Čo je podpora nájazdu. Ako vytvoriť pole RAID a prečo je to potrebné. Budovanie poľa diskov - od teórie po prax

Ak chcete zdvojnásobiť výkon vášho operačného systému, potom je náš článok určený práve vám!

Bez ohľadu na to, aký výkonný je váš počítač, stále má jeden slabý článok, je to pevný disk, jediné zariadenie v systémovej jednotke, ktoré má vo vnútri mechaniku. Všetok výkon vášho procesora a 16 GB Náhodný vstup do pamäťe bude anulovaný zastaraným princípom fungovania bežného HDD. Nie nadarmo je počítač prirovnávaný k fľaši a pevný disk ku krku. Bez ohľadu na to, koľko vody je vo fľaši, vyleje cez úzke hrdlo.

Existujú dva známe spôsoby, ako zrýchliť počítač, prvým je kúpa drahého disku SSD a druhým, ako čo najlepšie využiť základnú dosku, a to nastavenie poľa RAID 0 dvoch pevných diskov. Mimochodom, kto nám bráni v tvorbe Pole RAID 0 dvoch SSD!

Ako nastaviť pole RAID 0 a nainštalovať naň Windows 10. Alebo ako zdvojnásobiť rýchlosť diskového systému

Ako ste uhádli, dnešný článok je o vytváraní a konfigurácii diskového poľa RAID 0 pozostávajúci z dvoch pevných diskov. Vymyslel som to pred niekoľkými rokmi a špeciálne som si kúpil dva nové pevné disky SATA III (6 Gb / s) 250 GB, ale kvôli zložitosti tejto témy pre začínajúcich používateľov som to musel odložiť. Dnes, keď sú možnosti modernej základné dosky priblížila k takej úrovni funkčnosti, že aj začiatočník dokáže vytvoriť pole RAID 0, vraciam sa k tejto téme s veľkým potešením.

Poznámka: Ak chcete vytvoriť pole RAID 0, môžete si vziať disky ľubovoľnej veľkosti, napríklad 1 TB. V článku sú pre jednoduchý príklad zachytené dva 250 GB disky, pretože po ruke neboli žiadne voľné disky iného objemu.

Pre všetkých počítačových nadšencov je dôležité vedieť, že RAID 0 ("pruhovanie" alebo "pruhovanie") je diskové pole dvoch alebo viacerých pevných diskov bez redundancie. Túto frázu môžete preložiť do bežnej ruštiny takto: pri inštalácii systémová jednotka dvoch alebo viacerých pevných diskov (najlepšie rovnakej veľkosti a rovnakého výrobcu) a ich spojením do diskového poľa RAID 0 sa na tieto disky súčasne zapisujú / čítajú informácie, čím sa výkon diskových operácií zdvojnásobí. Jedinou podmienkou je, že vaša základná doska musí podporovať technológiu RAID 0 (v súčasnosti takmer všetky základné dosky podporujú vytváranie polí raid).

Pozorný čitateľ sa môže opýtať: „Čo je absencia nadbytočnosti?

Odpoveď. Technológia virtualizácie dát RAID bola vyvinutá predovšetkým pre bezpečnosť dát a začína tým, že poskytuje dvojnásobnú spoľahlivosť (údaje sa zapisujú na dva pevné disky paralelne a ak jeden pevný disk zlyhá, všetky informácie zostanú v bezpečí na druhom HDD). Technológia RAID 0 teda nezapisuje dáta paralelne na dva pevné disky, RAID 0 pri zápise rozdeľuje informácie na dátové bloky a zapisuje ich na niekoľko pevných diskov súčasne, vďaka tomu sa výkon diskových operácií zdvojnásobí, ale ak zlyhá akýkoľvek pevný disk, všetky informácie uložte druhý HDD je stratené.

To je dôvod, prečo tvorcovia virtualizačnej technológie RAID - Randy Katz a David Patterson, nepovažovali RAID 0 za žiadnu úroveň RAID a nazvali ho "0", pretože nie je bezpečný kvôli nedostatku redundancie.

Priatelia, ale musíte uznať, že pevné disky sa nepokazia každý deň a po druhé, s dvoma pevnými diskami kombinovanými v poli RAID 0 môžete pracovať ako jednoduchý pevný disk, to znamená, že ak pravidelne vytvárate operačný systém, potom poistíte sa od možné problémy o 100 %.

Takže pred vytvorením poľa RAID 0 navrhujem nainštalovať jeden z našich dvoch nových pevných diskovSATA III (6 Gb / s) k systémovej jednotke a pomocou nástrojov skontrolujte rýchlosť čítania a zápisuCrystalDiskMark a ATTO Disk Benchmark. Už po stvoreníSkontrolujeme pole RAID 0 a znova naň nainštalujeme Windows 10rýchlosť čítania záznamu s rovnakými utilitami a uvidíte, či naozaj túto technológiu zvýšiť rýchlosť nášho operačného systému.

Pre experiment si vezmeme ďaleko od čerstvej matky doska ASUS P8Z77-V PRO postavený na Čipová súprava Intel Z77 Express. Výhody základných dosiek postavených na čipsetoch Intel Z77, Z87 a novších H87, B87 sú pokročilé technológie Intel Rapid Storage Technology (RST), ktorá je špeciálne navrhnutá pre polia RAID 0 aj z SSD diskov.

K vysokorýchlostnému portu pripojíme pevný disk SATA III WDC WD2500AAKX 250 GB na základnej doske a zapnite počítač.

Naše programy.

Pri pohľade do budúcnosti poviem, že výsledky testov sú celkom normálne pre obyčajný HDD s najmodernejším rozhraním. SATA III.

CrystalDiskMark

Je najstarší program na otestovanie výkonu pevných diskov si môžete stiahnuť na mojom cloud-ové úložisko, odkaz https://cloud.mail.ru/public/6kHF/edWWJwfxa

Program vykoná test náhodného a sekvenčného čítania / zápisu na pevný disk v blokoch 512 a 4 kb.

Vyberte požadovaný disk, napríklad náš HDD so sebou pod písmenom C: a kliknite na položku Všetko.

Konečný výsledok. Maximálna rýchlosť zápisu informácií na pevný disk dosiahla 104 Mb / s, rýchlosť čítania - 125 Mb / s.

Benchmark disku ATTO

Konečný výsledok. Dosiahnutá maximálna rýchlosť zápisu informácií na pevný disk 119 Mb / s, rýchlosť čítania - 121 Mb / s.

Teraz v systéme BIOS nastavíme pole RAID 0 a nainštalujeme naň operačný systém Windows 10.

Nastavenie poľa RAID 0

K našej základnej doske pripojíme dva objemovo rovnaké (250 GB) napevno SATA disk III: WDC WD2500AAKX-00ERMA0 a WDC WD2500AAKX-001CA0.

Naša základná doska má 4 porty SATA III (6 Gb/s), použijeme č.5 a č.6

Zapneme počítač a vstúpime do systému BIOS stlačením klávesu DEL pri zavádzaní.

Prejdite na kartu Rozšírené, možnosť Konfigurácia SATA.

Nastavte výber režimu SATA na RAID

Ak chcete uložiť zmeny, stlačte F10 a vyberte Áno. Prebieha reštart.

Ak ste povolili technológiu RAID v systéme BIOS, pri ďalšom spustení sa na obrazovke monitora zobrazí výzva na stlačenie klávesovej skratky ( CTRL-I), aby ste vstúpili do ovládacieho panela konfigurácie RAID.

Toto okno zobrazuje aj naše WDC pevné disky pripojené k portom 4 a 5, ktoré ešte nie sú v poli RAID (Non-RAID Disk). Stlačte CTRL-I a prejdite na panel nastavení.

V úvodnom okne panela potrebujeme prvú záložku Create a RAID Volume (Create a RAID volume), pre vstup do nej stlačte Enter.

Tu vykonáme základné nastavenia nášho budúceho poľa RAID 0.

Názov: (názov RAID).

Stlačte medzerník a zadajte názov.

Nech je to "RAID 0 new" a stlačte Enter. Prejdite nadol pomocou klávesu Tab.

Úroveň RAID: (úroveň RAID).

Vytvárame RAID 0 (pruh) - diskové pole dvoch pevných diskov bez redundancie. Vyberte túto úroveň pomocou šípok na klávesnici a stlačte kláves Enter.

Prejdite nadol pomocou klávesu Tab.

Veľkosť pásika:

Necháme to tak.

Kapacita: (objem)

Zobrazuje sa automaticky. Objem našich dvoch pevných diskov je 500 GB, keďže používame úroveň RAID 0 (pruh) a naše dva pevné disky fungujú ako jeden. F meme Enter.

Nič iné nemeníme a prejdeme na poslednú položku Create Volume a stlačíme Enter.

Zobrazí sa varovanie:

UPOZORNENIE: VŠETKY ÚDAJE NA VYBRANÝCH DISKOCH SA STRATÍ.

Naozaj chcete vytvoriť tento zväzok? (Á/N):

VAROVANIE: VŠETKY ÚDAJE na vybratých jednotkách sa stratia.

Naozaj chcete vytvoriť tento zväzok? (Á/N):

Stlačte Y (Áno) na klávesnici.

