Описание урoвней RAID

Уровни RAID

Расчёт без RAID – в результатах будет выведен требуемый объем архива без расчета количества дисков.

JBOD (Just a Bunch of Disks) – способ подключения набора независимых дисков к RAID-контроллеру, обеспечивающий такой же доступ к каждому диску, как при подключении к обычному адаптеру.

Особенности:

• не является уровнем RAID, так как при использовании JBOD не происходит улучшения производительности и/или повышения надежности;
• производительность дисковой системы ограничивается скоростью работы одного диска;
• дисковая система не защищена, выход из строя одного из дисков ведет к потере данных всего массива;
• дисковое пространство используется на 100%, так как вся емкость доступных дисков в массиве пригодна для хранения данных.

Возможный сценарий использования: для хранения видеоархива. Несколько физических дисков не объединяются в один большой логический диск, а работают независимо (если заполнен один физический диск, начинается запись на следующий и т.д.). В этом случае выход из строя одного диска не приведет к потере всего видеоархива, так как данные на работоспособных дисках останутся доступными. Но это применимо лишь к небольшим системам из-за ограниченной производительности JBOD.

RAID-0 – дисковый массив повышенной производительности с чередованием без отказоустойчивости.

При использовании RAID-0 информация разбивается на блоки данных фиксированной длины, которые записывается по очереди на каждый диск. Поскольку несколько дисков одновременно считывают/записывают свою порцию данных, это обеспечивает максимальную производительность.

Особенности:

• в RAID-0 отсутствует избыточность данных, поэтому выход из строя одного из дисков ведет к потере данных всего массива;
• дисковое пространство используется на 100%, так как вся емкость доступных дисков в массиве пригодна для хранения данных;
• минимальное количество дисков для построения массива – 2.

Обычно RAID-0 используется для задач, где необходим быстрый доступ к большим объемам временных данных (которые могут быть снова загружены в случае сбоя), таких как кэширование данных, обработка видео/аудио и пр.

RAID-1 – отказоустойчивый дисковый массив с зеркалированием (дублированием) данных.

В RAID-1 у каждого диска есть дубликат, при этом запись информации происходит синхронно на оригинал и дубликат. Поэтому повышение производительности происходит только при чтении, скорость записи ограничивается скоростью работы одного диска.

Особенности:

• высокая степень надежности, при выходе из строя одного из дисков копия его данных остается доступной на диске-дубликате;
• пригодная для хранения данных емкость дискового пространства составляет 50% от емкости доступных дисков в массиве (количество дублирующих дисков равно количеству основных дисков);
• число дисков всегда четное, минимальное количество дисков для построения массива – 2.

Благодаря свой простоте и надежности RAID-1 часто применяется в серверах для объединения двух системных дисков в «зеркало». В применении к хранению видеоархива RAID-1 целесообразно использовать лишь в очень небольших системах, поскольку у этого уровня RAID низкая скорость записи и самая низкая эффективность использования дискового пространства при трех и более дисках.

RAID-10 – отказоустойчивый дисковый массив с чередованием и зеркалированием.

При использовании RAID-10 формируется массив RAID-0 из нескольких массивов RAID-1 (при этом каждый подмассив RAID-1 состоит из двух дисков). Таким образом RAID-10 сочетает в себе одновременно скоростные преимущества RAID-0 и высокую надежность RAID-1 (допускается выход из строя одного диска в каждом подмассиве RAID-1).

Особенности:

• пригодная для хранения данных емкость дискового пространства составляет 50% от емкости доступных дисков в массиве (количество дублирующих дисков равно количеству основных дисков);
• число дисков всегда четное, минимальное количество дисков для построения массива – 4.

Обычно RAID-10 используется для работы с базами данных, где необходимы одновременно высокая производительность и надежность. Для хранения видеоархива применяется редко из-за низкой эффективности использования дискового пространства. Однако в тех случаях, когда производительности и/или надежности других уровней RAID бывает недостаточно, использование RAID-10 для видеоархива может быть оправдано (на практике для построения RAID-10 используют 4 диска, а когда требуется большая емкость выбирают более экономичные RAID-50 или RAID-60, которые быстрее RAID-5 / RAID-6 при сохранении надежности).

RAID-5 – отказоустойчивый дисковый массив с чередованием с одной контрольной суммой.

В RAID-5 применяется технология с чередованием данных, созданная для обеспечения отказоустойчивости, но без дублирования данных как в RAID-1. Блоки данных и контрольные суммы (используется для восстановления недостающих блоков данных в случае потерь) циклически записываются на все диски, что обеспечивает равномерную нагрузку по всем дискам и повышение производительности за счет параллельных операций записи. Дополнительные издержки на запись контрольных сумм объясняют меньшую производительность записи RAID-5 по сравнению с RAID-0/RAID-10, однако она является приемлемой для многих случаев. Скорость чтения RAID-5 находится на высоком уровне. Применение современных RAID-контроллеров с кэшем записи также существенно улучшает производительность RAID-5.

RAID-5 имеет базовый уровень надежности, допускается выход из строя одного диска. При этом запускается длительный процесс восстановления RAID-массива (rebuild), который резко повышает нагрузку на диски, что в свою очередь может спровоцировать выход из строя второго диска и привести к полной потере данных. Несмотря на то, что RAID-5 проигрывает по надежности RAID-1/RAID-10, для многих задач его бывает достаточно.

