована поразрядной операцией XOR.
Стоит сразу предупредить, что при выходе из строя любого из дисков, он весь перейдёт в аварийный режим, что существенно снизит быстродействие, т.к. для сборки файла воедино будут производиться лишние манипуляции для восстановления его «пропавших» частей. При выходе из строя одновременно двух и более дисков, информацию, хранимую на них, невозможно будет восстановить. В целом, реализация рейд-массива пятого уровня обеспечивает достаточно высокую скорость доступа, параллельный доступ к различным файлам и хорошую отказоустойчивость.
Помимо простых уровней рейд-массивов, существуют так называемые комбинированные уровни, сочетающие в себе сильные стороны разных настроек RAID.
Одним из простых примеров такого симбиоза является RAID-10, совмещающий в себе RAID-1 и RAID-0. Этот уровень совмещает в себе зеркальность и поочерёдный доступ к дискам, повышая одновременно и производительность, и надежность хранения данных. Единственным замечанием будет то, что для полноценной работы этого режима требуется от 4 жестких дисков.
Мы рассмотрели лишь 4 конфигурации рейд-массивов, чего вполне достаточно, чтобы понять принципы их работы и очевидные плюсы использования.