Pole RAID 0 bolo vytvorené a už funguje a je v normálnom stave. Ak chcete ukončiť panel nastavení, stlačte kláves Esc na klávesnici.

Naozaj chcete skončiť (Naozaj chcete skončiť? Stlačte Y (Áno). Dojde k reštartu.

Teraz sa pri každom spustení počítača na obrazovke monitora na niekoľko sekúnd objavia informácie o stave nášho poľa RAID 0 a výzva na stlačenie kombinácie kláves (CTRL-I) pre vstup do ovládacieho panela konfigurácie RAID.

Inštalácia systému Windows 10 na pole RAID 0

Pripojíme sa k našej systémovej jednotke, reštartujeme počítač, vstúpime do systému BIOS a zmeníme prioritu zavádzania na USB flash disk. Alebo môžete jednoducho vstúpiť do ponuky zavádzania počítača a zvoliť spustenie z inštalačnej jednotky flash systému Windows 10 (v našom prípade Kingston). V ponuke zavádzania môžete vidieť pole RAID 0, ktoré sme vytvorili, s názvom „RAID 0 new“.

Inštalácia.

Vlastné: Iba Inštalácia systému Windows(pre pokročilých používateľov)

V tomto okne môžete vytvoriť oddiely alebo to urobiť po inštalácii operačného systému, na tom nezáleží.

Windows 10 je nainštalovaný na poli RAID 0.

Poďme na Správa diskov. operačná sála systém Windows 10 zobrazuje priestor našich dvoch pevných diskov 250 GB každý ako jeden 500 GB pevný disk.

Správca zariadení. Diskové zariadenia obsahujú naše pole RAID 0.

A teraz, čo je najdôležitejšie, testujeme rýchlosť poľa RAID 0.

CrystalDiskMark

Maximálna rýchlosť zápisu informácií na pevný disk dosiahla 186 Mb / s, rýchlosť čítania - 248 Mb / s.

V ďalšom článku si vytvoríme RAID 0 zo solid state SSD disky a výrazne prekonávajú priepustnosť najnovšieho a najrýchlejšieho rozhrania SATA 6 Gb/s.

RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10 alebo aké sú úrovne RAID?

Návštevníci fóra nám kladú otázku: "Aká je najspoľahlivejšia úroveň RAID?" Každý vie, že najbežnejšou úrovňou je RAID5, ale v žiadnom prípade nie je zbavená vážnych nedostatkov, ktoré nie sú zrejmé pre laikov.

RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10 alebo aké sú úrovne RAID?
Vo svojom článku sa pokúsim charakterizovať najobľúbenejšie úrovne RAID a následne sformulovať odporúčania na používanie týchto úrovní. Na ilustráciu tohto článku som zostavil graf, ktorý umiestňuje tieto úrovne do trojrozmerného priestoru spoľahlivosti, výkonu a nákladovej efektívnosti.
JBOD (Just a Bunch of Disks) je jednoduché spojenie (preklenutie) pevné disky, čo formálne nie je úrovňou RAID. Zväzok JBOD môže byť pole jedného disku alebo kombinácia viacerých diskov. Radič RAID nemusí vykonávať žiadne výpočty, aby mohol pracovať s takýmto zväzkom. V našom diagrame slúži JBOD ako „obyčajný“ alebo východiskový bod – jeho spoľahlivosť, výkon a nákladové hodnoty sú rovnaké ako hodnoty jedného disku. pevný disk.

RAID 0 („pruhovanie“) nemá žiadnu redundanciu a distribuuje informácie naraz na všetky disky v poli vo forme malých blokov („pruhy“). To výrazne zlepšuje výkon, ale trpí spoľahlivosťou. Rovnako ako v prípade JBOD, za naše peniaze dostaneme 100 % kapacity disku.

Dovoľte mi vysvetliť, prečo sa spoľahlivosť ukladania údajov na akomkoľvek zloženom zväzku znižuje - pretože ak zlyhá ktorýkoľvek z pevných diskov, ktoré sú v ňom zahrnuté, všetky informácie sú úplne a nenávratne stratené. V súlade s teóriou pravdepodobnosti sa matematicky spoľahlivosť zväzku RAID0 rovná súčinu spoľahlivosti jeho základných diskov, z ktorých každý je menší ako jeden, takže celková spoľahlivosť je samozrejme nižšia ako spoľahlivosť akéhokoľvek disku. .

Dobrá úroveň je RAID 1 („Mirroring“, „mirror“). Má ochranu proti zlyhaniu polovice dostupného hardvéru (vo všeobecnom prípade jedného z dvoch pevných diskov), poskytuje prijateľnú rýchlosť zápisu a zvýšenie rýchlosti čítania vďaka paralelizácii dotazov. Nevýhodou je, že musíte zaplatiť cenu dvoch pevných diskov, čím získate využiteľnú kapacitu jedného pevného disku.

Spočiatku sa predpokladá, že HDD- spoľahlivá vec. Podľa toho sa pravdepodobnosť zlyhania dvoch diskov naraz rovná (podľa vzorca) súčinu pravdepodobností, t.j. rádovo nižšie! Bohužiaľ, skutočný život nie je teória! Dva pevné disky sa odoberajú z rovnakej dávky a pracujú za rovnakých podmienok, a ak jeden z diskov zlyhá, zaťaženie zostávajúceho z nich sa zvýši, preto v praxi, ak jeden z diskov zlyhá, mali by sa prijať naliehavé opatrenia - znovu obnoviť redundanciu. Aby ste to dosiahli, pri akejkoľvek úrovni RAID (okrem nuly) sa odporúča použiť HotSpare rezervné disky. Výhodou tohto prístupu je zachovanie konštantnej spoľahlivosti. Nevýhodou sú ešte väčšie náklady (teda náklady na 3 pevné disky na uloženie objemu jedného disku).

Zrkadlenie viacerých diskov je úroveň RAID 10. Pri tejto úrovni sú zrkadlené páry diskov zreťazené, takže výsledný zväzok môže byť väčší ako kapacita jedného pevného disku. Výhody a nevýhody sú rovnaké ako pri úrovni RAID1. Rovnako ako v iných prípadoch sa odporúča zahrnúť horúce náhradné diely HotSpare do poľa v pomere jedného náhradného dielu pre piatich pracovníkov.

RAID 5 je skutočne najobľúbenejší z úrovní - predovšetkým kvôli jeho nákladovej efektívnosti. Obetovaním kapacity iba jedného disku z poľa v záujme redundancie získame ochranu pred zlyhaním ktoréhokoľvek pevného disku zväzku. Ďalšie zdroje sa vynakladajú na zápis informácií do zväzku RAID5, pretože sú potrebné ďalšie výpočty, ale pri čítaní (v porovnaní so samostatným pevným diskom) dochádza k zisku, pretože dátové toky z niekoľkých diskových polí sú paralelizované.

Nevýhody RAID5 sa objavia, keď jeden z diskov zlyhá - celý zväzok prejde do kritického režimu, všetky operácie zápisu a čítania sú sprevádzané ďalšími manipuláciami, výkon prudko klesá, disky sa začínajú zahrievať. Ak nepodniknete naliehavé opatrenia, môžete stratiť celý zväzok. Preto (pozri vyššie) sa musí disk Hot Spare použiť so zväzkom RAID5.

Okrem toho základné úrovne RAID0 - RAID5, popísané v štandarde, sú kombinované úrovne RAID10, RAID30, RAID50, RAID15, ktoré si rôzni výrobcovia interpretujú po svojom.

Podstata takýchto kombinácií je v skratke nasledovná. RAID10 je kombináciou jednotky a nuly (pozri vyššie). RAID50 je zoskupenie "0" zväzkov 5. úrovne. RAID15 je „zrkadlom“ „päťky“. A tak ďalej.

Kombinované úrovne teda zdedia výhody (a nevýhody) svojich „rodičov“. Takže vzhľad „nuly“ v úrovni RAID 50 nepridáva na spoľahlivosti, ale má pozitívny vplyv na výkon. RAID 15 je pravdepodobne veľmi spoľahlivý, ale nie je najrýchlejší a navyše mimoriadne plytvá (využiteľná kapacita zväzku je menšia ako polovica veľkosti pôvodného diskového poľa).

RAID 6 sa líši od RAID 5 tým, že každý dátový riadok (v angličtine stripe) má nie jeden, ale dva bloky kontrolné súčty. Kontrolné súčty sú „viacrozmerné“, t.j. navzájom nezávislé, takže aj porucha dvoch diskov v poli umožňuje uložiť pôvodné dáta. Výpočet kontrolného súčtu Reed-Solomon vyžaduje v porovnaní s RAID5 intenzívnejšie výpočty, preto sa šiesta úroveň predtým prakticky nepoužívala. Teraz je podporovaný mnohými produktmi, pretože začali inštalovať špecializované mikroobvody, ktoré vykonávajú všetky potrebné matematické operácie.

Podľa niektorých štúdií končí obnova po zlyhaní jedného disku na zväzku RAID5 zloženom z veľkých SATA diskov (400 a 500 gigabajtov) v 5 % prípadov stratou dát. Inými slovami, v jednom prípade z dvadsiatich môže počas regenerácie poľa RAID5 na disk Hot Spare zlyhať druhý disk... Preto odporúčania najlepších ovládačov RAID: 1) vždy zálohy; 2) použite RAID6!