Главное преимущество RAID-5 состоит в самом эффективном использовании дискового пространства из всех отказоустойчивых RAID-массивов. Пригодная для хранения данных емкость дискового пространства составляет от 67% и выше в зависимости от количества дисков в массиве (для любого количества основных дисков требуется лишь 1 дублирующий диск). Минимальное число дисков для построения массива – 3.

RAID 5 широко применяется в самых разных задачах, в том числе подходит для хранения видеоархива небольших систем.

RAID-6 – отказоустойчивый дисковый массив с чередованием с двумя контрольными суммами.

RAID-6 является развитием уровня RAID-5, блоки данных и контрольные суммы также записываются циклически на все диски, но при этом используется два набора контрольных сумм (в RAID-5 применяется только один набор). За счет этого снижается производительность по сравнению с RAID-5, но зато обеспечивается лучшая отказоустойчивость. Применение современных RAID-контроллеров с кэшем записи сводят разницу в производительности RAID-5 и RAID-6 к минимуму.

Особенности:

• RAID-6 имеет высокий уровень надежности, допускается выход из строя любых двух дисков.
• Пригодная для хранения данных емкость дискового пространства в RAID-6 составляет от 50% и выше в зависимости от количества дисков в массиве (для любого количества «полезных» дисков требуется лишь 2 избыточных диска). Таким образом в RAID-6 эффективность использовании дискового пространства хуже, чем в RAID-5, и лучше, чем в RAID-1/RAID-10, при количестве дисков в массиве более четырех. Минимальное число дисков для построения массива – 4.

RAID-6 широко применяется в системах хранения данных, где не требуется максимальная транзакционная производительность, в частности RAID-6 в большинстве случаев является оптимальным вариантом (по соотношению производительность/надежность) для хранения видеоархива.

Макс. количество дисков в RAID-группе

Для RAID-массивов, характерной особенностью которых является объединение дисков в единое логическое пространство, увеличение количества дисков, с одной стороны, улучшает производительность (за счет распараллеливания операций записи и чтения), а с другой стороны может снижать отказоустойчивость (при плохом сценарии теряются данные всего массива, и чем больше дисков, тем больше данных будет потеряно). К таким массивам относятся RAID-0, RAID-10, RAID-5, RAID-6.

В случае RAID-5 / RAID-6 ситуация также осложняется тем, что рост емкости и числа дисков в массиве ведет к увеличению времени восстановления RAID-массива (ребилда). Процесс восстановления после сбоя одного из дисков всегда сопровождается повышением нагрузки на оставшиеся работоспособные диски, снижением общей производительности и т.д., поэтому слишком долгий период ребилда (который может занимать, к примеру, больше недели) повышает риск выхода из строя еще одного или нескольких дисков, что приведет к полной потере всех данных.

Поэтому если дисков в сервере много, рекомендуется разделение на RAID-группы. Это стандартная функция в RAID-контроллерах, которая позволяет все подключенные диски разделить на группы и каждую группу преобразовать, по сути, в отдельный независимый RAID-массив. В этом случае запуск процесса восстановления RAID-группы и даже ее полное разрушение не повлияют на работоспособность других групп. Каждая RAID-группа при этом будет определяться в операционной системе как отдельный большой диск с объемом равным полезной емкости RAID-группы.

Исходя из оптимального соотношения скорости восстановления / производительности дисковой подсистемы существуют следующие рекомендации для одной RAID-группы:

• RAID-5: максимум 5 дисков в одной RAID-группе
• RAID-6: максимум 15 дисков в одной RAID-группе

Количество дисков в RAID-группе указывается с учетом избыточных дисков, предусмотренных для отказоустойчивости. То есть, если указано 15 дисков для RAID-6, это означает, что 13 дисков доступны для хранения данных и 2 диска для обеспечения RAID-6.

Поскольку каждая RAID-группа является по существу отдельным RAID-массивом, для нее характерны все ограничения и особенности соответствующего уровня RAID (минимальное количество дисков, производительность, степень отказоустойчивости и пр.).

Количество hotspare-дисков на сервер

Современные RAID-контроллеры оснащены функцией «горячего» резервирования, которая обеспечивает автоматическое безостановочное обслуживание RAID-массива в случае обнаружения неисправностей. Для этого используется так называемый hotspare-диск (диск «горячего» резерва), который при нормальной работе массива находится в режиме ожидания, а в случае выхода из строя одного из дисков автоматически заменит неисправный диск и данные будут восстановлены. После чего неисправный диск можно заменить на новый, и уже его сделать резервным.

Функция «горячего» резервирования особенно полезна в больших ответственных системах или когда оперативный доступ к серверу затруднен, так как при выходе из строя хотя бы одного из дисков резко падает уровень отказоустойчивости массива, и следует срочно принимать меры для восстановления массива.

Если в сервере используется более 16 дисков, рекомендуется добавлять не менее 1 hotspare-диска. Если дисков более 34 – не менее 2 hotspare-дисков.

Hotspare-диск не входит в RAID-группу, поэтому он может быть назначен глобально на все RAID-группы в сервере.