Nedávno sa objavili nové úrovne RAID1E, RAID5E, RAID5EE. Písmeno „E“ v názve znamená Enhanced.

Rozšírený RAID level-1 (RAID level-1E) kombinuje zrkadlenie a prekladanie dát. Táto zmes úrovní 0 a 1 je usporiadaná nasledovne. Údaje v riadku sú distribuované presne ako v RAID 0. To znamená, že riadok údajov nemá žiadnu redundanciu. Nasledujúci riadok dátových blokov kopíruje predchádzajúci s posunom o jeden blok. Teda, rovnako ako v štandardnom režime RAID 1, každý dátový blok má zrkadlovú kópiu na jednom z diskov, takže užitočný objem poľa je polovica celkového objemu pevných diskov zahrnutých v poli. RAID 1E vyžaduje združovanie troch alebo viacerých jednotiek.

Veľmi sa mi páči úroveň RAID1E. Pre výkonnú grafickú pracovnú stanicu alebo aj pre domáci počítač- najlepšia voľba! Má všetky výhody nultej a prvej úrovne - vynikajúcu rýchlosť a vysokú spoľahlivosť.

Teraz prejdime na RAID level-5 Enhanced (RAID level-5E). Je to rovnaké ako RAID5, len s náhradným diskom zabudovaným do poľa. Toto vloženie sa vykonáva nasledovne: na všetkých diskoch poľa sa ponechá 1/N voľného miesta, ktoré sa v prípade zlyhania jedného z diskov použije ako hot spare. Vďaka tomu RAID5E vykazuje lepší výkon spolu so spoľahlivosťou, keďže čítanie/zápis prebieha paralelne z väčšieho počtu diskov súčasne a náhradný disk nie je nečinný, ako v RAID5. Je zrejmé, že náhradný disk zahrnutý vo zväzku nemožno zdieľať s inými zväzkami (vyhradený vs. zdieľaný). Zväzok RAID 5E je vytvorený na minimálne štyroch fyzických diskoch. Použiteľná veľkosť logického zväzku sa vypočíta pomocou vzorca N-2.

Rozšírený RAID level-5E (RAID level-5EE) je podobný RAID level-5E, ale má efektívnejšie prideľovanie náhradných diskov a v dôsledku toho rýchlejší čas obnovy. Podobne ako úroveň RAID5E, aj táto úroveň RAID distribuuje bloky údajov a kontrolné súčty do riadkov. Ale tiež prideľuje voľné náhradné bloky disku a neponecháva len časť miesta na disku na tieto účely. To skracuje čas potrebný na rekonštrukciu integrity zväzku RAID5EE. Náhradný disk zahrnutý vo zväzku nie je možné zdieľať s inými zväzkami – ako v predchádzajúcom prípade. Zväzok RAID 5EE je vytvorený na minimálne štyroch fyzických diskoch. Použiteľná veľkosť logického zväzku sa vypočíta pomocou vzorca N-2.

Napodiv som na internete nenašiel zmienku o úrovni RAID 6E – doteraz túto úroveň žiadny z výrobcov neponúkal a ani neoznámil. Ale úroveň RAID6E (alebo RAID6EE?) môže byť navrhnutá na rovnakom princípe ako predchádzajúca. HotSpare disk musí sprevádzať akýkoľvek zväzok RAID, vrátane RAID 6. Samozrejme, nestratíme informácie, ak jeden alebo dva disky zlyhajú, ale je mimoriadne dôležité začať s regeneráciou integrity poľa čo najskôr, aby sme rýchlo priniesli systém mimo „kritického“ režimu. Keďže potreba Hot Spare disku je pre nás nepochybná, bolo by logické ísť ďalej a „rozšíriť“ ho tak, ako sa to robí v RAID 5EE, aby sme získali výhody používania viacerých diskov (lepšie čítanie a zápis rýchlosť a ďalšie rýchle zotavenie integrita).

úroveň
~~~~~~~ Redundancia Kapacita disku Využitie Výkon čítania Výkon zápisu Vstavaný náhradný disk Min. počet diskov Max. počet diskov
RAID 0 žiadne 100 % okrem žiadne 1 16
RAID 1 + 50 % Cho + Cho + žiadny 2 2
RAID 10 + 50 % Cho + Cho + žiadne 4 16
RAID 1E + 50 % Cho + Cho + žiadne 3 16
RAID 5 + 67-94% Vynikajúci Chorus č. 3 16
RAID 5E + 50-88% Vynikajúci Chorus + 4 16
RAID 5EE + 50 – 88 % výborný dobrý + 4 16
RAID 6 + 50-88 % Vynikajúci Chorus Žiadny 4 16
RAID 00 žiadne 100 % okrem žiadne 2 60
RAID 1E0 + 50 % Cho + Cho + žiadne 6 60
RAID 50 + 67-94 % Vynikajúci Chorus Žiadny 6 60
RAID 15 + 33-48 % Vynikajúci Chorus Žiadny 6 60

Všetky „zrkadlové“ úrovne sú RAID 1, 1+0, 10, 1E, 1E0.

Skúsme ešte raz dôkladne pochopiť, ako sa tieto úrovne líšia?

RAID 1.
Toto je klasické zrkadlo. Dva (a iba dva!) pevné disky fungujú ako jeden, pričom sú vzájomnou úplnou kópiou. Zlyhanie jedného z týchto dvoch diskov nemá za následok stratu vašich údajov, pretože ovládač naďalej pracuje so zvyšným diskom. RAID1 v číslach: 2x redundancia, 2x spoľahlivosť, 2x náklady. Výkon zápisu je ekvivalentný výkonu na jeden pevný disk. Výkon čítania je lepší, pretože radič dokáže rozložiť čítania na dve jednotky.

RAID 10.
Podstatou tejto úrovne je, že disky poľa sú spojené do párov do „zrkadiel“ (RAID 1) a potom sa všetky tieto zrkadlové páry kombinujú do spoločného pruhovaného poľa (RAID 0). Preto sa niekedy označuje ako RAID 1+0. Dôležitým bodom je, že v RAID 10 je možné kombinovať iba párny počet diskov (minimálne - 4, maximálne - 16). Výhody: spoľahlivosť sa dedí od „zrkadla“, od „nuly“ – výkon čítania aj zápisu.

RAID 1E.
Písmeno "E" v názve znamená "Enhanced", t.j. "vylepšený". Princíp tohto vylepšenia je nasledovný: dáta sa „pruhujú“ po blokoch na všetkých diskoch poľa a následne sa opäť „prekladajú“ s posunom o jeden disk. V RAID 1E môžete kombinovať od troch do 16 diskov. Spoľahlivosť zodpovedá „desiatkam“ a výkon sa vďaka väčšiemu „striedaniu“ trochu zlepšuje.

RAID 1E0.
Táto úroveň je implementovaná nasledovne: z polí RAID1E vytvoríme „null“ pole. Preto musí byť celkový počet diskov násobkom troch: minimálne tri a maximálne šesťdesiat! V tomto prípade je nepravdepodobné, že získame výhodu v rýchlosti a zložitosť implementácie môže nepriaznivo ovplyvniť spoľahlivosť. Hlavnou výhodou je možnosť spojiť veľmi veľký (až 60) počet diskov do jedného poľa.

Podobnosť všetkých úrovní RAID 1X spočíva v ich indikátoroch redundancie: presne 50 % celkovej diskovej kapacity poľa je obetovaných kvôli spoľahlivosti.

Dnes budeme hovoriť o RAID polia. Poďme zistiť, čo to je, prečo to potrebujeme, čo sa to deje a ako využiť všetku túto nádheru v praxi.

Takže v poradí: čo je pole RAID alebo jednoducho RAID? Táto skratka znamená „Redundant Array of Independent Disks“ alebo „redundantné (redundantné) pole nezávislých diskov“. Zjednodušene povedané, pole RAID toto je kolekcia fyzických diskov spojených do jedného logického disku.

Väčšinou sa to deje naopak – v systémovej jednotke je nainštalovaný jeden fyzický disk, ktorý rozdeľujeme na niekoľko logických. Tu je situácia opačná - niekoľko pevných diskov sa najskôr spojí do jedného a potom operačný systém vnímaný ako jeden. Tie. OS je pevne presvedčený, že fyzicky má iba jeden disk.

RAID polia sú hardvér a softvér.

Hardvér RAID polia sú vytvorené pred načítaním OS pomocou špeciálne služby všité do RAID radič- niečo ako BIOS. V dôsledku vytvorenia napr pole RAID už vo fáze inštalácie OS distribučná súprava "vidí" jeden disk.

softvér RAID polia vytvorený OS. Tie. počas bootovania operačný systém „pochopí“, že má niekoľko fyzických diskov a až po spustení OS pomocou softvér disky sú spojené do polí. Prirodzene, samotný operačný systém nie je umiestnený na pole RAID, pretože je nastavený pred jeho vytvorením.

"Prečo je to všetko potrebné?" - pýtaš sa? Odpoveď znie: zvýšiť rýchlosť čítania/zápisu údajov a/alebo zlepšiť odolnosť voči chybám a bezpečnosť.

"Ako pole RAID môže zvýšiť rýchlosť alebo zabezpečiť dáta?" - Ak chcete odpovedať na túto otázku, zvážte hlavné typy RAID polia ako sa tvoria a čo to dáva vo výsledku.

RAID-0. Nazýva sa tiež „pruh“ alebo „páska“. Dva alebo viac pevných diskov sa spojí do jedného sekvenčným zlúčením a sčítaním zväzkov. Tie. ak vezmeme dva 500 GB disky a vytvoríme z nich RAID-0, operačný systém s ním bude zaobchádzať ako s jedným terabajtovým diskom. Rýchlosť čítania/zápisu tohto poľa bude zároveň dvakrát vyššia ako rýchlosť jedného disku, pretože ak je napríklad databáza fyzicky umiestnená na dvoch diskoch týmto spôsobom, jeden používateľ môže čítať dáta z jedného disku. disk a druhý používateľ môže súčasne zapisovať na iný disk. Zatiaľ čo v prípade umiestnenia databázy na jednom disku bude samotný pevný disk vykonávať úlohy čítania/zápisu pre rôznych používateľov postupne. RAID-0 umožní paralelné čítanie/zápis. Výsledkom je, že čím viac diskov je v poli RAID-0, tým rýchlejšie funguje samotné pole. Závislosť je priamo úmerná – rýchlosť sa zvýši N-krát, kde N je počet diskov v poli.
Na poli RAID-0 existuje len jedna nevýhoda, ktorá prevyšuje všetky výhody jej používania - úplná absencia odolnosti voči chybám. Ak jeden z fyzických diskov poľa zomrie, celé pole zomrie. Na túto tému existuje starý vtip: „Čo znamená „0“ v názve RAID-0? - množstvo informácií, ktoré sa majú obnoviť po smrti poľa!"

RAID-1. Nazýva sa aj „zrkadlo“ alebo „zrkadlo“. Dva alebo viac pevných diskov sa spojí do jedného paralelným zlúčením. Tie. ak vezmeme dva 500 GB disky a vytvoríme z nich RAID-1, operačný systém s ním bude zaobchádzať ako s jedným 500GB diskom. Zároveň bude rýchlosť čítania/zápisu tohto poľa rovnaká ako rýchlosť jedného disku, pretože informácie sa čítajú/zapisujú na oba disky súčasne. RAID-1 nezvyšuje rýchlosť, ale poskytuje väčšiu odolnosť voči chybám, pretože v prípade smrti jedného z pevných diskov sa vždy na druhom disku nachádza úplný duplikát informácií. Zároveň je potrebné pamätať na to, že odolnosť voči chybám je zabezpečená iba smrťou jedného z diskov v poli. Ak boli dáta vymazané účelovo, tak sa vymažú zo všetkých diskov poľa súčasne!

RAID-5. Bezpečnejšia verzia RAID-0. Objem poľa sa vypočíta podľa vzorca (N - 1) * Veľkosť disku RAID-5 z troch diskov po 500 GB dostaneme pole s veľkosťou 1 terabajt. Podstata poľa RAID-5že niekoľko diskov bude spojených do RAID-0 a takzvaný "kontrolný súčet" sa uloží na posledný disk - servisné informácie, určený na obnovenie jedného z diskov poľa v prípade jeho smrti. Rýchlosť zápisu poľa RAID-5 o niečo nižšia, pretože výpočet a zápis kontrolného súčtu na samostatný disk si vyžaduje čas, ale rýchlosť čítania je rovnaká ako v RAID-0.
Ak jeden z diskov v poli RAID-5 zomrie, rýchlosť čítania / zápisu prudko klesá, pretože všetky operácie sú sprevádzané ďalšími manipuláciami. Vlastne RAID-5 zmení na RAID-0 a ak sa včas nepostaráte o obnovu pole RAID existuje značné riziko úplnej straty údajov.
S poľom RAID-5 môžete použiť takzvaný Spare-disk, tzn. rezervný. Počas stabilnej prevádzky pole RAID tento disk je nečinný a nepoužíva sa. V prípade kritickej situácie však zotavenie pole RAID spustí sa automaticky - informácie z poškodeného sa obnovia na náhradný disk pomocou kontrolných súčtov umiestnených na samostatnom disku.
RAID-5 je vytvorený z najmenej troch diskov a šetrí z jednotlivých chýb. V prípade súčasného výskytu rôznych chýb na rôznych diskoch RAID-5 nešetrí.

RAID-6- je vylepšená verzia RAID-5. Podstata je rovnaká, iba pre kontrolné súčty sa nepoužíva jeden, ale dva disky a kontrolné súčty sa počítajú pomocou rôznych algoritmov, čo výrazne zvyšuje odolnosť voči chybám. pole RAID všeobecne. RAID-6 je zostavený z najmenej štyroch diskov. Vzorec na výpočet objemu poľa vyzerá takto (N - 2) * Veľkosť disku, kde N je počet diskov v poli a DiskSize je veľkosť každého disku. Tie. pri tvorbe RAID-6 z piatich diskov po 500 GB dostaneme pole s veľkosťou 1,5 terabajtu.
Rýchlosť nahrávania RAID-6 nižšia ako v prípade RAID-5 asi o 10-15%, čo je spôsobené dodatočným časom stráveným výpočtom a písaním kontrolných súčtov.

RAID-10- tiež niekedy nazývaný RAID 0+1 alebo RAID 1+0. Ide o symbiózu RAID-0 a RAID-1. Pole sa skladá z najmenej štyroch diskov: na prvom kanáli RAID-0, na druhom RAID-0 na zvýšenie rýchlosti čítania/zápisu a medzi sebou sú v zrkadle RAID-1 na zvýšenie odolnosti voči chybám. Touto cestou, RAID-10 kombinuje plusy prvých dvoch možností – rýchle a odolné voči chybám.

RAID-50- podobne RAID-10 je symbiózou RAID-0 a RAID-5 - v skutočnosti sa RAID-5 buduje, len jeho základné prvky nie sú nezávislé pevné disky a polia RAID-0. Touto cestou, RAID-50 poskytuje veľmi dobrú rýchlosť čítania/zápisu a obsahuje stabilitu a spoľahlivosť RAID-5.

RAID-60- rovnaká myšlienka: v skutočnosti máme RAID-6 zostavený z niekoľkých polí RAID-0.

Existujú aj iné kombinované polia RAID 5+1 a RAID 6+1- vyzerajú RAID-50 a RAID-60 len s tým rozdielom, že základnými prvkami poľa nie sú pásky RAID-0, ale zrkadlá RAID-1.

Ako rozumiete kombinovaným poliam RAID: RAID-10, RAID-50, RAID-60 a možnosti RAID X+1 sú priamymi potomkami základných typov polí RAID-0, RAID-1, RAID-5 a RAID-6 a slúžia len na zvýšenie rýchlosti čítania/zápisu alebo zvýšenia odolnosti voči chybám, pričom nesú funkčnosť základných rodičovských typov RAID polia.

Ak sa obrátime na prax a hovoríme o aplikácii určitých RAID polia v skutočnom živote je logika celkom jednoduchá:

RAID-0 v čistej forme vôbec nepoužívame;

RAID-1 používame tam, kde rýchlosť čítania/zápisu nie je zvlášť dôležitá, ale dôležitá je odolnosť voči chybám – napríklad na RAID-1 je dobré dať operačné systémy. V tomto prípade nikto okrem OS nepristupuje k diskom, rýchlosť samotných pevných diskov je dostatočná na prácu, je zabezpečená odolnosť proti chybám;

RAID-5 umiestnili sme ho tam, kde je potrebná rýchlosť a odolnosť voči poruchám, ale nie je dostatok peňazí na nákup ďalších pevných diskov alebo je potrebné obnoviť polia v prípade poškodenia bez zastavenia práce - tu nám pomôžu náhradné náhradné disky. Bežné používanie RAID-5- úložisko dát;

RAID-6 používa sa tam, kde je jednoducho strašidelný alebo reálne hrozí smrť niekoľkých diskov v poli naraz. V praxi je to dosť zriedkavé, hlavne medzi paranoikmi;

RAID-10- používa sa tam, kde potrebujete pracovať rýchlo a spoľahlivo. Tiež hlavný smer použitia RAID-10 sú súborové servery a databázové servery.

Opäť, ak to ďalej zjednodušíme, prídeme na to, že tam, kde nie je veľká a objemná práca so súbormi, úplne postačí RAID-1- operačný systém, AD, TS, mail, proxy atď. Na rovnakom mieste, kde sa vyžaduje seriózna práca so súbormi: RAID-5 alebo RAID-10.

Ideálnym riešením pre databázový server je stroj so šiestimi fyzickými diskami, z ktorých dva sú zrkadlené RAID-1 a na ňom je nainštalovaný operačný systém a zvyšné štyri sú spojené do RAID-10 pre rýchle a spoľahlivé spracovanie údajov.

Ak sa po prečítaní vyššie uvedeného rozhodnete nainštalovať na svoje servery RAID polia, ale neviete, ako na to a kde začať - kontaktujte nás! - pomôžeme s výberom potrebné vybavenie, ako aj vykonávať inštalačné práce na realizácii RAID polia.

Problém zvyšovania spoľahlivosti ukladania informácií a súčasného zvyšovania výkonu úložného systému zamestnával mysle vývojárov počítačových periférií už dlhú dobu. Čo sa týka zvyšovania spoľahlivosti skladovania, všetko je jasné: informácie sú tovar a často veľmi cenný. Na ochranu pred stratou údajov bolo vynájdených veľa metód, z ktorých najznámejšia a najspoľahlivejšia je zálohovanie informácie.

Otázka výkonu diskový subsystém veľmi komplikované. Rast výpočtového výkonu moderných procesorov viedol k tomu, že existuje jasná nerovnováha medzi možnosťami pevných diskov a potrebami procesorov. Zároveň vás nezachránia ani drahé SCSI disky, nieto ešte IDE disky. Ak však možnosti jedného disku nestačia, možno ho čiastočne vyriešiť tento problém Umožnia to viaceré disky? Samozrejme, samotná prítomnosť dvoch alebo viacerých pevných diskov v počítači alebo na serveri nič nemení – musíte zabezpečiť, aby tieto disky navzájom spolupracovali (paralelne), aby vám to umožnilo zvýšiť výkon diskový subsystém pri operáciách zápisu/čítania. Je navyše možné použitím viacerých pevných diskov dosiahnuť zvýšenie nielen výkonu, ale aj spoľahlivosti ukladania dát, aby porucha jedného z diskov neviedla k strate informácií? Práve tento prístup navrhli v roku 1987 americkí výskumníci Patterson, Gibson a Katz z Kalifornskej univerzity v Berkeley. Vo svojom článku „A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Discs, RAID“ popísali, ako spojiť niekoľko lacných pevných diskov do jedného logického zariadenia tak, aby výsledkom bola zvýšená kapacita a rýchlosť systému a zlyhanie jednotlivých diskov. neviedlo k zlyhaniu celého systému.

Od uverejnenia článku uplynulo 15 rokov, no technológia budovania polí RAID nestratila ani dnes na aktuálnosti. Jediné, čo sa odvtedy zmenilo, je dekódovanie skratky RAID. Faktom je, že spočiatku RAID polia vôbec neboli postavené na lacných diskoch, a tak sa slovo Lacné (nenákladné) zmenilo na Independent (nezávislé), čo bolo pravdivejšie.

Navyše je teraz technológia RAID rozšírená. Ak sa teda pred niekoľkými rokmi polia RAID používali v drahých podnikových serveroch využívajúcich disky SCSI, dnes sa stali akýmsi de facto štandardom aj pre servery. vstupný level. Okrem toho sa trh s radičmi IDE RAID postupne rozširuje, to znamená, že úloha budovania polí RAID na pracovných staniciach pomocou lacných diskov IDE získava na význame. Napríklad niektorí výrobcovia základných dosiek (Abit, Gigabyte) už začali integrovať radiče IDE RAID do samotných základných dosiek.

RAID je teda redundantné pole nezávislých diskov (Redundant Arrays of Independent Discs), ktoré je poverené úlohou poskytovať odolnosť voči chybám a zlepšovať výkon. Odolnosť voči chybám je dosiahnutá prostredníctvom redundancie. To znamená, že časť diskovej kapacity je pridelená na servisné účely a stáva sa pre používateľa nedostupnou.

Zvýšenie výkonu diskového subsystému zabezpečuje súčasná prevádzka viacerých diskov a v tomto zmysle platí, že čím viac diskov v poli (do určitej hranice), tým lepšie.

Jednotky v poli je možné zdieľať pomocou paralelného alebo nezávislého prístupu.

Pri paralelnom prístupe je diskový priestor rozdelený na bloky (pruhy) pre záznam dát. Podobne informácie, ktoré sa majú zapísať na disk, sú rozdelené do rovnakých blokov. Pri zápise sa jednotlivé bloky zapisujú na rôzne disky (obr. 1) a súčasne sa na rôzne disky zapisuje niekoľko blokov, čo vedie k zvýšeniu výkonu pri operáciách zápisu. Potrebné informácie sa načítava aj v samostatných blokoch súčasne z viacerých diskov (obr. 2), čo tiež prispieva k rastu výkonu úmerne počtu diskov v poli.

Treba poznamenať, že model paralelného prístupu je implementovaný len za podmienky, že veľkosť požiadavky na zápis dát je väčšia ako veľkosť samotného bloku. V opačnom prípade je jednoducho nemožné implementovať paralelný záznam niekoľkých blokov. Predstavte si situáciu, že veľkosť jedného bloku je 8 KB a veľkosť požiadavky na zápis údajov je 64 KB. V tomto prípade sú zdrojové informácie rozdelené do ôsmich blokov po 8 kB. Ak existuje pole štyroch diskov, potom je možné súčasne zapisovať štyri bloky alebo 32 KB. Je zrejmé, že v uvažovanom príklade bude rýchlosť zápisu a čítania štyrikrát vyššia ako pri použití jedného disku. Táto situácia je však ideálna, keďže veľkosť požiadavky nie je vždy násobkom veľkosti bloku a počtu diskov v poli.

Ak je veľkosť zapisovaných dát menšia ako veľkosť bloku, potom sa implementuje zásadne odlišný model prístupu - nezávislý prístup. Okrem toho je možné tento model implementovať aj vtedy, keď je veľkosť zapisovaných údajov väčšia ako veľkosť jedného bloku. Pri nezávislom prístupe sa všetky údaje konkrétnej požiadavky zapisujú na samostatný disk, to znamená, že situácia je rovnaká ako pri práci s jedným diskom. Výhodou modelu paralelného prístupu je, že ak príde niekoľko požiadaviek na zápis (čítanie) súčasne, všetky sa vykonajú nezávisle, na samostatných diskoch (obr. 3). Táto situácia je typická napríklad na serveroch.

Podľa rôznych typov prístupu existujú odlišné typy Polia RAID, ktoré sa bežne označujú ako úrovne RAID. Okrem typu prístupu sa úrovne RAID líšia v spôsobe umiestňovania a vytvárania nadbytočných informácií. Redundantné informácie môžu byť umiestnené na vyhradenom disku alebo zmiešané medzi všetkými diskami. Existuje niekoľko spôsobov, ako tieto informácie generovať. Najjednoduchším z nich je úplná duplikácia (100 percent redundancia) alebo zrkadlenie. Okrem toho sa používajú kódy na opravu chýb, ako aj výpočet parity.

Úrovne RAID

V súčasnosti existuje niekoľko štandardizovaných úrovní RAID: od RAID 0 po RAID 5. Okrem toho sa používajú kombinácie týchto úrovní, ako aj proprietárne úrovne (napríklad RAID 6, RAID 7). Najbežnejšie sú úrovne 0, 1, 3 a 5.

RAID 0

RAID úrovne 0, prísne vzaté, nie je redundantné pole, a preto neposkytuje spoľahlivosť ukladania údajov. Napriek tomu je táto úroveň široko používaná v prípadoch, keď je potrebné zabezpečiť vysoký výkon diskového subsystému. Táto úroveň je obzvlášť populárna na pracovných staniciach. Pri vytváraní poľa RAID úrovne 0 sa informácie rozdelia do blokov, ktoré sa zapíšu na samostatné disky (obr. 4), to znamená, že sa vytvorí systém s paralelným prístupom (ak to, samozrejme, veľkosť bloku umožňuje). Umožnením simultánnych I/O z viacerých diskov poskytuje RAID 0 najrýchlejšie rýchlosti prenosu dát a maximálnu efektivitu miesta na disku, pretože nie je potrebný žiadny úložný priestor s kontrolným súčtom. Implementácia tejto úrovne je veľmi jednoduchá. RAID 0 sa používa hlavne v oblastiach, kde je potrebný rýchly prenos veľkého množstva dát.

RAID 1 (zrkadlený disk)

RAID úrovne 1 je 100 percent redundantné diskové pole. To znamená, že údaje sú jednoducho úplne duplikované (zrkadlené), vďaka čomu sa dosahuje veľmi vysoká úroveň spoľahlivosti (ako aj nákladov). Všimnite si, že implementácia vrstvy 1 nevyžaduje predchádzajúce rozdelenie diskov a údajov do blokov. V najjednoduchšom prípade dva disky obsahujú rovnaké informácie a sú jedným logickým diskom (obr. 5). Keď jeden disk zlyhá, jeho funkcie vykonáva iný (čo je pre používateľa absolútne transparentné). Okrem toho táto úroveň zdvojnásobuje rýchlosť čítania informácií, pretože túto operáciu je možné vykonávať súčasne z dvoch diskov. Táto schéma ukladania informácií sa používa najmä v prípadoch, keď sú náklady na bezpečnosť údajov oveľa vyššie ako náklady na implementáciu úložného systému.

RAID 2

Úroveň RAID 2 je schéma redundancie údajov využívajúca Hammingov kód (pozri nižšie) na opravu chýb. Zapisované dáta sa tvoria nie na základe blokovej štruktúry ako v RAID 0, ale na základe slov a veľkosť slova sa rovná počtu diskov na zapisovanie dát do poľa. Ak má pole napríklad štyri disky na zápis dát, potom slovo veľkosť sú štyri disky. Každý jednotlivý bit slova sa zapíše na samostatný disk poľa. Ak má pole napríklad štyri disky na zapisovanie údajov, potom sa na pole diskov zapíše sekvencia štyroch bitov, teda slovo, a to tak, že prvý bit bude na prvom disku, tj. druhý bit na druhý a tak ďalej.

Okrem toho sa pre každé slovo vypočíta kód opravy chýb (ECC), ktorý sa zapíše na vyhradené disky pre ukladanie riadiacich informácií (obr. 6). Ich počet sa rovná počtu bitov v riadiacom slove a každý bit riadiaceho slova je zapísaný na samostatný disk. Počet bitov v riadiacom slove a podľa toho aj požadovaný počet diskov na uloženie riadiacej informácie sa vypočíta na základe nasledujúceho vzorca: kde K je šírka slova dátového slova.

Prirodzene, ak sa L vypočíta podľa uvedeného vzorca, zaokrúhli sa nahor na najbližšie celé číslo. Aby ste sa však nehrabali vo vzorcoch, môžete použiť ďalšie mnemotechnické pravidlo: bitová šírka riadiaceho slova je určená počtom bitov potrebných na binárnu reprezentáciu veľkosti slova. Ak je napríklad dĺžka slova štyri (v binárnom zápise 100), zapíšte toto číslo do binárna forma, sú potrebné tri bity, čo znamená, že veľkosť riadiaceho slova je tri. Ak teda existujú štyri disky na ukladanie údajov, budú potrebné ďalšie tri disky na ukladanie riadiacich údajov. Podobne, ak existuje sedem diskov pre dáta (v binárnom zápise 111), na uloženie riadiacich slov budú potrebné tri disky. Ak je pre dáta alokovaných osem diskov (v binárnom zápise 1000), potom sú potrebné štyri disky pre riadiace informácie.

Hammingov kód, ktorý generuje riadiace slovo, je založený na použití bitovej operácie XOR (tiež známej ako disparita). Pripomeňme si, že logická operácia XOR dáva jednotku, ak sa operandy nezhodujú (0 a 1), a nulu, ak sa zhodujú (0 a 0 alebo 1 a 1).

Samotné riadiace slovo získané Hammingovým algoritmom je inverziou výsledku bitovej operácie XOR čísel tých informačných bitov slova, ktorých hodnoty sa rovnajú 1. Pre ilustráciu uvažujme pôvodné slovo 1101. V prvom (001), treťom (011) a štvrtom (100) Číslice tohto slova sú jedna. Preto je potrebné vykonať bitovú operáciu XOR pre tieto bitové čísla:

Samotné riadiace slovo (Hammingov kód) sa získa bitovou inverziou výsledku, to znamená, že sa rovná 001.

Keď sa dáta načítajú, Hammingov kód sa znova vypočíta a porovná s pôvodným kódom. Bitová operácia XOR sa používa na porovnanie dvoch kódov. Ak je výsledok porovnania vo všetkých čísliciach rovný nule, potom je čítanie správne, inak je jeho hodnota číslom chybne prijatej číslice hlavného kódu. Nech sa napríklad pôvodné slovo rovná 1100000. Keďže jednotky sú na šiestej (110) a siedmej (111) pozícii, kontrolné slovo je:

Ak je slovo 1100100 počas čítania pevné, potom je preň riadiace slovo 101. Porovnaním pôvodného riadiaceho slova s ​​prijatým (bitová operácia XOR) máme:

teda chyba pri čítaní na tretej pozícii.

Preto, keď vieme, ktorý bit je chybný, je ľahké ho opraviť za behu.

RAID 2 je jedna z mála úrovní, ktorá umožňuje nielen opraviť jednotlivé chyby za behu, ale aj odhaliť dvojité. Zároveň je zo všetkých úrovní s korekčnými kódmi najnadbytočnejšia. Táto schéma úložiska sa používa zriedka, pretože nezvláda veľké objemy požiadaviek, je náročná na organizáciu a má malú výhodu oproti RAID 3.

RAID 3

RAID úrovne 3 je paralelné I/O pole odolné voči chybám s jednou ďalšou jednotkou, ktorá zapisuje informácie o parite (obrázok 7). Pri zápise sa dátový tok rozdelí na bloky na úrovni bajtov (aj keď je to možné na úrovni bitov) a súčasne sa zapíše na všetky disky poľa, okrem riadiacich informácií vyčlenených na úložisko. Na výpočet kontrolných informácií (nazývaných aj kontrolný súčet) sa na zapisovaných dátových blokoch používa operácia XOR. Ak niektorý disk zlyhá, údaje na ňom možno obnoviť z riadiacich údajov a údajov zostávajúcich na zdravých diskoch.

Zvážte bloky štyroch bitov ako ilustráciu. Predpokladajme, že existujú štyri disky na ukladanie údajov a jeden disk na zapisovanie kontrolných súčtov. Ak existuje sekvencia bitov 1101 0011 1100 1011, rozdelená do blokov po štyroch bitoch, potom na výpočet kontrolného súčtu musíte vykonať operáciu:

Kontrolný súčet zapísaný na disk 5 je teda 1001.

Ak jeden z diskov, ako napríklad tretí, zlyhá, blok 1100 bude nečitateľný. Jeho hodnotu však možno ľahko obnoviť z kontrolného súčtu a hodnôt zostávajúcich blokov pomocou rovnakej operácie XOR:

Blok 3 = Blok 1 Blok 2 Blok 4

Kontrolná suma.

V našom príklade dostaneme:

Blok 3=1101001110111001= 1100.

RAID úrovne 3 má oveľa menšiu redundanciu ako RAID 2. Rozdelením údajov do blokov má RAID 3 vysoký výkon. Pri čítaní informácií sa na disk nepristupuje s kontrolnými súčtami (ak nedôjde k zlyhaniu), čo sa stane vždy, keď sa vykoná operácia zápisu. Keďže pri každej I/O operácii sa pristupuje takmer ku každému disku v poli, nie je možné spracovať viacero požiadaviek súčasne. Táto úroveň vhodné pre aplikácie s veľkými súbormi a nízkou frekvenciou prístupu. Medzi výhody RAID 3 navyše patrí mierny pokles výkonu v prípade zlyhania a rýchla obnova informácií.

RAID 4

RAID úrovne 4 je pole nezávislých diskov odolné voči chybám s diskom s jedným kontrolným súčtom (obrázok 8). RAID 4 je v mnohom podobný RAID 3, ale líši sa od neho predovšetkým výrazne väčšou veľkosťou bloku zapisovaných dát (väčšou ako veľkosť zapisovaných dát). Toto je hlavný rozdiel medzi RAID 3 a RAID 4. Po zapísaní skupiny blokov sa vypočíta kontrolný súčet (rovnako ako v prípade RAID 3), ktorý sa zapíše na vyhradený disk. Vďaka väčšej veľkosti bloku ako RAID 3 je možné vykonať viacero čítaní súčasne (schéma nezávislého prístupu).

RAID 4 zlepšuje výkon prenosu malých súborov (paralelizáciou operácie čítania). Ale keďže zápis musí vypočítať kontrolný súčet na pridelenom disku, súčasné vykonávanie operácií tu nie je možné (existuje asymetria vstupných a výstupných operácií). Uvažovaná vrstva neposkytuje výhodu rýchlosti pri prenose veľkého množstva údajov. Táto schéma ukladania bola navrhnutá pre aplikácie, kde sú dáta na začiatku rozdelené do malých blokov, takže nie je potrebné ich ďalej deliť. RAID 4 je dobré riešenie pre súborové servery, z ktorých sa informácie prevažne čítajú a len zriedka zapisujú. Táto schéma úložiska má nízke náklady, ale jej implementácia je pomerne zložitá, rovnako ako obnova dát v prípade zlyhania.

RAID 5

RAID úrovne 5 je pole nezávislých diskov odolné voči chybám s distribuovaným ukladaním kontrolných súčtov (obrázok 9). Dátové bloky a kontrolné súčty, ktoré sa počítajú úplne rovnakým spôsobom ako v RAID 3, sa cyklicky zapisujú na všetky disky v poli, to znamená, že neexistuje vyhradený disk na ukladanie informácií o kontrolných súčtoch.

V prípade RAID 5 sú všetky disky v poli rovnako veľké, no celková kapacita diskového subsystému dostupná pre zápis je znížená práve o jeden disk. Napríklad, ak má päť diskov 10 GB, potom skutočná veľkosť poľa je 40 GB, pretože 10 GB je pridelených pre informácie o parite.

RAID 5, podobne ako RAID 4, má nezávislú prístupovú architektúru, čo znamená, že na rozdiel od RAID 3 poskytuje veľká veľkosť logické bloky na ukladanie informácií. Preto, podobne ako v prípade RAID 4, takéto pole poskytuje hlavnú výhodu pri spracovaní viacerých požiadaviek súčasne.

Hlavný rozdiel medzi RAID 5 a RAID 4 je v tom, ako sú umiestnené kontrolné súčty.

Prítomnosť samostatného (fyzického) disku, ktorý ukladá informácie o kontrolných súčtoch, tu, rovnako ako v troch predchádzajúcich úrovniach, vedie k tomu, že operácie čítania, ktoré nevyžadujú prístup na tento disk, sa vykonávajú vysokou rýchlosťou. Každá operácia zápisu však mení informácie na riadiacom disku, takže RAID 2, RAID 3 a RAID 4 neumožňujú paralelné operácie zápisu. RAID 5 tento nedostatok prekonáva, pretože kontrolné súčty sa zapisujú na všetky disky v poli, čo umožňuje vykonávať viacero čítania alebo zápisu súčasne.

Praktická realizácia

Pre praktickú implementáciu polí RAID sú potrebné dva komponenty: skutočné pole pevných diskov a radič RAID. Kontrolér vykonáva funkcie komunikácie so serverom (pracovnou stanicou), generovanie redundantných informácií pri zápise a kontrolu pri čítaní, distribúciu informácií medzi disky v súlade s funkčným algoritmom.

Štrukturálne sú ovládače externé aj interné. Na základnej doske sú integrované aj radiče RAID. Okrem toho sa radiče líšia podporovaným rozhraním disku. Preto sú radiče SCSI RAID navrhnuté na použitie v serveroch, zatiaľ čo radiče IDE RAID sú vhodné pre servery základnej úrovne aj pracovné stanice.

Charakteristickým znakom radičov RAID je počet podporovaných kanálov spojenie tuhého disky. Hoci k rovnakému kanálu radiča možno pripojiť viacero jednotiek SCSI, celková priepustnosť poľa RAID bude obmedzená priepustnosťou jedného kanála, čo zodpovedá šírku pásma SCSI rozhranie. Použitie viacerých kanálov teda môže výrazne zlepšiť výkon diskového subsystému.

Pri použití radičov IDE RAID sa viackanálový problém stáva ešte naliehavejším, pretože dva pevné disky pripojené k rovnakému kanálu (viac diskov nie je podporovaných samotným rozhraním) nemôžu poskytovať paralelnú prevádzku - rozhranie IDE umožňuje prístup iba k jednému riadiť naraz . Preto musia byť radiče IDE RAID aspoň dvojkanálové. K dispozícii sú tiež štvor- a dokonca osemkanálové ovládače.

Ďalším rozdielom medzi radičmi IDE RAID a SCSI RAID je počet úrovní, ktoré podporujú. Radiče SCSI RAID podporujú všetky hlavné úrovne a zvyčajne niekoľko ďalších kombinovaných a proprietárnych úrovní. Sada úrovní podporovaných radičmi IDE RAID je oveľa skromnejšia. Zvyčajne sú to nula a prvá úroveň. Okrem toho existujú ovládače, ktoré podporujú piatu úroveň a kombináciu prvej a nuly: 0 + 1. Tento prístup je celkom prirodzený, keďže radiče IDE RAID sú určené predovšetkým pre pracovné stanice, takže hlavný dôraz sa kladie na zlepšenie bezpečnosti dát (úroveň 1) alebo výkonu s paralelnými I/O (úroveň 0). V tomto prípade nie je potrebná schéma nezávislých diskov, pretože tok požiadaviek na zápis / čítanie na pracovných staniciach je oveľa nižší ako napríklad na serveroch.

Hlavnou funkciou RAID poľa nie je zvýšenie kapacity diskového subsystému (ako je zrejmé z jeho konštrukcie, rovnakú kapacitu možno získať za menej peňazí), ale zabezpečenie spoľahlivosti dátového úložiska a zvýšenie výkonu. Pre servery je navyše požiadavka na nepretržitú prevádzku aj v prípade poruchy jedného z diskov. Kontinuita prevádzky je zabezpečená hot-swappingom, teda odstránením chybnej jednotky SCSI a inštaláciou novej bez vypnutia napájania. Pretože diskový subsystém naďalej funguje (okrem úrovne 0) s jednou chybnou jednotkou, výmena za chodu poskytuje obnovu, ktorá je pre používateľov transparentná. Prenosová rýchlosť a prístupová rýchlosť s jedným nečinným diskom sa však výrazne zníži v dôsledku skutočnosti, že radič musí obnoviť dáta z nadbytočných informácií. Je pravda, že z tohto pravidla existuje výnimka - systémy RAID úrovne 2, 3, 4 začnú pracovať rýchlejšie, keď disk s nadbytočnými informáciami zlyhá! Je to prirodzené, pretože v tomto prípade sa úroveň „za behu“ zmení na nulu, čo má vynikajúce rýchlostné charakteristiky.

Tento článok bol doteraz o hardvérových riešeniach. Existuje však aj softvér, ktorý ponúka napríklad Microsoft pre Windows 2000 Server. Niektoré počiatočné úspory sú však v tomto prípade úplne kompenzované dodatočnou záťažou CPU, ktorá je popri svojej hlavnej práci nútená distribuovať dáta medzi disky a počítať kontrolné súčty. Takéto riešenie možno považovať za prijateľné len v prípade výrazného prebytku výpočtového výkonu a nízkej záťaže servera.

Sergej Pakhomov

pole RAID. Čo je toto? Za čo? A ako vytvoriť?

Počas dlhých desaťročí vývoja počítačového priemyslu prešli médiá na ukladanie informácií pre počítače vážnou evolučnou cestou vývoja. Dierne pásky a dierne štítky, magnetické pásky a bubny, magnetické, optické a magneto-optické disky, polovodičové mechaniky - to je len krátky zoznam už odskúšaných technológií. V súčasnosti sa v laboratóriách sveta uskutočňujú pokusy o vytvorenie holografických a kvantových úložných zariadení, ktoré umožnia mnohonásobne zvýšiť hustotu záznamu a spoľahlivosť jeho uloženia.

Medzitým sú pevné disky už dlho najbežnejším prostriedkom na ukladanie informácií v osobnom počítači. Inak ich možno nazvať ako pevné disky (pevné disky), pevné disky, pevné disky, no podstata zmeny názvu sa nemení – ide o mechaniky s balíkom magnetických diskov v jedinom obale.

Prvý pevný disk s názvom IBM 350 bol zostavený 10. januára 1955 v laboratóriu americkej spoločnosti IBM. S veľkosťou dobrej skrinky a hmotnosťou tony obsahoval tento pevný disk päť megabajtov informácií. Z moderného hľadiska nemožno takýto objem nazvať ani smiešnym, no pri masovom používaní diernych štítkov a magnetických pások so sekvenčným prístupom to bol kolosálny technologický prelom.

Vyloženie prvého pevného disku IBM 350 z lietadla

Od toho dňa ubehlo necelých šesť desaťročí, no teraz už nikoho neprekvapíte pevným diskom s hmotnosťou necelých dvesto gramov, dĺžkou desať centimetrov a objemom informácií pár terabajtov. Zároveň sa v princípe technológia zápisu, ukladania a čítania dát nelíši od technológie používanej v IBM 350 – rovnaké magnetické platne a na nich nasunuté čítacie/zapisovacie hlavy.

Vývoj pevných diskov na pozadí palcového pravítka (foto z " Wikipedia " )

Bohužiaľ, práve vlastnosti tejto technológie sú príčinou dvoch hlavných problémov, ktoré sú spojené s používaním pevných diskov. Prvý je tiež pomalá rychlosť zápis, čítanie a prenos informácií z disku do procesora. V modernom počítači je to pevný disk, ktorý je pomalým zariadením, často určujúcim výkon celého systému ako celku.

Druhým problémom je nedostatočné zabezpečenie informácií uložených na pevnom disku. Ak sa pevný disk pokazí, môžete nenávratne stratiť všetky údaje, ktoré na ňom boli uložené. A je dobré, ak sú straty obmedzené na stratu rodinného fotoalbumu (hoci to v skutočnosti nie je dosť dobré). Zničenie dôležitých finančných a marketingových informácií môže byť príčinou krachu podniku.

Čiastočne pomáha chrániť uložené informácie pravidelným zálohovaním (zálohovaním) všetkých alebo len dôležitých dát na pevnom disku. Ale aj v tomto prípade, ak sa pokazí, stratí sa časť údajov, ktoré boli aktualizované od poslednej zálohy.

Našťastie existujú metódy, ktoré pomáhajú prekonať vyššie uvedené nevýhody tradičných pevných diskov. Jednou z týchto metód je vytvorenie RAID - polí niekoľkých pevných diskov.

Čo je RAID

Na internete a dokonca aj v modernej počítačovej literatúre sa často môžete stretnúť s pojmom „RAID pole“, čo je vlastne tautológia, keďže skratka RAID (redundant array of independent disks) už znamená „redundantné pole nezávislých diskov“.

Názov plne prezrádza fyzikálny význam takýchto polí – ide o súbor dvoch alebo viacerých pevných diskov. Spoločná práca týchto diskov je riadená špeciálnym ovládačom. V dôsledku činnosti ovládača sú takéto polia operačným systémom vnímané ako jeden pevný disk a používateľ nemusí premýšľať o nuansách ovládania činnosti každého pevného disku samostatne.

Existuje niekoľko hlavných typov RAID, z ktorých každý má iný vplyv na celkovú spoľahlivosť a rýchlosť poľa v porovnaní s jednotlivými diskami. Sú označené podmieneným číslom od 0 do 6. Podobné označenie s Detailný popis Architektúru a princíp fungovania polí navrhli špecialisti z Kalifornskej univerzity v Berkeley. Okrem hlavných siedmich typov RAID sú možné aj ich rôzne kombinácie. Zvážme ich ďalej.

to najjednoduchší typ pole pevných diskov, ktorých hlavným účelom je zvýšiť výkon diskového podsystému počítača. To sa dosiahne rozdelením tokov zapísaných (čítaných) informácií do niekoľkých podprúdov, ktoré sa súčasne zapisujú (čítajú) na niekoľko pevných diskov. V dôsledku toho sa celková rýchlosť výmeny informácií napríklad pri dvojdiskových poliach zvyšuje o 30 – 50 % v porovnaní s jedným pevným diskom rovnakého typu.

Celkový objem RAID 0 sa rovná súčtu objemov pevných diskov, ktoré sú v ňom zahrnuté. Informácie sú rozdelené do dátových blokov pevnej dĺžky bez ohľadu na dĺžku zaznamenaných súborov.

Hlavnou výhodou RAID 0 je výrazné zvýšenie rýchlosti výmeny informácií medzi sebou diskový systém bez straty užitočného objemu pevných diskov. Nevýhodou je zníženie celkovej spoľahlivosti úložného systému. Ak niektorý z diskov RAID 0 zlyhá, všetky informácie zaznamenané v poli sa nenávratne stratia.

Podobne ako ten, o ktorom sme hovorili vyššie, tento typ poľa je tiež najjednoduchší na organizáciu. Je postavený na základe dvoch pevných diskov, z ktorých každý je presným (zrkadlovým) odrazom toho druhého. Informácie sa zapisujú na oba disky v poli paralelne. Dáta sa čítajú súčasne z oboch diskov v sekvenčných blokoch (paralelizácia požiadaviek), vďaka čomu je dosiahnuté mierne zvýšenie rýchlosti čítania v porovnaní s jedným pevným diskom.

Celkový objem RAID 1 sa rovná objemu menšieho pevného disku v poli.

Výhody RAID 1: vysoká spoľahlivosť ukladania informácií (údaje sú neporušené, pokiaľ je neporušený aspoň jeden z diskov v poli) a určité zvýšenie rýchlosti čítania. Nevýhodou je, že pri kúpe dvoch pevných diskov získate len využiteľnú kapacitu jedného. Napriek strate polovice užitočného objemu sú „zrkadlové“ polia pomerne obľúbené vďaka vysokej spoľahlivosti a relatívne nízkej cene – pár diskov je stále lacnejší ako štyri alebo osem.

Pri zostavovaní týchto polí sa používa algoritmus obnovy informácií pomocou Hammingových kódov (americký inžinier, ktorý tento algoritmus vyvinul v roku 1950 na opravu chýb v prevádzke elektromechanických počítačov). Pre zabezpečenie chodu tohto RAID radiča sú vytvorené dve skupiny diskov – jedna na ukladanie dát, druhá skupina na ukladanie kódov na opravu chýb.

Tento typ RAID sa v domácich systémoch veľmi nepoužíva kvôli nadmernej redundancii počtu pevných diskov – napríklad v poli siedmich pevných diskov budú na dáta pridelené iba štyri. S nárastom počtu diskov sa redundancia znižuje, čo sa odráža v tabuľke nižšie.

Hlavnou výhodou RAID 2 je možnosť opravy vznikajúcich chýb „za chodu“ bez zníženia rýchlosti výmeny dát medzi diskovým poľom a centrálnym procesorom.

RAID 3 a RAID 4

Tieto dva typy diskových polí sú si svojou konštrukčnou schémou veľmi podobné. Obidva používajú niekoľko pevných diskov na ukladanie informácií, z ktorých jeden sa používa výlučne na umiestnenie kontrolných súčtov. Na vytvorenie RAID 3 a RAID 4 stačia tri pevné disky. Na rozdiel od RAID 2 je obnova dát „za behu“ nemožná – informácie sa obnovia po výmene chybného pevného disku na nejaký čas.

Rozdiel medzi RAID 3 a RAID 4 je v úrovni rozdelenia dát. V RAID 3 sú informácie rozdelené do samostatných bajtov, čo vedie k vážnemu spomaleniu pri zápise / čítaní veľkého počtu malých súborov. V RAID 4 sú dáta rozdelené do samostatných blokov, ktorých veľkosť nepresahuje veľkosť jedného sektora na disku. V dôsledku toho sa zvyšuje rýchlosť spracovania malých súborov, čo je pre osobné počítače rozhodujúce. Z tohto dôvodu sa RAID 4 stal rozšírenejším.

Významnou nevýhodou uvažovaných polí je zvýšené zaťaženie pevného disku určeného na ukladanie kontrolných súčtov, čo výrazne znižuje jeho zdroje.

Diskové polia tohto typu sú vlastne vývojom schémy RAID 3 / RAID 4. Charakteristickým znakom je, že na ukladanie kontrolných súčtov sa nepoužíva samostatný disk - sú rovnomerne rozložené po všetkých pevné disky pole. Výsledkom distribúcie bola možnosť paralelného zápisu na niekoľko diskov naraz, čo o niečo zvyšuje rýchlosť výmeny dát v porovnaní s RAID 3 alebo RAID 4. Toto zvýšenie však nie je také výrazné, keďže sa vynakladajú ďalšie systémové prostriedky na výpočet kontrolných súčtov pomocou operácia XOR. Zároveň sa výrazne zvyšuje rýchlosť čítania, pretože je možná jednoduchá paralelizácia procesu.

Minimálny počet pevných diskov na zostavenie RAID 5 sú tri.

Polia postavené podľa schémy RAID 5 majú veľmi významnú nevýhodu. Ak niektorý disk po výmene zlyhá, úplné obnovenie informácií trvá niekoľko hodín. Počas tejto doby nepoškodené pevné disky poľa pracujú v ultraintenzívnom režime, čo výrazne zvyšuje pravdepodobnosť zlyhania druhého disku a úplnej straty informácií. Aj keď je to zriedkavé, stáva sa to. Okrem toho počas zosúlaďovania RAID 5 je pole takmer úplne obsadené týmto procesom a aktuálne operácie zápisu/čítania sa vykonávajú pomocou dlhé meškania. Ak pre väčšinu bežných používateľov nie je kritická, potom v podnikovom sektore môžu takéto oneskorenia viesť k určitým finančným stratám.

Do značnej miery je vyššie uvedený problém riešený budovaním polí podľa schémy RAID 6. V týchto štruktúrach je úložisku kontrolných súčtov, ktoré sú tiež cyklicky a rovnomerne rozdelené na rôzne disky, pridelené množstvo pamäte rovnajúce sa objemu dvoch pevných diskov. Namiesto jedného sa počítajú dva kontrolné súčty, čo zaručuje integritu dát v prípade súčasného zlyhania dvoch pevných diskov v poli naraz.

Výhody RAID 6 sú vysoký stupeň informačnej bezpečnosti a menšia strata výkonu ako pri RAID 5 pri obnove dát pri výmene poškodeného disku.

Nevýhodou RAID 6 je zníženie celkovej rýchlosti výmeny dát o cca 10% z dôvodu zvýšenia objemu potrebných výpočtov kontrolných súčtov, ako aj z dôvodu zvýšenia množstva zapisovaných/čítaných informácií.

Kombinované typy RAID

Okrem hlavných typov diskutovaných vyššie sú široko používané rôzne ich kombinácie, ktoré kompenzujú určité nedostatky jednoduchého RAID. Rozšírené je najmä používanie schém RAID 10 a RAID 0+1. V prvom prípade sa spojí dvojica zrkadlových polí do RAID 0, v druhom naopak dve polia RAID 0 do zrkadla. V oboch prípadoch sa k bezpečnosti informácií RAID 1 pridáva zvýšený výkon RAID 0.

Často s cieľom zvýšiť úroveň ochrany dôležitá informácia Používajú sa konštrukčné schémy RAID 51 alebo RAID 61 - zrkadlenie už vysoko chránených polí zaisťuje výnimočnú bezpečnosť dát v prípade akýchkoľvek porúch. Je však nepraktické implementovať takéto polia doma kvôli nadmernej redundancii.

Budovanie poľa diskov - od teórie po prax

Špecializovaný radič RAID je zodpovedný za vytvorenie a riadenie prevádzky akéhokoľvek RAID. Na veľkú úľavu bežného používateľa osobný počítač, vo väčšine moderných základných dosiek sú tieto radiče implementované už na úrovni južného mostíka čipsetu. Na zostavenie poľa pevných diskov sa teda stačí postarať o zakúpenie potrebného počtu a určenie požadovaného typu RAID v príslušnej časti. nastavenia systému BIOS. Potom v systéme namiesto niekoľkých pevných diskov uvidíte iba jeden, ktorý už možno rozdeliť a logické jednotky. Upozorňujeme, že ak stále používate systém Windows XP, budete musieť nainštalovať ďalší ovládač.

Externý radič RAID so štyrmi portami SATA

Všimnite si, že integrované radiče sú zvyčajne schopné vytvárať RAID 0, RAID 1 a ich kombinácie. Ak chcete vytvoriť zložitejšie polia, musíte si zakúpiť samostatný ovládač.

A na záver ešte jedna rada – pre vytvorenie RAID si kúpte pevné disky rovnakej veľkosti, rovnakého výrobcu, rovnakého modelu a najlepšie z rovnakej šarže. Potom budú vybavené rovnakými logickými súbormi a prevádzka poľa týchto pevných diskov bude najstabilnejšia.